(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】P2024033942
(43)【公開日】2024-03-13
(54)【発明の名称】充電装置及び電力需給調整システム
(51)【国際特許分類】
H02J 7/34 20060101AFI20240306BHJP
H02J 7/02 20160101ALI20240306BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20240306BHJP
H02J 7/35 20060101ALI20240306BHJP
H02J 3/32 20060101ALI20240306BHJP
H02J 3/38 20060101ALI20240306BHJP
H02J 13/00 20060101ALI20240306BHJP
B60L 53/80 20190101ALI20240306BHJP
B60L 55/00 20190101ALI20240306BHJP
【ＦＩ】
H02J7/34 B
H02J7/02 F
H02J7/00 301A
H02J7/35 K
H02J3/32
H02J3/38 110
H02J13/00 301A
H02J13/00 311R
B60L53/80
B60L55/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022137872
(22)【出願日】2022-08-31
(71)【出願人】
【識別番号】000211307
【氏名又は名称】中国電力株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】畑 潔
【テーマコード（参考）】
5G064
5G066
5G503
5H125
【Ｆターム（参考）】
5G064AC05
5G064AC09
5G064CB08
5G064CB10
5G064DA03
5G066HB06
5G066HB09
5G066JB03
5G066KA06
5G503AA01
5G503AA06
5G503BA04
5G503BB02
5G503DA18
5G503FA01
5G503FA06
5H125AA01
5H125AC13
5H125BC26
5H125BE02
5H125CD10
5H125EE27
(57)【要約】
【課題】電力系統の安定化を図るとともに、良好に電気自動車用の蓄電池を交換することが可能な充電装置及び電力需給調整システムを提供する。
【解決手段】充電装置は、配電線を介して上位系統と接続された充電装置であって、複数の蓄電池と、蓄電池がそれぞれに格納され、上位系統から系統電力を受けて蓄電池を充電するための複数のスロットと、複数の蓄電池の充電を制御する充電制御回路と、を有し、複数のスロットに格納された複数の蓄電池のうち一部の蓄電池は、配電線に接続された電力機器を含む電力系統の電力需給調整用の蓄電池として用いられ、充電制御回路は、電力系統の電力需給調整用の蓄電池の取り出しを規制し、他の複数のスロットで蓄電池の取り出し及び格納を可能とする。
【選択図】図１
【解決手段】充電装置は、配電線を介して上位系統と接続された充電装置であって、複数の蓄電池と、蓄電池がそれぞれに格納され、上位系統から系統電力を受けて蓄電池を充電するための複数のスロットと、複数の蓄電池の充電を制御する充電制御回路と、を有し、複数のスロットに格納された複数の蓄電池のうち一部の蓄電池は、配電線に接続された電力機器を含む電力系統の電力需給調整用の蓄電池として用いられ、充電制御回路は、電力系統の電力需給調整用の蓄電池の取り出しを規制し、他の複数のスロットで蓄電池の取り出し及び格納を可能とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
配電線を介して上位系統と接続された充電装置であって、
複数の蓄電池と、
前記蓄電池がそれぞれに格納され、前記上位系統から系統電力を受けて前記蓄電池を充電するための複数のスロットと、
複数の前記蓄電池の充電を制御する充電制御回路と、を有し、
複数の前記スロットに格納された複数の前記蓄電池のうち一部の前記蓄電池は、前記配電線に接続された電力機器を含む電力系統の電力需給調整用の蓄電池として用いられ、
前記充電制御回路は、前記電力系統の電力需給調整用の蓄電池の取り出しを規制し、他の複数の前記スロットで前記蓄電池の取り出し及び格納を可能とする
充電装置。
複数の蓄電池と、
前記蓄電池がそれぞれに格納され、前記上位系統から系統電力を受けて前記蓄電池を充電するための複数のスロットと、
複数の前記蓄電池の充電を制御する充電制御回路と、を有し、
複数の前記スロットに格納された複数の前記蓄電池のうち一部の前記蓄電池は、前記配電線に接続された電力機器を含む電力系統の電力需給調整用の蓄電池として用いられ、
前記充電制御回路は、前記電力系統の電力需給調整用の蓄電池の取り出しを規制し、他の複数の前記スロットで前記蓄電池の取り出し及び格納を可能とする
充電装置。
【請求項2】
前記充電制御回路は、格納された前記蓄電池が不良の場合、不良の前記蓄電池の取り出しを規制する
請求項１に記載の充電装置。
請求項１に記載の充電装置。
【請求項3】
前記充電制御回路は、使用者からの前記蓄電池の取り出し指令を受けて、前記蓄電池の満充電の容量に対する充電済みの容量の割合で料金を算出する
請求項１に記載の充電装置。
請求項１に記載の充電装置。
【請求項4】
複数の前記スロットのそれぞれに開閉可能に設けられた蓋部を有し、
