JP6432816B2

JP6432816B2 - 電力管理システム、制御装置

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Publication number: JP6432816B2
Application number: JP2013144830A
Authority: JP
Inventors: 充田邊
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2033-07-10
Also published as: WO2015004869A1; JP2015019501A

Description

本発明は、電動車両に搭載された電池の電力を需要家で利用する電力管理システム、および電力管理システムの動作を制御する制御装置に関する。

従来、集合住宅において、高圧電力を降圧して低圧電力とし、低圧電力を各需要家に供給する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１には、電力貯蔵装置を用い、負荷に追従して電力貯蔵装置の充放電の制御を行うことにより、契約電力の超過を防ぐ技術が記載されている。

特開２００６−２８８０１５号公報

特許文献１に記載された技術は、専用の電力貯蔵装置を採用しているから、設備を導入するための費用が高いという問題がある。

本発明は、設備コストの低減に寄与する電力管理システムを提供することを目的とし、さらに、この電力管理システムに用いる電力管理装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電力管理システムは、建物に入居する複数の需要家に電力を供給する配電網に接続され、電動車両に搭載された走行用の電池の電力を前記配電網に供給する動作が可能である電力変換器と、前記建物で消費される電力を監視する電力計測装置と、前記電力変換器に前記電動車両が接続されている場合に、前記電動車両の識別情報を前記電動車両から取得し、前記電動車両から取得した前記電動車両の識別情報が、あらかじめ登録作業で電動車両から読み出されて登録されている識別情報に含まれるか否かを判断する認証部と、前記電力計測装置が監視する電力に応じて、前記識別情報が登録されている前記電動車両に搭載された前記電池から前記配電網に電力を供給するように前記電力変換器に指示する指示部とを備えることを特徴とする。

この電力管理システムにおいて、前記建物において前記需要家に供給する電力を高圧配電線路である電力系統から一括して受電し降圧する受変電設備をさらに備え、前記配電網は、前記受変電設備により降圧された電力を前記需要家に配電することが好ましい。

この電力管理システムにおいて、前記電力計測装置が監視する電力が、あらかじめ設定された制限値を超えるか否かを予測する予測部をさらに備え、前記指示部は、前記予測部により前記電力計測装置で監視している電力が前記制限値を超える可能性があると予測された場合に、前記電池から前記配電網に電力を供給するように前記電力変換器に指示することが好ましい。

この電力管理システムにおいて、前記電動車両を利用する時間帯および走行距離を含む走行予定が登録される登録部をさらに備え、前記指示部は、前記走行予定に基づいて前記電池の残容量の下限値を算出し、前記下限値に基づいて前記電池から放電させる電力量を制限することが好ましい。

この電力管理システムにおいて、前記電動車両を利用する時間帯および走行距離を含む走行予定が登録される登録部をさらに備え、前記指示部は、前記電動車両が予測した走行可能距離の情報を前記電動車両から受け取り、前記走行可能距離の下限値が前記走行予定に含まれる走行距離になるように、前記電池から放電させる電力量を制限することが好ましい。

この電力管理システムにおいて、前記電動車両の前記識別情報ごとに、所定期間において収集した電力量を積算する精算部をさらに備えることが好ましい。

本発明に係る制御装置は、上述した電力管理システムに用いられ、前記認証部と前記指示部とを備えることを特徴とする。

本発明の構成によれば、建物に入居する需要家が利用する電動車両に搭載された電池から建物の配電網に電力を供給可能にしているから、専用の電力貯蔵装置を導入する場合と比較すると、設備コストの低減を図ることが可能になる。また、本発明は、電動車両の認証を行うことによって、あらかじめ登録された電動車両から電力を供給させるから、対象外の電動車両の電力を誤って利用することを防止できる。さらに、本発明は、認証を行うことにより、電力の供給を行った電動車両と供給した電力量とを管理することが可能になる。

実施形態１を示すブロック図である。同上の概略構成図である。実施形態２を示すブロック図である。実施形態３を示すブロック図である。同上に用いる切替装置を示す回路図である。実施形態４を示すブロック図である。

図１に示すように、以下に説明する電力管理システムは、電力変換器１６１と電力計測装置（電力量計１１２）と認証部１５７と指示部１５３とを備える。電力変換器１６１は、建物（集合住宅１０）に入居する複数の需要家１２に電力を供給する配電網３１に接続され、電動車両２０に搭載された走行用の電池２１の電力を配電網３１に供給する動作が可能である。電力計測装置は、建物で消費される電力を監視する。認証部１５７は、電力変換器１６１に電動車両２０が接続されている場合に、電動車両２０の識別情報があらかじめ登録されているか否かを判断する。指示部１５３は、電力計測装置が監視する電力に応じて、識別情報が登録されている電動車両２０に搭載された電池２１から配電網３１に電力を供給するように電力変換器１６１に指示する。

電力管理システムは、建物において需要家１２に供給する電力を高圧配電線路である電力系統３０から一括して受電し降圧する受変電設備１１０を備えることが望ましい。この場合、配電網３１は、受変電設備１１０により降圧された電力を需要家１２に配電する。

