JP6882613B1 - 充電電力管理装置及び充電電力管理方法 - Google Patents

Abstract

本開示は、電気自動車の充電計画の作成において、電気自動車の数が増えてくると、計算が膨大になり、計算に必要なリソースが増加してしまう課題を解決するために、分類規則に基づいて複数の電気自動車をグループ化して電気自動車群とするグループ化部（２０３）と、制約条件に基づいてグループ毎に電気自動車群の充電電力のトータル充電電力を時間毎に決定するトータル充電電力決定部（２０４）と、トータル充電電力に基づいて電気自動車毎の個別充電電力を時間毎に決定する個別充電電力決定部（２０５）とを備えることを特徴とする。

Description

充電電力を管理する技術に関する。

電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）の充電において、充電には電気自動車の充電施設への滞在時間や、出発時間、提供可能な充電電力、電力料金等、多くの制約があり、これら制約を考慮して電気自動車への充電計画が作成される。例えば引用文献１には、充放電最適計画を算出するにあたり、電力の逆潮流を防ぐ制約条件、及び、複数の家庭全体により消費される消費電力の上限を制限する制約条件を含めて混合整数計画問題を解く旨について開示がある。

特開２０１５−２２０８６２号公報

従来、電気自動車の充電計画の作成においては、様々な制約条件があるため、複数ある電気自動車の充電計画を全体で管理しようとした場合、電気自動車の数が増えてくると、計算が膨大になり、計算に必要なリソースが増加してしまう課題がある。本開示は、このような必要とされる計算リソースの増加を抑制することを目的とする。

前述した課題を解決するために、分類規則に基づいて充電予定の複数の電気自動車をグループ化するグループ化部と、グループ内の電気自動車の蓄電池の情報及び充電器の情報に基づいて、グループ内の電気自動車を統合した統合電気自動車の充電を制約する制約条件を設定し、制約条件に基づいて統合電気自動車への充電電力であるトータル充電電力を時間毎に決定するトータル充電電力決定部と、トータル充電電力を、統合電気自動車に統合されたグループ内の電気自動車に分配して電気自動車毎の個別充電電力を時間毎に決定する個別充電電力決定部とを備えることを特徴とする。

計算リソースの増加を抑制することができる。

実施の形態１における充電電力管理装置と施設の構成図である。 実施の形態１における充電電力管理装置のブロック図である。 実施の形態１における充電器情報管理部が管理する充電器の設備情報の例を示す図である。 実施の形態１における運転計画管理部が管理する運転計画の例を示す図である。 実施の形態１におけるグループ化部によるグループ化の結果を示す図である。 実施の形態１における電気自動車に搭載された充電池の設備情報の例を示す図である。 実施の形態１における充電電力管理装置の処理フローを示すフローチャートである。 実施の形態１における充電電力管理装置のハードウェア構成図である。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態における充電電力管理装置１０１と施設１０２の構成図である。施設１０２とは、電気自動車（以下、「ＥＶ」という）を充電する施設をいう。ここで、施設１０２は、複数のＥＶを管理する充電ステーションのような施設や、個人宅のような施設をいい、ＥＶを充電できる施設であるなら形式は限定されない。充電電力管理装置１０１は、施設１０２（施設１、施設２・・・施設Ｎ）を管理して、どのＥＶへ、どの時間帯に、どれぐらいの充電電力で充電するかを決定する。ここでＥＶとは、充電可能な電気エネルギーを利用する乗り物全般をいい、自動車に限定されない。

図２は、本実施の形態における充電電力管理装置１０１のブロック図である。充電電力管理装置１０１は、各施設１０２に設置されている充電器の情報を管理する充電器情報管理部２０１、各ＥＶの運転計画を管理する運転計画管理部２０２、分類規則に基づいて複数のＥＶをグループ化してＥＶ群とするグループ化部２０３、制約条件に基づいてグループ毎にＥＶ群の充電電力のトータル充電電力を時間毎に決定するトータル充電電力決定部２０４を備える。

また、充電電力管理装置１０１は、トータル充電電力に基づいてＥＶ毎の個別充電電力を時間毎に決定する個別充電電力決定部２０５、決定された個別充電電力に基づいて各充電器に充電電力を指令する指令値を通知する指令値通知部２０６を有する。続いて各部の詳細を説明する。

まず、充電器情報管理部２０１の詳細について説明する。充電器情報管理部２０１は、ＥＶが充電予定の各施設１０２が保持している充電器の設備情報を管理する。例えば、充電器情報管理部２０１は、充電器が設置される施設を特定する情報、充電器自体を特定する情報、充電器の定格出力の情報等を管理する。ここで、定格出力とは充電器がＥＶを充電可能な出力電力をいう。充電器情報管理部２０１は、外部のサーバ等から充電器の設備情報を取得してもよいし、ユーザから直接に受付けるようにしてもよく、管理のされかたは限定されない。

図３は、充電器情報管理部２０１が管理する充電器の設備情報の例を示す図である。図３の例では、施設１０２を特定する情報、充電器を特定する情報、充電器の定格出力を特定する情報が管理される。図３の充電器の設備情報からは、施設１に充電器１、充電器２が設置され、充電器１の定格出力は６．００ｋＷであり充電器２の定格出力は６．００ｋＷ、施設２に充電器１、充電器２、充電器３が設置され、充電器１の定格出力は１０．００ｋＷ、充電器２の定格出力は１０．００ｋＷ、充電器３の定格出力は７．００ｋＷであることが分かる。充電器情報管理部２０１は各施設１０２（施設１、施設２・・・施設Ｎ）について情報を管理する。

