JP6402255B2

JP6402255B2 - 充放電装置及び輸送機器

Info

Publication number: JP6402255B2
Application number: JP2017528078A
Authority: JP
Inventors: 純工藤; 啓一郎本間; 知新崎
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2035-07-15
Also published as: JPWO2017009977A1; US20180205230A1; DE112015006704T5; DE112015006704B4; WO2017009977A1; US10511171B2; CN107851997B; CN107851997A

Description

本発明は、輸送機器に設けられた蓄電器と電力系統との間で双方向の電力の授受が可能なＶ２Ｇ（Vehicle to Grid）における充放電装置及び充放電制御方法に関する。

特許文献１には、充電予約を可能とするため計時機能を有している車両用充電システムにおいて、計時機能に異常が生じた場合であっても、極力、予約された充電開始時刻に充電を開始可能とする車両用充電システムが記載されている。この車両用充電システムでは、時計機能部による計時機能に異常が生じた場合、制御部は、１２Ｖ系バッテリの電力残量と、自身の電力消費量とに基づき、通常モードのまま充電開始時刻まで起動し続けることが可能であるか否かを判定する。そして、起動し続けることが可能と判定した場合、通常モードにて充電開始時刻まで待機する。

また、特許文献２には、電力会社から電気の供給を受ける電力需要者である事業所における電力需要非ピーク時に又は各自動車所有者の深夜電力を利用して、複数の自動車の各バッテリを充電し、この充電した自動車のバッテリに貯えた電力を事業所における電力需要ピーク時に放出する負荷平準化システムが記載されている。

日本国特開２０１３−２４３７９１号公報日本国特開２００７−２８２３８３号公報日本国特許第４２８５５７８号公報

特許文献１に記載の車両用充電システムによれば、時計機能部による計時機能に異常が生じても、制御部は充電開始時刻まで通常モードのまま起動し続けているので、充電開始時刻に達したことを判定して、強電系バッテリの充電を開始することが可能になる。しかし、この車両用充電システムでは、車両に搭載された強電系バッテリから外部電源側への放電は行っていない。このため、商用電力網を含む電力系統とＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）等の電動車両との間で双方向の電力の授受が可能なＶ２Ｇ（Vehicle to Grid）システムに、特許文献１の車両用充電システムを適用することはできず、商用電力系統の安定化に寄与できない。

また、特許文献２に記載の負荷平準化システムは、昼間に駐車場に止めてある自動車のバッテリから事業所に対して電力を供給して負荷平準化を行い、翌朝に負荷平準化に貢献した自動車に対して事業所でバッテリの充電を行うか、家庭の深夜電力を利用してバッテリを充電するものである。このシステムを利用する自動車が事業所に到着すると、自動車が搭載するバッテリはインバータを介して駐車場コンセント群の１つに接続される。バッテリをコンセントに接続した時点では充放電を行わない待機モードであるが、事業所における電力需要が大きくなった時点で放電モードに移行するよう自動車に指令が与えられ、電力需要が小さくなった時点で待機モードに移行するよう自動車に指令が与えられる。しかし、この負荷平準化システムは、事業所と自動車との間の電力の授受により負荷平準化を行うものであって、商用電力網を含む電力系統における負荷平準化を行うものではない。このため、Ｖ２Ｇへ参加する車両の数や電力供給家と電力需要家の間における電力取引の約定確率を増加させることができず、商用電力系統の安定化に寄与できない。

本発明の目的は、電力系統の安定化に寄与できる充放電装置及び充放電制御方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
輸送機器（例えば、後述の実施形態での電動車両１５）に設けられた蓄電器（例えば、後述の実施形態でのメインバッテリ１０４）と、
前記蓄電器と外部の電力系統の間で授受される電力の変換を行う電力変換部（例えば、後述の実施形態での双方向充電器１０３）と、
前記蓄電器から前記電力系統への放電又は前記電力系統から供給される電力による前記蓄電器の充電を行う時間を決定するサーバ装置（例えば、後述の実施形態でのアグリゲータ１７）から送信された、前記放電又は前記充電を行う時間を含む指令を受信する受信部（例えば、後述の実施形態でのデジタル通信部１０２）と、
前記受信部が受信した前記指令が示す時間に基づいて起動又は休止し、前記電力変換部の作動を制御する制御部（例えば、後述の実施形態での充放電ＥＣＵ１０７）と、を備え、
前記指令が示す前記放電又は前記充電を行う時間は、前記サーバ装置が、電力供給家が前記電力系統に供給する電力量及び前記電力系統から電力需要家に供給される電力量の時系列分析を行って、前記電力系統における電力の需給予測を行った結果と、前記電力系統との電力の授受の際に前記サーバ装置が管理している電力量の最小取引単位と、に基づいて決定する、充放電装であって、
前記指令が示す前記充電を行う時間は、前記電力の需給予測結果と、前記充放電装置の前記電力系統に対する貢献度と、前記蓄電器に与える劣化影響度から導出された前記蓄電器を充電する時間帯の充電好適度と、に基づいて、前記貢献度が高いほど前記充電好適度の高い時間帯で前記蓄電器が充電されるよう決定される。

請求項２に記載の発明は、
輸送機器（例えば、後述の実施形態での電動車両１５）に設けられた蓄電器（例えば、後述の実施形態でのメインバッテリ１０４）と、
前記蓄電器と外部の電力系統の間で授受される電力の変換を行う電力変換部（例えば、後述の実施形態での双方向充電器１０３）と、
前記蓄電器から前記電力系統への放電又は前記電力系統から供給される電力による前記蓄電器の充電を行う時間を決定するサーバ装置（例えば、後述の実施形態でのアグリゲータ１７）から送信された、前記放電又は前記充電を行う時間を含む指令を受信する受信部（例えば、後述の実施形態でのデジタル通信部１０２）と、
前記受信部が受信した前記指令が示す時間に基づいて起動又は休止し、前記電力変換部の作動を制御する制御部（例えば、後述の実施形態での充放電ＥＣＵ１０７）と、を備え、
前記指令が示す前記放電又は前記充電を行う時間は、前記サーバ装置が、電力供給家が前記電力系統に供給する電力量及び前記電力系統から電力需要家に供給される電力量の時系列分析を行って、前記電力系統における電力の需給予測を行った結果と、前記電力系統との電力の授受の際に前記サーバ装置が管理している電力量の最小取引単位と、に基づいて決定する、充放電装であって、
前記制御部は、前記蓄電器の蓄電量が所定量以上であれば、前記指令が示す前記放電の開始時刻よりも所定時間早い時刻から前記放電を開始し、前記指令が示す前記放電の終了時刻まで前記放電を行うよう、前記電力変換部の作動を制御する。

