特開 2023-134154 充放電制御システム及び充放電制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023134154

(43)【公開日】2023-09-27

(54)【発明の名称】充放電制御システム及び充放電制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/46 20060101AFI20230920BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20230920BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20230920BHJP

【ＦＩ】

H02J3/46

H02J3/32

H02J7/00 P

H02J7/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022039518

(22)【出願日】2022-03-14

(71)【出願人】

【識別番号】000164391

【氏名又は名称】九電テクノシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092772

【弁理士】

【氏名又は名称】阪本 清孝

(74)【代理人】

【識別番号】100119688

【弁理士】

【氏名又は名称】田邉 壽二

(72)【発明者】

【氏名】三壷 一俊

【テーマコード（参考）】

5G066

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G066HA15

5G066HB09

5G066JA07

5G066JB03

5G066KA12

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB01

5G503CA10

5G503FA06

(57)【要約】

【課題】取引用電力計等の電力計を使用することで、簡易な構成且つ低コストで効率良く充電制御を可能とする充放電制御システムを得る。
【解決手段】需要電力を供給する電源と、負荷設備と、充放電器と、前記需要電力の消費状態を検知して前記充放電器による充放電を制御する制御装置と、を備えた充放電制御システムであって、前記制御装置は、取引用電力計による需要電力の計測値を元に、ある３０分間の前記負荷設備による消費電力についてｎ等分した各期間の平均電力ａｎを算出する平均電力算出部と、前記各期間において前記需要電力の最大値となる目標電力Ｗtarと前記平均電力ａｎとの差である充放電可能電力ｂｎを算出する充放電可能電力算出部と、前記充放電可能電力ｂｎを（ｎ＋１）分間に充放電する電力充放電部を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力計を介して需要電力を供給する電源に対して、前記電源に接続して電力を消費する負荷設備と、前記電源に接続して充放電を行う充放電器と、前記電力計により前記需要電力の消費状態を検知して前記充放電器による充放電を制御する制御装置と、を備えた充放電制御システムであって、
前記制御装置は、
前記電力計による需要電力の計測値を元に、ある３０分間の前記負荷設備による消費電力についてｎ等分した各期間の平均電力ａｎを算出する平均電力算出部と、
前記各期間において前記需要電力の最大値となる目標電力Ｗtarと前記平均電力ａｎとの差である充放電可能電力ｂｎを算出する充放電可能電力算出部と、
前記充放電可能電力ｂｎを（ｎ＋１）分間に充放電する電力充放電部と、
を備えたことを特徴とする充放電制御システム。

【請求項2】

前記平均電力ａｎを基準に算出した（ａｎ－ａ0）／ｎを前記目標電力Ｗtarから減じた値を現実の目標電力値として設定し、この目標電力値を元に前記充放電可能電力ｂｎを算出する
請求項１に記載の充放電制御システム。

【請求項3】

前記ｎを３０とし前記各期間は１分間とする請求項１又は請求項２に記載の充放電制御システム。

【請求項4】

前記充放電器を複数設け、各充放電器に電気自動車を接続可能とした請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の充放電制御システム。

【請求項5】

需要電力を供給する電源に接続されて電力を消費する負荷設備に対して、前記電源に充放電器を介して接続される充放電対象物の充放電を行うに際し、前記負荷の電力消費状態を検知して各充放電器の充放電を制御する制御方法において、
電力計による需要電力の計測値を元に、ある３０分間の前記負荷設備による消費電力についてｎ等分した各期間の平均電力ａｎを算出する手順と、
各期間において前記需要電力の最大値となる目標電力Ｗtarから前記平均電力ａｎを減じた充電可能電力ｂｎを算出する手順を含み、
前記平均電力ａｎを基準に算出した（ａｎ－ａ0）／ｎを前記目標電力から差し引いた値を現実の目標電力として充放電可能電力ｂｎを（ｎ＋１）分間に充放電するよう制御する
ことを特徴とする充放電制御方法。

