特開 2025-1873 電力管理システム

(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】P2025001873

(43)【公開日】2025-01-09

(54)【発明の名称】電力管理システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20241226BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20241226BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20241226BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 P

H02J7/00 B

H02J7/00 Q

H02J7/34 J

H02J3/32

H02J7/02 F

H02J7/00 302C

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023101607

(22)【出願日】2023-06-21

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 知也

【テーマコード（参考）】

5G066

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G066HB09

5G066JA05

5G066JB03

5G503AA01

5G503BA02

5G503BB01

5G503CA01

5G503CA10

5G503EA09

5G503FA06

(57)【要約】

【課題】電流センサのオフセット値を学習する複数の電動車を用いて、要求されたエネルギーマネジメントを実行しやすくする。
【解決手段】電力管理システムが、複数の電動車を含む車群と、車群を制御する制御装置とを備える。複数の電動車の各々は、蓄電装置と、蓄電装置の充放電電流を検出する電流センサとを有し、所定のタイミングで充放電電流をゼロにして電流センサのオフセット値を学習する（Ｓ１１～Ｓ１５）。制御装置は、蓄電装置の充電または放電によるエネルギーマネジメントを車群に実行させる場合に、車群の充電電力または放電電力に関して学習に起因した電力低下分を推定し、推定された電力低下分に基づいて、エネルギーマネジメントのための車群への電力指令値を決定する（Ｓ２２）。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電動車を含む車群と、前記車群を制御する制御装置とを含む電力管理システムであって、
前記複数の電動車の各々は、蓄電装置と、前記蓄電装置の充放電電流を検出する電流センサとを有し、所定のタイミングで前記充放電電流をゼロにして前記電流センサのオフセット値を学習するように構成され、
前記制御装置は、前記蓄電装置の充電または放電によるエネルギーマネジメントを前記車群に実行させる場合に、前記車群の充電電力または放電電力に関して前記学習に起因した電力低下分を推定し、推定された電力低下分に基づいて、前記エネルギーマネジメントのための前記車群への電力指令値を決定する、電力管理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力管理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特開２００９－１７１６６６号公報（特許文献１）には、電動車に搭載された蓄電装置の充電を開始してから所定時間ごとに充電を一時中断させて、蓄電装置の充放電経路に設けられた電流センサの出力補正のための学習（オフセット値の学習）を行う制御装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－１７１６６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、蓄電装置を備える複数の電動車を用いて、電力システムのエネルギーマネジメントを行うことが提案されている。しかしながら、蓄電装置の充電または放電によるエネルギーマネジメントを複数の電動車に実行させる場合に、少なくとも１台の電動車が前述した電流センサのオフセット値の学習を実行すると、当該電動車において蓄電装置の充放電電流がゼロ（０Ａ）になり、要求されたエネルギーマネジメントに対して充電電力または放電電力が不足する可能性がある。

【0005】

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電流センサのオフセット値を学習する複数の電動車を用いて、要求されたエネルギーマネジメントを実行しやすくすることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一形態に係る電力管理システムは、複数の電動車を含む車群と、車群を制御する制御装置とを備える。複数の電動車の各々は、蓄電装置と、蓄電装置の充放電電流を検出する電流センサとを有し、所定のタイミングで充放電電流をゼロにして電流センサのオフセット値を学習するように構成される。制御装置は、蓄電装置の充電または放電によるエネルギーマネジメントを車群に実行させる場合に、車群の充電電力または放電電力に関して学習に起因した電力低下分を推定し、推定された電力低下分に基づいて、エネルギーマネジメントのための車群への電力指令値を決定する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、電流センサのオフセット値を学習する複数の電動車を用いて、要求されたエネルギーマネジメントを実行しやすくなる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の実施の形態に係る電力管理システムの概要を示す図である。

【図2】本開示の実施の形態に係るエネルギーマネジメント方法について説明するための図である。

【図3】実施例、変形例、比較例に係る実績調整電力を対比して示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図中、同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0010】

図１は、本開示の実施の形態に係る電力管理システムの概要を示す図である。図１を参照して、この実施の形態に係る電力管理システムは、電力系統ＰＧのエネルギーマネジメントを実行する。この電力管理システムは、複数の車両１０を含む車群１０Ｇと、複数の車両２０を含む車群２０Ｇと、需給管理システム１００（以下、「システム１００」と記載）と、リソース管理システム２００（以下、「システム２００」と記載）と、電動車管理システム３００（以下、「システム３００」と記載）と、複数の給電設備５１０と、複数の給電設備５２０とを含む。システム３００は、プロセッサ３１０および記憶装置３２０を備える。図示は省略しているが、システム１００および２００も、システム３００と同様、プロセッサおよび記憶装置を備える。