次に、運転計画管理部２０２について説明する。運転計画管理部２０２は、ＥＶの運転計画を管理する。ここで、運転計画とは、ＥＶが充電予定の施設１０２を特定する情報、施設１０２への到着予定時刻、施設１０２からの出発予定時刻、施設１０２を出発するときに最低限必要とされる蓄電量である出発時必要蓄電量等のＥＶの運転に関する情報等である。

なお、本実施の形態では、運転計画は、運転計画を設定するための専用のアプリケーションを通じて登録する。運転計画を設定する際に使用する専用のアプリケーションとしては、カーナビゲーションシステムの機能であってもよいし、モバイル端末から利用できるアプリであってもよい。ここでは、運転計画管理部２０２は、運転計画をユーザから直接に受付けてもよいし、外部のサーバ等から取得してもよい。運転計画の管理のされかたは限定されない。

図４は、運転計画管理部２０２が管理する運転計画の例を示す図である。図４の例では、運転計画は、ＥＶ名、到着予定日、到着予定時刻、出発予定日、出発予定時刻、到着予定施設、出発時必要蓄電量の情報からなる。

図４の例では、車両１は施設１に２０１９年１１月１４日の１２：００に到着し、２０１９年１１月１４日の１８：００に施設１から出発することを示している。車両１の出発時必要蓄電量は２０．０ｋＷｈとなる。以降各車両について情報が管理される。

図４は一例を説明しており、ＥＶが接続予定の充電器の情報を管理してもよく、ＥＶに関する計画の情報であれば内容は限定されない。次に、グループ化部２０３の詳細について説明する。グループ化部２０３は、分類規則に基づいて複数あるＥＶをグループ化してＥＶ群とする。

分類規則とは、ＥＶをグループ化するための規則をいい、任意の規則を設定してよい。例えば、運転計画の充電予定の施設１０２が同じＥＶを同じグループとする規則等、運転計画の到着予定時刻、出発予定時刻、出発時必要蓄電量等の情報を利用した規則が考えられる。

また、分類規則は、ＥＶの運転計画の到着予定時刻が近いＥＶを同じグループとする規則でもよいし、出発予定時刻が近いＥＶを同じグループとする規則でもよいし、出発時必要蓄電量が近いものを同じグループとする規則でもよい。またそれらを組み合わせた規則であってもよく限定されない。

ここでは運転計画を利用する分類規則をあげたが、これに限定されるわけではなく、運転計画を利用せず、ランダムにＥＶをグループ化する規則でもよいし、ＥＶの車種で分ける規則でもよく、分類規則は限定されない。

また、本実施の形態では、グループ化部２０３は、ＥＶをグループ化するとしているが、ＥＶの運転計画をグループ化するとしてもよく、実質的にＥＶをグループ化する方法であれば、分け方は限定されない。

ここで到着予定時刻が近いかどうかの判定は、値の差の絶対値（車両１の到着予定時刻が１２：００で、車両２の到着予定時刻が８：００の場合、時刻の差は４時間となり、その絶対値）を算出してそれが決められた閾値以下（例えば、１時間以内や２時間以内等）であるかどうかで判定する。

また、到着予定時刻が近いかどうかの判定は、このような方法によらず、到着予定時刻の差の絶対値が小さいものから順にカウントしていき、予め決めておいた数になるまでを近いと判定する方法であってもよく、値の近さを判定する方法ならばなんでもよい。出発予定時刻、出発時必要蓄電量等の判定手法も同様の手法とする。

次に、すでに分けられたグループがある場合に、ＥＶをどのようにグループに割り振るかの処理について説明する。ここでは、到着予定時刻に基づいてどこのグループとなるか判定する旨について説明するが、これに限定されず、出発予定時刻や出発時必要蓄電量等の情報に基づいてグループを判定いてもよく限定されない。

既にグループがある場合、グループ化部２０３は、グループ内の各車両の到着予定時刻の平均値であるグループ到着予定時刻を算出し、グループ到着予定時刻とＥＶの到着予定時刻との差の絶対値が閾値以下であるかどうかで、当該グループに割り振られるかどうかを判定する。

例えば、グループ内に車両１（到着予定時刻が１２：００）と車両２（到着予定時刻が８：００）がある場合、グループ到着予定時刻は１０：００になる。ここでは、平均値をグループ到着予定時刻と説明したが、これに限定されるわけではなく、グループ内の最も小さい値を、グループ到着予定時刻としてもよいし、最も大きい値を、グループ到着予定時刻としてもよく、グループ到着予定時刻の決められかたは限定されない。

具体例で説明すると、グループ内に車両１（到着予定時刻が１２：００）と車両２（到着予定時刻が８：００）がある場合、最も小さい値の８：００をグループの到着予定時刻としてもよいし、最も大きい値の１２：００をグループの到着予定時刻としてもよい。これらの方法は一例であり、やり方は限定されない。出発予定時刻、出発時必要蓄電量等の判定手法も同様の手法とする。

