JP7257917B2 - 電力管理システム - Google Patents

Description

本発明は、電力管理システムに関する。

災害時のＢＣＰ（Business Continuity Plan）対応のため、建物へ蓄電システムを導入する事例が増えてきている。このようなシステムでは、平常時には蓄電システムの充放電により、商用電源から建物に受電される電力のピーク値を抑制することで、契約電力を抑えて電気料金を低減する機能が求められている。一方で、近年は電気自動車の普及が始まっており、電気自動車に搭載されたバッテリの有効活用が期待されている。

電気自動車に搭載されたバッテリを活用する技術として、例えば特許文献１及び２に記載された技術が提案されている。

特許文献１には、複数の電気自動車のそれぞれに搭載されたバッテリの充電順序および充電開始時刻を算出して充電計画を作成し、この充電計画に基づいて各々の充電器を制御する電気自動車の充電計画装置が開示されている。また、特許文献２には、電動車両のバッテリの劣化を考慮した充電制御装置が開示されている。

特開２０００－２０９７０７号公報 ＷＯ２０１２／０９３６３８号公報

商用電源と車載バッテリが建物の負荷に接続された電源系統において、商用電源からの受電電力を目標値に制御するためには、受電電力目標値と負荷電力との差が車載バッテリの充放電電力になるよう充放電を制御しなければならない。車載バッテリの充放電にあたっては、負荷電力予測を用いて充放電計画を定め、この計画に従って実行されるが、天候等の変化により負荷電力予測が外れる場合がある。特許文献１、２に記載された従来技術においては、負荷電力予測が外れた場合であっても、予め定めた充放電計画に従って車載バッテリを充放電するので、負荷電力予測が外れたときに受電電力を目標値に維持することが難しいという課題があった。さらに、受電電力を目標値に維持するために、車載バッテリを充放電計画と異なる電力で充放電した場合には、車載バッテリが目標の充電完了時刻までに目標の充電状態まで充電完了できなくなるという課題があった。

本発明の目的は、複数の車載バッテリを利用して受電電力を目標値に近づける制御を行うと共に、それぞれの車載バッテリを充電目標時刻までにそれぞれの充電目標値まで充電することができる電力管理システムを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、複数の車載バッテリと商用電源とが負荷に接続された電源系統で、前記複数の車載バッテリの充放電電力を制御して、前記商用電源からの受電電力を制御する制御装置を備えた電力管理システムであって、前記複数の車載バッテリは、前記商用電源の受電点より末端側の前記商用電源に、電力変換装置を介して接続され、前記制御装置は、前記複数の車載バッテリが、それぞれの充電目標時刻に、それぞれの充電目標値まで充電されるよう、前記複数の車載バッテリの充電を開始する強制充電開始時刻を算出し、前記複数の車載バッテリにおけるそれぞれの前記強制充電開始時刻に応じて、前記複数の車載バッテリの充電電力と放電電力の電力配分を行い、前記商用電源からの受電電力の望ましい値である受電電力計画値を持ち、前記受電電力を前記受電電力計画値に近づけるように、前記複数の車載バッテリからの必要放電電力、または前記複数の車載バッテリへの必要充電電力を算出し、前記必要放電電力または前記必要充電電力を前記複数の車載バッテリに割り当てるように、前記複数の車載バッテリの放電電力または充電電力を算出し、前記受電電力を積算した受電電力量を、前記受電電力計画値を積算した受電電力量計画値に近づけるように、前記必要放電電力または前記必要充電電力を算出し、前記それぞれの充電目標値に満たない充電状態の前記複数の車載バッテリに前記必要充電電力を優先的に配分し、前記それぞれの充電目標値を超える充電状態の前記複数の車載バッテリに前記必要放電電力を優先的に配分し、さらに、前記それぞれの充電目標値に満たない充電状態にある前記複数の車載バッテリのうち、前記強制充電開始時刻が早い前記車載バッテリに前記必要充電電力を優先的に配分し、前記強制充電開始時刻が遅い前記車載バッテリに前記必要放電電力を優先的に配分することを特徴とする。

本発明によれば、複数の車載バッテリを利用して受電電力を目標値に近づける制御を行うと共に、それぞれの車載バッテリを充電目標時刻までにそれぞれの充電目標値まで充電する電力管理システムを提供することができる。