請求項３に記載の発明は、
輸送機器（例えば、後述の実施形態での電動車両１５）に設けられた蓄電器（例えば、後述の実施形態でのメインバッテリ１０４）と、
前記蓄電器と外部の電力系統の間で授受される電力の変換を行う電力変換部（例えば、後述の実施形態での双方向充電器１０３）と、
前記蓄電器から前記電力系統への放電又は前記電力系統から供給される電力による前記蓄電器の充電を行う時間を決定するサーバ装置（例えば、後述の実施形態でのアグリゲータ１７）から送信された、前記放電又は前記充電を行う時間を含む指令を受信する受信部（例えば、後述の実施形態でのデジタル通信部１０２）と、
前記受信部が受信した前記指令が示す時間に基づいて起動又は休止し、前記電力変換部の作動を制御する制御部（例えば、後述の実施形態での充放電ＥＣＵ１０７）と、を備え、
前記指令が示す前記放電又は前記充電を行う時間は、前記サーバ装置が、電力供給家が前記電力系統に供給する電力量及び前記電力系統から電力需要家に供給される電力量の時系列分析を行って、前記電力系統における電力の需給予測を行った結果と、前記電力系統との電力の授受の際に前記サーバ装置が管理している電力量の最小取引単位と、に基づいて決定する、充放電装であって、
前記制御部は、予め設定された前記蓄電器から前記電力系統への放電の積極度合が所定以上であれば、前記指令が示す前記放電の開始時刻よりも所定時間早い時刻から前記放電を開始し、前記指令が示す前記放電の終了時刻まで前記放電を行うよう、前記電力変換部の作動を制御する。

請求項４に記載の発明は、
輸送機器（例えば、後述の実施形態での電動車両１５）に設けられた蓄電器（例えば、後述の実施形態でのメインバッテリ１０４）と、
前記蓄電器と外部の電力系統の間で授受される電力の変換を行う電力変換部（例えば、後述の実施形態での双方向充電器１０３）と、
前記蓄電器から前記電力系統への放電又は前記電力系統から供給される電力による前記蓄電器の充電を行う時間を決定するサーバ装置（例えば、後述の実施形態でのアグリゲータ１７）から送信された、前記放電又は前記充電を行う時間を含む指令を受信する受信部（例えば、後述の実施形態でのデジタル通信部１０２）と、
前記受信部が受信した前記指令が示す時間に基づいて起動又は休止し、前記電力変換部の作動を制御する制御部（例えば、後述の実施形態での充放電ＥＣＵ１０７）と、を備え、
前記指令が示す前記放電又は前記充電を行う時間は、前記サーバ装置が、電力供給家が前記電力系統に供給する電力量及び前記電力系統から電力需要家に供給される電力量の時系列分析を行って、前記電力系統における電力の需給予測を行った結果と、前記電力系統との電力の授受の際に前記サーバ装置が管理している電力量の最小取引単位と、に基づいて決定する、充放電装であって、
前記制御部は、前記蓄電器の蓄電量が所定量以上であれば、前記指令が示す前記放電の開始時刻から前記放電を開始し、前記指令が示す前記放電の終了時刻よりも所定時間遅い時刻まで前記放電を行うよう、前記電力変換部の作動を制御する。

請求項５に記載の発明は、
輸送機器（例えば、後述の実施形態での電動車両１５）に設けられた蓄電器（例えば、後述の実施形態でのメインバッテリ１０４）と、
前記蓄電器と外部の電力系統の間で授受される電力の変換を行う電力変換部（例えば、後述の実施形態での双方向充電器１０３）と、
前記蓄電器から前記電力系統への放電又は前記電力系統から供給される電力による前記蓄電器の充電を行う時間を決定するサーバ装置（例えば、後述の実施形態でのアグリゲータ１７）から送信された、前記放電又は前記充電を行う時間を含む指令を受信する受信部（例えば、後述の実施形態でのデジタル通信部１０２）と、
前記受信部が受信した前記指令が示す時間に基づいて起動又は休止し、前記電力変換部の作動を制御する制御部（例えば、後述の実施形態での充放電ＥＣＵ１０７）と、を備え、
前記指令が示す前記放電又は前記充電を行う時間は、前記サーバ装置が、電力供給家が前記電力系統に供給する電力量及び前記電力系統から電力需要家に供給される電力量の時系列分析を行って、前記電力系統における電力の需給予測を行った結果と、前記電力系統との電力の授受の際に前記サーバ装置が管理している電力量の最小取引単位と、に基づいて決定する、充放電装であって、
前記制御部は、予め設定された前記蓄電器から前記電力系統への放電の積極度合が所定以上であれば、前記指令が示す前記放電の開始時刻から前記放電を開始し、前記指令が示す前記放電の終了時刻よりも所定時間遅い時刻まで前記放電を行うよう、前記電力変換部の作動を制御する。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の充放電装置であって、
前記指令が示す前記放電を行う時間は、前記電力の需給予測結果と、前記電力系統との電力の授受の際に前記サーバ装置が管理している電力量の最小取引単位と、前記サーバ装置が前記電力系統への売電のために確保している電力量の総和と、に基づいて決定される。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の充放電装置であって、
前記制御部は、前記受信部が受信した前記指令が示す前記放電又は前記充電の開始時刻よりも所定時間前の時点で起動し、前記開始時刻と前記受信部が前記指令を受信した時刻との差分が所定時間よりも短ければ、前記受信部が前記指令を受信した時点で起動する。