【0011】

電力系統ＰＧは、送配電設備によって構築される電力網である。電力系統ＰＧには、複数の発電所が接続されている。給電設備５１０および５２０の各々は、電力系統ＰＧと電気的に接続され、電力系統ＰＧから電力の供給を受ける。車両１０および２０の各々は、蓄電装置を備える電動車（ｘＥＶ）であり、蓄電装置からの放電電力を用いて走行可能に構成される。車両１０、２０は、それぞれ給電設備５１０、５２０と電気的に接続された状態（プラグイン状態）において、電力系統ＰＧから給電設備５１０、５２０を通じて供給される電力（車両外部からの電力）を用いて車載バッテリ（蓄電装置）を充電できる。

【0012】

車両１０、給電設備５１０は、それぞれＶ１Ｇタイプ（電力系統ＰＧから一方的に電力の供給を受けるタイプ）の電動車、給電設備である。給電設備５１０は、例えばコンセント型の給電設備である。車両２０、給電設備５２０は、それぞれＶ２Ｇタイプ（電力系統ＰＧとの間で双方方向に電力をやり取りするタイプ）の電動車、給電設備である。給電設備５２０は、例えばケーブル一体型の給電設備である。車両１０および２０の各々は、例えばＢＥＶ（電気自動車）である。ただしこれに限られず、車群１０Ｇおよび２０Ｇの各々に含まれる電動車（ｘＥＶ）の種類は任意である。

【0013】

システム３００は、車群１０Ｇ，２０Ｇに含まれる各電動車と通信可能に構成される。システム３００は、給電設備５１０、５２０を介してそれぞれ車両１０、２０と有線通信してもよいし、無線通信により車両１０，２０の各々と直接的に通信してもよい。また、各電動車のユーザはユーザ端末３０を携帯する。システム３００はユーザ端末３０とも通信する。ユーザ端末３０は、例えばスマートフォンであるが、他の端末であってもよい。

【0014】

図１に示した各電動車および各給電設備はシステム３００に登録される。記憶装置３２０は、登録された各電動車に関する情報（仕様、位置、状態など）を、電動車の識別情報（車両ＩＤ）で区別して記憶している。また、各電動車のユーザ端末３０も、車両ＩＤと紐付けられてシステム３００に登録される。例えば、ユーザが電動車の走行計画または充電計画をユーザ端末３０に入力すると、その計画が当該電動車の識別情報と紐付けられてシステム３００に登録される。また、記憶装置３２０は、登録された各給電設備に関する情報（仕様、位置など）を、給電設備の識別情報で区別して記憶している。

【0015】

以下では、システム３００が管理する全ての電動車を、「電動車リソース」と総称する。システム３００は、電動車リソースに関して、非調整時の充放電電力（基準値）とその基準値に対して電動車リソースが調整可能な電力量（充放電可能量）とを求めてシステム２００へ送信する。システム２００は、電動車リソースを含む複数の分散型エネルギーリソース（以下、「ＤＥＲ」と表記する）を管理する。以下では、システム２００が管理する全てのＤＥＲを、「ＥＭリソース」と総称する。ＥＭリソースは、電動車リソース以外のＤＥＲ（例えば、定置式の蓄電装置）をさらに含む。システム２００は、ＥＭリソースに関して、非調整時の充放電電力（基準値）とその基準値に対してＥＭリソースが調整可能な電力量（充放電可能量）とを求めてシステム１００へ送信する。システム１００は、システム２００から受信した基準値および充放電可能量に基づいて、電力市場で取引きを行う。システム１００は、電力取引きに関する決済を行い、取引き記録を管理する。以下では、電力市場で取引きされる商品の一例として、三次調整力－２について説明する。

【0016】

三次調整力－２は需給調整市場で取引きされる。需給調整市場では、１日を３時間単位で区切った８ブロックの各々について、例えば入札方式によって三次調整力－２の取引きが行われる。システム１００は、対象ブロックの前日の１２時から１４時までの期間内に、需給調整市場で入札を行う。具体的には、システム１００は、商品（例えば、三次調整力－２）、ブロック（８ブロックのいずれか）、基準値、および入札量を含む入札情報を、市場システム（図示せず）へ送信する。その後、入札日の１５時に結果がシステム１００に通知される。入札した商品が落札されると、約定に至る。需給調整市場で三次調整力－２を落札した者は、基準値（ｋＷ）から約定量（ｋＷ）までの範囲（約定調整範囲）内で電力を調整する義務（契約義務）を負う。