本発明の実施例に係る電力管理システムの概略構成図である。 本発明の実施例に係る制御装置１６の概要図である。 本発明の実施例に係る電力変換装置４の概要図である。 本発明の実施例に係る制御部２３の概要図である。 本発明の実施例に係る車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの電力分配方法を示すタイミングチャートである。 本発明の実施例に係る電力分配を算出する動作の具体例を示す図である。 本発明の実施例に係る電力分配を算出する動作の具体例を示す図である。 本発明の実施例に係る電力分配を算出する動作の具体例を示す図である。 本発明の実施例に係る電力分配を算出する動作の具体例を示す図である。 本発明の実施例に係る電力分配を算出する動作の具体例を示す図である。 本発明の実施例に係る電力分配を算出する動作の具体例を示す図である。 本発明の実施例に係る電力分配を算出する動作の具体例を示す図である。 本発明の実施例に係る電力分配を算出する動作の具体例を示す図である。 本発明の実施例に係る電力分配を算出する動作の具体例を示す図である。 本発明の実施例に係る電力分配を算出する動作の具体例を示す図である。 本発明の実施例に係る電力分配を算出する動作の具体例を示す図である。 本発明の実施例に係る車載バッテリへの電力配分方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施例に係る電力管理システムの概略構成図である。建物８は商用電源の電力系統１０から受電点１１で受電し、建物８内の負荷９に給電している。受電点１１より末端側の商用電源には、この負荷９の他に、複数の車両３ａ，３ｂ，３ｃのそれぞれに搭載された車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃに対してそれぞれ接続された電力変換装置４ａ，４ｂ，４ｃと、太陽電池７に接続された電力変換装置６と、が接続されている。

電力センサ１２は商用電源の電力系統１０からの受電電力を検出する。電力センサ１３は負荷９で消費される需要電力を検出する。電力センサ１４は電力変換装置６から出力される太陽光発電電力を検出する。これらの電力センサ１２～１４は、制御装置１６に接続されている。また制御装置１６は、インターネット１５と、電力変換装置４ａ，４ｂ，４ｃに接続されている。

制御装置１６について説明する。図２は、本発明の実施例に係る制御装置１６の概要図である。制御装置１６は、車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの充放電電力を制御し、電力センサ１２で検出している商用電源の電力系統１０からの受電電力を制御する。

制御装置１６は、主に中央処理装置３０（ＣＰＵ）と、記憶手段３１と、通信インターフェイス３２とを備えている。

記憶手段３１には、制御プログラム、電力センサ１３で測定された過去の需要電力情報、電力センサ１４で測定された太陽光発電電力情報、インターネット１５から入力した気象予報情報、電力変換装置４ａ，４ｂ，４ｃから入力した車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの容量情報、車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの充電状態情報、車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの最大充放電電力情報等が記憶されている。なお、制御プログラム以外の情報は、中央処理装置３０（ＣＰＵ）に備えられるレジスタに記憶するようにしても良い。

通信インターフェイス３２は、電力センサ１２～１４、電力変換装置４ａ，４ｂ，４ｃ、インターネット１５との間で信号の送受信を行う。

中央処理装置３０（ＣＰＵ）は記憶手段３１に記憶された情報に基づき、受電電力計画値を作成する。具体的には、中央処理装置３０（ＣＰＵ）は、まず過去に電力センサ１３で測定した需要電力と、電力センサ１４で測定した太陽光発電電力と、インターネット１５から入力した気象予報等を用いて、需要電力と太陽光発電電力を予測する。この予測結果と、電力変換装置４ａ，４ｂ，４ｃから入力した車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの容量や充電状態、最大充放電電力等の情報を用いて、受電電力計画値を算出する。そして、中央処理装置３０（ＣＰＵ）は、受電電力を受電電力計画値に近づけるように、車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃから放電すべき必要放電電力、または車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃへ充電すべき必要充電電力を算出する。

この受電電力計画値は、例えば受電電力のピーク値を抑制するよう算出したり、時間帯ごとの電力量単価を考慮して電気料金を低減するよう算出すればよい。また、必要放電電力や必要充電電力は、受電電力の計測値と受電電力計画値との偏差をゼロに近づける制御系の操作量として算出してもよいし、受電電力の計測値を積算して求まる例えば３０分間の受電電力量を、受電電力計画値を積算して求めた受電電力量計画値に近づけるように算出してもよい。

制御装置１６の中央処理装置３０（ＣＰＵ）は、このようにして算出した必要放電電力または必要充電電力を、車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃに割り当てるように分配し、車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの放電電力または充電電力を算出する。このとき、車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃそれぞれの充電状態や充電目標値、充電目標時刻に応じて、車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの電力配分を算出する。ここで充電目標時刻とは、車載バッテリの充電状態をその目標値である充電目標値まで充電しておくべき時刻であり、各車載バッテリの充電状態は、それぞれの充電目標時刻において充電目標値まで充電された状態になっていることが求められる。

このように制御装置１６で算出した車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの充放電電力は、それぞれの電力指令値として電力変換装置４ａ，４ｂ，４ｃに伝達される。電力変換装置４ａ，４ｂ，４ｃは、商用電源に入出力する電力がそれぞれ受信した電力指令値になるように、車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの充放電を制御する。

次に電力変換装置４（４ａ，４ｂ，４ｃ）の構成について説明する。図３は、本発明の実施例に係る電力変換装置４の概要図である。

電力変換装置４（４ａ，４ｂ，４ｃ）は、一方が端子２４に接続されたＤＣ－ＤＣ変換器２１と、ＤＣ－ＤＣ変換器２１の他方と端子２５との間に接続されたＡＣ－ＤＣ変換器２２と、これら前記ＤＣ－ＤＣ変換器２１と前記ＡＣ－ＤＣ変換器２２を制御する制御部２３を備えている。端子２４は車載バッテリ１ａや１ｂや１ｃに接続され、端子２５は商用電源に接続される。また、端子２６は車両３ａ，３ｂ，３ｃの制御系に接続され、端子２７は電力管理システムの制御装置１６に接続される。

