JP6459074B2 - 充電設備管理システム、車載器および電気自動車 - Google Patents
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Description
短時間の間に大電力を要求する負荷があれば、商用電源系統に対して電力要求のピークが発生する為、電力需要の平滑化(ピークカット)が求められる。この解決手法として、太陽光発電システムや発電機等の発電電力と、電力需要が小さい時間帯の買電電力を定置型蓄電池に蓄電しておき、電力需要が増加する時間帯に定置型蓄電池の放電電力を利用することが知られている(例えば、特許文献2参照)。
また、充電器がデマンドレスポンスの対象となり、所定の時間帯において電力消費の削減が求められる場合があり、買電電力を減らした時に一定の負荷を動作させるための手段として、定置型蓄電池からの放電電力を利用することが知られている。
図1に示す通り、充電設備管理システム1は、それぞれ動力ライン、又は通信ライン(例えば、LAN)を介して接続される充電設備管理装置100と、太陽光発電システム(発電機)200と、商用電源300と、定置型蓄電池400と、複数の充電器500と、を備える。充電設備管理装置100は、インターネット等を介して、電力管理装置600、電気自動車管理装置700、及び情報提供装置800と接続されている。本実施形態において、「充電設備」には、太陽光発電システム200、商用電源300、定置型蓄電池400、及び、充電器500が含まれる。
定置型蓄電池400は、太陽光発電システム200からの発電電力と、商用電源300からの買電電力によって充電し、放電電力を充電器500に供給する蓄電池セルを備える。
充電器500は、ある充電ステーションに設置される複数の充電器である。充電ステーションには、複数の充電器500が設定されている。本実施形態において、複数の充電器500は、充電器501〜510を含むが、充電器500の数は10個に限られず、また、1つであってもよい。なおこれに限られず、充電器500は、利用者の自宅に設置されるものであってもよい。
また、電気自動車管理装置700は、車両に搭載されている車載器901〜904と無線通信を行い、車両が備える車載蓄電池の電池残量を示す情報と、車両の現在位置を示す情報とを取得する。電気自動車管理装置700は、取得した情報を、利用者ごと(又は車載器ごと)に保管する。
電気自動車管理装置700は、例えば定期的に、保管している情報をインターネットを介して充電設備管理装置100に送信する。
太陽光発電システム200と、商用電源300と、定置型蓄電池400と、充電器500とは、直流バス1000と接続されている。
また、発電電力制御回路251は、直流バス1000に発電電力を給電した場合に、発電電力を給電したことを示す情報を、充電設備管理装置100に送信する。
また、買電電力制御回路351は、直流バス1000に買電電力を給電した場合に、買電電力を給電したことを示す情報を、充電設備管理装置100に送信する。
また、充放電電力制御回路451は、直流バス1000に放電電力を給電した場合に、放電電力を給電したことを示す情報を、充電設備管理装置100に送信する。
充電電力制御回路551は、選択された充電出力値PQCの電力を、直流バス1000から車両の車載蓄電池に供給するよう、動力回路552を制御する。本実施形態において、充電出力値PQCの範囲内は、最小値Plow<PQC≦(最小値Plow+放電可能電力値PBout)と設定されている。放電可能電力値PBoutは、充電設備管理装置100により、車両が充電器500からの充電を開始する前における、定置型蓄電池400の蓄電残量に基づき算出される。なお、(最小値Plow+放電可能電力値PBout)が、充電器500の定格出力の最大値を超える場合、充電電力制御回路551は、充電出力値PQCの範囲を、最小値Plow<PQC≦(充電器500の定格出力の最大値)とする。
また、充電電力制御回路551は、直流バス1000から充電電力の供給を受けた場合に、充電電力の供給を受けたことを示す情報を、充電設備管理装置100に送信する。