続いて、運転計画がベクトルの情報である場合の、ＥＶのグループ化について説明する。運転計画の各情報をベクトルで表現することで、グループ化部２０３は、単一の種類の情報同士を比較するだけでなく、複数の異なる種類の情報を組み合わせてＥＶをグループ化することを可能とする。

グループ化部２０３は、ＥＶ間のベクトルのユークリッド距離に基づいてＥＶをグループ化する。より具体的には、グループ化部２０３は、ベクトル間のユークリッド距離の大小に基づいて、ユークリッド距離同士が近いかどうかを判定し、ＥＶのグループ化を行う。ここで、ベクトル間のユークリッド距離の大小の判定は、ユークリッド距離の差の絶対値が閾値以内であるか等の、前述した方法と同じ方法で判定することができる。

ユークリッド距離の大小の判定においても方法は限定されない。グループ化部２０３は、到着予定施設などのように、数値で表現されていない情報については数値化を行う。例えば、到着予定施設の位置を、代表点の緯度・経度で数値化する。

また、複数の情報を組み合わせて判定する場合のユークリッド距離の算出において、優先すべき情報がある場合（例えば、到着予定時刻が多少離れていても施設１０２が同じＥＶの方を優先させたい等）は、グループ化部２０３は、優先すべき情報に重みづけをして、重み付きユークリッド距離を算出してその距離が近いかどうかの判定を行う。

また、ベクトルによるグルーピング方法は、各グループ間の距離（類似度）が一定以上になるまでグルーピングを行ってもよいが、ｋ−ｍｅａｎｓなどのクラスタリング手法を活用し、グループの個数が予め決めた個数になるまでグルーピングしてもよい。

既にグループがある場合で、ベクトルを使ってＥＶをグループに振り分ける場合は、先に説明した方法と同じ方法で振り分ければよい。より具体的には、グループの各要素のユークリッド距離の平均値をグループの値にしてもよいし、最も小さい値をグループの値としてもよいし、最も大きな値をグループの値としてよいし、各ＥＶのベクトルの重心をグループの値にしてもよい。

図５は、グループ化部２０３によるグループ化の結果を示す図である。図５の例では、到着予定時刻が近いＥＶをグループ化した結果である。図５の例では、車両１、車両５がＡグループ、車両２、車両７がＢグループ、車両３、車両８、車両９がＣグループ、車両４、車両１０がＤグループ、車両６がＥグループにグループ化された例である。図５の例では、各ＥＶの到着予定日、到着予定時刻、出発予定日、出発予定時刻、到着予定施設、出発時必要蓄電量、グループの情報が管理されているが、管理される情報はこれに限定されるわけではない。

次に、トータル充電電力決定部２０４の詳細について説明する。トータル充電電力決定部２０４は、制約条件に基づいてグループ毎に、ＥＶ群の充電電力であるトータル充電電力を時間毎に決定する。トータル充電電力は、グループ化されたＥＶが接続する全ての充電器に対する充電電力を時間毎に決定することで求めてもよい。

グループ化されたＥＶが接続する全ての充電器に対する充電電力は、ＥＶが接続可能な充電器を特定し、特定された充電器の充電電力を足し合わせることで特定される。より具体的には、トータル充電電力決定部２０４は、図示しないが、ＥＶの運転計画で特定される到着予定の施設に関する情報と、施設に設置された充電器の設備情報により、ＥＶが接続される充電器を特定し、トータル充電電力を求める。また、ＥＶの運転計画自体で、どのＥＶがどの充電器に接続予定かを管理してもよく、トータル充電電力決定部２０４がトータル充電電力を求める方法は限定されない。

トータル充電電力決定部２０４は、トータル充電電力を時間毎に決定するので、各グループに対するトータル充電電力の計画である充電計画を作成することになる。ここでは、充電計画は充電電力の計画としているが、これに限定されるわけではない。例えば、充電電力から蓄電量を求め、蓄電量の計画を充電計画としてもよい。

ここで、制約条件とは、トータル充電電力を決定するための条件であり、様々な条件が考えられる。例えば、制約条件は、ＥＶの接続される充電器の定格出力を足しあわせた容量以下となること、ＥＶが充電可能な施設１０２に滞在している間のみ充電可能等、様々な条件が考えられる。また、後述する充電する場合の電力購入コスト最小化を目的とする目的関数自体を制約条件と考えてもよく、制約条件は限定されない。本実施の形態でいう制約条件とは、トータル充電電力を決定するための条件をいう。

従来から、各ＥＶについて充電計画を作成する場合に、様々な制約条件を用いることが提案されているが、本実施の形態では、従来例の制約条件の詳細については説明を省略する。なお、本実施の形態で説明する制約条件は個別のＥＶの充電計画を作成するためには用いられず、グループ毎のＥＶ群の充電計画（時間毎のトータル充電電力）を作成する場合に用いられる。次に、トータル充電電力決定部２０４の処理について説明する。

まず、トータル充電電力決定部２０４はグループ化部２０３によりグループ化されたグループ毎に、充電器情報管理部２０１で管理されている充電器の設備情報、後述するＥＶに搭載された充電池の設備情報等の設備情報を統合する。統合された設備情報から最適化問題の制約条件を設定し充電計画を作成する。本実施の形態では、最適化問題として、計画作成期間の電力購入コストの最小化を目的関数とする例について説明する。