制御部２３の構成について説明する。図４は、本発明の実施例に係る制御部２３の概要図である。制御部２３は、主に中央処理装置４０（ＣＰＵ）と、記憶手段４１と、通信インターフェイス４２とを備えている。

制御部２３の記憶手段４１には、車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの容量情報、充電状態情報、電圧情報、最大充放電電力情報、充電目標値情報、充電目標時刻情報が記憶されている。上記各情報は、端子２６及び通信インターフェイス４２を介して車両３ａ，３ｂ，３ｃの制御系から受信し、記憶手段４１に保存する。なお、制御プログラム以外の情報は、中央処理装置４０（ＣＰＵ）に備えられるレジスタに記憶するようにしても良い。

中央処理装置４０（ＣＰＵ）は、通信インターフェイス４２及び端子２７を介して上記各情報を制御装置１６へ送信している。

また、制御部２３は、端子２７及び通信インターフェイス４２を介して電力指令値を受信する。中央処理装置４０（ＣＰＵ）は、受信した電力指令値に基づいて、ＤＣ－ＤＣ変換器２１とＡＣ－ＤＣ変換器２２を制御して車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの充放電を制御し、端子２５から商用電源に入出力する電力が電力指令値に合うよう制御する。なお、各車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの充電目標値や充電目標時刻を制御装置１６へ入力する方法については、各車両３ａ，３ｂ，３ｃの利用予定を入力した車両予約システムやスケジュール管理システムを経由して制御装置１６へ入力する等、用途やシステムに合わせて適切に選択すればよい。

次に、図５を用いて車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの電力配分を算出する方法について説明する。図５は、本発明の実施例に係る車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの電力分配方法を示すタイミングチャートである。

制御装置１６は、車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの容量や充電状態、最大充放電電力、充電目標値や充電目標時刻等の情報を用いて、車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの電力配分を算出する。これらの処理は、記憶手段３１に記憶された制御プログラムに基づき、中央処理装置３０（ＣＰＵ）にて実行される。

図５において、ｔ０～ｔ１１は時刻、（ａ１）～（ａ１０）は期間を表している。また、Ｐｇｃ＿ｒは前述のように算出した受電電力計画値、Ｐｌｄは需要電力、Ｐｐｖは太陽光発電電力、Ｐｒｑは必要充放電電力を表している。なお、必要充放電電力Ｐｒｑは、受電電力を受電電力計画値Ｐｇｃ＿ｒに合わせるために必要な電力であり、電力変換装置４ａ，４ｂ，４ｃから商用電源に出力すべき電力の合計である。必要充放電電力Ｐｒｑは車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃが放電したときに得られる電力の向きを正とする。

また、Ｐｒｑ０は、必要充放電電力Ｐｒｑから、車載バッテリの充電状態を充電目標時刻までに充電目標値まで充電するために実施する強制充電による電力と、優先的に充電すべき車両の車載バッテリを充電する優先充電による電力を減算することで、その他の車両による必要充放電電力である。

Ｐｅｖ１～３は、それぞれ電力変換装置４ａ，４ｂ，４ｃから商用電源に入出力する電力であり、車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの放電、すなわち電力変換装置４ａ，４ｂ，４ｃから商用電源に出力する向きを正とする。

ＰｅｖＨｍ１～３とＰｅｖＪｍ１～３は、それぞれＰｅｖ１～３の最大放電電力と最大充電電力である。これらの最大放電電力や最大充電電力は、それぞれの車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃや電力変換装置４ａ，４ｂ，４ｃの仕様等に依存する。

Ｓｅｖ１～３は、それぞれ車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの充電状態を表している。ここで、充電状態とは、完全放電状態を０、満充電状態を１として、バッテリの状態を表すものである。なお、バッテリは一般的に、充電状態の利用範囲に上限や下限を設けて、充電状態が０や１に達しないようにして運用する場合がある。ＳｅｖＨ１～３とＳｅｖＬ１～３は、それぞれ車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの充電状態Ｓｅｖ１～３の利用範囲の上限と下限を表している。

ＳｅｖＲ１～３は、それぞれは車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの充電目標値を表している。この充電目標値ＳｅｖＲ１～３は、それぞれ車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃを充電目標時刻までに、どの程度の充電状態まで充電しておくかの目安となる設定値であり、車両３ａ，３ｂ，３ｃの利用者が設定してもよいし、建物８の管理者が設定してもよい。例えば、充電量に応じて車両３ａ，３ｂ，３ｃの利用者に料金が課金されるシステムでは車両３ａ，３ｂ，３ｃの使用者が設定し、車両３ａ，３ｂ，３ｃが従業員の通勤に用いる自動車の場合には従業員を雇用している会社側が設定するなどの運用方法が考えられる。

まず、必要充放電電力Ｐｒｑを求める。事前に受電電力計画値Ｐｇｃ＿ｒを検討する段階においては、受電電力と太陽光発電電力と充放電電力の和が需要電力となることから、ある受電電力計画値Ｐｇｃ＿ｒを設定した時に受電電力をこの受電電力計画値Ｐｇｃ＿ｒに合わせるために必要な充放電電力Ｐｒｑは、次のようにして求めることができる。