請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の充放電装置を備えた輸送機器である。

請求項１の発明によれば、サーバ装置から送信された指令が示す時間に基づいて蓄電器の充放電を制御する制御部が起動又は休止する。このように、制御部は、サーバ装置からの指令に応じた充放電を行う時間及びその待機時間の間以外は休止していて良いため、制御部の耐久性を確保することができる。また、充放電を行っていない間の制御部による電力消費を低減できる。
また、サーバ装置から送信される指令が示す充放電を行う時間は、電力の需給予測結果に基づき、サーバ装置によって決定される。電力需要量に対して電力供給量が逼迫した時間帯に、サーバ装置からの指令に従って充放電装置から電力系統に電力が供給されれば、電力系統から電力需要家への電力の供給安定性が向上する。また、電力需要量に対して電力供給量に余裕がある時間帯に充放電装置の蓄電器を充電すれば、電力系統の安定性が向上する。
また、サーバ装置からの指令に従って充放電を行う場合のインセンティブが高く設定されれば、充放電装置のオーナーにとっての利益率は高くなる。さらに、サーバ装置から送信される指令が示す充放電を行う時間は、サーバ装置と電力系統との電力の授受の際に管理される電力量の最小取引単位に基づき、サーバ装置によって決定される。よって、充放電装置からサーバ装置への売電の約定の確率や、サーバ装置から電力系統への売電の確率を向上できる。この利点によって、充放電装置の積極的な放電を促すことができ、電力系統の安定化がもたらされる。このように、サーバ装置、充放電装置のオーナー、電力系統を運営する者、電力需要家といったＶ２Ｇに携わる４者間の利益を最大化できる。
また、電力の受給予測結果と、電力系統に対する貢献度と、充電好適度とに基づいて、貢献度が高いほど充電好適度の高い時間帯で蓄電器が充電されるよう、充放電装置での充電を行う時間が決定される。貢献度の高い充放電装置に対しては充電好適度が高い時間帯に充電の開始が指令される場合が多いため、蓄電器の劣化の進行を遅らせることができる。特に、充電好適度が高い時間帯では、蓄電器の劣化の進行をほぼゼロにできる。この利点によって、Ｖ２Ｇに参加すると蓄電器が劣化するのではないかといった不安があるためにＶ２Ｇへの参加を躊躇する充放電装置のオーナーに、充放電装置の積極的な放電を促すことができる。

請求項２〜５の発明によれば、充放電装置の蓄電器はサーバ装置からの指令よりも長く放電する。サーバ装置からの指令よりも長く放電することによって、電力系統に対する貢献度が高く設定されれば充電時における充放電装置のオーナーにとっての利益率が高くなるため、充放電装置の積極的な放電を促すことができる。また、電力需要量に対して電力供給量が逼迫した時間帯での放電であれば、電力系統の安定性が向上する。また、Ｖ２Ｇにおける電力の取引市場には、通常の取引市場とは別に、単位取引時間及び単位取引量が共に少ない直前の調整市場が存在しており、決定部が決定した放電を行う時間よりも長く放電できる場合、充放電装置はこの直前の調整市場での売電を行うことができ、電力系統の安定化により一層寄与できる。このように、サーバ装置、充放電装置のオーナー、電力系統を運営する者、電力需要家といったＶ２Ｇに携わる４者間の利益を最大化できる。

請求項６の発明によれば、電力の需給予測結果と、電力の売買市場で利用される一般的には決して小さくない値の最小取引単位と、サーバ装置が電力系統への売電のために確保している電力量の総和とに基づいて、充放電装置での放電を行う時間が決定される。輸送機器に設けられた蓄電器が最小取引単位を満たすほどの大電力を蓄積することは困難であり、充放電装置には大電力の放電は求められないため、充放電装置からサーバ装置への売電の約定の確率が向上する。
請求項７の発明によれば、制御部の起動と休止の頻発を防止することができる。なお、制御部の起動と休止の頻発は、却って電力の浪費を招くのみならず、制御部の耐久性にも影響を与える。

Ｖ２Ｇシステムの全体構成を示す図である。図１に示したＶ２Ｇシステムの一部を構成する外部電源装置及び電動車両を示すブロック図である。図１に示したＶ２Ｇシステムの一部を構成するアグリゲータ及び通信網を示すブロック図である。アグリゲータによって管理される電動車両が有するメインバッテリの充放電の制御を説明するフローチャートである。電動車両が有するメインバッテリのＶ２Ｇを含む充放電の一例に伴うメインバッテリの出力及びＳＯＣの各変化を示す図である。電動車両が有するメインバッテリのＶ２Ｇを含む充放電の他の例に伴うメインバッテリの出力及びＳＯＣの各変化を示す図である。電動車両が有するメインバッテリのＶ２Ｇを含む充放電の他の例に伴うメインバッテリの出力及びＳＯＣの各変化を示す図である。図５に示されたＶ２Ｇに参加する時間帯とその前の時間帯における電力市場の需給バランスと気温の変化を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

Ｖ２Ｇ（Vehicle to Grid）は、商用電力網を含む電力系統と電動車両との間で電力の融通を行うシステムであり、電動車両が移動手段として用いられない時には、この電動車両に搭載された蓄電器が電力貯蔵設備として利用される。このため、Ｖ２Ｇに参加する電動車両と電力系統のとの間では双方向の電力の授受が行われる。

図１は、Ｖ２Ｇシステムの全体構成を示す図である。図１に示すように、Ｖ２Ｇシステムは、火力、風力、原子力又は太陽光等のエネルギーによって発電を行う発電所１１及び発電所１１を含む電力供給家が発電した電力の送電網１２等から構成された電力系統と、電気を必要とし電力の供給を受けている電力需要家１３と、図示しない配電設備等を介して送電網１２に接続された外部電源装置１４と、充放電可能な蓄電器を有するＥＶ（Electrical Vehicle）やＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）等の電動車両１５と、通信網１６と、通信網１６に接続された外部電源装置１４を介して電動車両１５が有する蓄電器の充放電を管理するアグリゲータ１７とを備える。アグリゲータ１７は、電動車両１５の蓄電器を含む複数の蓄電装置の充放電を管理することによって、発電所１１を運営する電力会社又は送電網１２を運営する送電会社等の要求に応えることができる。