これにより、トータル充電電力決定部２０４は、計画作成期間の電力購入コストを最小にするような充電計画を作成する。まず、設備情報の統合として、各ＥＶの現在蓄電量の統合について説明する。グループ内の現在蓄電量の統合は次の式（１）のようになる。

・・・（１）

ＥＶ＿ＣＵＲ＿ＣＡＰ_{ｔｏｔａｌ}は、統合されたＥＶの現在蓄電量、ＥＶ＿ＣＵＲ＿ＣＡＰ_ｅａｃｈ（ｉ）は各ＥＶの現在蓄電量を表す。Ｎはグループ内のＥＶの台数を表す。ＥＶ＿ＣＵＲ＿ＣＡＰ_{ｔｏｔａｌ}は、現在蓄電量が特定される時間において、施設１０２の充電器に接続されている各ＥＶの現在蓄電量の総和である。施設１０２に滞在するＥＶがない場合の統合されたＥＶの現在蓄電量は０となる。グループ内のＥＶの蓄電容量の統合は、次の式（２）のようになる。

・・・（２）

ＥＶ＿ＣＡＰ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）は、統合されたＥＶの蓄電容量、ＥＶ＿ＣＡＰ_ｅａｃｈ（ｉ）は各ＥＶの蓄電容量、Ｎはグループ内のＥＶの台数、ＩＮ＿ＴはＥＶの到着予定時刻、ＯＵＴ＿ＴはＥＶの出発予定時刻を表す。各グループの施設１０２に滞在するＥＶについての蓄電容量の合計値が統合されたＥＶの蓄電容量となる。統合されたＥＶの蓄電容量は時間毎に決定される。

施設１０２に滞在するＥＶがない場合の統合された蓄電容量は０となる。ここでは、施設１０２に滞在するＥＶは施設１０２の充電器に接続されているものとしている。ＩＮ＿ＴはＥＶが充電器に接続された時刻、ＯＵＴ＿ＴはＥＶが接続器の接続が解除された時刻としてもよい。以降の説明に出てくるＩＮ＿Ｔ、ＯＵＴ＿Ｔは同様とする。グループ内のＥＶの蓄電容量の制御可能範囲の情報の統合は次の式（３）、式（４）のようになる。

・・・（３）

・・・（４）

式（３）について、ＥＶ＿ＣＡＰ＿ＭＡＸ_{ｔｏｔａｌ}(t)は、統合されたＥＶの制御可能範囲の最大値、ＥＶ＿ＣＡＰ_ｅａｃｈ（ｉ）は各ＥＶの蓄電容量、ＥＶ＿ＳＯＣ＿ＭＡＸ_ｅａｃｈ（ｉ）は各ＥＶの蓄電容量のうち、最大に制御可能範囲な割合を表す。

式（４）について、ＥＶ＿ＣＡＰ＿ＭＩＮ_{ｔｏｔａｌ}(t)は、統合されたＥＶの制御可能範囲の最小値、ＥＶ＿ＣＡＰ_ｅａｃｈ（ｉ）は各ＥＶの蓄電容量、ＥＶ＿ＳＯＣ＿ＭＩＮ_ｅａｃｈ（ｉ）は各ＥＶの蓄電容量のうち、最小に制御可能範囲な割合を表す。

Ｎはグループ内のＥＶの台数、ＩＮ＿ＴはＥＶの到着予定時刻、ＯＵＴ＿ＴはＥＶの出発予定時刻を表す。統合された制御可能範囲の最大値、最小値は時間毎に決定される。施設１０２に滞在するＥＶがない場合の統合された制御可能範囲の最大値、最小値は０となる。グループ内の各ＥＶが接続する充電器の定格出力の統合は次の式（５）のようになる。ここで統合された定格出力は、グループ内のＥＶ全体の最大充電電力となる。

・・・（５）

ＥＶ＿ＯＵＴ＿ＭＡＸ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）は、統合されたＥＶへの最大充電電力（グループ内のＥＶ全体への最大充電電力）、ＥＶ＿ＯＵＴ＿ＭＡＸ_ｅａｃｈ（ｉ）は、ＥＶ毎の最大充電電力（各ＥＶに接続される充電器の定格出力）、Ｎはグループ内のＥＶの台数、ＩＮ＿ＴはＥＶの到着予定時刻、ＯＵＴ＿ＴはＥＶの出発予定時刻を表す。

統合されたＥＶへの最大充電電力は、グループ内のＥＶ毎の最大充電電力の合計値をいう。統合されたＥＶへの最大充電電力は時間毎に決定される。施設１０２に滞在するＥＶがない場合の統合された最大充電電力は０となる。グループ内のＥＶの接続する充電器の充電効率の統合は次の式（６）のようになる。

・・・（６）

ＥＶ＿ＥＦＦ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）は、統合されたＥＶの充電効率、ＥＶ＿ＥＦＦ_ｅａｃｈ（ｉ）はグループ内の各ＥＶの充電効率、ＥＶ＿ＣＡＰ_ｅａｃｈ（ｉ）はグループ内の各ＥＶの蓄電容量、Ｎはグループ内のＥＶの台数、ＩＮ＿ＴはＥＶの到着予定時刻、ＯＵＴ＿ＴはＥＶの出発予定時刻を表す。統合された充電効率は時間毎に決定される。施設１０２に滞在するＥＶがない場合は式（６）の分母が０になるので、充電効率は０とする

