特許 7604970 ＳＯＣ調整装置、及びＳＯＣ調整方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】ＳＯＣ調整装置、及びＳＯＣ調整方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/32 20060101AFI20241217BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20241217BHJP

   H02J 3/46 20060101ALI20241217BHJP

   H02J 13/00 20060101ALI20241217BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241217BHJP

   B60L 58/12 20190101ALI20241217BHJP

   B60L 53/68 20190101ALI20241217BHJP

   B60L 53/63 20190101ALI20241217BHJP

   B60L 53/64 20190101ALI20241217BHJP

   G16Y 10/40 20200101ALI20241217BHJP

   G16Y 40/35 20200101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

H02J3/32

H02J3/38 110

H02J3/46

H02J13/00 311T

H02J7/00 P

B60L58/12

B60L53/68

B60L53/63

B60L53/64

G16Y10/40

G16Y40/35

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021047782

(22)【出願日】2021-03-22

(65)【公開番号】P2022146686

(43)【公開日】2022-10-05

【審査請求日】2023-12-19

(73)【特許権者】

【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】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】福岡 圭輔

【審査官】赤穂 嘉紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２１１４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１５０７１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０２２９９００（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ３／００－７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４－７／３６

Ｈ０２Ｊ １３／００

Ｂ６０Ｌ １／００－３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００－１３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００－５８／４０

Ｇ１６Ｙ １０／４０

Ｇ１６Ｙ ４０／３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＶＰＰに参加するＰＨＶの行動予測に基づき前記ＰＨＶが電力系統に接続された時点での予測ＳＯＣを予測し、上位システムからの電力需給調整の要求と前記予測ＳＯＣとに基づいて前記ＰＨＶに対する充放電量を決定するシステムにおいて、前記ＰＨＶが前記電力系統に接続されるよりも前に前記ＰＨＶの実ＳＯＣを調整するＳＯＣ調整装置であって、
前記ＰＨＶとの移動通信により前記ＰＨＶから前記実ＳＯＣを取得し、
前記予測ＳＯＣに対して前記実ＳＯＣが不足な場合、前記移動通信により前記ＰＨＶにエンジンの稼働を指示し、
前記予測ＳＯＣに対して前記実ＳＯＣが過剰な場合、前記移動通信により前記ＰＨＶに前記エンジンの停止を指示する
ことを特徴とするＳＯＣ調整装置。

【請求項2】

請求項１に記載のＳＯＣ調整装置において、
前記ＰＨＶが前記電力系統に接続されると予測される時点が現時点から所定期間内であることを条件に、前記実ＳＯＣの調整を実行する
ことを特徴とするＳＯＣ調整装置。

【請求項3】

ＶＰＰに参加するＰＨＶの行動予測に基づき前記ＰＨＶが電力系統に接続された時点での予測ＳＯＣを予測し、上位システムからの電力需給調整の要求と前記予測ＳＯＣとに基づいて前記ＰＨＶに対する充放電量を決定するシステムにおいて、前記ＰＨＶが前記電力系統に接続されるよりも前に前記ＰＨＶの実ＳＯＣを調整するＳＯＣ調整方法であって、
前記ＰＨＶとの移動通信により前記ＰＨＶから前記実ＳＯＣを取得するステップと、
前記予測ＳＯＣに対して前記実ＳＯＣが不足な場合、前記移動通信により前記ＰＨＶにエンジンの稼働を指示するステップと、
前記予測ＳＯＣに対して前記実ＳＯＣが過剰な場合、前記移動通信により前記ＰＨＶに前記エンジンの停止を指示するステップと、を含む
ことを特徴とするＳＯＣ調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＶＰＰに参加するＰＨＶのＳＯＣを、ＰＨＶが電力系統に接続されるよりも前に調整するＳＯＣ調整装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、自宅やオフィス等の施設に接続された電動車を蓄電池として活用する技術が開示されている。ここに開示された従来技術では、施設に接続された電動車の充電率が目標範囲の下限値以下ならバッテリからの放電を抑制し、充電率が目標範囲の上限値以上ならバッテリへの充電を抑制することが行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１５０７６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、今日、電動車をエネルギリソースとして用いるＶＰＰ（Virtual Power Plant）についての研究が進んでいる。電動車を用いるＶＰＰでは、電力会社等の上位システムからの電力需給調整の要求と、電動車が電力系統に接続された時点での予測ＳＯＣとに基づいて電動車に対する充放電量が決定される。しかし、電動車が電力系統に接続された時点での実ＳＯＣが予測ＳＯＣと乖離している場合、電動車に対する充放電を予定通りに行うことができず、上位システムからの電力需給調整の要求を満たせなくなるおそれがある。