前記充電制御回路は、前記電力系統の電力需給調整用の蓄電池が格納された複数の前記スロットの前記蓋部をロックし、他の複数の前記スロットの前記蓋部を開閉可能とする
請求項１に記載の充電装置。
前記充電制御回路は、前記電力系統の電力需給調整用の蓄電池が格納された複数の前記スロットの前記蓋部をロックし、他の複数の前記スロットの前記蓋部を開閉可能とする
請求項１に記載の充電装置。
【請求項5】
前記充電装置に接続された前記配電線の電力系統が単独になった場合、
前記充電制御回路は、全ての前記スロット及び全ての前記蓄電池の取り出し及び格納を規制する
請求項１に記載の充電装置。
前記充電制御回路は、全ての前記スロット及び全ての前記蓄電池の取り出し及び格納を規制する
請求項１に記載の充電装置。
【請求項6】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の充電装置と、
前記配電線に接続される変圧器と、
所定の施設に設置され、電力を消費する負荷及び発電を行う分散型電源を含み、前記変圧器に接続される電力機器と、
前記変圧器及び前記電力機器を含む電力系統における電力の需給を制御する統合制御装置と、を有し、
前記統合制御装置は、前記系統電力及び前記電力機器の電力情報と、前記充電装置の複数の蓄電池の電力情報と、に基づいて、複数の前記蓄電池のうち、前記電力系統の電力需給調整用に使用される複数の前記蓄電池の割り当てを決定する
電力需給調整システム。
前記配電線に接続される変圧器と、
所定の施設に設置され、電力を消費する負荷及び発電を行う分散型電源を含み、前記変圧器に接続される電力機器と、
前記変圧器及び前記電力機器を含む電力系統における電力の需給を制御する統合制御装置と、を有し、
前記統合制御装置は、前記系統電力及び前記電力機器の電力情報と、前記充電装置の複数の蓄電池の電力情報と、に基づいて、複数の前記蓄電池のうち、前記電力系統の電力需給調整用に使用される複数の前記蓄電池の割り当てを決定する
電力需給調整システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、充電装置及び電力需給調整システムに関する。
【背景技術】
【0002】
下記特許文献１には、負荷及び分散型電源を含む電力系統における電力の需給を調整する電力需給調整システムについて記載されている。電力需給調整システムは、変電所に付設された蓄電池を有する。系統電力が不足する場合に、変電所に付設された蓄電池は配電線に放電し、分散型電源の余剰電力が発生する場合に、余剰電力は変電所に付設された蓄電池に充電される。
【0003】
特許文献２、３には、蓄電池（二次電池）を交換する方式の電気自動車（特許文献３では自動二輪車）について開示されている。使用者は、電池ステーション（特許文献３では交換ステーション）で容量が少なくなった蓄電池（二次電池）を充電済みの蓄電池に交換する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１２－１９５９８号公報
【特許文献2】特開２０１１－３４２６０号公報
【特許文献3】特開２０２１－３４１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１には、電池ステーションの蓄電池を電力系統の電力需給調整用の蓄電池として用いる構成について記載されていない。特許文献１の電力需給調整システムに特許文献２、３の電池ステーションの蓄電池を用いた場合に、電気自動車の使用者が電池ステーションの蓄電池を使用できなくなる可能性がある。あるいは、電力系統の電力需給調整用に用いられている蓄電池が電気自動車用に用いられると、電力系統の安定化が困難になる可能性がある。
【0006】
本発明は、上記課題を解決して、電力系統の安定化を図るとともに、良好に電気自動車用の蓄電池を交換することが可能な充電装置及び電力需給調整システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様による充電装置は、配電線を介して上位系統と接続された充電装置であって、複数の蓄電池と、前記蓄電池がそれぞれに格納され、前記上位系統から系統電力を受けて前記蓄電池を充電するための複数のスロットと、複数の前記蓄電池の充電を制御する充電制御回路と、を有し、複数の前記スロットに格納された複数の前記蓄電池のうち一部の前記蓄電池は、前記配電線に接続された電力機器を含む電力系統の電力需給調整用の蓄電池として用いられ、前記充電制御回路は、前記電力系統の電力需給調整用の蓄電池の取り出しを規制し、他の複数の前記スロットで前記蓄電池の取り出し及び格納を可能とする。
【0008】
これによれば、充電装置は、複数のスロットに格納された蓄電池のうち一部の蓄電池を電力系統の電力需給調整用に用い、他のスロットの蓄電池を電気自動車の交換用の蓄電池として使用できる。使用者は、電力系統の電力需給調整用の蓄電池を、電気自動車の交換用の蓄電池として取り出すことができないので、電力系統の安定化を図ることができる。また、複数の蓄電池のうち、電力系統の電力需給調整用の蓄電池とは別の蓄電池は、電気自動車の交換用の蓄電池として使用可能である。したがって、充電装置は、電力系統の安定化を図るとともに、良好に蓄電池を交換することが可能である。
【0009】
本発明の望ましい態様として、充電装置において、前記充電制御回路は、格納された前記蓄電池が不良の場合、不良の前記蓄電池の取り出しを規制する。これによれば、充電装置は、不良の蓄電池が電気自動車に用いられることを抑制できる。
【0010】