本実施形態において、充電器500と接続された車両に給電する電力には、優先順位が決められていてもよい。給電の優先順位として、太陽光発電システム200からの発電電力が1番、商用電源300からの買電電力が2番、定置型蓄電池400からの放電電力が3番であると決められている。これを実現するため、発電機用設定電圧VPV>商用電源用設定電圧VAC>蓄電池用設定電圧VLiBと決められている。また、商用電源300からの買電電力の上限値P1は、充電設備管理装置100により予め決められている。太陽光発電システム200からの発電電力の上限値P2は、太陽光発電システム200の出力定格により決められる。これを実現するため、充電設備管理装置100は、蓄電池用設定電圧VLiBを、商用電源300から上限値P1の買電電力が直流バス1000に供給され、且つ、太陽光発電システム200から上限値P2の発電電力が直流バス1000に供給されている状態における直流バス1000の電圧値に設定する。また、充電設備管理装置100は、商用電源用設定電圧VACを、太陽光発電システム200から上限値P2の発電電力が直流バス1000に供給されている状態における直流バス1000の電圧値に設定する。
通信部11は、LANを介して、太陽光発電システム200、商用電源300と連携しているAC/DC変換回路、定置型蓄電池400の蓄電池状態監視装置、及び充電器500との間で情報の送受信をする。また、通信部11は、インターネットを介して、電力管理装置600、電気自動車管理装置700、及び情報提供装置800から送信された情報を受信する。
買電電力の最小値Plow131は、充電器500に応じて、買電上限値決定部104により設定される買電電力の最低保証値である。充電器500の買電電力の最低保証値とは、充電器500が出力する最低電力量を買電電力のみで給電する際に必要となる最低電量である。
買電電力のPmax132は、買電電力の料金が切り替わる上限値として契約上決められている閾値、又は、デマンドレスポンスに対応する要求に応じて決められる予測期間内の買電電力の最大値である。
車両充電残量情報134は、電気自動車管理装置700が取得した、車両が備える車載蓄電池の電池残量を示す情報である。車両充電残量情報134は、車両(車載器)ごとに、車載蓄電池の電池残量を示す情報を対応付けて記憶する。
車両位置情報135は、電気自動車管理装置700が取得した、車両の現在位置を示す情報である。車両位置情報135は、車両(車載器)ごとに、車両の現在位置を示す情報を対応付けて記憶する。
予測発電電力量PPV137は、発電予測部103が求めた予測発電電力量PPVである。予測発電電力量PPV137は、予測発電電力量PPVが変更される度に、更新される。
買電上限値決定部104は、買電電力の最小値Plow131と最大値Pmax132とを、記憶部13から読み出し、自身の記憶領域に一時的に保存する。
買電上限値決定部104は、予測期間を設定する。例えば、買電上限値決定部104は、現時点から予め決められたT時間後までの期間を予測期間と設定する。本実施形態において、予測期間は3時間であり、現時点が16:00である場合、買電上限値決定部104は、16:00〜18:59の期間を予測期間と決定する。買電上限値決定部104は、決定した予測期間を、予測期間設定値133として、記憶部13に書き込み、更新する。
買電上限値決定部104により予測期間設定値133が更新された場合、利用予測部101は、利用台数予測値として、更新された予測期間内で充電器500を利用することが予測される車両の台数を取得する。利用予測部101は、利用台数予測値を電気自動車管理装置700から受信してもよく、充電器500を利用する可能性が高い車両台数を自身で予測してもよい。前者の場合、電気自動車管理装置700が、充電器500を利用する可能性が高い車両台数を予測する。
利用予測部101は、例えば、予測期間(16:00〜18:59)内において充電器500を利用する可能性の高い車両の台数=3台であることを示す利用台数予測値を取得する。