図２は、図１に示したＶ２Ｇシステムの一部を構成する外部電源装置１４及び電動車両１５を示すブロック図である。図２に示すように、外部電源装置１４は、ケーブル２１の先端に設けられたコネクタ２２と、デジタル通信部２３とを備える。また、電動車両１５は、インレット１０１と、デジタル通信部１０２と、双方向充電器１０３と、メインバッテリ１０４と、コンバータ（CONV）１０５と、サブバッテリ１０６と、充放電ＥＣＵ１０７と、バッテリＥＣＵ１０８と、無線部１０９とを備える。なお、電動車両１５がＶ２Ｇに参加する場合、電動車両１５が有する蓄電器の充放電又はその待機のために、電動車両１５が有する電装品の起動状態が長時間にわたる。しかし、電装品の起動状態が長時間継続することは耐久性の点で好ましくなく、必要に応じて電装品を休止させることが望ましい。

以下、外部電源装置１４の各構成要素について説明する。

コネクタ２２は、電動車両１５のインレット１０１に接続された状態で、外部電源装置１４と電動車両１５との間で電力の授受を行う。デジタル通信部２３は、ホームゲートウェイ１８を介して通信網１６に接続され、外部電源装置１４と電動車両１５との間で授受される電気にアグリゲータ１７から得られた信号を電力線通信技術を用いて重畳する。このため、アグリゲータ１７からの制御信号は、コネクタ２２が電動車両１５のインレット１０１に接続された状態であれば、電動車両１５に送られる。

次に、電動車両１５の各構成要素について説明する。

インレット１０１には、外部電源装置１４のコネクタ２２が着脱可能である。デジタル通信部１０２は、インレット１０１に外部電源装置１４のコネクタ２２が装着された状態で、電力線通信（デジタル通信）技術によって外部電源装置１４からの電気に重畳された信号を受信し、電動車両１５がＶ２Ｇに参加する場合は、この信号が示す指令に応じた動作を行う。なお、電動車両１５と外部電源装置１４との接続形態は、インレット１０１とコネクタ２２による物理的な接続に限らず、インレット１０１とコネクタ２２が接近した状態での非接触充放電のような電磁的な接続であっても良い。

双方向充電器１０３は、インレット１０１及びデジタル通信部１０２を介して外部電源装置１４から得られた交流電圧を直流電圧に変換する。双方向充電器１０３によって直流電圧に変換された電力によってメインバッテリ１０４が充電される。また、双方向充電器１０３は、メインバッテリ１０４から放電された直流電圧を交流電圧に変換する。双方向充電器１０３によって交流電圧に変換された電力は、インレット１０１を介して外部電源装置１４に送られる。メインバッテリ１０４は、例えば１００〜２００Ｖといった直流の高電圧を出力する二次電池であり、電動車両１５の駆動源である図示しない電動機等に電力を供給する。

コンバータ１０５は、メインバッテリ１０４の出力電圧を直流のまま一定の電圧に降圧する。コンバータ１０５によって降圧された電力によってサブバッテリ１０６が充電される。サブバッテリ１０６は、例えば１２Ｖといった直流の低電圧を出力する二次電池であり、電動車両１５の補機等に電力を供給する。

図２に点線で囲った充放電ＥＣＵ１０７、バッテリＥＣＵ１０８及び無線部１０９は、電動車両１５が駐車中であっても、デジタル通信部１０２が受信した信号が示す指令に応じて起動又は休止する。充放電ＥＣＵ１０７は、双方向充電器１０３の作動を制御する。充放電ＥＣＵ１０７が双方向充電器１０３の作動を制御することによって、メインバッテリ１０４の充電又は放電が行われる。バッテリＥＣＵ１０８は、メインバッテリ１０４の残容量（ＳＯＣ：State of Charge）を導出し、メインバッテリ１０４の蓄電状態等に応じた制御を行う。

無線部１０９は、電動車両１５のＶ２Ｇへの参加又は不参加や、Ｖ２Ｇに参加する場合の積極度合、Ｖ２Ｇに参加可能な時間帯、メインバッテリ１０４の放電状態等の情報を無線でアグリゲータ１７に送信する。なお、Ｖ２Ｇへの参加又は不参加、Ｖ２Ｇに参加する場合の積極度合、及びＶ２Ｇに参加可能な時間帯は、電動車両１５の所有者によって予め設定される。また、Ｖ２Ｇへの参加の積極度合が高いほどメインバッテリ１０４の放電機会及び放電量が多いことを、電動車両１５の所有者は理解しているものとする。

図３は、図１に示したＶ２Ｇシステムの一部を構成するアグリゲータ１７及び通信網１６を示すブロック図である。図３に示すように、アグリゲータ１７は、電力量データベース２０１と、設定情報データベース２０２と、分析部２０３と、決定部２０４と、送信部２０５と、無線部２０６とを備える。

電力量データベース２０１は、発電所１１を含む電力供給家が電力系統に供給する電力量及び電力系統から電力需要家１３に供給される電力量に関した過去及び現在の情報を有するデータベースである。設定情報データベース２０２は、電動車両１５毎のＶ２Ｇへの参加又は不参加、Ｖ２Ｇに参加する場合の積極度合、Ｖ２Ｇに参加可能な時間帯、及び電力系統に対する貢献度等といった情報を有するデータベースである。

分析部２０３は、電力量データベース２０１が有する情報を用いて電力量の時系列分析を行って、電力系統における電力の需給予測を行う。決定部２０４は、分析部２０３が行った電力の需給予測結果及び設定情報データベース２０２が有する各電動車両１５の情報等に基づいて、電動車両１５が有するメインバッテリ１０４から電力系統への放電又は電力系統から供給される電力によるメインバッテリ１０４の充電を行う時間を電動車両１５毎に決定する。送信部２０５は、決定部２０４が決定したメインバッテリ１０４の放電又は充電を行う時間を含む指令を、通信網１６及び外部電源装置１４を介して電動車両１５に送信する。なお、決定部２０４は、アグリゲータ１７からの指令に従って電動車両１５のメインバッテリ１０４を充放電を実行したときのインセンティブを、他の時間帯で充放電を行う場合のインセンティブよりも高く設定する。インセンティブとは、電動車両１５が売買電する際の電動車両１５のオーナーにとっての利益であり、その利益の主たるものは金銭である。