【請求項6】

前記ｎを３０とし前記各期間は１分間とする請求項５に記載の充放電制御方法。

【請求項7】

前記充電対象物は電気自動車である請求項５又は請求項６に記載の充放電制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば電気自動車の車載バッテリー等の充電対象物に対して電力会社から供給される電力の充放電を行う装置に関し、電力会社が設置する取引用電力量計（最大需要電力計）を使用して簡易な構成で需要電力の管理を可能とした充放電制御システム、及び、このシステムを利用した充放電制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、各メーカーから各種電気自動車（ＨＶ,ＥＶ,ＰＨＶ）が販売されているが、車載バッテリーの電力だけでモーター駆動する電気自動車（ＥＶ）を普及させるためには、充電スタンドの設置などのインフラ整備が不可欠となっている。
各種商業施設や交通施設、公共施設等に設置される電気自動車用の充電スタンドは、商用電源に接続された給電線に対して、負荷設備と電気自動車用充電器が並列に接続されている。負荷設備は、充電スタンドの設置者が保有する負荷であり、例えば商用電力が供給される既設の空調設備や照明器具、電動機等が含まれる。電気自動車用充電器は、電力変換器を備え、充電器の定格電力値に従って電力変換を行って直流電力を出力して電気自動車（ＥＶ）の車載バッテリーを充電する。

【0003】

車載バッテリーの充電に際して、負荷設備による消費電力値と充電器による充電電力値との合計は、電力会社と充電スタンドの設置者との間の契約電力値を超えることはできない。また、負荷設備による消費電力は常に一定ではなく、季節や時間帯、天候等によって変動する。負荷設備への給電は優先させる必要があるので、電気自動車への充電電力値は比較的低めに設定された一定の電力値の範囲内で充電器を使用することになる。そのため、充電に利用できる電力が少ないと充電時間が長くなり、いわゆる急速充電が不可能になるという不都合が生じていた。

【0004】

このような不都合を解消すべく、既設の負荷設備による消費電力が変動することに着目し、負荷設備が消費できる許容電力の範囲内で消費電力に応じて変動する余剰電力を最大限に利用して車載バッテリーを充電することにより、充電時間の短縮化を可能にした充電システムが提案されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】ＷＯ２０１４／０１００２５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した充電システムによれば、リアルタイムの余剰電力を算出するために電力検出部及び消費電力測定部を設置して負荷の電力を測定することが行われている。そのため、充電システムに対して個別の消費電力測定を行うので、計測と制御機能を備えた専用ＰＣＳ（パワーコンディショナ）の設置を必要としていた。また、電源及び給電線に対する現地で専用ＰＣＳを設置する場合、その状況次第では、電力検出部及び消費電力測定部が複数台必要となったり（三相３線２００Ｖが複数に分岐）、電圧が高い場合は専用の変成器が必要となり、余剰電力を算出する構成が複雑化し設備コストがかかるという問題点が存在する。

【0007】

本願発明は、上記実情に鑑みて提案されたもので、電力会社が設置する取引用電力計等の電力計を使用可能とすることで、簡易な構成且つ低コストで効率良く充放電対象物（例えば、ＥＶ等の電気自動車）への充放電制御を可能とした充放電制御システム及び充放電制御方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため本発明に係る請求項１は、電力計（取引用電力計７）を介して需要電力を供給する電源（電源系統２）に対して、前記電源に接続して電力を消費する負荷設備（４）と、前記電源に接続して充放電を行う充放電器（６）と、前記電力計により前記需要電力の消費状態を検知して前記充放電器（６）による充放電を制御する制御装置（１０）と、を備えた充放電制御システム（１）であって、前記制御装置（１０）は次の構成を含むことを特徴としている。
前記電力計による需要電力の計測値を元に、ある３０分間の前記負荷設備（４）による消費電力についてｎ等分した各期間の平均電力ａｎを算出する平均電力算出部（１１）。
前記各期間において前記需要電力の最大値となる目標電力Ｗtarと前記平均電力ａｎとの差である充放電可能電力ｂｎを算出する充放電可能電力算出部（１２）。
前記充放電可能電力ｂｎを（ｎ＋１）分間に充放電する電力充放電部（１３）。

【0009】

請求項２は、請求項１に記載の充放電制御システムにおいて、
前記平均電力ａｎを基準に算出した（ａｎ－ａ0）／ｎを前記目標電力Ｗtarから減じた値を現実の目標電力値として設定し、この目標電力値を元に前記充放電可能電力ｂｎを算出する
ことを特徴としている。

【0010】

請求項３は、請求項１又は請求項２に記載の充放電制御システムにおいて、
前記ｎを３０とし前記各期間は１分間とする
ことを特徴としている。

【0011】

請求項４は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の充放電制御システムにおいて、
前記充放電器を複数設け、各充放電器に電気自動車を接続可能とした
ことを特徴としている。