本発明の望ましい態様として、充電装置において、前記充電制御回路は、使用者からの前記蓄電池の取り出し指令を受けて、前記蓄電池の満充電の容量に対する充電済みの容量の割合で料金を算出する。これによれば、使用者は、蓄電池が満充電でない状態であっても、充電量に応じた料金で電気自動車の交換用の蓄電池として使用することができる。したがって、充電装置は、蓄電池の利便性を向上させることができる。
【0011】
本発明の望ましい態様として、充電装置は、複数の前記スロットのそれぞれに開閉可能に設けられた蓋部を有し、前記充電制御回路は、前記電力系統の電力需給調整用の蓄電池が格納された複数の前記スロットの前記蓋部をロックし、他の複数の前記スロットの前記蓋部を開閉可能とする。これによれば、使用者は、蓋部がロックされることで電力系統の電力需給調整用の蓄電池をスロットから取り出すことができなくなり、他のスロットの蓄電池を電気自動車の交換用の蓄電池として使用できる。
【0012】
本発明の望ましい態様として、充電装置は、前記充電装置に接続された前記配電線の電力系統が単独になった場合、前記充電制御回路は、全ての前記スロット及び全ての前記蓄電池の取り出し及び格納を規制する。これによれば、充電装置は、非常時における電力系統の電力を確保することができる。
【0013】
本発明の一態様による電力需給調整システムは、上記の複数の充電装置と、前記配電線に接続される変圧器と、所定の施設に設置され、電力を消費する負荷及び発電を行う分散型電源を含み、前記変圧器に接続される電力機器と、前記変圧器及び前記電力機器を含む電力系統における電力の需給を制御する統合制御装置と、を有し、前記統合制御装置は、前記系統電力及び前記電力機器の電力情報と、前記充電装置の複数の蓄電池の電力情報と、に基づいて、複数の前記蓄電池のうち、前記電力系統の電力需給調整用に使用される複数の前記蓄電池の割り当てを決定する。
【0014】
これによれば、電力需給調整システムは、充電装置の複数の蓄電池のうち一部の蓄電池を電力系統の電力需給調整用に用いることができる。したがって、電力系統で余剰電力が発生した場合には充電装置の複数の蓄電池に充電し、あるいは電力系統で電力不足が発生した場合には充電装置の複数の蓄電池を放電させることができる。また、充電装置の複数の蓄電池のうち、電力系統の電力需給調整用の蓄電池とは別の蓄電池は、電気自動車の交換用の蓄電池として使用可能である。したがって、電力需給調整システムは、電力系統の安定化を図るとともに、良好に電気自動車用の蓄電池を交換することが可能である。
【発明の効果】
【0015】
本発明の充電装置及び電力需給調整システムによれば、電力系統の安定化を図るとともに、良好に電気自動車用の蓄電池を交換することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明に係る充電装置及び電力需給調整システムの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、実施形態に記載された方法、装置及び変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。
【0018】
図１は、実施形態に係る充電装置を模式的に示す斜視図である。図１に示す充電装置１０は、電気自動車に用いられる蓄電池２０を充電する装置であり、充電ステーションあるいは充電ボックスとも呼ばれる。また、充電装置１０は、配電線５及び制御信号線６を介して、負荷Ｌや太陽光発電装置ＰＶ等の電力機器（図３参照）を含む電力系統と電気的に接続される。
【0019】
図１に示すように、充電装置１０は、複数の蓄電池２０と、本体１１と、複数のスロット１２と、複数の蓋部１３と、複数のロック機構１４と、複数のインジケータ１５と、表示部１６と、決済部１７と、コンセント１８と、充電制御回路３０と、を備える。
【0020】
複数のスロット１２は、それぞれに蓄電池２０が格納され、上位系統の変電所（図示しない）から系統電力Ｐｓを受けて蓄電池２０を充電する。複数のスロット１２は、それぞれ蓄電池２０の電極と電気的に接続される端子を備える。また、複数のスロット１２は、それぞれ蓄電池２０の電流、電圧、温度等を検出する各種センサを備える。蓄電池２０の充電量、充電時間等の情報は、各スロット１２から充電制御回路３０に送信される。図１に示す例では、スロット１２は、３行４列、合計１２個設けられている。ただし、スロット１２の数はあくまで一例であり、適宜変更できる。
【0021】
ここで、蓄電池２０は、電気自動車に用いられる交換式の蓄電池２０である。蓄電池２０は、例えばリチウム二次電池である。ただし、蓄電池２０は、全固体電池等、他の種類の二次電池であってもよい。例えば、電気自動車は、５ｋＷｈの容量を有する蓄電池２０を６本搭載し、合計３０ｋＷｈ程度の蓄電池２０が搭載できる。なお、蓄電池２０は、電気自動車に限定されず、ハイブリッドカーや自動二輪車の交換用の蓄電池２０として用いてもよい。また、充電装置１０が有する複数の蓄電池２０は、電力系統の電力需給調整用の蓄電池２０としても用いられる。電力系統の電力需給調整用の蓄電池２０については、図３にて後述する。
【0022】
使用者は、容量が少なくなった蓄電池２０を電気自動車から取り外し、空いているスロット１２ｂに格納する。そして、使用者は、他のスロット１２（例えばスロット１２ａ）から充電済みの蓄電池２０を取り出し、電気自動車に取り付けて使用する。充電装置１０は、スロット１２ｂに格納された蓄電池２０の充電を開始する。これにより、使用者は、使用済みの蓄電池２０の充電が完了するまで待つ必要がなく、別の蓄電池２０に交換して使用できる。したがって、充電装置１０は、交換式の蓄電池２０を備えた電気自動車の利便性を向上させることができる。