また、電力管理システムは、電力計測装置が監視する電力が、あらかじめ設定された制限値を超えるか否かを予測する予測部１５５を備えることが好ましい。この場合、指示部１５３は、予測部１５５により電力計測装置で監視している電力が制限値を超える可能性があると予測された場合に、電池２１から配電網３１に電力を供給するように電力変換器１６１に指示する。

さらに、電力管理システムは、電動車両２０を利用する時間帯および走行距離を含む走行予定が登録される登録部１５６を備えることが望ましい。この場合、指示部１５３は、走行予定に基づいて電池２１の残容量の下限値を算出し、下限値に基づいて電池２１から放電させる電力量を制限する。

また、電力管理システムが登録部１５６を備える場合、指示部１５３は、電動車両２０が予測した走行可能距離の情報を電動車両２０から受け取り、走行可能距離の下限値が前記走行予定に含まれる走行距離になるように、電池２１から放電させる電力量を制限してもよい。

加えて、電力管理システムは、電動車両２０の識別情報ごとに、所定期間において収集した電力量を積算する精算部１５８を備えることが好ましい。

以下に説明する制御装置１５は、上述した電力管理システムに用いられ、認証部１５７と指示部１５３とを備える。

以下、本実施形態について詳述する。以下では、集合住宅において高圧一括受電を行う場合を例示するが、複数の需要家が入居する建物であれば、テナントビルなどでも、以下に説明する技術を適用可能である。ここに、高圧一括受電は、建物において、高圧配電線路からの受電を行い、建物内において降圧した後に各需要家に電力を供給することを意味する。

建物の管理者（たとえば、管理組合、管理会社など）は、電気事業者（たとえば、電力会社）に対して、高圧配電線路から一括して受電した電力量に対する対価を支払い、各需要家からは、配分した電力量に応じた対価を受け取る。一般的に言って、高圧配電線路から受電する電力の単価は、低圧配電線路から受電する電力の単価よりも低額であるから、需要家にとっては電気料金の支払いを低減できるという利点がある。

以下の実施形態では、建物の管理者が電気事業者に支払う電気料金が、使用した電力の最大値に応じた単価が設定された基本料金と、使用した電力量に応じて単価が段階的に上昇するように設定されている電力量料金との合計になる場合を例にしている。電気料金の計算方法は、契約によって定められ、たとえば、基本料金が１ヶ月ずつ独立して設定される場合と、過去１年間において月間の電力の最大値で定まる基本料金が適用される場合とがある。後者の場合、月間における電力の最大値が過去１年間における月間の電力の最大値を超えると、次の１年間において基本料金が上昇することになる。

電気事業者との契約によっては、月間の電力の最大値だけではなく、所定期間（たとえば、３０分間）ごとの電力量について月間の最大値が用いられる場合もある。また、受電している電力が電気事業者との間で契約により設定された制限値を超えると、建物の管理者が電気事業者に対して超過料金を支払う場合がある。さらに、電力が市場で取引される場合であれば、受電する電力量が約定を成立させた取引量を超えると、建物の管理者が電気事業者に対して違約金を支払う場合もある。

以下では、月間における電力の最大値が、設定された制限値を超えないように受電する電力を調節する場合を例として説明する。ただし、上述した各種例のように、電力あるいは電力量が所定値を超えると、電気事業者に支払う対価に超過料金が生じる場合にも、以下に説明する技術を適用することが可能である。すなわち、超過料金が生じる可能性がある場合に、以下の技術を採用することによって、超過料金の発生が抑制される。

以下に説明する実施形態では、電動車両２０が、電気自動車、プラグインハイブリッド車、電動二輪車のように、走行用の電池２１が蓄電池である場合を想定して説明する。ただし、以下に説明する実施形態の技術的思想は、電動車両２０が燃料電池車であっても適用可能である。燃料電池車は、走行用の電池２１が燃料電池になる。

燃料電池車のみに以下の技術を適用する場合は、後述する充放電器１６のように充電および放電を制御する装置に代えて、放電の制御のみを行う機能を備えた装置を用いればよい。また、充放電器１６において、電動車両２０から種別を示す信号を受け取ることができる場合、あるいは充放電器１６に電動車両の種別を通知できる場合には、充放電器１６は、電動車両２０の種別に応じて充電または放電の制御を行うように構成される。以下では、符号「２１」を蓄電池２１に用いる。

（実施形態１）
図１は、本実施形態において説明する電力管理システムの全体構成を示している。集合住宅１０の電気室１１には、６６００Ｖの高圧配電線路３０から受電し、２００Ｖに降圧した後に、配電網３１を通して集合住宅１０の需要家１２に配電するための設備が設けられる。以下では、高圧配電線路３０を「電力系統」と呼ぶ。