補足値算出部105は、利用予測部101が取得した利用台数予測値を補足するための補足値αを求める。補足値αは、予測期間の時間帯又は曜日、充電器500が設定されている地域特性、充電器500の過去の利用状況等の充電器500の利用状況条件に応じて予め決められている。例えば、補足値算出部105は、利用状況条件に応じて決められた補足値αが定義されている利用状況条件テーブル(図示せず)を参照して、予測期間の利用台数予測値に応じた補足値αを取得してもよい。また、補足値算出部105は、利用状況条件に応じてそれぞれ重み付けされた係数の総和に基づき、補足値αを算出してもよい。さらに、補足値算出部105は、充電器500の過去の利用状況と過去の利用台数予測値とに基づき、予測した値の精度(ばらつき)に基づき、補足値αを決定してもよく、決定した補足値αで上述の利用状況条件テーブル(図示せず)を更新してもよい。
なお、予測期間によっては、補足値α=0であって、補足が不要である場合もある。
給電電力量予測部102は、利用予測部101が取得した利用台数予測値と補足値算出部105が求めた補足値αの合計値に基づき、予測期間内に充電器500から車両に給電される給電電力量を予測する。給電電力量予測部102が予測した予測結果を、予測給電電力量Qexpという。給電電力量予測部102の予測では、給電の優先順位として、太陽光発電システム200からの発電電力が1番、商用電源300からの買電電力が2番、定置型蓄電池400からの放電電力が3番であると決められている。また、給電電力量予測部102の予測では、買電電力が十分に購入できない状況に備えて、商用電源300からの買電電力が最低保証値の最小値Plowであると決められている。つまり、給電電力量予測部102は、商用電源300からの買電電力として最小値Plowの電力しか購入できないという前提の下で、車両に給電する給電電力量を予測する。給電電力量予測部102は、予測給電電力量Qexpとして、給電時に商用電源300から直接給電される買電電力を除き、給電時に太陽光発電システム200から直接給電される発電電力と、定置型蓄電池400から給電される放電電力との合計値を求める。さらに、給電電力量予測部102の予測では、電池容量が大きい車載蓄電池を備えた車両に対して給電する状況に備えて、1台当たりに必要とされる給電電力量(必要給電量)は、充電器500が設置される地域で利用されている充電式の車両の中で電池容量が最大である車両の電池容量に応じて決められている。
ここで、車両が28分間、充電器500から給電を受けたとする。この場合、給電電力量予測部102は、以下の式を演算することで、予測給電電力量Qexpを求める。給電電力量予測部102は、求めた予測給電電力量Qexpを、記憶部13の予測給電電力量Qexp136に書き込む。
<予測給電電力量Qexp>
=利用台数(5台)×1台当たりの必要給電量(12kWh)×充電時間(0.5h)
=30kWh
発電予測部103は、例えば情報提供装置800から取得した天気情報に基づき、予測期間内に太陽光発電システム200が発電可能な電力量を予測する。発電予測部103は、例えば、予測期間(16:00〜18:59)内に太陽光発電システム200が9kWhを発電可能であることを予測する。発電予測部103が予測した予測結果を、予測発電電力量PPVという。発電予測部103は、求めた予測発電電力量PPVを、記憶部13の予測発電電力量PPV137に書き込む。
買電上限値決定部104は、給電電力量予測部102が予測した予測結果である予測給電電力量Qexpと、発電予測部103が予測した予測結果である予測発電電力量PPVとに基づき、予測期間内に充電器500から車両に給電される給電電力として予測される発電電力を用いたときに不足する不足電力量を求める。買電上限値決定部104は、例えば、予測期間(16:00〜18:59)内の不足電力量を、以下の式を演算することで求める。
<不足電力量>
=予測給電電力量Qexp(30kWh)−予測発電電力量PPV(9kWh)
=21kWh
<定置型蓄電池400の充電時の買電電力の上限値PBC>
=不足電力量(21kWh)/予測時間(3h)
=7kW
買電上限値決定部104は、決定した上限値PBCを示す情報を、充電制御部106に出力する。