【0012】

請求項５は、需要電力を供給する電源に接続されて電力を消費する負荷設備に対して、前記電源に充放電器を介して接続される充放電対象物の充放電を行うに際し、前記負荷の電力消費状態を検知して各充放電器の充放電を制御する制御方法であって、
電力計による需要電力の計測値を元に、ある３０分間の前記負荷設備による消費電力についてｎ等分した各期間の平均電力ａｎを算出する手順と、
各期間において前記需要電力の最大値となる目標電力Ｗtarから前記平均電力ａｎを減じた充電可能電力ｂｎを算出する手順を含み、
前記平均電力ａｎを基準に算出した（ａｎ－ａ0）／ｎを前記目標電力から差し引いた値を現実の目標電力として充放電可能電力ｂｎを（ｎ＋１）分間に充放電するよう制御する
ことを特徴としている。

【0013】

請求項６は、請求項５に記載の充放電制御方法において、
前記ｎを３０とし前記各期間は１分間とする
ことを特徴としている。

【0014】

請求項７は、請求項５又は請求項６に記載の充放電制御方法において、
前記充電対象物は電気自動車である
ことを特徴としている。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、負荷設備の電力消費状態を検知して充放電器（６）による充放電対象物（電気自動車（２０）や蓄電器）への充放電を制御するに際して、直近の過去の電力量の平均値を元に算出した値により制御するので、リアルタイムに余剰電力を求めるのではなく、目標電力値に対する差異（正符号、負符号共に）として使用することで、充放電器（６）に接続された充放電対象物に対する充放電制御を行うことができる。

【0016】

また、電力会社との契約で設定された目標電力から、平均電力ａｎを基準に算出した（ａｎ－ａ0）／ｎを減じた値を現実の目標電力値として設定して算出した充放電可能電力ｂｎを（ｎ＋１）分間に供給することで、契約電力超過の防止を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の充放電制御システムの構成を示すブロック図である。

【図2】充放電制御システムにおける制御装置の構成を示すブロック図である。

【図3】需要電力の計測値、負荷設備電力、充放電可能電力の関係を示すモデル図であり、（ａ）は充電時、（ｂ）は放電時をそれぞれ示す。

【図4】需要電力の電力量の計測からａｎ（負荷設備電力）の算出を３０分単位で行った場合のグラフである。

【図5】図４において目標電力Ｗtarとの差である電力量（充電可能電力）ｂｎを示したグラフである。

【図6】図４においてｎ時間の電力量ａｎに電力量ｂ(n-1)を加算した場合のグラフである。

【図7】本発明方法により充放電制御を行う場合のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態の一例について、図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る充放電制御システムの構成を示すブロック図である。この充放電制御システム１は、例えば複数の電気自動車２０への充電を行う充電スタンドで使用される。ここでいう電気自動車２０は、プラグを介して充電可能な車載バッテリーを搭載した車両であり、ＥＶやＰＨＶが対象となる。

【0019】

充放電制御システム１は、商用電源である電源系統２に給電線（電源供給ライン）３を介して接続されている。充放電制御システム１は、電源系統２に接続して電力を消費する負荷設備４と、給電線３に対して給電線（電源供給ライン）５を介して接続される複数の充放電器６と、各充放電器６による電気自動車２０への充放電について通信ラインを介して制御する制御装置１０と、を含んで構成される。
各充放電器６には、それぞれ電気自動車２０が接続可能に構成されることで、電気自動車２０の車載バッテリーに対して制御装置１０で制御された充放電が行われる。

【0020】

充放電制御システム１の入力側には、電力会社が需要電力量を管理するために無償で設置する取引用電力計７等の電力計が接続されることで、電源系統２から給電線３に供給される需要電力の電力量の計測が行われている。ユーザーは、電力会社との契約で最大需要電力量が決められているが、取引用電力計７の設置により、ユーザーがこの値の範囲内で電気を使用しているかを管理し、超えた場合には使用電力量を増加する再契約の必要性を告知することが行われる。