【0017】

システム１００は、入札した商品を落札すると、提出期限（例えば、落札された対象ブロックの開始時刻１時間前）までに基準値を市場システムに登録する。システム１００は、落札された対象ブロック（約定期間）において、エネルギーマネジメントを要求する市場要求信号を、市場システムから逐次受信する。市場要求信号は、約定調整範囲内で市場システムが任意に要求する電力要求値を示す。システム１００は、約定期間において、実績調整電力が電力要求値に追従するようにエネルギーマネジメントを実行する。

【0018】

市場システムは、約定期間において、システム１００（落札者）が約定調整範囲内の指令（市場要求信号）に従って調整していること（応動実績）を、コマ（３０分）ごとに確認する。約定期間において電力要求値が変更された場合、落札者は、商品要件の応動時間内に出力をその値に変化させる。ただし、許容幅の範囲内であれば、出力が電力要求値からずれていてもよい。また、約定期間において電力要求値が同じ値で継続する場合、落札者は、少なくとも商品要件の継続時間はその電力要求値に従って出力を継続する。三次調整力－２では、応動時間が４５分以内、継続時間が３時間（６コマ）である。落札者が蓄電装置を用いてエネルギーマネジメントを実行する場合には、落札者の出力は、要求されたエネルギーマネジメント（商品）に対応する充電（需要増加）または放電（供給増加）である。要件の不適合が判明した場合には、落札者に所定のペナルティ料金が科される。

【0019】

図１に示す例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間が約定期間に相当し、基準値から約定量Ｙまでの範囲が約定調整範囲に相当する。線Ｌ１０は電力要求値の推移を示す。線Ｌ１１は、電力要求値よりも許容幅だけ小さい電力値（許容範囲の下限値）を示す。線Ｌ１２は、電力要求値よりも許容幅だけ大きい電力値（許容範囲の上限値）を示す。許容幅は、例えば約定量Ｙの１０％である。市場システムは、時刻ｔ１から応動時間（４５分）さかのぼった時刻ｔ０に市場要求信号を落札者へ送信する。図１に示す例では、初期の電力要求値が約定量Ｙであり、時刻ｔ３で電力要求値が変更されている。時刻ｔ０から応動時間経過時までの範囲（応動許容Ａ）と、時刻ｔ３から応動時間経過時までの範囲（応動許容Ｂ）と、線Ｌ１１，Ｌ１２で示される許容幅に対応する範囲（増減許容）とが、要件を満たす範囲（許容範囲）に相当する。

【0020】

システム１００は、市場要求信号を受信すると、市場要求信号が要求するエネルギーマネジメントを実行するために必要な調整量（上位指示量）を求め、得られた上位指示量に基づいて、ＥＭリソースに要求する電力要求値（リソース指示量）を決定する。そして、システム１００は、約定要件（約定量、約定期間、許容範囲など）およびリソース指示量を示す第１要求信号をシステム２００へ送信する。システム２００は、第１要求信号を受信すると、リソース指示量のために必要な調整量（充放電必要量）を求め、得られた充放電必要量に基づいて、電動車リソースに要求する電力要求値（車群指示量）を求める。そして、システム２００は、約定要件および車群指示量を示す第２要求信号をシステム３００へ送信する。システム３００は、後述する図２に示す処理により、第２要求信号が要求するエネルギーマネジメントが実行されるように電動車リソースを制御する。こうした階層構造（ツリー構造）によれば、多くの需要家にエネルギーマネジメントを要請することができる。ＥＭリソースはＶＰＰ（仮想発電所）として機能してもよい。

【0021】

図２は、この実施の形態に係るエネルギーマネジメント方法について説明するための図である。フローチャート中の「Ｓ」は、ステップを意味する。

【0022】

図２を参照して、車両１０，２０の各々は、バッテリ５１（駆動バッテリ）と、ＥＣＵ（電子制御装置）５２と、バッテリ５１を流れる電流を検出する電流センサ５３と、バッテリ５１の電圧、温度をそれぞれ検出する電圧センサ５４、温度センサ５５とを備える。各センサによる検出結果はＥＣＵ５２に入力される。ＥＣＵ５２は、図示しないプロセッサおよび記憶装置を備え、各センサによる検出結果を記憶装置に記録する。また、車両１０，２０の各々において、バッテリ５１の充放電（詳しくは、車両外部からの電力によるバッテリ５１の充電または車両外部へのバッテリ５１の放電）が開始されると、ＥＣＵ５２は、以下に説明するＳ１１～Ｓ１５の処理フローを開始する。