次に、グループのトータルの充電電力であるトータル充電電力を決定するための、制約条件と最適化問題の目的関数について説明する。本実施の形態では、電力料金を最小化するようにトータル充電電力を決定する。本実施の形態では目的関数は、電力料金を最小化するものとしているが、これに限定されず、電力効率を上げるものであってもよく、目的関数は任意に設定してよい。電力料金を最小化する最適化問題の目的関数は次の式（７）のようになる。

・・・（７）

式（７）は、時間毎の受電点電力Ｒｅｃ（ｔ）に、時間毎の電力料金単価ｕｎｉｔ（ｔ）をかけたものを、足し合わせたものを最小化する目的関数である。電力料金単価は電力会社等により決められており、式（８）〜（１２）を制約条件、式（７）を目的関数とする最適化問題を解くことにより、トータル充電電力決定部２０４は、電力コストを最小化する時間毎のトータル充電電力を求めることができる。次に、制約条件について説明していく。ここで、受電点電力は以下の式（８）のようになる。

・・・（８）

式（８）は、需給バランス制約の制約式（制約条件）を表す。受電点電力Ｒｅｃ（ｔ）は、グループ内のＥＶ群の充電電力であるトータル充電電力ＥＶ＿ＯＵＴ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）と等しい。

本実施の形態では、受電点ひとつから電力を購入するとしているので、受電点電力とトータル充電電力は等しい。しかしながら、自家発電等で充電電力の料金がかからない場合や、受電点が複数ある場合等様々なケースが考えられ、式（８）は限定されない。次に、受電点電力の上下限の制約条件は、式（９）のようになる。

・・・（９）

式（９）は、受電点電力の上下限の制約条件を表し、Ｒｅｃ（ｔ）は受電点電力、Ｒｅｃ＿Ｍｉｎは受電点電力の下限値、Ｒｅｃ＿Ｍａｘは受電点電力の上限値を表す。次に、トータル充電電力の上下限の制約条件は、式（１０）のようになる。

・・・（１０）

式（１０）は、トータル充電電力の上下限の制約条件を表す。ＥＶ＿ＯＵＴ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）はグループ毎のＥＶ群の充電電力であるトータル充電電力、ＥＶ＿ＯＵＴ＿ＭＡＸ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）はトータル充電電力の上限値である最大充電電力を表す。ここでいう上限値である最大充電電力とは、式（５）で説明した統合されたＥＶへの最大充電電力をいう。トータル充電電力の下限値は０となる。次に、グループ内のＥＶの統合された蓄電容量の制御可能範囲の上下限の制約式は式（１１）のようになる。

・・・（１１）

ＥＶ＿ＰＬ＿ＣＡＰ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）はグループ内のＥＶの統合された蓄電容量である。ＥＶ＿ＣＡＰ＿ＭＩＮ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）は、統合された蓄電容量の制御可能範囲の最小値、ＥＶ＿ＣＡＰ＿ＭＡＸ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）は、統合された蓄電容量の制御可能範囲の最大値を表す。ここで、ＥＶ＿ＣＡＰ＿ＭＡＸ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）は、式（３）で説明した統合されたＥＶの制御可能範囲の最大値である。ＥＶ＿ＣＡＰ＿ＭＩＮ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）は、式（４）で説明した統合されたＥＶの制御可能範囲の最小値である。

統合された蓄電容量は、時間毎に決定される値である。つまり、時間毎の蓄電容量の状態を表し、ＥＶ＿ＰＬ＿ＣＡＰ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）を求めることで、蓄電容量の充電計画を求めることができる。次に、グループ内のＥＶの統合された蓄電容量（充電計画）の状態変化を表す制約式（制約条件）を式（１２）のように表す。

・・・（１２）

ＥＶ＿ＰＬ＿ＣＡＰ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）はグループ内のＥＶの統合された蓄電容量、ＥＶ＿ＥＦＦ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）は式（６）で求めた統合されたＥＶの充電効率、ＥＶ＿ＯＵＴ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）は式（８）で求めたグループ内のＥＶ群の充電電力であるトータル充電電力を表す。式（１２）は、ある時間ｔの蓄電容量は、時間ｔのトータル充電電力に時間ｔの統合されたＥＶの充電効率を掛けたものに、ひとつ前の時間（ｔ―１）の蓄電容量を加算することで求められることを意味する。

以上のように最適化問題を、最適化ソルバーを用いて解くことで、トータル充電電力決定部２０４は、グループ毎にＥＶ群の充電電力であるトータル充電電力を時間毎に決定することができる。ここで、グループ毎のＥＶ群の充電電力は、グループ化されたＥＶが接続する全ての充電器に対するトータル充電電力をいう。

また、トータル充電電力決定部２０４は、トータル充電電力を時間毎に決定することで、グループ毎のＥＶ群の蓄電容量の充電計画を作成することができる。本実施の形態では、充電計画を蓄電容量で計画しているが、充電電力で計画を作成してもよく、計画の作成のされ方は限定されない。