すなわち、電気室１１には、電力系統３０から受電し降圧するキュービクルのような受変電設備１１０が設置される。また、電気室１１には、電力系統３０から受電した電力量を計量する電力量計１１１と、降圧後に集合住宅１０の全体で消費された電力量を計量する電力計測装置としての電力量計１１２とが設置される。電力量計１１１は電気事業者に管理され、受変電設備１１０および電力量計１１２は集合住宅１０の管理者に管理される。

集合住宅１０には、配電網３１から受電する需要家（つまり、住戸）１２ごとに、需要家１２ごとに消費した電力量を計量する電力量計１０１が配置される。また、集合住宅１０の共用部１３が配電網３１から受電した電力量を計量するために電力量計１０２が配置される。

ところで、本実施形態では、集合住宅１０に付随して設けられた駐車場１４に、電動車両２０に搭載された蓄電池２１の充電および放電を制御するために、１ないし複数台の充放電器１６が設置されている。

それぞれの充放電器１６は、配電網３１に接続されており、配電網３１から受電し蓄電池２１に充電する機能と、蓄電池２１に蓄えた電力を配電網３１に供給する機能とを備える電力変換器１６１を内蔵している。また、それぞれの充放電器１６は、配電網３１から受電した電力量と、配電網３１に供給した電力量とをそれぞれ計量する電力量計１６２を備える。さらに、充放電器１６は、電動車両２０が接続されているか否かを確認する接続確認部１６３と、接続されている電動車両２０の識別情報を取得する情報取得部１６４と、他装置との通信を行う通信インターフェイス部１６５とを備える。以下、通信インターフェイス部を、「通信Ｉ／Ｆ部」と略称する。

電力変換器１６１は、直流電力と直流電力との間で電圧変換を行う第１変換回路（図示せず）と、直流電力と交流電力との変換を行う第２変換回路（図示せず）とを備え、全体として双方向に電力を変換する。つまり、電力変換器１６１は、蓄電池２１の直流電力を交流電力に変換して配電網３１に供給し、配電網３１の交流電力を直流電力に変換して蓄電池２１の充電を行う。

通信Ｉ／Ｆ部１６５は、集合住宅１０の管理者が管理する制御装置１５と通信線３２を通して通信する。制御装置１５は、充放電器１６と通信するだけではなく、電力量計１１２が計量した電力量を所定時間（たとえば、１分、５分、１０分、３０分などから選択される）ごとに取得する機能も有している。すなわち、制御装置１５は、充放電器１６における接続確認部１６３および情報取得部１６４から情報を取得する第１の取得部１５１と、電力量計１１２から情報を取得する第２の取得部１５２とを備える。また、制御装置１５は、第１の取得部１５１および第２の取得部１５２が取得した情報に基づいて電力変換器１６１の動作状態を指示する指示部１５３を備える。

制御装置１５は、第２の取得部１５２が電力量計１１２から取得した電力値を、設定部１５４に設定された制限値と比較し、電力値の推移から制限値を超えるか否かを予測する予測部１５５を備える。第２の取得部１５２は、電力量計１１２から所定時間（たとえば、１分、５分、１０分、３０分などから選択される）という比較的短い時間ごとの電力量を１秒単位で平均した平均値を瞬時電力とみなす。

予測部１５５は、第２の取得部１５２が時々刻々と取得した電力値の推移と制限値とを用いて、集合住宅１０の全体で消費される電力（瞬時電力）の値が制限値を超える可能性を予測する。予測部１５５は、たとえば、所定の単位期間（たとえば、３０分、１時間など）において電力を積算値を求め、積算値の傾きの変化率と電力値とから、電力値が制限値を超える可能性を予測する。

ところで、本実施形態は、集合住宅１０の全体で消費している電力が制御装置１５に設定された制限値を超える可能性があると、蓄電池２１から需要家１２に電力を供給し、電力系統３０から受電する電力を低減させる構成が採用されている。

電動車両２０に搭載された蓄電池２１の電力を配電網３１に供給するには、まず、電動車両２０が充放電器１６に接続されていることを確認しなければならない。電動車両２０が充放電器１６に接続されている状態は、必ずしもケーブルなどによる物理的な接続状態ではなくてもよい。すなわち、電動車両２０と充放電器１６との間で非接触で電力を伝送する場合でも、電動車両２０と充放電器１６との間で蓄電池２１の充電および放電が可能な状態であれば接続された状態とみなす。ただし、電動車両２０が配電網３１から電力を受電すること、および電動車両２０から配電網３１に電力を供給することは、許可されている電動車両２０にしか行えない。

すなわち、充放電器１６は、上述したように、接続確認部１６３および情報取得部１６４を備えている。接続確認部１６３は、蓄電池２１の充電あるいは放電が可能になるように電動車両２０が充放電器１６に接続されていると、通信Ｉ／Ｆ部１６５を通して制御装置１５に接続通知を送信する。接続通知は、電動車両２０が充放電器１６に接続された時点と電動車両２０が充放電器１６から離脱した時点でのみ制御装置１５に伝送される。ただし、接続確認部１６３は、電動車両２０が充放電器１６に接続されていることを確実に認識するために、電動車両２０が接続されたことが検出された後、電動車両２０が離脱したことが検出されるまで、接続状態を定期的に確認するようにしてもよい。