無線部２０６は、電動車両１５から無線で送信されたＶ２Ｇへの参加又は不参加や、Ｖ２Ｇに参加する場合の積極度合、Ｖ２Ｇに参加可能な時間帯、メインバッテリ１０４の放電状態等の情報を受信する。無線部２０６が受信した情報は設定情報データベース２０２に格納される。

次に、アグリゲータ１７によって管理される電動車両１５が有するメインバッテリ１０４の充放電の制御について、図４を参照して説明する。電動車両１５のインレット１０１に外部電源装置１４のコネクタ２２が装着されると、電動車両１５のデジタル通信部１０２は、外部電源装置１４及び通信網１６を介したアグリゲータ１７との通信を行うことができるか確認する（ステップＳ１０１）。次に、電動車両１５の充放電ＥＣＵ１０７、バッテリＥＣＵ１０８及び無線部１０９は動作を休止する（ステップＳ１０３）。次に、電動車両１５のデジタル通信部１０２がアグリゲータ１７からのメインバッテリ１０４の放電又は充電の指令を含む信号を受信したとき（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、デジタル通信部１０２は、アグリゲータ１７からの指令が示す放電又は充電の開始時間の所定時間前のタイミングであるかを判断し、当該開始時間の所定時間前の時点であればステップＳ１０９に進み、当該開始時間の所定時間以上前の時点であればステップＳ１０５に戻る。なお、ステップＳ１０５で信号を受信した時点が既に開始時間の所定時間前を過ぎていれば、起動と休止の頻発を防止するためステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、デジタル通信部１０２は、充放電ＥＣＵ１０７、バッテリＥＣＵ１０８及び無線部１０９を起動する。次に、開始時間の時点で電動車両１５のメインバッテリ１０４の放電又は充電を開始する（ステップＳ１１１）。次に、予め受け取ったアグリゲータ１７からの指令が示す終了時間になった時、又はデジタル通信部１０２がアグリゲータ１７から放電又は充電の終了指令を受け取ったとき（ステップＳ１１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３に戻って、電動車両１５の充放電ＥＣＵ１０７、バッテリＥＣＵ１０８及び無線部１０９は動作を休止する。

このように、充放電ＥＣＵ１０７は、アグリゲータ１７からの指令が示す放電の開始時間の時点でメインバッテリ１０４の放電を開始し、アグリゲータ１７からの指令が示す放電の終了時間の時点でメインバッテリ１０４の放電を終了する。しかし、メインバッテリ１０４のＳＯＣが所定値以上の場合又はＶ２Ｇへの参加の積極度合が所定以上の場合、充放電ＥＣＵ１０７は、アグリゲータ１７からの指令が示す開始時間よりも前の時間から放電を開始したり、指令が示す終了時間よりも後の時間に放電を終了しても良い。例えば、アグリゲータ１７からの指令が示す放電の開始時刻が18:00、終了時刻が19:00である場合、充放電ＥＣＵ１０７は、17:30にメインバッテリ１０４の放電を開始したり、19:30にメインバッテリ１０４の放電を終了しても良い。このように、アグリゲータ１７からの指令よりも長く放電したメインバッテリ１０４を有する電動車両１５には、アグリゲータ１７は、電力系統に対する貢献度及びインセンティブを高く設定する。また、Ｖ２Ｇにおける電力の取引市場には、通常の取引市場とは別に、単位取引時間及び単位取引量が共に少ない直前の調整市場が存在しており、アグリゲータ１７からの指令よりも長く放電できる場合は、この直前の調整市場での売電を行うことができ、電力系統の安定化により一層寄与できる。

次に、電動車両１５が有するメインバッテリ１０４の充放電に係るアグリゲータ１７の管理について説明する。図５は、電動車両１５が有するメインバッテリ１０４のＶ２Ｇを含む充放電の一例に伴うメインバッテリ１０４の出力及びＳＯＣの各変化を示す図である。図５に示した例では、朝８時頃に電動車両１５が例えば自宅から職場まで走行した後は、職場にてメインバッテリ１０４が充電され、午後６時頃まで放置された後、午後６時頃に電動車両１５は職場から自宅へ走行する。電動車両１５が自宅に到着して外部電源装置１４に接続されるとＶ２Ｇに参加可能な状態となる。図５に示した例では、電動車両１５が自宅に戻る午後６時頃から約２時間は電力需要量が急増し、電力需要量に対して電力供給量が逼迫するため、外部電源装置１４に接続された電動車両１５にはアグリゲータ１７から放電指令が送られ、メインバッテリ１０４は継続的放電を行う。その後、電力需要が低下すると、午前３時頃まではアグリゲータ１７からの指令に応じてメインバッテリ１０４は充放電を行う。午前３時以降は、翌朝の走行に備えてメインバッテリ１０４は満充電となるまで充電される。

なお、図５に示したＶ２Ｇに参加している時間帯の内、継続的放電以外の時間帯には、電力系統における周波数が安定するよう調整する電力を供給するための充放電の指令が電動車両１５に送られても良い。こういった、実質的に電力系統に電力を供給しないまでも、電力系統における周波数の安定化に寄与する電動車両１５に対して、アグリゲータ１７は、電力系統に対する貢献度を高く設定しても良い。また、職場にアグリゲータ１７との通信が可能な外部電源装置１４が設けられていれば、図６及び図７に示すように、図５に示した午後６時頃から午前３時頃まで行われるＶ２Ｇへの参加を昼間の時間帯に行っても良い。図６や図７に示した例のように積極的にＶ２Ｇに参加する車両に対しても、充放電ＥＣＵ１０７等の休止状態と起動状態を切替えることによって、これらの電装品の耐久性を確保できる。