次に、個別充電電力決定部２０５の詳細について説明する。個別充電電力決定部２０５は、トータル充電電力決定部２０４が決定したグループ毎のトータル充電電力に基づいて各ＥＶの個々の充電電力である個別充電電力を決定する。トータル充電電力決定部２０４で決定されるトータル充電電力は時間毎に決定されるため、個別充電電力決定部２０５はトータル充電電力に基づいて、個別充電電力を時間毎に決定することができる。

より具体的には、個別充電電力決定部２０５は、グループ内のＥＶの蓄電容量と現在蓄電量の差の割合に基づいてトータル充電電力を各ＥＶに分配して個別充電電力を時間毎に決定する。ここで蓄電量とは、時間毎の現在蓄電量をいうが、これに限定されず、ＥＶが施設１０２に到着したときの蓄電量等に基づいて分配することとしてもよく、タイミングは限定されない。

図６は、ＥＶに搭載された充電池の設備情報の例を示す図である。図６の例では、ＥＶに搭載される充電池の蓄電容量と蓄電量を管理する。より具体的には、充電池の設備情報はＥＶ名、蓄電容量、現在蓄電量の情報を管理する。しかしながら、この情報に限定されず、充電効率等の情報を管理してもよく図６の例に限定されない。図６の例では、車両１の蓄電容量が３０．０ｋＷｈ、現在蓄電量が１５．０ｋＷｈ、車両２の蓄電容量が３０．０ｋＷｈ、現在蓄電量が１０．０ｋＷｈ、車両３の蓄電容量が３０．０ｋＷｈ、現在蓄電量が１２．０ｋＷｈであることが分かる。現在蓄電量は、現在の状況に応じて随時、アップデートされる。

トータル充電電力が３０ｋＷで、各ＥＶの蓄電量が図６の例である場合で、蓄電容量と現在蓄電量の差に基づいて分配する場合は、個別充電電力決定部２０５は、まず各ＥＶの蓄電容量と現在蓄電量の差を計算し、その合計が１．０となるように正規化して、正規化された値でトータル充電電力を分配する。その結果、車両１は約８．５ｋＷ、車両２は１１．３ｋＷ、車両３は約１０．２ｋＷと計算される。

ここでは、個別充電電力決定部２０５は、蓄電容量と現在蓄電量の差に基づいてトータル充電電力を分配したが、これに限定されず、蓄電量に基づいて、その合計が１．０となるように正規化してトータル充電電力を分配してもよく、ＥＶに搭載された充電池の設備情報の割合に基づいて分配する方法ならやり方は限定されない。

また、各ＥＶに、トータル充電電力を分配する場合、個別充電電力決定部２０５は、優先度の高いＥＶからトータル充電電力を分配して個別充電電力を時間毎に決定するようにしてもよい。ここで、個別充電電力決定部２０５は、ＥＶに搭載された充電池の設備情報に基づいてＥＶの優先度を決定する。例えば、個別充電電力決定部２０５は、蓄電容量から蓄電量の差を算出し、差が大きいＥＶから優先度が高くなるように優先度を決定してもよい。

また、個別充電電力決定部２０５は、現在時刻から出発予定時刻までの残り時間をＥＶ毎に算出し、残り時間が少ないＥＶの優先度を高くするように決定してもよい。さらに、個別充電電力決定部２０５は、各ＥＶの出発時必要蓄電量に基づいて、出発時必要蓄電量の多いＥＶの優先度を高くするように決定してもよい。

また、個別充電電力決定部２０５は、蓄電量と出発時必要蓄電量の差（出発時必要蓄電量―蓄電量）をＥＶ毎に算出し、その差が大きいＥＶの優先度を高くするように決定してもよい。さらに、個別充電電力決定部２０５は、蓄電量と出発時必要蓄電量の差（出発時必要蓄電量―蓄電量）と現在時刻から各ＥＶの出発予定時刻までの残り時間で割った値をＥＶ毎に算出し、その値が大きいＥＶの優先度を高くするように決定してもよい。ここでは、何通りかの優先度の決め方について説明したが、これに限定されるわけではなく、ユーザが任意に優先度を決定できるようにしてもよい。

個別充電電力決定部２０５は、決められた優先度に基づいて、優先度の高いＥＶからトータル充電電力を分配するが、この場合、優先度の高いＥＶにできるだけ多くの個別充電電力を配分する。また、個別充電電力決定部２０５は、蓄電量等の基準値に基づいてトータル充電電力を按分する場合に、優先度の高いＥＶについてより大きい係数を掛けて（重みづけして）配分してもよい。優先度は優先的にトータル充電電力が配分されるＥＶを特定するための情報であり、優先的に配分されるのであればそのやり方は限定されない。

次に、指令値通知部２０６の詳細について説明する。指令値通知部２０６は、個別充電電力決定部２０５が決定した各ＥＶへの時間毎の個別充電電力に基づいて制御値を決定し、制御値に基づいて指令値を各施設１０２の充電器を制御するコントローラ（ＨＥＭＳ、ＦＥＭＳ、ＢＥＭＳ）またはＥＶ利用者に通知する。なお、通知は各施設１０２の充電制御装置のようなＥＶの充電を制御可能な専用のアプリケーションに通知してもよい。ＥＶ利用者への通知方法としては、ＥＶ利用者のモバイル端末に通知してもよい。