必要充放電電力Ｐｒｑ ＝ 需要電力Ｐｌｄ
－ 受電電力計画値Ｐｇｃ＿ｒ
－ 太陽光発電電力Ｐｐｖ
ここで、需要電力Ｐｌｄおよび太陽光発電電力Ｐｐｖとして、日付や時刻、平日か休日かといった情報や、気象予報等の情報を用いて求めた需要電力予測値や太陽光発電電力予測値を用いる。

また、実際に受電電力が受電電力計画値Ｐｇｃ＿ｒに合うように制御する段階においては、例えば受電電力と受電電力計画値Ｐｇｃ＿ｒとの偏差がゼロになるように必要充放電電力Ｐｒｑを求めればよい。具体的には、受電電力が受電電力計画値Ｐｇｃ＿ｒに満たない場合には、充電電力を大きくする、または放電電力を小さくするよう必要充放電電力Ｐｒｑを負の方向に変化させ、逆に受電電力が受電電力計画値Ｐｇｃ＿ｒを超過している場合には、充電電力を小さくする、または放電電力を大きくするよう必要充放電電力Ｐｒｑを正の方向に変化させればよい。

また、図５では、受電電力計画値Ｐｇｃ＿ｒを一定の値としたが、電力供給業者との契約内容や、他の負荷の運用状況などを考慮して、時間とともに変化させてもよい。

次に上記のようにして求めた必要充放電電力Ｐｒｑを、各車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃが接続された電力変換装置４ａ，４ｂ，４ｃの電力Ｐｅｖ１～３に配分する方法について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施例に係る車載バッテリへの電力配分方法を示すフローチャートである。

まず、各車載バッテリ１ａ，１ｂ，１ｃの充電状態Ｓｅｖ１～３が、それぞれの充電目標値ＳｅｖＲ１～３未満の車両（以下、未充電車両と呼称する）と、それぞれの充電目標値ＳｅｖＲ１～３以上の車両（以下、充電済み車両と呼称する）とに分類する（ステップＳ７０１）。

次に、ステップＳ７０２において、各車両の充電所要時間を算出して、未充電車両に対して各車両の強制充電開始時刻を求める。強制充電開始時刻とは、各車両の車載バッテリを充電目標時刻までに充電目標値まで充電するためには、少なくともどの時刻には充電を開始しなければ間に合わなくなるかを示す時刻であり、無条件で充電が開始される時刻である。換言すると、本実施例での「強制」とは、例えば管理者や利用者に意思に反して無理にさせるものではなく、これらの意思とは関係なく、無条件に行うことを意図するものである。強制充電開始時刻は次式のように充電目標時刻から充電所要時間を引くことにより求められる。ただし、予備時間は、強制充電開始時刻を算出する過程で生じる誤差により、強制充電開始時刻に充電を開始しても充電目標時刻までに充電目標値まで充電できなくなる可能性を低減するための項である。

強制充電開始時刻［時］ ＝ 充電目標時刻［時］
－ 充電所要時間［時間］
－ 予備時間［時間］
なお、充電所要時間は、各車載バッテリの容量や最大充電電力、現在の充電状態や充電目標値等から算出すればよい。例えば、充電時の効率や充電状態による最大充電電力の変化を無視すれば、充電所要時間は概ね以下の式で算出できる。

充電所要時間［時間］
＝ 容量［ｋＷｈ］×（充電目標値－現在の充電状態）／最大充電電力［ｋＷ］
ただし、充電状態が低い領域や高い領域では最大充電電力が低下する場合があり、実際の充電所要時間は、上記の式で算出した充電所要時間よりも長くなることがある。

次に、充電済み車両について、各車両の車載バッテリを充電目標値まで放電するときに要する放電所要時間を算出して、各車両の余剰放電開始時刻を求める。余剰放電開始時刻とは、各車両の車載バッテリを充電目標時刻までに充電目標値まで放電するためには、少なくともどの時刻には放電を開始しなければ間に合わなくなるかを示す時刻であり、次式のように充電目標時刻から放電所要時間を引くことにより求められる。

余剰放電開始時刻［時］ ＝ 充電目標時刻［時］
－ 放電所要時間［時間］
なお、放電所要時間は、充電所要時間と同様に、各車載バッテリの容量や最大放電電力、現在の充電状態や充電目標値等から算出すればよい。例えば、充電時の効率や充電状態による最大放電電力の変化を無視すれば、放電所要時間は概ね以下の式で算出できる。

放電所要時間［時間］
＝ 容量［ｋＷｈ］×（現在の充電状態－充電目標値）／最大放電電力［ｋＷ］
ただし、充電状態が低い領域や高い領域では最大放電電力が低下する場合があり、実際の放電所要時間は、上記の式で算出した放電所要時間よりも長くなることがある。