図８は、図５に示されたＶ２Ｇに参加する時間帯とその前の時間帯における電力市場の需給バランスと気温の変化を示す図である。図８に示すように、午後５時頃までの日中の電力市場は、電力需要量に対して電力供給量に余裕があるため、アグリゲータ１７は、Ｖ２Ｇに参加可能な電動車両１５に対しては電力系統からの電力によってメインバッテリ１０４を充電するよう指令する。しかし、日暮れを迎える午後６時頃から約２時間は電力需要量に対して電力供給量が逼迫するため、アグリゲータ１７は、Ｖ２Ｇに参加可能な電動車両１５に対してはメインバッテリ１０４から電力系統に放電するよう指令する。その後、夜間には、電力需要量に対する電力供給量に再び余裕が生じるため、アグリゲータ１７は、Ｖ２Ｇに参加可能な電動車両１５に対しては、主に電力系統からの電力によってメインバッテリ１０４を充電するよう指令する。

このように、アグリゲータ１７は、Ｖ２Ｇに参加可能な電動車両１５のメインバッテリ１０４に対して放電又は充電の指令を行うが、この指令は放電又は充電の開始時間と終了時間を指示するものである。電動車両１５は開始時間から終了時間まで時間に応じた電力量を電力系統との間で授受している。しかし、電動車両１５と電力系統との間で授受される単位時間当たりの電力量（Ｗｈ）は、アグリゲータ１７が電力系統との電力の授受の際に管理している最小取引単位（＝単位時間×単位取引量）よりも小さい。このため、アグリゲータ１７の決定部２０４は、最小取引単位の倍数とアグリゲータ１７が電力系統への売電のために確保している電力量の総和との差分を、電動車両１５のメインバッテリ１０４から放電される電力量によって埋め合わせることができるよう、電動車両１５毎の放電を行う時間を決定する。図８では、最小取引単位を正方形で表し、アグリゲータ１７が電力系統への売電のために確保している電力量の総和をハッチングされた領域で表している。なお、アグリゲータ１７が電力系統への売電のために確保している電力量には、他の電動車両から放電される電力量の他、発電所１１を含む電力供給家から供給される電力量が含まれる。

ところで、一台の電動車両が逆潮流（売電）可能な電力量はおおよそ１５〜５０ｋＷｈ程度である。一方、電力の売買市場で利用される上記最小取引単位には、例えば０．１ＭＷｈ（＝１ｈｒ×０．１ＭＷ）〜１ＭＷｈ（＝１ｈｒ×１ＭＷ）といった一般的に決して小さくない値が設定されている。従って、単一又は少数の電動車両のみでこの最小取引単位を満たすのは困難である。このため、アグリゲータ１７が電力系統への売電のために確保している電力量の総和を考慮して、各電動車両の放電時刻を設定することが、電動車両１５からアグリゲータ１７への売電の約定を含む電力の売買成立のためには重要となる。

なお、米国におけるＺＥＶ（Zero Emission Vehicle）法などの各国における環境車に対する法規が施行されると、社会におけるＶ２Ｇが可能な電動車両の台数の加速度的な増加が予想される。従って、アグリゲータ１７が各電動車両の放電時刻を指定することで、容易に最小取引単位を充足でき、電力系統に供給される電動車両からの電力を飛躍的に増加させることができる。

また、アグリゲータ１７の決定部２０４は、分析部２０３が行った電力の需給予測結果と、設定情報データベース２０２に格納されている各電動車両１５の電力系統に対する貢献度と、メインバッテリ１０４に与える劣化影響度から導出されたメインバッテリ１０４を充電する時間帯の充電好適度（Charge appropriateness level）とに基づいて、貢献度が高いほど充電好適度の高い時間帯でメインバッテリ１０４が充電されるよう、電動車両１５の充電を行う時間を決定する。その結果、貢献度の高い電動車両１５における充電開始時間は充電好適度の高い時間帯である場合が多くなり、貢献度の高い電動車両１５におけるメインバッテリ１０４の劣化の進行を遅らせることができる。

なお、メインバッテリ１０４に与える劣化影響度は、電動車両１５の位置における一日の気温の変化予測に基づいて導出される。一般的に、二次電池を充電中の温度が高すぎると劣化影響度が高くなる。図８に示した例では、日暮れから夜間に移行したばかりの時間帯はまだ気温が高く劣化影響度が高いため充電好適度は低いが、深夜の時間帯には気温が低下して、例えば気温が２５℃程度になると劣化影響度が低くなるため充電好適度が高くなる。

逆に、寒冷地では深夜の時間帯は気温が低すぎる。充電時の温度が低いと、電析とよばれる負極での活物質の析出現象が生じ、メインバッテリ１０４の充放電に対する耐久性が悪化する懸念から、充電電流を制限する必要がある。また、一般的なリチウムイオン電池では充電時の温度が低いと、メインバッテリ１０４における化学反応の活性度の低下から、定電圧充電によるメインバッテリ１０４の充電に長時間を要する。これらの要因によって、メインバッテリ１０４が満充電に至るまでには長時間を要するため、充電に係る電装品の使用も長時間に亘ることとなる。その結果、電装品の使用劣化をも促進することとなるため、寒冷地での深夜の時間帯の充電好適度は低い。一方、日暮れから夜間に移行したばかりの時間帯であれば、深夜の時間帯よりも気温が高いために充電電流を制限する必要がなく、また、メインバッテリ１０４が満充電に至るまでに長時間を要しないため、充電好適度は深夜の時間帯よりも高い。

また、アグリゲータ１７は、決定部２０４が決定した放電を行う時間よりも長く放電したメインバッテリ１０４を有する電動車両１５には、電力系統に対する貢献度及びインセンティブを高く設定する。例えば、決定部２０４が決定した放電を行う時間の開始時刻が18:00、終了時刻が19:00である場合において、17:30に放電を開始して19:00まで放電を行ったメインバッテリ１０４の電動車両１５や18:00に放電を開始して19:30まで放電を行ったにメインバッテリ１０４の電動車両１５には、アグリゲータ１７は、貢献度を高く設定する。