図７は、充電電力管理装置１０１の処理を示すフローチャートである。本実施の形態の処理について図７のフローチャートに沿って以下に説明する。

まず、充電器情報取得ステップＳ１０１では、充電器情報管理部２０１は、充電器の設備情報を取得、管理する。より具体的には、充電器情報管理部２０１は、ＥＶが充電器に接続する予定の各施設１０２が保持している充電器の定格出力を取得、管理する。充電器情報管理部２０１で充電器の設備情報を管理してもいいし、外部のデータベース等から取得してもよく限定されない。

次に、運転計画取得ステップＳ１０２では、運転計画管理部２０２は、ＥＶの運転計画を取得する。より具体的には、運転計画管理部２０２は、ＥＶの施設１０２への到着予定時刻、施設１０２からの出発予定時刻、到着予定施設、出発時必要蓄電量等を取得する。運転計画管理部２０１で運転計画を管理してもいいし、外部のデータベース等から取得してもよく限定されない。

次に、グループ分類ステップＳ１０３では、グループ化部２０３は、分類規則、運転計画に基づいて複数あるＥＶをグループ化してＥＶ群とする。ここで、先にも述べたとおりグループ化部２０３は、運転計画を利用しない分類規則によりグループ化してもよい。グループ化する対象は実質的にＥＶであればよく限定されない。例えば、運転計画をグループ化するように制御してもよい。

次に、設備情報統合ステップＳ１０４では、トータル充電電力決定部２０４は、充電器の設備情報、ＥＶに搭載された充電池の設備情報等の設備情報を統合する。トータル充電電力決定部２０４は、ＥＶに搭載された充電池の設備情報にある現在蓄電量、蓄電容量、充電効率等の情報、充電器の設備情報にある定格出力の情報等の、ＥＶと施設１０２の充電設備に関する設備情報を統合して、グループ全体での現在蓄電量、蓄電容量、制御可能範囲、最大充電電力、充電効率等の情報を決定する。各情報の統合については、前述のトータル充電電力決定部２０４で説明した内容とする。

次に、制約条件設定ステップＳ１０５では、トータル充電電力決定部２０４は、設備情報統合ステップＳ１０４で統合された情報等に基づいて、各グループのトータル充電電力を最適化する（決定する）最適化問題の制約条件を設定する。トータル充電電力決定部２０４は、トータル充電力の上下限、ＥＶの統合された蓄電量の計画値の制御可能範囲の上下限、トータル計画値の状態変化を表す制約式等の制約条件を設定する。

なお、制約条件の内容については、トータル充電電力決定部２０４で説明した内容とする。次に、目的関数設定ステップＳ１０６では、トータル充電電力決定部２０４は、グループ毎に充電計画を最適化する（決定する）最適化問題の目的関数を設定する。なお、目的関数の内容については、トータル充電電力決定部２０４で説明した内容とする。

次に、トータル充電電力決定ステップＳ１０７では、トータル充電電力決定部２０４は、設備情報統合ステップＳ１０４、制約条件設定ステップＳ１０５、目的関数設定ステップＳ１０６で設定した最適化問題を、最適化ソルバーを用いて解く。それにより、トータル充電電力決定部２０４は、制約条件に基づいてグループ毎に、ＥＶ群の充電電力であるトータル充電電力を時間毎に決定する。

次に、充電計画作成ステップＳ１０８では、トータル充電電力決定部２０４は、トータル充電電力決定ステップＳ１０７で決定したトータル充電電力に基づいて各グループの充電計画を作成する。充電計画は時間毎のトータル充電電力の計画でも、時間毎お蓄電量の計画でもよく限定されない。

次に、指令値通知ステップＳ１０９では、個別充電電力決定部２０５は、トータル充電電力決定部２０４で決定されたトータル充電電力を各ＥＶに配分して個別充電電力を決定する。そして、指令値通知部２０６は、個別充電電力決定部２０５が決定した個別充電電力に基づいて、制御値を決定し、制御値に基づいて指令値を各施設１０２の充電器を制御するコントローラ（ＨＥＭＳ、ＦＥＭＳ、ＢＥＭＳ）、またはＥＶ利用者に通知する。なお、各ＥＶの個別充電電力の決定方法については、個別充電電力決定部２０５で説明した通りである。

次に、更新判定ステップＳ１１０では、更新判定部は、充電計画更新のタイミングかどうかを判定する。更新のタイミングと判定された場合、グループ分類ステップＳ１０３に戻り処理を繰り返す。充電計画の更新は、任意の間隔でもよいし、運転計画が更新されたことをトリガーとして充電計画の更新を判定してもよい。更新判定部は図示しない。

次に、システム終了判定ステップＳ１１１では、終了判定部は、システムを終了するかどうかを判定する。終了と判定されない場合は、充電計画作成ステップＳ１０８に戻り、処理を繰り返す。終了と判定された場合は、処理を終了する。処理の終了は、ユーザからの終了指令の入力により判定してもよいし、特定の時刻がきたときに終了と判定してもよいし、判定のされ方は限定されない。終了判定部は図示しない。