【0005】

本発明は、ＰＨＶをエネルギリソースとして用いるＶＰＰにおいて電力需給調整の要求に可能な限り応えることのできる技術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】

【0006】

本発明は、上記目的を達成するためのＳＯＣ調整装置を提供する。本ＳＯＣ調整装置は、ＶＰＰに参加するＰＨＶの行動予測に基づきＰＨＶが電力系統に接続された時点での予測ＳＯＣを予測し、上位システムからの電力需給調整の要求と予測ＳＯＣとに基づいてＰＨＶに対する充放電量を決定するシステムに適用される。本ＳＯＣ調整装置は、ＰＨＶが電力系統に接続されるよりも前にＰＨＶの実ＳＯＣを調整するＳＯＣ調整装置であって、ＰＨＶとの移動通信によりＰＨＶから実ＳＯＣを取得する。本ＳＯＣ調整装置は、予測ＳＯＣに対して実ＳＯＣが不足な場合、移動通信によりＰＨＶにエンジンの稼働を指示し、予測ＳＯＣに対して実ＳＯＣが過剰な場合、移動通信によりＰＨＶにエンジンの停止を指示する。

【0007】

本ＳＯＣ調整装置において、ＰＨＶが電力系統に接続されると予測される時点が現時点から所定期間内であることを条件に、実ＳＯＣの調整を実行してもよい。

【0008】

また、本発明は、上記目的を達成するためのＳＯＣ調整方法を提供する。本ＳＯＣ調整方法は、ＶＰＰに参加するＰＨＶの行動予測に基づきＰＨＶが電力系統に接続された時点での予測ＳＯＣを予測し、上位システムからの電力需給調整の要求と予測ＳＯＣとに基づいてＰＨＶに対する充放電量を決定するシステムに適用される。本ＳＯＣ調整方法は、ＰＨＶが電力系統に接続されるよりも前にＰＨＶの実ＳＯＣを調整する方法であって、ＰＨＶとの移動通信によりＰＨＶから実ＳＯＣを取得するステップを含む。さらに、本ＳＯＣ調整方法は、予測ＳＯＣに対して実ＳＯＣが不足な場合、移動通信によりＰＨＶにエンジンの稼働を指示するステップと、予測ＳＯＣに対して実ＳＯＣが過剰な場合、移動通信によりＰＨＶにエンジンの停止を指示するステップとを含む。

【発明の効果】

【0009】

予測ＳＯＣに対して実ＳＯＣが不足な場合、ＰＨＶのエンジンの稼働により発電機を動かすことで、発電機による発電によってＳＯＣは上昇し、ＰＨＶが電力系統に接続されるよりも前に予測ＳＯＣに対する実ＳＯＣの不足は解消されていく。一方、予測ＳＯＣに対して実ＳＯＣが過剰な場合、ＰＨＶのエンジンの停止により発電を停止することで、電気モータによる電力消費によってＳＯＣは低下し、ＰＨＶが電力系統に接続されるよりも前に予測ＳＯＣに対する実ＳＯＣの過剰は解消されていく。本発明に係るＳＯＣ調整装置及び方法によれば、ＰＨＶが電力系統に接続された時点でのＳＯＣと、行動予測によって求められた予測ＳＯＣとが同程度になるよう、ＰＨＶにエンジンの稼働・停止が指示されるので、電力需給調整の要求に対する充足度は向上する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態のＳＯＣ調整装置が適用されたＶＰＰの全体構成を示す図である。