以上説明したように、本実施形態によれば、Ｖ２Ｇに参加する電動車両１５のメインバッテリ１０４が充放電する時間は、電力系統における電力の需給予測結果等に基づいて、アグリゲータ１７によって決定される。このため、電力需要量に対して電力供給量が逼迫した時間帯に、アグリゲータ１７からの指令に従って電動車両１５から電力系統に電力が供給されれば、電力系統から電力需要家１３への電力の供給安定性が向上する。電力需要量に対して電力供給量に余裕がある時間帯に電動車両１５のメインバッテリ１０４を充電すれば、電力系統の安定性が向上する。また、アグリゲータ１７からの指令に従って充放電を行う場合の電動車両１５のオーナーのインセンティブは高く設定されているため、Ｖ２Ｇを行うことによる電動車両１５のオーナーの利益率は高くなる。さらに、電動車両１５のメインバッテリ１０４が充放電する時間は、電力系統との電力の授受の際に管理される電力量の最小取引単位に基づき、アグリゲータ１７によって決定される。よって、電動車両１５からアグリゲータ１７への売電の約定の確率や、アグリゲータ１７から電力系統への売電の確率を向上できる。この利点によって、電動車両１５のＶ２Ｇへの積極的な参加を促すことができ、電力系統の安定化がもたらされる。このように、本実施形態によれば、アグリゲータ１７、電動車両１５のオーナー、電力系統を運営する者、電力需要家１３といったＶ２Ｇに携わる４者間の利益を最大化できる。さらに、電動車両１５の充放電ＥＣＵ１０７、バッテリＥＣＵ１０８及び無線部１０９は、アグリゲータ１７からの指令に応じた充放電を行う時間及びその待機時間の間以外は動作を休止していて良いため、休止可能なこれらの構成要素の耐久性を確保することができる。また、休止可能なこれらの構成要素による電力消費を低減できる。

また、アグリゲータ１７は、電力の売買市場で利用される一般的には決して小さくない値の最小取引単位の倍数とアグリゲータ１７が電力系統への売電のために確保している電力量の総和との差分を、電動車両１５のメインバッテリ１０４から放電される電力量によって埋め合わせることができるよう、電動車両１５毎の放電を行う時間を決定する。電動車両１５のメインバッテリ１０４が最小取引単位を満たすほどの大電力を蓄積することは困難であり、電動車両１５には大電力の放電は求められないが、上記差分は最小取引単位よりも小さいため、電動車両１５からアグリゲータ１７への売電の約定の確率が向上する。また、アグリゲータ１７は、電力系統への売電を最大限に行うことができる。

また、アグリゲータ１７は、電力系統に対する貢献度と充電好適度とに基づいて、貢献度が高いほど充電好適度の高い時間帯でメインバッテリ１０４が充電されるよう、電動車両１５の充電を行う時間を決定する。貢献度の高い電動車両１５に対しては気温が低い時間帯に充電の開始が指令される場合が多いため、メインバッテリ１０４の劣化の進行を遅らせることができる。特に、充電好適度が高い時間帯では、メインバッテリ１０４の劣化の進行をほぼゼロにできる。この利点によって、Ｖ２Ｇに参加すると蓄電器が劣化するのではないかといった不安があるためにＶ２Ｇへの参加を躊躇する電動車両１５のオーナーに、電動車両１５のＶ２Ｇへの積極的な参加を促すことができる。

また、メインバッテリ１０４のＳＯＣが所定値以上の場合又はＶ２Ｇへの参加の積極度合が所定以上の場合、アグリゲータ１７からの指令よりも長く放電したメインバッテリ１０４を有する電動車両１５には、電力系統に対する貢献度及びインセンティブが高く設定される。したがって、Ｖ２Ｇを行うことによる電動車両１５のオーナーの利益率が高くなり、電動車両１５のＶ２Ｇへの積極的な参加を促すことができる。また、電力需要量に対して電力供給量が逼迫した時間帯での放電であれば、電力系統の安定性が向上する。また、Ｖ２Ｇにおける電力の取引市場には、通常の取引市場とは別に、単位取引時間及び単位取引量が共に少ない直前の調整市場が存在しており、アグリゲータ１７からの指令よりも長く放電できる場合、電動車両１５はこの直前の調整市場での売電を行うことができ、電力系統の安定化により一層寄与できる。このように、アグリゲータ１７、電動車両１５のオーナー、電力系統を運営する者、電力需要家１３といったＶ２Ｇに携わる４者間の利益を最大化できる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、電動車両１５が有する双方向充電器１０３及び充放電ＥＣＵ１０７は外部電源装置１４に設けられていても良い。この場合、電動車両１５と外部電源装置１４の間の電力の授受は直流で行われる。また、電動車両１５のバッテリＥＣＵ１０８及び無線部１０９は、電動車両１５が駐車中であっても、デジタル通信部１０２が受信した信号が示す指令に応じて起動又は休止する。

１１発電所
１２送電網
１３電力需要家
１４外部電源装置
１５電動車両
１６通信網
１７アグリゲータ
１８ホームゲートウェイ
２１ケーブル
２２コネクタ
２３デジタル通信部
１０１インレット
１０２デジタル通信部
１０３双方向充電器
１０４メインバッテリ
１０５コンバータ
１０６サブバッテリ
１０７充放電ＥＣＵ
１０８バッテリＥＣＵ
１０９無線部
２０１電力量データベース
２０２設定情報データベース
２０３分析部
２０４決定部
２０５送信部
２０６無線部