図８は充電電力管理装置１０１の構成を示すハードウェア構成図である。充電電力管理装置１０１は入力インタフェース３０１、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０２、記憶装置３０３、出力インタフェース３０４とからなる。インタフェースは以降ＩＦと表記する。

充電器情報管理部２０１、運転計画管理部２０２等に記憶される情報は入力ＩＦ３０１を通じて取得される。取得されたデータは記憶装置３０３に記憶され、グループ化部２０３、トータル充電電力決定部２０４、個別充電電力決定部２０５等の機能は、ＣＰＵ３０２がプログラムを実行することによって実現される。

充電器の設備情報、充電池の設備情報、運転計画等の情報は入力ＩＦ３０１を通じて外部より取得してもよい。指令値通知部２０６は、個別充電電力決定部２０５により作成された充電計画に基づいて、出力ＩＦ３０４から指令値を出力する。充電計画自身を出力ＩＦ３０４から出力して、外部の装置で指令値を出すようにしてもよい。

なお、ＩＦはケーブル用ポート等の有線ポート、ＵＳＢポート、直接接続のポート、無線ネットワークのポートである。記憶装置３０３はＨＤＤ及びＳＳＤ、フラッシュメモリ等の記憶媒体である。これら各処理部の処理は、コンピュータ等の計算機により処理される。

以上説明してきたように、充電電力管理装置１０１は、分類規則に基づいてＥＶをグループ化し、グループ化されたＥＶ群に関して制約条件と目的関数を与えて最適化問題を定義することで、トータル充電電力を決定して、トータル充電電力に基づいて個別充電電力を決定する

このような仕組みにより、個々のＥＶに対する最適化問題を定義する場合よりも制約条件等の条件式を減らすことができ、充電計画作成に伴う最適化問題を解く際の計算リソースの増加を抑制することが可能となる

１０１ 充電電力管理装置、２０１ 充電器情報管理部、２０２ 運転計画管理部、２０３ グループ化部、２０４ トータル充電電力決定部、２０５ 個別充電電力決定部、２０６ 指令値通知部。

Claims (10)

1. 分類規則に基づいて充電予定の複数の電気自動車をグループ化するグループ化部と、
   前記グループ内の前記電気自動車の蓄電池の情報及び充電器の情報に基づいて、前記グループ内の前記電気自動車を統合した統合電気自動車の充電を制約する制約条件を設定し、前記制約条件に基づいて前記統合電気自動車への充電電力であるトータル充電電力を時間毎に決定するトータル充電電力決定部と、
   前記トータル充電電力を、前記統合電気自動車に統合された前記グループ内の前記電気自動車に分配して前記電気自動車毎の個別充電電力を時間毎に決定する個別充電電力決定部と、
   を備える充電電力管理装置。
2. 前記グループ化部は、前記電気自動車の運転計画を利用した前記分類規則に基づいて前記電気自動車を前記グループ化する
   ことを特徴とする請求項１に記載の充電電力管理装置。
3. 前記運転計画は、前記電気自動車が充電予定の施設を特定する情報を含み、
   前記分類規則は、前記施設が同じとなる前記電気自動車を同じグループとする規則である
   ことを特徴とする請求項２に記載の充電電力管理装置。
4. 前記運転計画は、前記電気自動車の充電予定の施設への到着予定時刻、前記施設からの出発予定時刻、及び出発時必要蓄電量のうち少なくとも一つの情報を含み、
   前記分類規則は、前記運転計画に基づいて前記電気自動車を前記グループ化する規則である
   ことを特徴とする請求項２に記載の充電電力管理装置。
5. 前記グループ化部は、前記運転計画に含まれる複数の異なる情報をベクトルで表した場合に、前記ベクトル間のユークリッド距離が閾値以下である前記電気自動車を同じグループにグループ化する
   ことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の充電電力管理装置。
6. 前記制約条件は、前記電気自動車のそれぞれに接続される充電器の定格出力を足し合わせた容量以下となる条件である
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の充電電力管理装置。
7. 前記制約条件は、電力購入コストが最小となる条件である
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の充電電力管理装置。
8. 前記個別充電電力決定部は、前記電気自動車に搭載された充電池の蓄電容量と現在蓄電量との差の正規化した値に基づいて前記トータル充電電力を分配して前記個別充電電力を時間毎に決定する
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の充電電力管理装置。
9. 前記個別充電電力決定部は、前記電気自動車の出発までの残り時間に基づいて前記電気自動車の優先度を決定し、前記優先度の高い前記電気自動車から前記トータル充電電力を分配して前記個別充電電力を時間毎に決定する
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の充電電力管理装置。
10. 分類規則に基づいて充電予定の複数の電気自動車をグループ化するステップと、
    前記グループ内の前記電気自動車の蓄電池の情報及び充電器の情報に基づいて、前記グループ内の前記電気自動車を統合した統合電気自動車の充電を制約する制約条件を設定し、前記制約条件に基づいて前記統合電気自動車への充電電力であるトータル充電電力を時間毎に決定するステップと、
    前記トータル充電電力を、前記統合電気自動車に統合された前記グループ内の前記電気自動車に分配して前記電気自動車毎の個別充電電力を時間毎に決定するステップと、
    を備える充電電力管理方法。

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