電動車両２０が充放電器１６に接続されていることは、通信Ｉ／Ｆ部１６５を通して制御装置１５に通知される。制御装置１５における指示部１５３は、充放電器１６から電動車両２０が接続されたことを通知されると、情報取得部１６４に対して電動車両２０の識別情報を取得するように指示する機能を有する。

電動車両２０の識別情報は、充放電器１６に電動車両２０が接続された状態で、電動車両２０と充放電器１６とが通信することにより情報取得部１６４が取得する。すなわち、電動車両２０は車両ごとにユニークである識別情報を備えており、充放電器１６に電動車両２０が接続されると、充放電器１６と電動車両２０との間に通信路が形成され、この通信路を通して、情報取得部１６４が電動車両２０から識別情報を取得する。充放電器１６と電動車両２０との間で電力を伝送する経路が有線である場合、電力を伝送する電線と通信路になる信号線とを併設したケーブルを用いればよい。充放電器１６と電動車両２０との間で電力を非接触で伝送する場合、識別情報の伝送には無線通信路が用いられる。

制御装置１５は、電動車両２０の充電と放電とを許可する電動車両２０の識別情報が登録される登録部１５６と、情報取得部１６４が電動車両２０から取得した識別情報が登録部１５６に登録された識別情報に含まれるか否かを判断する認証部１５７とを備える。登録部１５６は、通常は、充電と放電との両方を許可する電動車両２０が登録されるが、充電を許可する電動車両と、放電を許可する電動車両２０とがそれぞれ登録されていてもよい。

ところで、電動車両２０の識別情報を登録部１５６に登録するには登録作業を行う必要がある。登録作業は、たとえば、電動車両２０を充放電器１６に接続した状態で、充放電器１６に設けられた操作部（図示せず）に対して所定の操作を行うことにより行われる。また、登録作業に際して、移動体端末を操作装置として用いるようにしてもよい。登録作業を行うことによって、電動車両２０から読み出された識別情報が制御装置１５の登録部１５６に自動的に登録される。

なお、電動車両２０を集合住宅１０の居住者が所有している場合には、登録部１５６は、電動車両２０の識別情報が登録されるだけではなく、所有者の住戸番号が併せて登録されることが望ましい。また、集合住宅１０の居住者によるカーシェアリングが行われ、集合住宅１０の複数の居住者が電動車両２０を共用している場合には、該当する電動車両２０に付与した車両番号が、電動車両２０の識別情報と併せて登録部１５６に登録されるようにしてもよい。

認証部１５７は、情報取得部１６４から取得した識別情報が登録部１５６に登録されていると、当該識別情報に対して認証フラグを設定する。認証フラグが設定された識別情報を持つ電動車両２０は、充放電器１６を通して蓄電池２１の充電と放電との少なくとも一方が可能になる。認証フラグは、接続確認部１６３が電動車両２０の離脱を確認するまでは有効であり、電動車両２０が充放電器１６から離脱すると認証フラグも解除される。また、認証部１５７は、情報取得部１６４から取得した識別情報が登録部１５６に登録されていない場合は、この電動車両２０に対して充電および放電を許可しないように充放電器１６に指示する。

以下では、蓄電池２１から配電網３１に電力を供給することが許可された電動車両２０について、認証部１５７に認証フラグが設定されている状態を想定する。この状態において、電力系統３０から受電する電力が制限値を超える可能性があると予測部１５５が予測した場合、指示部１５３は認証フラグが設定されているか否かを確認する。指示部１５３は、認証フラグが設定されている場合、認証フラグが設定された電動車両２０が接続されている充放電器１６に対して、蓄電池２１の電力を配電網３１に供給させるように指示する。

指示部１５３は、蓄電池２１から配電網３１に電力の供給を開始した後、集合住宅１０の全体で消費する電力の値が開始直前の電力の値に対して規定した割合だけ低下すると、蓄電池２１の放電を停止させるように充放電器１６に指示する。蓄電池２１の放電を停止させる条件は、配電網３１に蓄電池２１から電力の供給を開始する直前の電力の値に対して、集合住宅１０の全体で消費する電力の値に、規定した閾値を超える低下が生じることとしてもよい。

制御装置１５は、精算部１５８を備えており、充放電器１６に蓄電池２１からの放電を指示してから放電の停止を指示するまでの期間において蓄電池２１が放電した電力量を、電動車両２０ごとに収集する。精算部１５８は、電動車両２０の識別情報ごとに、所定期間（たとえば、１ヶ月）において収集した電力量を積算する。精算部１５８が収集する電力量は、電力量計１６２が計量した電力量を取得する。