【0021】

取引用電力計７の具体的な構成は、例えば電力量(Ｗｈ)が一定量積算したらスイッチが一瞬ＯＮになるような動作（電力会社との高圧受電契約におけるサービスパルス発生）することで、ユーザーの使用電力量を常時管理することが行われている。
また、取引用電力計７の計測値について、通信手段を介して瞬時電力計測値（Ｗ）、累積電力量計測値（Ｗｈ）、直近の３０分値（ｋＷｈ）などを取得している。３０分値（ｋＷｈ）とは、毎時00分～30分、30分～00分の３０分間で積算した電力量である。

【0022】

充放電器６の入力側には、電気自動車２０への充放電の電力量を計測する充放電電力計８が接続され、充放電電力計８による計測値は計測ラインを介して制御装置１０へ出力されている。この例では、充放電器６と充放電電力計８とを別個の構成としたが、充放電器６に内在される測定器で電力量が通信ラインを介して制御装置１０へ出力される構成でもよい。

【0023】

次に、制御装置１０の詳細な構成について、図２ないし図５を参照しながら説明する。
図２のブロックに示すように、制御装置１０は、充放電制御システム１が需要電力として消費する電力値（図３における計測値）を計測して負荷設備電力を算出する平均電力算出部１１と、負荷設備４が消費する電力値（図３（ａ）における負荷設備電力）に対して充放電可能な電力値（図３（ａ）における充電可能電力）を算出する充放電可能電力算出部１２と、充放電可能電力を充放電器６へ通知する電力充放電部１３とを備え、ＣＰＵ等による演算処理が行なわれることで、通信ラインを介して制御信号が各充放電器６へ送出するよう構成されている。

【0024】

平均電力算出部１１は、取引用電力計７により計測した需要電力（図３（ａ）における計測値）と、充放電電力計８で計測した充放電電力（図３（ａ）における充電電力）から、充放電制御システム１におけるある３０分間の負荷設備電力についてｎ等分した各期間の平均電力ａｎを算出する。
すなわち、図４に示すように、ある３０分間の需要電力のうち、デマンド開始時刻を0：00、デマンド終了時刻を30：00 とした時、各１分間の平均電力をａｎ，算出した３０ 分電力をＷdemとすると、Ｗdemは式１の計算式で算出される。

【0025】

【数1】

【0026】

充放電可能電力算出部１２は、各期間において需要電力の最大値となる目標電力Ｗtar（電力会社との契約で決まる最大電力）と平均電力ａｎとの差である充放電可能電力ｂｎを式２から算出する。

【0027】

【数2】

【0028】

ｂｎは目標電力Ｗtarとの差であるため、当該時間に目標電力Ｗtarを超過せずに充電できる充電可能電力であると言える（図５参照）。
制御装置１０が充電を制御する場合に、ｂｎ分の指令を出す制御を実施した場合、ｂｎはｎ分間経過後にその値が判明するためｎ分から（ｎ＋１）分間にｂｎ分の制御をすることとなる（図６参照）。

【0029】

このように充電出力を制御したと仮定すると、実際に計測される需要電力Ｗは式３で求められる。

【0030】

【数3】

【0031】

この需要電力Ｗと目標電力Ｗtarを比較すると、両者の差分は式４で求められる。

【0032】

【数4】

【0033】

図６に示すように、上記差分によりデマンドを超過するおそれがあるため、目標電力は実際に与えられる目標電力Ｗtarからマージンをもった設計が好ましく、上記差分が０であればデマンドを超過するおそれがない。すなわち、目標電力Ｗtarに対して差分(ａ30－ａ0)だけマージンを採ればデマンド超過を回避可能となる。差分 (ａ30-ａ0)を目標電力程度であると仮定すると、およそ３％のマージン(ａ30-ａ0)／３０があると超過のおそれは小さくなると推察される。

【0034】

そのため電力充放電部１３では、平均電力ａｎを基準に算出した（ａ30－ａ0）／３０を目標電力値から減じて目標電力値を用いて算出した充放電可能電力ｂｎを（ｎ＋１）分間に電気自動車２０へ充放電するように充放電器６を制御する。

【0035】

上記例では、充放電器６により電気自動車２０を充電する場合について説明したが、同じ構成で需要電力Ｗと目標電力Ｗtarとの差分Ｗ－Ｗtarの値がマイナスになる場合は、充放電システム１において電気自動車２０の車載バッテリーからの放電制御が行われる。
放電制御の場合、充放電制御システム１が需要電力として消費する電力値（計測値）と、負荷設備電力、放電必要電力との関係は図３（ｂ）のようになる。