充電制御部106は、買電上限値決定部104により決定された、買電電力の上限値P1=PBC[7kW](ただし、PBC≧Pmaxの場合、買電電力設定値の上限値P1=Pmaxとする)という情報を、通信部11を介して、充放電電力制御回路451に出力し、買電電力設定値の上限値P1を設定するよう指示する。言い換えると、充電制御部106は、蓄電池用設定電圧VLiBを、商用電源300から上限値P1の買電電力が直流バス1000に供給され、且つ、太陽光発電システム200から上限値P2の発電電力が直流バス1000に供給されている状態における直流バス1000の電圧値に設定する。
買電上限値決定部104は、充電器500から車両に対して買電電力又は放電電力が給電されたか否かを判定する。給電開始判定部107が、商用電源300から買電電力を直流バス1000に給電したことを示す情報を買電電力制御回路351から、又は、定置型蓄電池400から放電電力を直流バス1000に給電したことを示す情報を充放電電力制御回路451から受信した場合、買電上限値決定部104は、買電電力又は放電電力が給電されたと判定する。
(ステップST110)
買電電力又は放電電力が給電されたと判定した場合(ステップST109:YES)、買電上限値決定部104は、車両に給電された給電電力量に応じて前回求めた不足電力量を変更し、変更された不足電力量に基づき、定置型蓄電池400を充電するために買電電力の上限値を決定する。
買電電力又は放電電力が給電されていないと判定した場合(ステップST109:NO)、買電上限値決定部104は、予測発電電力量PPVが変化したか否かを判定する。発電予測部103は、例えば情報提供装置800から取得した天気情報に基づき、予測期間内に太陽光発電システム200が発電可能な電力量を再度予測し、求めた予測発電電力量PPVを買電上限値決定部104に出力する。買電上限値決定部104は、再度予測した予測発電電力量PPVと、記憶部13に記憶されている予測発電電力量PPV137とを比較し、今回の予測発電電力量PPVが前回の予測発電電力量PPV137から変化しているか否かを判定する。再度予測した予測発電電力量PPVが記憶部13に記憶されている予測発電電力量PPV137よりも大きい場合、買電上限値決定部104は、予測発電電力量PPVが増大したと判定する。一方、再度予測した予測発電電力量PPVが記憶部13に記憶されている予測発電電力量PPV137よりも小さい場合、買電上限値決定部104は、予測発電電力量PPVが減少したと判定する。
予測発電電力量PPVが変化したと判定した場合(ステップST111:YES)、買電上限値決定部104は、発電予測部103が再度予測した予測発電電力量PPVに基づき、前回求めた不足電力量を変更する。買電上限値決定部104は、変更された不足電力量に基づき、定置型蓄電池を充電するために買電電力の上限値を決定する。例えば、予測発電電力量PPVが増大したと判定した場合、不足電力量が前回求めた不足電力量よりも減少するため、買電上限値決定部104は、買電電力の上限値を前回求めた上限値よりも下げることができる。予測発電電力量PPVが減少したと判定した場合、不足電力量が前回求めた不足電力量よりも増加するため、買電上限値決定部104は、買電電力の上限値を前回求めた上限値よりも上げることができる。
予測発電電力量PPVが変化していないと判定した場合(ステップST111:NO)、買電上限値決定部104は、記憶部13の予測期間設定値133を参照して、予測期間が終了したか否かを判定する。例えば、買電上限値決定部104は、現在時刻が19:00に到達したか否かを判定し、現在時刻が19:00に到達した場合、予測期間が終了したと判定する。
予測期間が終了していないと判定した場合(ステップST113:NO)、買電上限値決定部104は、ステップST109の処理に戻って、処理を繰り返す。(ステップST114)
予測期間が終了したと判定した場合(ステップST113:YES)、買電上限値決定部104は、買電上限値の設定処理の終了が指示されたか否かを判定する。
終了が指示された場合(ステップST114:YES)、買電上限値決定部104は、処理を終了する。
終了が指示されていない場合(ステップST114:NO)、買電上限値決定部104は、ステップST102の処理に戻って、処理を繰り返す。