上述したように、電動車両２０の識別情報ごとに電力量が積算されるから、集合住宅１０の管理者は、電動車両２０の所有者に対して、電動車両２０から放電した電力量に応じた特典を与えることが可能になる。特典を与えることは電動車両２０からの放電を許容させる動機付けになる。特典の種類には、たとえば、放電量に応じた対価（インセンティブ）の支払い、買い物のポイントの発行、集合住宅１０での管理サービスに利用できるポイントの発行などがある。また、需要家１２が使用した電力量のうち単価が高いほうの電力量から放電した電力量を差し引くことを特典としてもよい。

上述したように、電動車両２０の蓄電池２１の電力を利用することによって、電力系統３０から受電する電力の値が制限値を超えないように、集合住宅１０の全体で消費する電力量を調節することが可能になる。その結果、受電する電力が制限値を超えることによる超過料金の発生を抑制することになり、結果的に、電気料金の増加が抑制される。

上述した構成例は、電動車両２０の識別情報を制御装置１５において認証しているが、制御装置１５の登録部１５６に登録された識別情報を充放電器１６に渡すことにより、充放電器１６で電動車両２０の識別情報を認証するようにしてもよい。

また、蓄電池２１は電動車両２０の走行用に用いられるから、蓄電池２１から配電網３１に電力を供給する際に、蓄電池２１の残容量（残す電力量）に、走行用の電力量に応じた下限を設けておくことが望ましい。この場合、制御装置１５の登録部１５６は、電動車両２０の識別情報ごとに、日々の走行予定が併せて登録されていることが望ましい。走行予定には、電動車両２０が使用される時間帯と走行距離の目安とが含まれる。指示部１５３は、走行予定に応じて蓄電池２１の残容量を算出し、蓄電池２１から放電させる場合には、この残容量を下限値として放電量を制限する。

上述した制御装置１５は、プログラムに従って動作するプロセッサを備えたコンピュータを主なハードウェア要素として備える。この種のコンピュータは、メモリをプロセッサと一体に備えるマイコン、プロセッサとメモリとを個別に備える構成などがある。コンピュータを、上述した制御装置１５として機能させるためのプログラムは、コンピュータに搭載されるＲＯＭ（Read Only Memory）により提供されるか、インターネットのような電気通信回線を通して提供されるか、コンピュータで読取可能な記録媒体により提供される。制御装置１５は、電気室１１に配置されることを想定しているが、集合住宅１０の管理人室などに設置してもよい。

上述した構成例では、走行予定が制御装置１５で管理されているが、走行予定は、電動車両２０で管理するようにしてもよい。この場合、電動車両２０は、充放電器１６を通して制御装置１５と通信し、制御装置１５は、電動車両２０から取得した走行予定に基づいて蓄電池２１の残容量を計算すればよい。なお、蓄電池２１の残容量の下限値は、走行距離に応じて定まる残容量よりも多く設定して走行に余裕を持たせることが望ましい。また逆に、蓄電池２１の残容量の下限値は、放電を停止した後に充電されることを見込んで、走行距離に応じて定まる残容量よりも少なく設定してもよい。

ところで、上述した構成例において、電動車両２０に搭載された蓄電池２１の電力は、集合住宅１０の全体で消費される電力が制限値を超えると予測される場合に使用されているから、原則として電力系統３０への逆潮流は生じない。ただし、集合住宅１０で消費される電力が予測よりも少ない場合には、電力系統３０に対して蓄電池２１の電力の逆潮流が生じる可能性がある。蓄電池２１の電力の逆潮流が許容されている場合には、とくに問題は生じないが、蓄電池２１の電力の逆潮流が禁止されている場合には、以下の対策が必要になる。なお、受変電設備１１０は、電力を双方向に伝達する構成を想定している。

以下では、集合住宅１０の配電網３１を、図２に示すように、電力系統３０から受電した電力を供給する第１線路３１１と、需要家１２および共用部１３に電力を供給する第２線路３１２と、充放電器１６が接続される第３線路３１３とに分けて説明する。第１線路３１１と第２線路３１２と第３線路３１３とが分岐する部位には、切替装置３３が接続される。充放電器１６が複数台設けられる場合、第３線路３１３は、充放電器１６ごとに設けられるか、あるいは複数台の充放電器１６で共用される。ここでは、複数台の充放電器１６が第３線路３１３を共用する場合を例とする。

切替装置３３は、第１線路３１１の電流を監視する電流センサ３３１と、第２線路３１２に挿入されたスイッチ要素３３２と、第３線路３１３に挿入されたスイッチ要素３３３とを備える。スイッチ要素３３２，３３３は、電磁接触器（大電流用のリレー）などが用いられる。スイッチ要素３３２，３３３の開閉は、配電網３１における線間の瞬時電圧と、電流センサ３３１から出力される瞬時電力との時間変化をパラメータとして制御される。図示例では、電流センサ３３１の出力を、いずれかの充放電器１６が監視し、スイッチ要素３３２，３３３の開閉を制御する構成を記載している。この構成では、配電網３１における線間の瞬時電圧は、充放電器１６の出力電圧で代用される。