【0023】

Ｓ１１では、学習タイミングが到来したか否かをＥＣＵ５２が判断する。この実施の形態では、電流センサ５３の出力補正のための学習が周期的に実行される。学習タイミングは、バッテリ５１の充放電中に所定時間が経過するたびに到来する。学習タイミングが到来すると（Ｓ１１にてＹＥＳ）、Ｓ１２～Ｓ１４の処理によって学習が実行される。

【0024】

Ｓ１２では、ＥＣＵ５２がバッテリ５１の充放電を停止（中断）する。これにより、バッテリ５１の充放電電流がゼロ（０Ａ）になる。続けて、ＥＣＵ５２は、Ｓ１３において、電流センサ５３のオフセット値（電流が流れていないときの出力値）を学習（取得および記録）する。そして、ＥＣＵ５２は、得られたオフセット値に基づいて電流センサ５３の検出誤差を補正（校正）する。ＥＣＵ５２は電流センサ５３に補正係数を設定してもよい。その後、ＥＣＵ５２は、Ｓ１４において、バッテリ５１の充放電を再開する。

【0025】

上記学習（Ｓ１２～Ｓ１４）が実行されると、処理がＳ１５に進む。また、学習タイミングが到来しない間も（Ｓ１１にてＮＯ）、処理はＳ１５に進む。Ｓ１５では、バッテリ５１の充放電が完了したか否かを、ＥＣＵ５２が判断する。バッテリ５１の充放電が継続される場合は（Ｓ１５にてＮＯ）、処理がＳ１１に戻る。他方、バッテリ５１の充放電が完了すると（Ｓ１５にてＹＥＳ）、上記処理フロー（Ｓ１１～Ｓ１５）は終了する。

【0026】

システム３００は、ＥＭ（エネルギーマネジメント）開始を要求する第２要求信号を受信すると、Ｓ２１～Ｓ２５の処理フローを開始する。システム３００は、以下に説明する態様で、第２要求信号が要求するエネルギーマネジメントに対応する蓄電装置（バッテリ５１）の充電または放電を電動車リソース（複数の電動車を含む車群）に実行させる。

【0027】

Ｓ２１では、指示タイミングが到来したか否かをシステム３００が判断する。指示タイミングはＥＭ開始時に到来する。さらにその後、所定時間（例えば１分）が経過するたびに指示タイミングが到来する。そして、指示タイミングが到来すると（Ｓ２１にてＹＥＳ）、システム３００が、Ｓ２２で、車群電力（車群の充電電力または放電電力）に関して前述の学習（電流センサ５３の校正）に起因した電力低下分を推定し、推定された電力低下分に基づいて、ＥＭ（エネルギーマネジメント）のための車群への電力指令値を決定する。詳細は後述するが、システム３００は、電力要求値に対して設定された許容範囲内に車群電力が収まるように車群への電力指令値を決定する。そして、システム３００は、車群電力が上記電力指令値になるように、ＥＭに使用する各電動車に制御指令を送信する。システム３００は、車群への電力指令値を各電動車に按分してもよい。各電動車は、システム３００からの制御指令に従って蓄電装置の充電または放電を実行する。ただし、前述の学習タイミングが到来したときには、各電動車は、制御指令にかかわらず、前述の学習（Ｓ１２～Ｓ１４）を実行する。すなわち、各電動車においては、制御指令よりも前述の学習制御が優先される。

【0028】

続くＳ２３では、検出タイミングが到来したか否かをシステム３００が判断する。そして、検出タイミングが到来すると（Ｓ２３にてＹＥＳ）、システム３００が、Ｓ２４で、電動車リソースの電力値（車群電力）を検出する。システム３００は、各電動車から、または各充放電拠点の電力量計（例えばスマートメータ）から、電力値を取得してもよい。検出タイミングは、ＥＭ開始後、所定時間（例えば１分）が経過するたびに到来する。

【0029】

続くＳ２５では、ＥＭ（エネルギーマネジメント）が終了したか否かを、システム３００が判断する。例えば、約定期間（時刻ｔ１～時刻ｔ２）が経過すると、ＥＭは終了する。ＥＭが継続される場合は（Ｓ２５にてＮＯ）、処理がＳ２１に戻る。約定期間が終了すると（Ｓ２５にてＹＥＳ）、上記処理フロー（Ｓ２１～Ｓ２５）は終了する。