次に、ステップＳ７０３において、未充電車両について、求めた強制充電開始時刻が現在時刻以前の車載バッテリの車両があれば、この車両の車載バッテリを強制充電により最大充電電力で充電するよう、この車載バッテリが接続されている電力変換装置に割り当てる電力指令値を算出する。以下この電力値を強制充電電力指令値と呼称する。また、最優先で充電すべき車両があれば、この車両の車載バッテリを優先充電により最大充電電力で充電するよう、この車載バッテリが接続されている電力変換装置に割り当てる電力指令値を算出する。以下この電力値を優先充電電力指令値と呼称する。

次に、ステップＳ７０４において、受電電力を受電電力目標値に制御するために求めた必要充放電電力Ｐｒｑから、上記した強制充電電力と優先充電電力を減算し、その他の車両による必要充放電電力Ｐｒｑ０を求める。

その他の車両による必要充放電電力Ｐｒｑ０ ＝ 必要充放電電力Ｐｒｑ
－ 強制充電電力指令値
－ 優先充電電力指令値
次に、求めたその他の車両による必要充放電電力Ｐｒｑ０を、強制充電および優先充電する車載バッテリ以外の車載バッテリが接続された電力変換装置に電力指令値として割り当てる。その他の車両による必要充放電電力Ｐｒｑ０が負の場合には充電電力を配分し、逆に正の場合には放電電力を配分する（ステップＳ７０５）。

まず、その他の車両による必要充放電電力Ｐｒｑ０が負の場合（ステップＳ７０６）には、未充電車両の車載バッテリに優先的に充電電力を配分し、全ての未充電車両の車載バッテリを最大充電電力で充電しても、その他の車両による必要充放電電力Ｐｒｑ０を処理できない場合に、充電済み車両の車載バッテリにも充電電力を配分する。このとき、未充電車両については、強制充電開始時刻が早い車載バッテリに優先的に充電電力を配分する。また、充電済み車両については、余剰放電開始時刻が遅い車載バッテリに優先的に充電電力を配分する。

一方、その他の車両による必要充放電電力Ｐｒｑ０が正の場合（ステップＳ７０７）には、充電済み車両の車載バッテリに優先的に充電電力を配分し、全ての充電済み車両の車載バッテリを最大放電電力で放電しても、その他の車両による必要充放電電力Ｐｒｑ０を処理できない場合に、未充電車両の車載バッテリにも放電電力を配分する。このとき、充電済み車両については、余剰放電開始時刻が早い車載バッテリに優先的に放電電力を配分する。また、未充電車両については、強制充電開始時刻が遅い車載バッテリに優先的に放電電力を配分する。

なお、上記において、複数の車載バッテリの強制充電開始時刻が同程度の場合には、強制充電開始時刻が同程度の車載バッテリの充電状態が同程度の変化率で変化するよう充放電電力を配分すればよい。同様に、複数の車載バッテリの余剰放電開始時刻が同程度の場合には、余剰放電開始時刻が同程度の車載バッテリの充電状態が同程度の変化率で変化するよう充放電電力を配分すればよい。

次に、図５及び図６Ａ～図６Ｋを用いて、本実施例における電力管理システムによる車両３ａ，３ｂ，３ｃ間の電力配分を算出する動作の具体例を説明する。図６Ａ～図６Ｋは、本発明の実施例に係る電力分配を算出する動作の具体例を示す図である。

図６Ａ～図６Ｋにおける（ｔ０）～（ｔ１０）は、それぞれ図５における時刻ｔ０～ｔ１０に対応しており、各時刻において算出される強制充電開始時刻や余剰放電開始時刻を示したものである。

図６Ａ～図６Ｋにおいて、ｔＫ１～ｔＫ３は、それぞれ車両３ａ，３ｂ，３ｃの充電目標時刻を表している。また、ｔＪｓ１～ｔＪｓ３は、それぞれ車両３ａ，３ｂ，３ｃの強制充電開始時刻を表している。さらに、ｔＨｓ１、ｔＨｓ２は、それぞれ車両３ａ、３ｂの余剰放電開始時刻を表している。
＜時刻ｔ０、期間ａ１＞
図６Ａに示すように、時刻ｔ０においては２台の車両３ａ，３ｂが接続されており、車両３ｃは接続されていない。充電状態Ｓｅｖ１、Ｓｅｖ２は、それぞれの充電目標値ＳｅｖＲ１、ＳｅｖＲ２より低いため、車両３ａ、３ｂは未充電車両である。車両３ａ、３ｂの強制充電開始時刻ｔＪｓ１、ｔＪｓ２は現在時刻より後であり、強制充電および優先充電すべき車両は存在していない。