この構成により、充電器500を利用する車両の台数に応じた電力を定置型蓄電池400に充電することができるとともに、太陽光発電システム200による発電電力に応じた電力を商用電源300から購入することができる。よって、商用電源300から購入する買電電力の電力量を最適化することができる。
この構成により、充電器500の利用状況に応じて変化する、充電器500を利用する車両の台数の誤差を低減させることができる。
この構成により、充電器500を利用する車両の台数に応じた電力を定置型蓄電池400に充電することができる。
この構成により、ピークカットの実現や、デマンドレスポンスに対応する要求に応じた買電電力の制御を実現することができる。
この構成により、商用電源300からの買電電力として最小値Plowの電力しか購入できない状況であっても、予測期間に充電器500を利用すると予測される車両台数に応じた供給電力量から算出した必要な蓄電量を定置型蓄電池400に充電することができる。
この構成により、予測期間内の給電電力量が変化した場合であっても、不足電力量に応じた買電電力の上限値を決定することができる。
この構成により、予測期間内の発電電力量が変化した場合であっても、不足電力量におじた買電電力の上限値を決定することができる。
この構成により、充電器500が車両に給電している途中で定置型蓄電池400が給電できなくなってしまい、車両の給電が中断されることを防止することができる。予測期間内において車両が何時に給電を開始するかがわからない状況においては、定置型蓄電池400にまだ十分な電力が充電されていない場合も想定されるため、このような場合に特に有益である。
この構成により、定置型蓄電池400の蓄電池が経年劣化した場合であっても、劣化度合いに応じて給電可能範囲を決定することができる。定置型蓄電池400は、経年劣化により、最大充電容量が低下することが知られている。このため、定置型蓄電池400の蓄電池の蓄電量(SOC)のパーセンテージ表示が同じでも、経年時では、使用開示時に比べて蓄電量が少なく、パーセンテージ表示が示す電力量を放電できない可能性が高い。このような場合に特に有益である。
また、利用予測部101等は、充電器500の予約情報等に基づき、利用台数予測値をもとめるものであってもよい。
また、利用予測部101、給電電力量予測部102、発電予測部103、買電上限値決定部104、及び補足値算出部105を備える構成部(買電上限値設定部)と、放電電力算出部108、給電範囲決定部109、及び充電量補正部110を備える構成部(給電範囲設定部)とは、それぞれ別部材の構成であってもよい。
200 太陽光発電システム
300 商用電源
400 定置型蓄電池
500 充電器
600 電力管理装置
700 電気自動車管理装置
800 情報提供装置
901 車載器
902 車載器
903 車載器
904 車載器
250 DC/DC変換回路
251 発電電力制御回路
252 動力回路
350 AC/DC変換回路
351 買電電力制御回路
352 動力回路
450 DC/DC変換回路
451 充放電電力制御回路
452 動力回路
550 DC/DC変換回路
551 充電電力制御回路
552 動力回路
430 蓄電池状態監視装置
11 通信部
12 演算部
13 記憶部
14 操作部
101 利用予測部
102 給電電力量予測部
103 発電予測部
104 買電上限値決定部
105 補足値算出部
106 充電制御部
107 給電開始判定部
108 放電電力算出部
109 給電範囲決定部
110 充電量補正部
131 買電電力の最小値Plow
132 買電電力のPmax
133 予測期間設定値
134 車両充電残量情報
135 車両位置情報
136 予測給電電力量Qexp
137 予測発電電力量PPV
Claims (11)
- 自然エネルギーにより電力を発電可能な発電機と、定置型蓄電池と、前記発電機からの発電電力、商用電源からの買電電力及び前記定置型蓄電池からの放電電力の供給を受けて車両の車載蓄電池へ充電可能な充電器と、前記発電機、前記定置型蓄電池、及び前記充電器を備える充電設備を管理する充電設備管理装置と、を備える充電設備管理システムであって、