Claims

輸送機器に設けられた蓄電器と、
前記蓄電器と外部の電力系統の間で授受される電力の変換を行う電力変換部と、
前記蓄電器から前記電力系統への放電又は前記電力系統から供給される電力による前記蓄電器の充電を行う時間を決定するサーバ装置から送信された、前記放電又は前記充電を行う時間を含む指令を受信する受信部と、
前記受信部が受信した前記指令が示す時間に基づいて起動又は休止し、前記電力変換部の作動を制御する制御部と、を備え、
前記指令が示す前記放電又は前記充電を行う時間は、前記サーバ装置が、電力供給家が前記電力系統に供給する電力量及び前記電力系統から電力需要家に供給される電力量の時系列分析を行って、前記電力系統における電力の需給予測を行った結果と、前記電力系統との電力の授受の際に前記サーバ装置が管理している電力量の最小取引単位と、に基づいて決定する、充放電装置であって、
前記指令が示す前記充電を行う時間は、前記電力の需給予測結果と、前記充放電装置の前記電力系統に対する貢献度と、前記蓄電器に与える劣化影響度から導出された前記蓄電器を充電する時間帯の充電好適度と、に基づいて、前記貢献度が高いほど前記充電好適度の高い時間帯で前記蓄電器が充電されるよう決定される、充放電装置。
輸送機器に設けられた蓄電器と、
前記蓄電器と外部の電力系統の間で授受される電力の変換を行う電力変換部と、
前記蓄電器から前記電力系統への放電又は前記電力系統から供給される電力による前記蓄電器の充電を行う時間を決定するサーバ装置から送信された、前記放電又は前記充電を行う時間を含む指令を受信する受信部と、
前記受信部が受信した前記指令が示す時間に基づいて起動又は休止し、前記電力変換部の作動を制御する制御部と、を備え、
前記指令が示す前記放電又は前記充電を行う時間は、前記サーバ装置が、電力供給家が前記電力系統に供給する電力量及び前記電力系統から電力需要家に供給される電力量の時系列分析を行って、前記電力系統における電力の需給予測を行った結果と、前記電力系統との電力の授受の際に前記サーバ装置が管理している電力量の最小取引単位と、に基づいて決定する、充放電装置であって、
前記制御部は、前記蓄電器の蓄電量が所定量以上であれば、前記指令が示す前記放電の開始時刻よりも所定時間早い時刻から前記放電を開始し、前記指令が示す前記放電の終了時刻まで前記放電を行うよう、前記電力変換部の作動を制御する、充放電装置。
輸送機器に設けられた蓄電器と、
前記蓄電器と外部の電力系統の間で授受される電力の変換を行う電力変換部と、
前記蓄電器から前記電力系統への放電又は前記電力系統から供給される電力による前記蓄電器の充電を行う時間を決定するサーバ装置から送信された、前記放電又は前記充電を行う時間を含む指令を受信する受信部と、
前記受信部が受信した前記指令が示す時間に基づいて起動又は休止し、前記電力変換部の作動を制御する制御部と、を備え、
前記指令が示す前記放電又は前記充電を行う時間は、前記サーバ装置が、電力供給家が前記電力系統に供給する電力量及び前記電力系統から電力需要家に供給される電力量の時系列分析を行って、前記電力系統における電力の需給予測を行った結果と、前記電力系統との電力の授受の際に前記サーバ装置が管理している電力量の最小取引単位と、に基づいて決定する、充放電装置であって、
前記制御部は、予め設定された前記蓄電器から前記電力系統への放電の積極度合が所定以上であれば、前記指令が示す前記放電の開始時刻よりも所定時間早い時刻から前記放電を開始し、前記指令が示す前記放電の終了時刻まで前記放電を行うよう、前記電力変換部の作動を制御する、充放電装置。
輸送機器に設けられた蓄電器と、
前記蓄電器と外部の電力系統の間で授受される電力の変換を行う電力変換部と、
前記蓄電器から前記電力系統への放電又は前記電力系統から供給される電力による前記蓄電器の充電を行う時間を決定するサーバ装置から送信された、前記放電又は前記充電を行う時間を含む指令を受信する受信部と、
前記受信部が受信した前記指令が示す時間に基づいて起動又は休止し、前記電力変換部の作動を制御する制御部と、を備え、
前記指令が示す前記放電又は前記充電を行う時間は、前記サーバ装置が、電力供給家が前記電力系統に供給する電力量及び前記電力系統から電力需要家に供給される電力量の時系列分析を行って、前記電力系統における電力の需給予測を行った結果と、前記電力系統との電力の授受の際に前記サーバ装置が管理している電力量の最小取引単位と、に基づいて決定する、充放電装置であって、
前記制御部は、前記蓄電器の蓄電量が所定量以上であれば、前記指令が示す前記放電の開始時刻から前記放電を開始し、前記指令が示す前記放電の終了時刻よりも所定時間遅い時刻まで前記放電を行うよう、前記電力変換部の作動を制御する、充放電装置。
輸送機器に設けられた蓄電器と、
前記蓄電器と外部の電力系統の間で授受される電力の変換を行う電力変換部と、
前記蓄電器から前記電力系統への放電又は前記電力系統から供給される電力による前記蓄電器の充電を行う時間を決定するサーバ装置から送信された、前記放電又は前記充電を行う時間を含む指令を受信する受信部と、
前記受信部が受信した前記指令が示す時間に基づいて起動又は休止し、前記電力変換部の作動を制御する制御部と、を備え、
前記指令が示す前記放電又は前記充電を行う時間は、前記サーバ装置が、電力供給家が前記電力系統に供給する電力量及び前記電力系統から電力需要家に供給される電力量の時系列分析を行って、前記電力系統における電力の需給予測を行った結果と、前記電力系統との電力の授受の際に前記サーバ装置が管理している電力量の最小取引単位と、に基づいて決定する、充放電装置であって、
前記制御部は、予め設定された前記蓄電器から前記電力系統への放電の積極度合が所定以上であれば、前記指令が示す前記放電の開始時刻から前記放電を開始し、前記指令が示す前記放電の終了時刻よりも所定時間遅い時刻まで前記放電を行うよう、前記電力変換部の作動を制御する、充放電装置。
請求項１から５のいずれか１項に記載の充放電装置であって、
前記指令が示す前記放電を行う時間は、前記電力の需給予測結果と、前記電力系統との電力の授受の際に前記サーバ装置が管理している電力量の最小取引単位と、前記サーバ装置が前記電力系統への売電のために確保している電力量の総和と、に基づいて決定される、充放電装置。
請求項１から６のいずれか１項に記載の充放電装置であって、
前記制御部は、前記受信部が受信した前記指令が示す前記放電又は前記充電の開始時刻よりも所定時間前の時点で起動し、前記開始時刻と前記受信部が前記指令を受信した時刻との差分が所定時間よりも短ければ、前記受信部が前記指令を受信した時点で起動する、充放電装置。
請求項１から７のいずれか１項に記載の充放電装置を備えた、輸送機器。