期間ａ１におけるその他の車両による必要充放電電力Ｐｒｑ０は正であり放電電力を配分する。強制充電開始時刻が遅い車両３ａの電力Ｐｅｖ１を最大放電電力とし、残りを車両３ｂの電力Ｐｅｖ２に配分している。
＜時刻ｔ１、期間ａ２＞
図５及び図６Ｂにおいて、車両３ａ，３ｂは期間ａ１で放電したことにより、時刻ｔ１における充電状態Ｓｅｖ１、Ｓｅｖ２は、時刻ｔ０における値よりも低下している。このため、時刻ｔ１における強制充電開始時刻ｔＪｓ１、ｔＪｓ２は、時刻ｔ０における時刻よりも早まっている。また、時刻ｔ１では新たに車両３ｃが接続されている。ここで、車両３ｃは優先充電すべき車両を想定しており、その電力Ｐｅｖ３として最大充電電力を割り当てる。換言すると、車両３ｃには、少なくとも車両３ｃの車載バッテリ１ｃ（一部の車載バッテリ）に優先充電を行う優先充電モードが割り当てられる。なお、時刻ｔ１から車両３ｃを最大電力で充電した時に、充電状態Ｓｅｖ３が充電目標値ＳｅｖＲ３に達するのに要する充電所要時間から充電目標時刻ｔＫ３を設定しており、強制充電開始時刻ｔＪｓ３は現在時刻となっている。したがって、車両３ｃを強制充電すべき車両として処理し、その電力Ｐｅｖ３として最大充電電力を割り当てても同様の動作が得られる。

期間ａ２における必要充放電電力Ｐｒｑは負であるが、車両３ｃの優先充電電力Ｐｅｖ３を減算すると、その他の車両による必要充放電電力Ｐｒｑ０はゼロになっており、車両３ａ、３ｂに配分すべき電力はゼロであるため、電力Ｐｅｖ１、Ｐｅｖ２はゼロとなっている。
＜時刻ｔ２、期間ａ３＞
図５及び図６Ｃにおいて、車両３ｃの充電に伴い、時刻ｔ２における充電状態Ｓｅｖ３は、時刻ｔ１における値よりも上昇している。このため、時刻ｔ２における強制充電開始時刻ｔＪｓ３は、現在時刻の進行とともに遅くなっている。車両３ｃは引き続き優先充電するため、電力Ｐｅｖ３として最大充電電力を割り当てる。もちろん車両３ｃを強制充電すべき車両として処理しても同様の動作が得られる。

期間ａ３における必要充放電電力Ｐｒｑはゼロであるが、車両３ｃの優先充電電力Ｐｅｖ３を減算すると、その他の車両による必要充放電電力Ｐｒｑ０は正になる。したがって、強制充電開始時刻が遅い車両３ａに優先的に放電電力を配分する。車両３ａのみで必要充放電電力Ｐｒｑ０を確保できるため、車両３ｂの電力Ｐｅｖ２はゼロとなっている。

この期間ａ３では、充電の優先度が高い車両３ｃを充電するとともに、他の車両である車両３ａを放電する動作となっている。すなわち、本実施例においては、車両３ｃに対し、優先充電モードによる充電が行われた場合には、優先充電モードが割り当てられた車両３ｃの車載バッテリ１ｃを充電し、優先充電モードが割り当てられた車載バッテリ１ｃ以外の他の車載バッテリ１ａを放電する動作を備えている。このような動作により、強制充電や優先充電に伴う受電電力の増加を抑制することが可能となる。
＜時刻ｔ３、期間ａ４＞
図５及び図６Ｄにおいて、時刻ｔ３になると車両３ｃ充電状態Ｓｅｖ３が充電目標値ＳｅｖＲ３に達して充電が完了しており、強制充電や優先充電すべき車両は存在していない。期間ａ３で車両３ａから放電したため、車両３ａの強制充電開始時刻ｔＪｓ１は、時刻ｔ２における値よりも早まっている。

期間ａ４におけるその他の車両による必要充放電電力Ｐｒｑ０は負であり充電電力を配分する。強制充電開始時刻が早い車両３ｂの電力Ｐｅｖ２を最大充電電力とし、残りを車両３ａの電力Ｐｅｖ１に配分している。
＜時刻ｔ４、期間ａ５＞
図５及び図６Ｅにおいて、期間ａ４で車両３ａ、３ｂを充電したため、それぞれの強制充電開始時刻ｔＪｓ１、ｔＪｓ２は、時刻ｔ３における値より後になっている。期間ａ５におけるその他の車両による必要充放電電力Ｐｒｑ０は引き続き負であり充電電力を配分する。車両３ａと３ｂの強制充電開始時刻ｔＪｓ１とｔＪｓ２は同程度であり、車両３ａと３ｂの電力配分優先順位は同程度となる。このような場合には、両者の強制充電開始時刻ｔＪｓ１とｔＪｓ２が同程度の変化率（スピード）で変化していくよう電力を配分すればよい。例えば、車両３ａと３ｂの最大充電電力が同程度であれば、車両３ａと３ｂの電力Ｐｅｖ１とＰｅｖ２が同程度になるよう、充電電力を配分する。このとき、車両３ａと３ｂの車載バッテリ容量が異なる場合があるため、充電状態Ｓｅｖ１とＳｅｖ２の変化率は同程度になるとは限らない。
＜時刻ｔ５、期間ａ６＞
図５及び図６Ｆにおいて、期間ａ５において、車両３ａと３ｂの強制充電開始時刻ｔＪｓ１とｔＪｓ２が同程度の変化率で変化するよう充電電力を配分したため、時刻ｔ５における強制充電開始時刻ｔＪｓ１とｔＪｓ２は、時刻ｔ４における値より後で、かつ同程度となっている。引き続き、強制充電開始時刻ｔＪｓ１とｔＪｓ２が同程度の変化率で変化するよう充電電力Ｐｒｑ０を配分する。
＜時刻ｔ６、期間ａ７＞
図５及び図６Ｇにおいて、時刻ｔ５、期間ａ６の動作と同様であり、引き続き、強制充電開始時刻ｔＪｓ１とｔＪｓ２が同程度の変化率で変化するよう充電電力Ｐｒｑ０を配分する。
＜時刻ｔ７、期間ａ８＞
図５及び図６Ｈにおいて、時刻ｔ７になると車両３ａの充電状態Ｓｅｖ１が充電目標値ＳｅｖＲ１に達しており、車両３ａは充電済み車両に分類される。一方、車両３ｂの充電状態Ｓｅｖ２は充電目標値ＳｅｖＲ２未満であり、車両３ｂは引き続き未充電車両に分類される。強制充電や優先充電すべき車両は存在していない。
期間ａ８におけるその他の車両による必要充放電電力Ｐｒｑ０は引き続き負であり充電電力を配分する。したがって、未充電車両である車両３ｂに優先的に配分するため車両３ｂを最大電力で充電し、残りを充電済み車両である車両３ａに配分する。
＜時刻ｔ８、期間ａ９＞
図５及び図６Ｉにおいて、時刻ｔ８になると車両３ｂの充電状態Ｓｅｖ２が充電目標値ＳｅｖＲ２に達しており、車両３ｂも充電済み車両に分類される。このとき、充電状態Ｓｅｖ２が充電目標値ＳｅｖＲ２に一致している場合は、車両３ｂの余剰放電開始時刻は充電目標時刻ｔＫ２と同値として扱う。