【0023】
複数の蓋部１３は、複数のスロット１２のそれぞれに開閉可能に設けられる。複数の蓋部１３は、閉状態で複数のスロット１２の開口を覆い、蓄電池２０の取り出し及び格納を規制するように設けられる。複数の蓋部１３は、開状態で複数のスロット１２の開口を解放し、蓄電池２０の取り出し及び格納を可能とするように設けられる。
【0024】
複数のロック機構１４は、充電制御回路３０からの制御信号に基づいて複数の蓋部１３をロック（締結）する。ロック機構１４は、蓋部１３をロックできればどのような構成であってもよく、機械的に蓋部１３をロックする機構であってもよいし、電磁的に蓋部１３をロックする機構であってもよい。
【0025】
複数のインジケータ１５は、複数のスロット１２のそれぞれに設けられ、複数のスロット１２に格納された蓄電池２０の取り出し及び格納が可能かどうかを表示する。すなわち、複数のインジケータ１５は、蓋部１３がロック機構１４によりロックされている状態か解除されている状態かを表示する。一例として、複数のインジケータ１５は、異なる色のランプの点灯と非点灯とを切り替えて、ロック機構１４の状態を示す。赤色のランプが点灯する場合は、蓋部１３がロックされ蓄電池２０の取り出し及び格納ができない状態であることを示し、青色のランプが点灯する場合は、蓋部１３が解放され蓄電池２０の取り出し及び格納が可能であることを示す。
【0026】
表示部１６は、蓄電池２０の容量等の電力情報や、蓄電池２０の交換に要する料金等の各種情報を表示する。使用者は、表示部１６で蓄電池２０の情報を確認し、複数のスロット１２に格納された蓄電池２０から、取り出す蓄電池２０を選択することができる。また、表示部１６は、タッチパネル等の入力装置を備え、使用者はタッチパネルを操作して取り出す蓄電池２０を選択することができる。
【0027】
決済部１７は、クレジットカード、電子マネーや現金で決済可能な装置である。決済部１７は、クレジットカード、各種電子マネーに対応した読み取り装置や、投入された紙幣、硬貨を検知する検知装置等を備える。
【0028】
コンセント１８は、非交換式の蓄電池を備えた電気自動車の充電用に設けられている。使用者は、ケーブルをコンセント１８に接続することで、電気自動車に搭載された蓄電池を充電装置１０に接続する。これにより、電気自動車に搭載された蓄電池は、系統電力Ｐｓを受けて充電される。なお、コンセント１８は無くてもよい。
【0029】
充電制御回路３０は、複数の蓄電池２０の充電を制御する回路である。充電制御回路３０は、複数のスロット１２から複数の蓄電池２０の情報を受け取って、複数のロック機構１４、複数のインジケータ１５、表示部１６、決済部１７等に制御信号を供給して、蓄電池２０の取り出し及び格納を制御する。また、充電制御回路３０は、電力系統の統合制御装置５０（図４参照）からの制御信号ＳＣを受けて、複数の蓄電池２０を制御し、あるいは、複数のスロット１２及び複数の蓄電池２０の各種情報を含む電力情報５５Ｂを統合制御装置５０（図４参照）に出力する。
【0030】
図２は、実施形態に係る充電装置の、充電制御回路の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、充電制御回路３０は、通信部３１、入力部３２、出力部３３、処理部３４及び記憶部３５を備える。通信部３１は、制御信号線６を介して統合制御装置５０と通信を行う装置である。通信部３１は、例えばＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄ）等によって実現される。
【0031】
入力部３２は、処理部３４からの指示により、複数の蓄電池２０の容量（充電量）等の各種情報を取得する回路である。また、入力部３２は、制御信号線６を介して統合制御装置５０からの制御信号ＳＣを取得する回路である。
【0032】
出力部３３は、処理部３４からの指示により、複数のロック機構１４、複数のインジケータ１５、表示部１６、決済部１７等に各種指令を出力する回路である。一例として出力部３３は、複数のロック機構１４のロック及び解放を制御する指令を出力する。また、出力部３３は、制御信号線６を介して統合制御装置５０に複数の蓄電池２０の各種情報を含む電力情報５５Ｂを出力する回路である。
【0033】
処理部３４は、各部間のデータの受け渡しを行って複数の蓄電池２０の充電を制御する装置である。処理部３４は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含む演算装置である。処理部３４は、所定のメモリに格納されたプログラムをＣＰＵが実行することで、各種制御を実現する。
【0034】
記憶部３５は、処理部３４からのデータを記憶したり、記憶したデータを読み出したりするものであり、例えば、複数の蓄電池２０の容量（充電量）等の各種情報を記憶する。記憶部３５は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の不揮発性記憶装置によって実現される。
【0035】
次に、上述した充電装置１０を含む電力需給調整システム１について説明する。図３は、充電装置を含む電力需給調整システムの構成を説明するための説明図である。図３に示す電力需給調整システム１は、分散型電源の余剰電力を電力系統の蓄電池ｂあるいは充電装置１０の蓄電池２０に充電し、負荷の電力不足に対して電力系統内外の蓄電池ｂあるいは充電装置１０の蓄電池２０から電力を融通し、電力の融通ができないときには負荷の抑制又は遮断を行う。
【0036】