【0030】

図２に示す実施例では、電動車リソース（車群）が約定量Ｙに対応するＥＭを実行する。線Ｌ２０は、第２要求信号が要求する電力要求値の推移を示す。線Ｌ２１は、車群による実績調整電力（車群電力）を示す。この例では、複数の電動車が同じタイミングで電流センサ５３のオフセット値の学習を実行する。システム３００は、Ｓ２２で、前述の学習に起因した電力低下分を推定する。そして、システム３００は、推定された電力低下分に応じて車群への電力指令値を電力要求値よりも高くする。システム３００は、電力低下分に応じて車群への電力指令値を電力要求値（例えば、約定量Ｙ）よりも高くすることで、学習時の車群電力を示す電力値Ｙ１（学習によって低下した電力値）と非学習時の車群電力を示す電力値Ｙ２（電力指令値に従う電力値）との両方が許容範囲内に収まるようにする。図２に示す電力値Ｙ２と電力値Ｙ１との差分が上記電力低下分に相当する。

【0031】

図３は、実施例および変形例に係る車群電力の推移を示すグラフ（線Ｌ２１，Ｌ２１Ａ）と比較例に係る車群電力の推移を示すグラフ（線Ｌ２２）とを対比して示す図である。

【0032】

図３を参照して、比較例では、第２要求信号が示す電力要求値に合わせて車群への電力指令値が決定される。その結果、線Ｌ２２で示すように、前述の学習に起因した電力低下分により実績調整電力（車群電力）が許容範囲よりも低くなっている。これに対し、実施例では、システム３００が、前述の学習に起因した電力低下分に応じて車群への電力指令値を電力要求値よりも高くする（Ｓ２２）。その結果、線Ｌ２１で示すように、約定期間において車群電力が許容範囲内に収まっている。

【0033】

上記のように、この実施の形態に係る電力管理システムは、複数の電動車を含む車群（車群１０Ｇ，２０Ｇ）と、車群を制御する制御装置（システム３００）とを備える。複数の電動車の各々は、蓄電装置（バッテリ５１）と、蓄電装置の充放電電流を検出する電流センサ５３とを有し、所定のタイミングで充放電電流をゼロにして電流センサ５３のオフセット値を学習する（Ｓ１１～Ｓ１５）。制御装置は、蓄電装置の充電または放電によるエネルギーマネジメントを車群に実行させる場合に、車群の充電電力または放電電力に関して学習に起因した電力低下分を推定し、推定された電力低下分に基づいて、エネルギーマネジメントのための車群への電力指令値を決定する（Ｓ２２）。こうした構成によれば、上記学習に起因して車群の充電電力または放電電力が低下したとしても、その電力低下分を補うように車群への電力指令値を大きくすることで、要求されたエネルギーマネジメントに対して充電電力または放電電力が不足することは抑制される。そのため、上記複数の電動車を用いて、要求されたエネルギーマネジメントを実行しやすくなる。

【0034】

上記実施例では、電力要求値が変わらなければ電動車リソース（車群）への電力指令値は変更されない。これに対し、図３に示す変形例では、システム３００が、前述の学習に起因した出力低下を予測し、学習に起因した電力低下分を推定する。そして、システム３００は、非学習期間においては、第２要求信号が示す電力要求値に合わせて車群への電力指令値を決定する。また、システム３００は、学習期間においては、推定された電力低下分に応じて車群への電力指令値を電力要求値よりも高くする。すなわち、電力要求値が変わらなくても、システム３００は、非学習期間と学習期間とで異なる電力指令値に基づいて車群を制御する。こうした変形例によっても、線Ｌ２１Ａで示すように、約定期間において車群電力を許容範囲内に収めることが可能になる。出力低下に応じて出力を上げるときに、リニアに出力を変更できるＶ２Ｈ（Vehicle to Home）機能を活用してもよい。

【0035】

なお、電力市場の代わりにＴＳＯ（系統運用者）がエネルギーマネジメントを要求してもよい。システム１００，２００，３００の各々は、オンプレミスサーバで具現化されるが、クラウド上に実装されてもよい。各システムの機能を１つの装置が有してもよい。

【0036】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0037】

１０，２０ 車両、５１ バッテリ、５２ ＥＣＵ、５３ 電流センサ、１００ 需給管理システム、２００ リソース管理システム、３００ 電動車管理システム、５１０，５２０ 給電設備、ＰＧ 電力系統。

【図1】

【図2】

【図3】