期間ａ９におけるその他の車両による必要充放電電力Ｐｒｑ０は引き続き負であり充電電力を配分する。したがって、余剰放電開始時刻が遅い車両３ｂに優先的に配分するため車両３ｂを最大電力で充電し、残りを車両３ａに配分している。
＜時刻ｔ９、期間ａ１０＞
図５及び図６Ｊにおいて、期間ａ９で充電したため、車両３ａと３ｂの余剰放電開始時刻ｔＨｓ１とｔＨｓ２は、時刻ｔ８における値よりも早まっている。期間ａ１０におけるその他の車両による必要充放電電力Ｐｒｑ０は正であり放電電力を配分する。余剰放電開始時刻が早い車両３ａを優先的に放電するため車両３ａを最大電力で放電し、残りを車両３ｂに配分している。
＜時刻ｔ１０＞
図６Ｋにおいて、時刻ｔ１０では、車両３ａは余剰放電が完了しており、車両３ｂは放電が継続されているため、余剰放電開始時刻ｔＨｓ２が時刻ｔ９における値より後になっている。

なお、車載バッテリの充電状態を充電目標値以上に保ちたい場合には、車載バッテリの充電状態が充電目標値に満たない場合は、車載バッテリから放電しないようにすればよい。

以上のように、制御装置１６は、優先順位が高い方の車載バッテリに優先的に必要充放電電力を割り当てて、処理しきれない必要充放電電力を他のバッテリに割り当てる。なお、車載バッテリの充電状態が充電目標値とほぼ一致しているときに優先順位が頻繁に切り替わって動作が不安定になる現象を解消するためには、比較部分にヒステリシスを設けるなどすればよい。

なお、本実施例では一例として、優先順位の高い方の車載バッテリに優先的に電力を割り当てて、処理しきれない分を他の車載バッテリに割り当てる動作を説明したが、必ずしも優先順位の高い方の車載バッテリに余裕があるときに全ての電力を割り当てなくてもよい。例えば、優先順位が低い方の車載バッテリにも電力を割り当てるようにしてもよく、優先順位が高い方の車載バッテリに優先順位が低い方のバッテリよりも大きな電力を割り当てたり、優先順位が高い方における車載バッテリの充電状態の変化率が大きくなるよう電力を割り当てるようにすればよい。

また、本実施例では電力指令値を電力変換装置の交流側すなわち商用電源に入出力する電力としたが、電力変換装置の効率を考慮して、電力変換装置の直流側すなわち車載バッテリの電力を指令するようにしてもよい。

以上のように本実施例における電力管理システムでは、各車載バッテリを充電目標時刻までに充電目標値まで充電するための強制充電開始時刻を用いて各車載バッテリの電力を算出することで、受電電力を目標値に維持する制御に複数の車載バッテリを活用しつつ、それぞれの充電目標時刻までに充電目標値まで充電することができる。また、受電電力に余裕がない状況では、他の車両から放電することで、優先度の高い車両を充電しつつ、受電電力を目標値に維持することができる。

なお、本明細書では省略したが、４台以上の車両に搭載された車載バッテリが接続された場合についても、本発明による優先順位の算出方法を用いれば、本発明を適用することによる効果を得ることができる。