【0036】

以下、上述した充放電制御システムの充放電動作について、図７のフローチャートを参照して説明する。充放電制御システム１の各充放電器６には電気自動車２０の車載バッテリーが接続されている状態とする。

【0037】

取引用電力計７による計測から需要電力量（図３における計測値に相当）を取得し、過去1分間の平均電力を算出する（ステップ５１）。
充放電電力計８による計測から各充放電電力（図３における充電電力、放電電力に相当）を取得し、過去1分間の平均電力を算出する（ステップ５２）

【0038】

電気自動車２０が接続された状態における負荷設備電力（計測値－充電（放電）電力であり平均電力ａｎに相当）を計算する（ステップ５３）

【0039】

目標電力と負荷設備電力を比較する（ステップ５４）。
負荷設備電力が目標電力より小さい場合は、各充放電器６に充電指令（先１分間）を発して電気自動車２０の車載バッテリーへの充電を行う（ステップ５５）
負荷設備電力が目標電力より大きい場合は、各充放電器６に放電指令（先１分間）を発して電気自動車２０の車載バッテリーからの放電を行う（ステップ５６）

【0040】

上述した充放電制御システム１によれば、電力会社との契約による最大需要電力（デマンド値）の算出は取引用電力計７により毎00分～30分（30分～00分）の平均電力により演算されていることに着目し、取引用電力計７で計測から算出された平均電力ａｎを元に充放電可能電力ｂｎを算出し（ｎ＋１）分間に供給することで、需要電力の３０分間の平均値が契約電力以下になるように制御することができる。
そして、平均電力ａｎを元に充放電可能電力ｂｎを算出するに際して、電力会社との契約で設定された目標電力から、平均電力ａｎを基準に算出した（ａｎ－ａ0）／ｎを減じた値を現実の目標電力値として設定することで、契約電力超過の防止を図ることができる。

【0041】

上述した充放電制御システム１では、ｎ＝３０として制御を行ったが、ｎ＝１５,４５，６０等の整数として制御しても良い。ｎの数が多くなるほどリアルタイム制御に近い状態となる。また、ｎが少なくなると、需要電力と目標電力との差分となる（ａｎ－ａ0）／ｎの値が大きくなるので、デマンド超過を回避するためのマージンについて、契約電力から計算される目標電力Ｗtarに対して多くとる必要がある。

【0042】

上述の例では、本発明の充放電制御システム１を充電スタンドに適用した例について説明したが、電力会社が設置する取引用電力計７と同様の構成の電力計を接続すれば個人宅に設置することも可能となる。
また、充放電器６には電気自動車２０の他に蓄電器等の充放電対象物を接続してもよい。

【0043】

上述した充放電システムによれば、電力会社が設置する取引用電力計７を利用することで、負荷の電力消費状態を検知して充放電器６による電気自動車２０への充放電を制御するに際して、直近の過去の電力量の平均値を元に充放電可能電力値を算出して制御するので、リアルタイムに余剰電力を求めて瞬間的なピーク電力を調整するのではなく、目標電力に対する差分（正符号、負符号共に）として使用することで、専用ＰＣＳの計測器を使用することなく充放電器６に接続された電気自動車２０に対する充放電動作が可能となる。
その結果、電力値を測定して充電可能電力を算出するに際し、電力会社が設置する取引用電力計７を使用するため、計測値の校正などが不要となり、安価な設備で充電可能電力量を管理することが可能となる。

【0044】

また、制御装置１０における平均電力算出部１１による電力量の計測を３０分単位とすることで、実質３０分間の平均値で演算される契約電力値（電力会社測定値）と同じにすることで、同種の計測での制御が可能となる。
また、電力会社が設置する取引用電力計７の測定値を使用するため、システム全体が把握している電力値と、電力会社との契約電力との測定器誤差が同じとなり、「契約電力を超過しない」という成果を得やすいという効果がある。

【符号の説明】

【0045】

１ 充放電制御システム
２ 電力系統（商用電源）
３ 給電線
４ 負荷設備
５ 給電線
６ 充放電器
７ 取引用電力計
８ 充放電電力計
１０ 制御装置
１１ 平均電力算出部
１２ 充放電可能電力算出部
１３ 電力充放電部
２０ 電気自動車（ＥＶ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】