ただし、複数台の充放電器１６を同構成とするために、制御装置１５が、電流センサ３３１の出力の監視、およびスイッチ要素３３２，３３３の開閉の制御を行うことが望ましい。この構成では、制御装置１５は、配電網３１の線間の瞬時電圧を、第１線路３１１と第２線路３１２と第３線路３１３とのいずれから取得してもよいが、電流センサ３３１と同じ位置で第１線路３１１から取得することが望ましい。

蓄電池２１から電力系統３０に対して逆潮流が生じているか否かは、以下のようにして判断される。まず、第１線路３１１、第２線路３１２、第３線路３１３の電圧および電流について考察する。

受変電設備１１０（図１参照）は電圧源とみなすことができるから、配電網３１の電圧は、第１線路３１１、第２線路３１２、第３線路３１３のいずれでも同じである。充放電器１６は、配電網３１に対して電流源となる構成であり、充放電器１６から出力される電流は、配電網３１の線間の電圧と同位相の波形になる。また、第２線路３１２には電源が存在しないから、第２線路３１２に流れる電流（スイッチ要素３３２を通過する電流）は、第２線路３１２に接続された電気負荷の大きさに応じて変化する。第１線路３１１を通過する電流（つまり、電流センサ３３１で検出される電流）は、第２線路３１２に接続された負荷の大きさにより変化する。

いま、電流Ｉ１が電力系統３０から電気負荷に流れ込む向きを正の向きとする。充放電器１６が配電網３１に電力を供給している状態では、第２線路３１２に流れ込む電流Ｉ２は、電流センサ３３１が監視する第１線路３１１の電流Ｉ１と、充放電器１６から第３線路３１３に出力される電流Ｉ３との和である。すなわち、Ｉ１＝Ｉ２−Ｉ３が成立する。

逆潮流が生じている状態は、有効電力の瞬時値を電力系統３０の周波数における１周期分について積分した積分値Ｐによって判断される。有効電力の瞬時値は、電流センサ３３１で計測される電流の瞬時値と、電力変換器１６１から出力される電圧の瞬時値とを用いて計算される。逆潮流が生じていない場合はＰ＜０になり、逆潮流が生じている場合はＰ＞０になる。これは、電流Ｉ１が電力系統３０の電圧の位相に対して反転している状態（負になっている状態（Ｉ＜０））である。言い換えると、逆潮流が生じている状態は、充放電器１６から出力される電力が、電気負荷で消費される電力を上回る状態であって、このとき、Ｉ３＞Ｉ２である。

電流センサ３３１の出力を監視する充放電器１６は、第１線路３１１における有効電力を計算する計算部（図示せず）と、計算部が計算した結果に基づいてスイッチ要素３３２，３３３の開閉を制御する制御部（図示せず）とを備える。

計算部は、電流センサ３３１の出力から得られる第１線路３１１の瞬時電流と、配電網３１の線間の瞬時電圧とを用いることにより、第１線路３１１における有効電力の値を計算する。第１線路３１１の電流が電力系統３０の電圧の位相に対して反転していれば、第１線路３１１の有効電力の値は負であって、第１線路３１１の電流が電力系統３０の電圧の位相と同位相であれば、第１線路３１１の有効電力の値は正になる。

制御部は、計算部が計算した有効電力が正であり、かつ計算された有効電力が設定された閾値を超えると、充放電器１６から配電網３１に出力する電流を制限し、さらに、充放電器１６を配電網３１から切り離すようにスイッチ要素３３３を制御する。なお、スイッチ要素３３２は、逆潮流が生じているか否かとは関係なく、集合住宅１０の全体で電気負荷への電力を供給する状態と電力を遮断する状態とを一括して選択するために設けられている。

上述した構成例では、電流センサ３３１が設けられた部位における有効電力の符号によって、逆潮流が生じているか否かを判断しており、有効電力の計算に用いる電流は電流センサ３３１が検出し、電圧は充放電器１６において検出している。したがって、有効電力を計算するために用いる電圧と、電流センサ３３１が配置されている部位の電圧とは、位相がずれる可能性がある。そのため、電流センサ３３１と充放電器１６とは、電圧の位相のずれが逆潮流の判断において問題にならない位置関係に配置することが必要である。なお、逆潮流の有無を制御装置１５が判断する場合は、制御装置１５が切替装置３３に近接して設けられていれば、この種の問題は生じない。

電動車両２０について、カーシェアリングのための情報は、制御装置１５に設けられた登録部１５６に登録され、制御装置１５は、電気室１１あるいは管理人室に配置される。カーシェアリングを行う場合、電動車両２０の走行予定を参加者が共有することが望ましい。この種の走行予定は、管理人室あるいは共用部１３に配置された提示装置に提示されることが望ましい。

この走行予定には、電動車両２０が利用される時間帯と走行距離の目安との情報が含まれる。走行距離の目安は、インターネットのような電気通信回線に接続されたサーバが提供しているサービスを利用して入手すればよい。この種のサーバは、たとえば、利用者が提示された地図上で出発地と目的地との位置を指定すると、出発地から目的地を通り出発地に戻る際の距離を算出するというサービスを提供する。したがって、算出された距離に基づいて、電動車両２０を走行させるために必要な蓄電池２１の残容量を算出し、蓄電池２１から放電する電力量が管理される。