図３に示すように、電力需給調整システム１は、配電系統において、配電用変電所に変圧器ＴＲが設置され、変圧器ＴＲの２次側から配電線５が延設される。配電線５には連系点において顧客用の変圧器ｔｒが接続される。変圧器ｔｒには顧客宅（所定の施設）に設置された電力機器が接続される。変圧器ｔｒに接続される電力機器は、単独の負荷Ｌ、又は、負荷Ｌ、インバータＩＶ、蓄電池ｂ及び太陽光発電装置ＰＶ（分散型電源）の組合せである。なお、変圧器ｔｒは、例えば、１台で１０世帯以上２０世帯以下程度を賄う。また、配電用変電所は、例えば、１箇所で数百程度の世帯を賄う。また、複数の蓄電池２０を含む充電装置１０は配電線５に接続される。
【0037】
負荷Ｌは、変圧器ｔｒ又は蓄電池ｂから電力を供給され、供給された電力を消費する。インバータＩＶは、太陽光発電装置ＰＶで発電された直流電力及び蓄電池ｂに蓄電された直流電力を交流電力に変換し、変換後の交流電力を負荷Ｌに供給する。蓄電池ｂは、太陽光発電装置ＰＶで発電された電力を蓄電する。太陽光発電装置ＰＶは、太陽光により発電する装置である。また、充電装置１０は、必要に応じてインバータＩＶが接続されていてもよい。
【0038】
負荷Ｌ、インバータＩＶ、蓄電池ｂ及び太陽光発電装置ＰＶ等の電力機器は、必ずしも個人の顧客宅に限ることなく、企業や公共の施設に設置されていてもよい。また、１以上の電力機器が、設置場所に限ることなく、グループとして管理されていてもよい。
【0039】
配電系統には、通信装置として子局２、中継局３及び親局であるＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｅｒｖｅｒ）４が設けられる。子局２、中継局３及び親局であるＰＣＳ４は、上述した特許文献１に開示された構成を採用することができる。
【0040】
図３に示す系統電力Ｐｓは、上位系統の変電所（図示しない）から配電用変電所に送電される電力である。総合負荷電力ＰＬは、変圧器ｔｒの１次側における負荷電力の合計である。顧客子局総合負荷電力ＰＸは、顧客宅における負荷電力の合計である。顧客負荷電力ＰＬＬは、顧客宅の負荷Ｌの消費電力である。顧客電力ＰＰＶは、顧客宅の太陽光発電装置ＰＶの発電電力である。顧客設置蓄電池電力ＰＢＢは、顧客宅の蓄電池ｂにおける蓄電電力である。
【0041】
ここで、顧客子局総合負荷電力ＰＸは、次の式（１）により計算される。
ＰＸ＝ＰＬＬ－ＰＰＶ－ＰＢＢ ・・・ （１）
ＰＸ＝ＰＬＬ－ＰＰＶ－ＰＢＢ ・・・ （１）
【0042】
電力系統において、系統電力Ｐｓが総合負荷電力ＰＬの合計（ΣＰＬ）よりも大きい場合には余剰電力が発生している状態である。余剰電力は、電力の差分Ｐｓ－ΣＰＬで表される。また、電力系統において、系統電力Ｐｓが総合負荷電力ＰＬの合計（ΣＰＬ）よりも小さい場合には、電力不足が発生している状態である。電力不足分（不足電力）は、電力の差分ΣＰＬ－Ｐｓで表される。
【0043】
電力系統における余剰電力又は不足電力が発生した場合に、充電装置１０の複数の蓄電池２０の一部は、電力系統の電力需給調整用の蓄電池２０として用いられる。電力系統で余剰電力が発生した場合に、余剰電力の一部は電力系統の電力需給調整用の蓄電池２０に充電される。また、電力系統で電力不足が発生した場合に、電力系統の電力需給調整用の蓄電池２０は放電し、電力系統の電力機器の電力の一部を補う。
【0044】
図４は、統合制御装置を含む電力需給調整システムの構成例を説明するためのブロック図である。図４に示すように、電力需給調整システム１は、変圧器ｔｒ及び各電力機器を含む電力系統における電力の需給を制御する統合制御装置５０を有する。より詳細には、統合制御装置５０は、充電装置１０から取得した複数の蓄電池２０の電力に関する情報と、ＰＣＳ４（親局）から取得した電力系統における電力に関する情報とに基づいて、充電装置１０及びＰＣＳ４（親局）の電力の需給を統合して制御する。
【0045】
なお、図４では、説明を分かりやすくするために、統合制御装置５０に１つの充電装置１０及び１つのＰＣＳ４、及び、ＰＣＳ４に接続された中継局３及び子局２を示しているが、実際には図３に示すように、複数の充電装置１０及び複数のＰＣＳ４、中継局３及び子局２が接続される。
【0046】
図４に示す子局２は、顧客負荷電力ＰＬＬ等の電力情報を中継局３に送信する。中継局３は、変圧器ｔｒの配下にある複数の子局２と通信可能であり、各子局２から受信した電力情報を集約し、集約した電力情報をＰＣＳ４に送信する。ＰＣＳ４は、配電線５に接続された複数の中継局３と通信可能であり、各中継局３から受信した電力情報を集約し統合制御装置５０に送信する。また、充電装置１０は、複数の蓄電池２０の電力情報を統合制御装置５０に送信する。
【0047】
統合制御装置５０は、通信部５１、入力部５２、出力部５３、処理部５４及び記憶部５５を備える。通信部５１は、制御信号線６を介して充電装置１０と通信を行うとともに、通信線を介してＰＣＳ４と通信を行う装置である。通信部３１は、例えばＮＩＣ等によって実現される。
【0048】
入力部５２は、処理部５４からの指示により、充電装置１０から複数の蓄電池２０の充電量等の電力情報を取得し、かつ、ＰＣＳ４から配電線５に接続された電力機器の電力情報を取得する回路である。
【0049】
出力部５３は、処理部５４からの指示により、制御信号線６を介して充電装置１０に制御信号ＳＣを出力し、かつ、ＰＣＳ４に制御信号を出力する回路である。
【0050】
処理部５４は、各部間のデータの受け渡しを行って処理部５４全体の制御を行う装置である。処理部５４は、例えばＣＰＵを含む演算装置である。処理部５４は、所定のメモリに格納されたプログラムをＣＰＵが実行することで、各種制御を実現する。