１ａ，１ｂ，１ｃ…車載バッテリ、３ａ，３ｂ，３ｃ…車両、４、４ａ，４ｂ，４ｃ、６…電力変換装置、７…太陽電池、８…建物、９…負荷、１０…電力系統、１１…受電点、１２～１４…電力センサ、１５…インターネット、１６…制御装置、２１…ＤＣ－ＤＣ変換器、２２…ＤＣ－ＡＣ変換器、２３…制御部、２４～２７…端子、３０…中央処理装置、３１…記憶手段、３２…通信インターフェイス、４０…中央処理装置、４１…記憶手段、４２…通信インターフェイス

Claims (3)

1. 複数の車載バッテリと商用電源とが負荷に接続された電源系統で、前記複数の車載バッテリの充放電電力を制御して、前記商用電源からの受電電力を制御する制御装置を備えた電力管理システムであって、
   前記複数の車載バッテリは、前記商用電源の受電点より末端側の前記商用電源に、電力変換装置を介して接続され、
   前記制御装置は、
   前記複数の車載バッテリが、それぞれの充電目標時刻に、それぞれの充電目標値まで充電されるよう、前記複数の車載バッテリの充電を開始する強制充電開始時刻を算出し、
   前記複数の車載バッテリにおけるそれぞれの前記強制充電開始時刻に応じて、前記複数の車載バッテリの充電電力と放電電力の電力配分を行い、
   前記商用電源からの受電電力の望ましい値である受電電力計画値を持ち、前記受電電力を前記受電電力計画値に近づけるように、前記複数の車載バッテリからの必要放電電力、または前記複数の車載バッテリへの必要充電電力を算出し、
   前記必要放電電力または前記必要充電電力を前記複数の車載バッテリに割り当てるように、前記複数の車載バッテリの放電電力または充電電力を算出し、
   前記受電電力を積算した受電電力量を、前記受電電力計画値を積算した受電電力量計画値に近づけるように、前記必要放電電力または前記必要充電電力を算出し、
   前記それぞれの充電目標値に満たない充電状態の前記複数の車載バッテリに前記必要充電電力を優先的に配分し、前記それぞれの充電目標値を超える充電状態の前記複数の車載バッテリに前記必要放電電力を優先的に配分し、さらに、
   前記それぞれの充電目標値に満たない充電状態にある前記複数の車載バッテリのうち、前記強制充電開始時刻が早い前記車載バッテリに前記必要充電電力を優先的に配分し、前記強制充電開始時刻が遅い前記車載バッテリに前記必要放電電力を優先的に配分することを特徴とする電力管理システム。
2. 複数の車載バッテリと商用電源とが負荷に接続された電源系統で、前記複数の車載バッテリの充放電電力を制御して、前記商用電源からの受電電力を制御する制御装置を備えた電力管理システムであって、
   前記複数の車載バッテリは、前記商用電源の受電点より末端側の前記商用電源に、電力変換装置を介して接続され、
   前記制御装置は、
   前記複数の車載バッテリが、それぞれの充電目標時刻に、それぞれの充電目標値まで充電されるよう、前記複数の車載バッテリの充電を開始する強制充電開始時刻を算出し、
   前記複数の車載バッテリにおけるそれぞれの前記強制充電開始時刻に応じて、前記複数の車載バッテリの充電電力と放電電力の電力配分を行い、
   前記商用電源からの受電電力の望ましい値である受電電力計画値を持ち、前記受電電力を前記受電電力計画値に近づけるように、前記複数の車載バッテリからの必要放電電力、または前記複数の車載バッテリへの必要充電電力を算出し、
   前記必要放電電力または前記必要充電電力を前記複数の車載バッテリに割り当てるように、前記複数の車載バッテリの放電電力または充電電力を算出し、
   前記受電電力を積算した受電電力量を、前記受電電力計画値を積算した受電電力量計画値に近づけるように、前記必要放電電力または前記必要充電電力を算出し、
   前記複数の車載バッテリの充電状態が、それぞれの充電目標時刻に、それぞれの充電目標値まで放電されるよう、各車載バッテリの放電を開始する余剰放電開始時刻を算出し、
   前記それぞれの充電目標値に満たない充電状態の前記複数の車載バッテリに前記必要充電電力を優先的に配分し、前記それぞれの充電目標値を超える充電状態の前記複数の車載バッテリに前記必要放電電力を優先的に配分し、さらに、
   前記それぞれの充電目標値を超える充電状態にある前記複数の車載バッテリのうち、前記余剰放電開始時刻が早い前記車載バッテリに前記必要放電電力を優先的に配分し、前記余剰放電開始時刻が遅い前記車載バッテリに前記必要充電電力を優先的に配分することを特徴とする電力管理システム。
3. 前記電力変換装置は、
   一方が前記車載バッテリに接続されたＤＣ－ＤＣ変換器と、前記ＤＣ－ＤＣ変換器の他方と前記商用電源との間に接続されたＤＣ－ＡＣ変換器と、前記ＤＣ－ＤＣ変換器と前記ＤＣ－ＡＣ変換器を制御する制御部とを備え、
   前記電力変換装置の前記制御部は、前記制御装置からの電力指令値に基づき、前記車載バッテリの充放電を制御することを特徴とする
   請求項１又は２に記載の電力管理システム。

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