上述した予定表は、電動車両２０のカーシェアリングを行う際の鍵の管理にも用いられる。つまり、予定表に登録されていない時間帯に電動車両２０が勝手に使用されることがないように、鍵の出し入れを予定表と関連付けて管理することが可能になる。たとえば、管理人室に設置したキーボックスに、電動車両２０の鍵を収納しておき、予定表に登録された時間帯の直前にのみキーボックスから鍵を取り出せるようにすれば、予定表に登録されていない時間帯に電動車両２０が勝手に使用されるのを防止できる。

本実施形態は、蓄電池２１を搭載した電動車両２０のうち、とくに電気自動車を想定して記載しているから、蓄電池２１から配電網３１に電力を供給する際に、電動車両２の走行予定に応じて、蓄電池２１に残しておくべき残容量を定めている。ただし、電動車両２が、蓄電池２１のほかに内燃機関を搭載したプラグインハイブリッド車、燃料電池を搭載した燃料電池車などの場合には、配電網３１に供給可能な電力を蓄電池２１の残容量によって定めることはできない。

これらの電動車両２０について、配電網３１に供給可能な電力を定める場合には、制御装置１５は、電動車両２０が予測した走行可能距離の情報を電動車両２０から受け取り、走行可能距離の下限値を走行予定に含まれる走行距離に基づいて定めてもよい。つまり、制御装置１５に設けられた指示部１５３は、電動車両２０から受け取る走行可能距離が下限値を下回らないように電動車両２０から供給する電力量を制限する。走行可能距離を用いて放電する電力量を制限する構成は、プラグインハイブリッド車、燃料電池車に限らず、蓄電池２１を搭載した電気自動車であっても同様の技術を採用可能である。

（実施形態２）
実施形態１では、集合住宅１０において電力系統３０から受電する電力量を低減させるために用いる電源は、電動車両２０の蓄電池２１のみである。したがって、電動車両２０が充放電器１６に接続されていない場合には、電力系統３０から受電する電力量が制限値を超えることが予測されたとしても、受電する電力量を低減させる対策を講じることができない。

本実施形態は、図３に示すように、集合住宅１０に設置される蓄電池４０および蓄電池４０の充電と放電とを行う充放電器１８とを付加した構成を採用している。充放電器１８は、集合住宅１０の配電網３１に接続される。

蓄電池４０は充放電器１８につねに接続されており、蓄電池４０の交換時などを除いて蓄電池４０が充放電器１８から離脱することはない。充放電器１８は、基本的な構成については、電動車両２０に搭載された蓄電池２１の充電および充放電器１６と同様である。ただし、電動車両２０が接続されないから、接続確認部１６３および情報取得部１６４に相当する構成は省略される。すなわち、充放電器１８は、電力変換器１８１、電力量計１８２、通信Ｉ／Ｆ部１８５を備える。電力変換器１８１、電力量計１８２、通信Ｉ／Ｆ部１８５は、電力変換器１６１、電力量計１６２、通信Ｉ／Ｆ部１６５と同様の機能を有する。

本実施形態の他の構成は実施形態１と同様である。本実施形態の構成では、充放電器１６に接続された電動車両２０が１台も存在しない場合であっても、電力系統３０から受電する電力量が制限値を超えることが予測されたときに、蓄電池４０の電力を用いることが可能である。そのため、電力系統３０から受電する電力量が制限値を超える可能性を実施形態１の構成よりもさらに低減することが可能である。

（実施形態３）
本実施形態は、図４に示すように、実施形態２の構成に、太陽電池４１および電力変換装置４２を付加した構成を備える。太陽電池４１は集合住宅１０の屋根、壁面などの適宜の場所に設置される。電力変換装置４２は太陽電池４１が発電した直流電力を交流電力に変換し、集合住宅１０の配電網３１に交流電力を供給する機能を有する。本実施形態において、充放電器１６、充放電器１８、電力変換装置４２は、切替装置３４を介して配電網３１に接続される。

切替装置３４は、図５に示すように、実施形態１で説明した切替装置３３に対して、第４線路３１４を介して電力変換装置４２と接続されるスイッチ要素３３４を付加した構成を備える。スイッチ要素３３４は、たとえば電磁接触器により実現される。スイッチ要素３３４は、第１線路３１１と第４線路３１４との間に挿入される。言い換えると、第１線路３１１と第４線路３１４とは、スイッチ要素３３４のみを介して接続される。電流センサ３３１は、スイッチ要素３３２，３３３とスイッチ要素３３４との間に挿入される。

本実施形態では、電動車両２０の蓄電池２１および集合住宅１０に設置された蓄電池４０の電力は電力系統３０への逆潮流が禁止され、太陽電池４１が発電した電力は電力系統３０への逆潮流が許容される。また、太陽電池４１が発電した電力は、集合住宅１０において充放電器１６からの電力に優先して利用される。