【0051】
記憶部５５は、処理部５４からのデータを記憶したり、記憶したデータを読み出したりするものであり、例えば、充電装置１０から取得した複数の蓄電池２０の電力情報５５Ｂ（図６参照）、及び、ＰＣＳ４から取得した配電線５に接続された電力機器の電力情報５５Ａ（図５参照）を記憶する。記憶部３５は、ＨＤＤやＳＳＤ等の不揮発性記憶装置によって実現される。
【0052】
図５は、統合制御装置の記憶部に記憶される電力系統に関する電力情報の構成例を示す模式図である。図５に示すように、ＰＣＳ４から送信された電力情報５５Ａは、系統電力データ５５Ａ１、総合負荷電力データ５５Ａ２、不足分電力データ５５Ａ３及び余剰電力データ５５Ａ４を含む。
【0053】
系統電力データ５５Ａ１は、上位系統の変電所から供給された系統電力Ｐｓに相当する。総合負荷電力データ５５Ａ２は、配電線５に接続された全ての電力機器の負荷の合計であり、総合負荷電力ＰＬ（図３参照）に相当する。
【0054】
不足分電力データ５５Ａ３は、電力不足の場合での、系統電力Ｐｓと総合負荷電力ＰＬの合計（ΣＰＬ）との差分の電力に相当し、上述した電力の差分ΣＰＬ－Ｐｓに相当する。余剰電力データ５５Ａ４は、電力余剰の場合での、系統電力Ｐｓと総合負荷電力ＰＬの合計（ΣＰＬ）との差分の電力に相当し、上述したＰｓ－ΣＰＬに相当する。
【0055】
図６は、統合制御装置の記憶部に記憶される充電装置に関する電力情報の構成例を示す模式図である。図６に示すように、充電装置１０から送信された電力情報５５Ｂは、蓄電池データ５５Ｂ１、合計電力データ５５Ｂ２及び合計充電可能容量５５Ｂ３を含む。
【0056】
蓄電池データ５５Ｂ１は、充電装置１０に格納された複数の蓄電池２０の数、電池状態（良、不良）、履歴（使用回数）等の各種データに相当する。合計電力データ５５Ｂ２は、充電装置１０に格納された複数の蓄電池２０のうち、充電済みの容量の合計、すなわち放電可能な電力に相当する。合計充電可能容量５５Ｂ３は、充電装置１０に格納された複数の蓄電池２０のうち、未充電の容量（空き容量）の合計、すなわち充電可能な容量に相当する。
【0057】
統合制御装置５０は、ＰＣＳ４から取得した系統電力Ｐｓ及び電力機器の総合負荷電力ＰＬを含む電力情報５５Ａ及び充電装置１０から取得した複数の蓄電池２０の電力情報５５Ｂと、に基づいて、複数の蓄電池２０のうち、電力系統の電力需給調整用として使用される複数の蓄電池２０の割り当てを決定する。
【0058】
次に、電力需給調整システム１の調整方法について説明する。はじめに、充電装置１０が電気自動車の交換用の蓄電池の充電、交換に使用される場合のフローについて説明する。図７は、充電装置の充電処理の一例を示すフローチャート図である。
【0059】
図７に示すように、使用者により使用済みの蓄電池２０がスロット１２内に挿入される（ステップＳＴ１１）。この際、使用者は、インジケータ１５を確認して利用可能なスロット１２、すなわち蓄電池２０が格納されていないスロット１２を選択する。
【0060】
充電制御回路３０の処理部３４は、スロット１２からの蓄電池２０の情報に基づいて、蓄電池２０が不良かどうかを判定する（ステップＳＴ１２）。処理部３４は、スロット１２が有するセンサからの蓄電池２０の電流、電圧、温度等の情報を取得する。また、充電制御回路３０の記憶部３５には、蓄電池２０の電流、電圧、温度等の閾値（良、不良の基準値）があらかじめ記憶されている。処理部３４は、スロット１２から取得した蓄電池２０の電流、電圧、温度等の情報と、記憶部３５の閾値とを比較して蓄電池２０が不良かどうかを判定する。処理部３４は、蓄電池２０の不良として、例えば短絡の有無や劣化状態を判定する。
【0061】
蓄電池２０が不良の場合（ステップＳＴ１２、Ｙｅｓ）、充電制御回路３０は、ロック機構１４に制御信号を出力して、不良の蓄電池２０が格納されたスロット１２の蓋部１３をロックする（ステップＳＴ１３）。
【0062】
そして、充電制御回路３０は、インジケータ１５に制御信号を出力して、不良の蓄電池２０が格納されたスロット１２について使用禁止であることを表示させる（ステップＳＴ１４）。そして、充電制御回路３０は、必要に応じて不良の蓄電池２０に関する情報を管理者に連絡する（ステップＳＴ１５）。
【0063】
ステップＳＴ１２からステップＳＴ１５に示すように、充電制御回路３０は、蓄電池２０が不良の場合に、不良の蓄電池２０の取り出しを規制する。これにより、充電装置１０は、不良の蓄電池２０がスロット１２に格納された場合に、不良の蓄電池２０が再度、電気自動車に用いられることを抑制できる。
【0064】
蓄電池２０が不良ではない場合（ステップＳＴ１２、Ｎｏ）、充電制御回路３０は、格納された蓄電池２０の充電を開始する（ステップＳＴ１６）。
【0065】
使用者は、インジケータ１５及び表示部１６で、他の使用可能な蓄電池２０の電力情報を確認して、表示部１６のタッチパネルを操作して取り出す蓄電池２０を選択する。これにより、充電制御回路３０の入力部３２には、表示部１６のタッチパネルから蓄電池２０の取り出し指令が入力される（ステップＳＴ１７）。
【0066】
充電制御回路３０の処理部３４は、使用者からの蓄電池２０の取り出し指令を受けて、取り出し指令の対象となる蓄電池２０の電力情報を取得し、蓄電池２０が満充電かどうかを判定する（ステップＳＴ１８）。蓄電池２０が満充電の場合（ステップＳＴ１８、Ｙｅｓ）、処理部３４は、満充電の蓄電池２０の交換に要する料金（以下、「満充電金額」と表す）を表示部１６に表示させる。使用者は、表示部１６の金額を確認し、決済部１７で満充電金額を精算する（ステップＳＴ１９）。なお、満充電金額は、蓄電池２０の満充電容量（例えば５ｋＷｈ）に応じてあらかじめ設定された金額であり、記憶部３５に記憶されている。