前記充電設備管理装置は、
所定期間内において前記充電器を利用することが予想される車両台数の予測値に基づいて、前記所定期間内に前記充電器から前記車両の車載蓄電池に給電され得る給電電力量を予測する給電電力量予測部と、
前記所定期間内に前記発電機が発電可能な発電電力量を予測する発電予測部と、
前記給電電力量予測部が予測した前記給電電力量と前記発電予測部が予測した前記発電電力量とに基づいて、前記発電機を用いたときの前記所定期間内の前記充電器からの給電電力の不足電力量を求め、前記不足電力量に基づき、前記車両の車載蓄電池への非給電時に前記定置型蓄電池を充電するために前記商用電源に要求する買電電力の上限値を決定する買電上限値決定部と、
を備えることを特徴とする充電設備管理システム。 - 前記給電電力量予測部は、前記車両台数の予測値を補足した値に基づき、前記給電電力量を予測することを特徴とする請求項1に記載の充電設備管理システム。
- 前記買電上限値決定部は、前記買電電力の料金が切り替わる上限値として契約上決められている閾値、又は、デマンドレスポンスに対応する要求に応じて決められる前記買電電力の最大値よりも、決定した前記買電電力の上限値が高い場合、前記買電電力の上限値を前記閾値又は前記最大値とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の充電設備管理システム。
- 前記給電電力量予測部は、前記商用電源からの買電電力が決められた最小値である場合、前記商用電源からの買電電力を除き、前記発電機からの発電電力と前記定置型蓄電池からの放電電力とに基づいて、前記給電電力量を予測することを特徴とする請求項1から3のうちいずれか一項に記載の充電設備管理システム。
- 前記買電上限値決定部は、前記所定期間内に前記充電器が前記買電電力又は前記放電電力を前記車両の車載蓄電池に給電した場合、前記車両の車載蓄電池に給電された給電電力量に応じて前回求めた前記不足電力量を変更し、変更された不足電力量に基づき、前記車両の車載蓄電池への非給電時に前記定置型蓄電池を充電するために前記買電電力の上限値を決定することを特徴とする請求項1から4のうちいずれか一項に記載の充電設備管理システム。
- 前記発電予測部は、前記所定期間内に前記発電機が発電可能な電力量を複数回予測し、
前記買電上限値決定部は、前記発電予測部が前回の予測結果よりも発電可能な電力量が増加することを予測した場合、今回の予測結果に基づき前回求めた前記不足電力量を変更し、変更された不足電力量に基づき、前記車両の車載蓄電池への非給電時に前記定置型蓄電池を充電する際の前記買電電力の上限値を決定することを特徴とする請求項1から5のうちいずれか一項に記載の充電設備管理システム。 - 前記充電器から前記車両の車載蓄電池に対して給電が開始される場合、前記定置型蓄電池の蓄電残量に基づき、前記車両の車載蓄電池に供給可能な放電電力を算出する放電電力算出部と、
前記放電電力算出部が算出した放電電力に基づき、前記充電器が前記車両の車載蓄電池に給電可能な給電電力の範囲を決定する給電範囲決定部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1から6のうちいずれか一項に記載の充電設備管理システム。 - 前記定置型蓄電池の使用期間に基づき、前記放電電力算出部が算出する前記定置型蓄電池の蓄電残量を補正する充電量補正部をさらに備えることを特徴とする請求項7に記載の充電設備管理システム。
- ネットワークを介してさらに、
デマンドレスポンスに対応する要求を配信する電力管理装置と、
前記充電器の利用状況に関する情報を保管する電気自動車管理装置と、
天気情報を収集する情報提供装置と、
接続されることを特徴とする請求項8に記載の充電設備管理システム。 - 請求項9に記載の充電設備管理システムと前記電気自動車管理装置を介して無線通信を行うことを特徴とする車載器。
- 請求項10に記載の車載器を備えることを特徴とする電気自動車。
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