すなわち、本実施形態の構成では、需要家１２および共用部１３の電気負荷に供給される電力は、電力変換装置４２で充足される場合には、電力変換装置４２からのみ供給される。電力変換装置４２では、電気負荷が消費する電力を充足できない場合、不足分は電力系統３０から供給される。さらに、電力系統３０から受電する電力が制限値を超えることが予測される場合には、充放電器１６からも電力が供給される。

このように、太陽電池４１の電力と、電力系統３０から受電する電力と、蓄電池２１および蓄電池４０から供給される電力とに優先順位を設定し、太陽電池４１の電力を優先的に用いるから、電力系統３０から受電する電力量が低減される。また、太陽電池４１で発電した電力が電気負荷で消費する電力を超え、余剰電力が発生する場合は、電力系統３０への逆潮流を行うことが可能である。

本実施形態の他の構成および動作は実施形態２と同様であって、蓄電池２１および蓄電池４０の電力は、電力系統３０への逆潮流が生じない範囲で、太陽電池４１の発電した電力および電力系統３０から受電した電力と併せて電気負荷に供給される。また、太陽電池４１での発電量が増加すれば、余剰電力を電力系統３０に逆潮流させ、売電収入を得ることが可能になる。なお、逆潮流を行った電力量を計量するために、電気室１１などに電力量計１１３が配置される。

（実施形態４）
本実施形態は、図６に示すように、実施形態３と同様に太陽電池４１および電力変換装置４２を備える。ただし、実施形態３は、電力変換装置４２から出力される電力の一部である余剰電力を電力系統３０に逆潮流させているが、本実施形態は、電力変換装置４２から出力される全電力を電力系統３０に逆潮流させるように構成されている。

すなわち、図示例において、電力変換装置４２は、電気室１１に収納された受変電設備１１４に接続線３５を介して接続され、受変電設備１１４および電力量計１１５を通して電力系統３０に接続されている。受変電設備１１４は、受変電設備１１０と同様の構成であって、電力系統３０と配電網３１との間で双方向に電圧を変換する。電力量計１１５は、電力変換装置４２から電力系統３０に逆潮流を行った電力量を計量するために設けられている。

本実施形態の構成では、切替装置３３に電力変換装置４２が接続されないから、切替装置３３は実施形態２で説明した切替装置３３と同構成になる。つまり、切替装置３３は、電流センサ３３１およびスイッチ要素３３２，３３３を備える。他の構成および動作は実施形態２と同様であるから説明を省略する。

１０集合住宅（建物）
１２需要家
１５制御装置
２０電動車両
２１蓄電池（電池）
３０電力系統
３１配電網
１１０受変電設備
１１２電力量計（電力計測装置）
１５３指示部
１５５予測部
１５６登録部
１５７認証部
１５８精算部
１６１電力変換器

Claims

建物に入居する複数の需要家に電力を供給する配電網に接続され、電動車両に搭載された走行用の電池の電力を前記配電網に供給する動作が可能である電力変換器と、
前記建物で消費される電力を監視する電力計測装置と、
前記電力変換器に前記電動車両が接続されている場合に、前記電動車両の識別情報を前記電動車両から取得し、前記電動車両から取得した前記電動車両の識別情報が、あらかじめ登録作業で電動車両から読み出されて登録されている識別情報に含まれるか否かを判断する認証部と、
前記電力計測装置が監視する電力に応じて、前記識別情報が登録されている前記電動車両に搭載された前記電池から前記配電網に電力を供給するように前記電力変換器に指示する指示部とを備える
電力管理システム。
前記建物において前記需要家に供給する電力を高圧配電線路である電力系統から一括して受電し降圧する受変電設備をさらに備え、
前記配電網は、前記受変電設備により降圧された電力を前記需要家に配電する
請求項１記載の電力管理システム。
前記電力計測装置が監視する電力が、あらかじめ設定された制限値を超えるか否かを予測する予測部をさらに備え、
前記指示部は、前記予測部により前記電力計測装置で監視している電力が前記制限値を超える可能性があると予測された場合に、前記電池から前記配電網に電力を供給するように前記電力変換器に指示する
請求項１又は２記載の電力管理システム。
前記電動車両を利用する時間帯および走行距離を含む走行予定が登録される登録部をさらに備え、
前記指示部は、前記走行予定に基づいて前記電池の残容量の下限値を算出し、前記下限値に基づいて前記電池から放電させる電力量を制限する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力管理システム。
前記電動車両を利用する時間帯および走行距離を含む走行予定が登録される登録部をさらに備え、
前記指示部は、前記電動車両が予測した走行可能距離の情報を前記電動車両から受け取り、前記走行可能距離の下限値が前記走行予定に含まれる走行距離になるように、前記電池から放電させる電力量を制限する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力管理システム。
前記電動車両の前記識別情報ごとに、所定期間において収集した電力量を積算する精算部をさらに備える
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力管理システム。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力管理システムに用いられ、
前記認証部と前記指示部とを備える
制御装置。