【0067】
充電制御回路３０は、満充電金額が精算されたことを確認した後、ロック機構１４に制御信号を出力し、取り出し指令の対象となる蓄電池２０が格納されたスロット１２のロック機構１４を解除する。これにより、蓋部１３がオープンし（ステップＳＴ２０）、使用者は、選択した蓄電池２０を取り出すことができる。
【0068】
蓄電池２０が満充電でない場合（ステップＳＴ１８、Ｎｏ）、充電制御回路３０の処理部３４は、スロット１２から取得した蓄電池２０の電力情報に基づいて充電済みの容量（以下、「充電容量」と表す）を計算する（ステップＳＴ２１）。
【0069】
処理部３４は、満充電容量に対する充電容量の割合で、蓄電池２０の交換に要する料金を算出する。この場合の料金は、Ａ×（ｙ／ｘ）（円）で表される。ただし、満充電金額をＡ（円）、満充電容量をｘ（ｋＷｈ）、充電容量をｙ（ｋＷｈ）とする。処理部３４は、蓄電池２０の交換に要する料金を表示部１６に表示させる。使用者は、表示部１６の金額を確認し、決済部１７で料金を精算する（ステップＳＴ２２）。
【0070】
充電制御回路３０は、料金が精算されたことを確認した後、上述したステップＳＴ２０を実行し、使用者は、選択した蓄電池２０を取り出すことができる。
【0071】
これによれば、使用者は、使用済みの蓄電池２０の充電が完了するまで待つ必要がなく、別の充電済みの蓄電池２０を電気自動車の交換用の蓄電池２０に使用できる。また、使用者は、電気自動車の使用状況に応じて、蓄電池２０が満充電でない状態であってもスロット１２から取り出して電気自動車に用いることができる。したがって、充電装置１０は、蓄電池２０の利便性を向上させることができる。
【0072】
次に、充電装置１０を含む電力需給調整システム１の電力需給調整方法について説明する。図８は、充電装置を含む電力需給調整システムの動作例を示すフローチャート図である。図８に示すように、統合制御装置５０の入力部５２は、ＰＣＳ４から電力系統内の総合負荷電力ＰＬ等の電力情報５５Ａ、及び、充電装置１０から蓄電池２０の合計電力等の電力情報５５Ｂを取得する（ステップＳＴ３１）。
【0073】
統合制御装置５０の処理部５４は、ＰＣＳ４から取得した電力系統内の系統電力データ５５Ａ１と総合負荷電力データ５５Ａ２とに基づいて、充電装置１０の蓄電池２０を充放電で使用するか（ステップＳＴ３２）、放電で使用するか（ステップＳＴ３３）、充電で使用するか（ステップＳＴ３４）を判定する。
【0074】
蓄電池２０を充放電で使用する場合（ステップＳＴ３２、Ｙｅｓ）、充電装置１０の蓄電池２０は、電力系統が電力不足の場合、電力余剰の場合の両方に対応するように、不足分の電力が充電装置１０の蓄電池２０で補われ（放電）、また、余剰電力が充電装置１０の蓄電池２０に充電される。
【0075】
蓄電池２０を充放電で使用しない場合（ステップＳＴ３２、Ｎｏ）、かつ、蓄電池２０を放電で使用する場合（ステップＳＴ３３、Ｙｅｓ）、変圧器ｔｒ及び電力機器を含む電力系統が電力不足であり、不足分の電力が充電装置１０の蓄電池２０で補われる。
【0076】
蓄電池２０を放電で使用しない場合（ステップＳＴ３３、Ｎｏ）、蓄電池２０は充電で使用される（ステップＳＴ３４）。この場合、変圧器ｔｒ及び電力機器を含む電力系統の電力が余剰であり、余剰電力が充電装置１０の蓄電池２０に充電される。なお、ステップＳＴ３２、ＳＴ３３、ＳＴ３４の順番はあくまで一例であり、どのような順番であってもよい。
【0077】
統合制御装置５０の処理部５４は、電力系統の電力情報５５Ａと、充電装置１０の蓄電池２０の電力情報とに基づいて、電力系統の電力需給調整に必要な蓄電池２０を選定する（ステップＳＴ３５）。処理部５４は、上述したステップＳＴ３２からステップＳＴ３４で決定された蓄電池２０の使用態様に応じたものを選定する。
【0078】
例えば、電力不足の場合（ステップＳＴ３３、Ｙｅｓ）、処理部５４は、電力系統の電力需給調整用の蓄電池２０として満充電あるいは充電容量が大きい蓄電池２０を選定する。あるいは、電力余剰の場合（ステップＳＴ３４）、処理部５４は、電力系統の電力需給調整用の蓄電池２０として空き容量が大きい（充電容量が小さい）蓄電池２０を選定する。蓄電池２０を充放電で使用する場合（ステップＳＴ３２、Ｙｅｓ）、上述した満充電あるいは充電容量が大きい蓄電池２０と空き容量が大きい（充電容量が小さい）蓄電池２０とを組み合わせて選定する。
【0079】
充電制御回路３０は、統合制御装置５０からの制御信号ＳＣに基づいて、ロック機構１４に制御信号を出力する。これにより、充電制御回路３０は、選定された蓄電池２０が格納されたスロット１２の蓋部１３をロックする（ステップＳＴ３６）。
【0080】
充電制御回路３０は、その他のスロット１２の蓋部１３はロックせず、電気自動車用の蓄電池として使用可能とする（ステップＳＴ３７）。言い換えると、充電制御回路３０は、複数の蓄電池２０のうち、電力系統の電力需給調整用の蓄電池２０の取り出しを規制し、他の複数のスロット１２で蓄電池２０の取り出し及び格納を可能とする。
【0081】
また、充電制御回路３０は、各スロット１２のインジケータ１５及び表示部１６に制御信号を出力して、電力系統の電力需給調整用の蓄電池２０が格納されたスロット１２は使用禁止であることを表示させ、その他のスロット１２は使用可能であることを表示させる。
【0082】
これにより、充電装置１０及び電力需給調整システム１は、複数のスロットに格納された蓄電池２０のうち一部の蓄電池２０を電力系統の電力需給調整用に用いることができる。このとき使用者は、電力系統の電力需給調整用の蓄電池２０を、電気自動車の交換用の蓄電池２０として取り出すことができなくなる。また、使用者は、電力系統の電力需給調整用とは別の、他のスロットの蓄電池２０を電気自動車用の交換式の蓄電池２０として使用できる。したがって、充電装置１０及び電力需給調整システム１は、電力系統の安定化を図るとともに、良好に蓄電池２０を交換することが可能である。
【0083】
所定の期間経過後、統合制御装置５０は、ＰＣＳ４から取得した電力系統の電力情報５５Ａ、及び、充電装置１０から取得した蓄電池２０の電力情報５５Ｂに基づいて、追加で電力系統の電力需給調整用の蓄電池２０が必要かどうかを判定する（ステップＳＴ３８）。
【0084】
追加の蓄電池２０が不要の場合（ステップＳＴ３８、Ｎｏ）、充電装置１０及び電力需給調整システム１は、現状の蓄電池２０の割り当てを維持して、電力系統の電力需給調整、及び、電気自動車用の蓄電池２０の充電、交換を行う。
【0085】
追加の蓄電池２０が必要の場合（ステップＳＴ３８、Ｙｅｓ）、統合制御装置５０は、充電装置１０から取得した電力情報５５Ｂに基づいて、必要な蓄電池２０が充電装置１０に有るかどうか判定する（ステップＳＴ３９）。
【0086】
必要な蓄電池２０が充電装置１０に無い場合（ステップＳＴ３９、Ｎｏ）、統合制御装置５０は、現状の蓄電池２０の割り当てを維持して、電力系統の電力需給調整を行う。ここで、必要な蓄電池２０が充電装置１０に無い場合とは、例えば、充電装置１０内の全ての蓄電池２０が電力系統の電力需給調整用の蓄電池２０として選定されている場合である。
【0087】
必要な蓄電池２０が充電装置１０に有る場合（ステップＳＴ３９、Ｙｅｓ）、統合制御装置５０は、ステップＳＴ３５からステップＳＴ３７を実行し、追加の蓄電池２０を選定する。
【0088】
なお、ステップＳＴ３８では、追加で電力系統の電力需給調整用の蓄電池２０が必要な例を示したが、これに限定されない。現状、電力系統の電力需給調整用の蓄電池２０として選定された蓄電池２０のうち、不要な蓄電池２０が有る場合も同様に、ステップＳＴ３５を実行し、適切な蓄電池２０を選定してもよい。このように、充電装置１０及び電力需給調整システム１は、系統電力の総合負荷電力ＰＬの変動や、電気自動車の交換用の蓄電池２０の利用状況に応じて、充電装置１０が有する複数の蓄電池２０の割り当てを適切に変更することができる。また、図３に示すように、電力系統には複数の充電装置１０が接続されているので、充電装置１０間で複数の蓄電池２０の割り当てを調整してもよい。
【0089】
図９は、非常時における電力需給調整システム及び充電装置の動作例を示すフローチャート図である。なお、非常時とは、事故や災害等により、充電装置１０に接続された配電線５の系統が単独になった場合であり、他の配電線５の系統とは切断された場合をいう。
【0090】
充電装置１０の充電制御回路３０は、非常時であることを感知すると（ステップＳＴ５１）、図７、図８にて説明した通常の充電フロー及び電力需給調整フローを停止して単独運転を開始する（ステップＳＴ５２）。非常時には、充電装置１０は、統合制御装置５０及び他の充電装置１０と非接続となっている場合があり、以下のフローは充電制御回路３０により単独で実行される。
【0091】
充電制御回路３０は、ロック機構１４に制御信号を出力して、全てのスロット１２の蓋部１３をロックする（ステップＳＴ５３）。また、充電制御回路３０は、インジケータ１５及び表示部１６に制御信号を出力して、全てのスロット１２及び蓄電池２０が使用禁止であることを表示させる（ステップＳＴ５４）。
【0092】
これにより、充電制御回路３０は、全てのスロット１２及び全ての蓄電池２０の取り出し及び格納を規制し、充電装置１０内の全ての蓄電池２０の容量を、電力系統の電力として使用する（ステップＳＴ５５）。言い換えると、充電制御回路３０内の全ての蓄電池２０が電気自動車用の蓄電池２０として使用できなくなる。これにより、充電装置１０及び電力需給調整システム１は、非常時における電力系統の電力を確保することができる。
【0093】
なお、充電装置１０の充電制御回路３０は、通常の状態に戻ったことを感知すると、すなわち、他の電力系統及び統合制御装置５０との接続が回復すると、図７、図８にて説明した充電フロー及び電力需給調整フローに戻る。
【符号の説明】
【0094】
１ 電力需給調整システム
４ ＰＣＳ
５ 配電線
６ 制御信号線
１０ 充電装置
１１ 本体
１２、１２ａ、１２ｂ スロット
１３ 蓋部
１４ ロック機構
１５ インジケータ
２０ 蓄電池
３０ 充電制御回路
３１、５１ 通信部
３２、５２ 入力部
３３、５３ 出力部
３４、５４ 処理部
３５、５５ 記憶部
５０ 統合制御装置
５５Ａ、５５Ｂ 電力情報
ｔｒ、ＴＲ 変圧器
Ｐｓ 系統電力
ＰＬ 総合負荷電力
４ ＰＣＳ
５ 配電線
６ 制御信号線
１０ 充電装置
１１ 本体
１２、１２ａ、１２ｂ スロット
１３ 蓋部
１４ ロック機構
１５ インジケータ
２０ 蓄電池
３０ 充電制御回路
３１、５１ 通信部
３２、５２ 入力部
３３、５３ 出力部
３４、５４ 処理部
３５、５５ 記憶部
５０ 統合制御装置
５５Ａ、５５Ｂ 電力情報
ｔｒ、ＴＲ 変圧器
Ｐｓ 系統電力
ＰＬ 総合負荷電力
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】