【図2】本発明の実施形態のＳＯＣ調整装置として機能するアグリゲーションサーバの構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の実施形態のＳＯＣ調整方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、以下に示す実施形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、本発明に係る思想が限定されるものではない。また、以下に示す実施形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、本発明に係る思想に必ずしも必須のものではない。

【0012】

１．ＶＰＰの全体構成
図１は、本開示の実施形態のＶＰＰ（Virtual Power Plant）２の全体構成を示す図である。本実施形態のＶＰＰ２は、少なくともＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）１２を含む複数の電動車をエネルギリソースとして用いるＶＰＰである。ＶＰＰ２で用いられる電動車には、ＰＨＶの他にはＥＶ（Electric Vehicle）が用いられてもよい。ただし、本実施形態では、説明を分かりやすくするため、ＶＰＰ２に参加する電動車は全てＰＨＶ１２であるとする。ＰＨＶ１２は、電気モータとエンジン（内燃機関）とを有し、電気モータのエネルギ源であるバッテリ１４に外部から直接充電することできる電動車である。ＰＨＶ１２は、例えば、エンジンの力で発電機を動かして発電し、その電力で電気モータを動かして走行するシリーズ方式でもよいし、エンジンの力で車輪を駆動するとともに、発電機も動かして発電するシリーズ・パラレル方式でもよい。

【0013】

本実施形態のＶＰＰ２は、アグリゲーションサーバ１０を備える。アグリゲーションサーバ１０を運営するアグリゲータは、電力会社の間で電力の需給調整の契約を結んでいる。アグリゲータが契約通りの電力の需給調整を達成することができた場合、電力会社からアグリゲータに報酬が支払われる。しかし、アグリゲータが契約通りの電力の需給調整を達成することができなかった場合、アグリゲータは電力会社に対して違約金を支払わなければならない。ゆえに、アグリゲーションサーバ１０には、可能な限り電力需給調整の要求を満たすことが求められている。

【0014】

アグリゲーションサーバ１０は、上位システムである電力会社サーバ４と通信ネットワークを介して接続されている。アグリゲーションサーバ１０は、電力会社サーバ４から電力需給調整の要求を受信し、その要求を満たすようにＶＰＰ２に参加する各ＰＨＶ１２の充放電計画を作成する。ＰＨＶ１２が電力系統６に接続されたとき、この充放電計画に従ってＰＨＶ１２と電力系統６との間での充放電が行われる。ＰＨＶ１２の充放電計画は、電力会社サーバ４から要求されている需給調整量と、ＰＨＶ１２が電力系統６に接続される時点での予測ＳＯＣとに基づいて作成される。どれだけの電力量をバッテリ１４に充電できるか、或いはどれだけの電力量をバッテリ１４から放電できるか見積もるためにも、また、過剰な充放電によるバッテリ１４の劣化を抑える観点からも、予測ＳＯＣは充放電計画を作成する上での重要な情報である。

【0015】

アグリゲーションサーバ１０は、移動通信ネットワークによってＰＨＶ１２と接続されている。ＰＨＶ１２からアグリゲーションサーバ１０には、その位置情報とバッテリ１４のＳＯＣ情報とが移動通信によって継続的に送信されている。アグリゲーションサーバ１０は、ＰＨＶ１２の位置情報に基づいてＰＨＶ１２の行動予測を行い、行動予測に基づきＰＨＶ１２がいつ電力系統６に接続されるか予測する。そして、予測されたＰＨＶ１２の電力系統６への接続時点と、現時点でのバッテリ１４のＳＯＣ情報とに基づき、接続時点での予測ＳＯＣを計算する。予測ＳＯＣの計算は、充放電計画の作成タイミング及び更新タイミングにて実施される。

【0016】

ＶＰＰ２では、電力系統６に接続された複数の充放電器８が用意されている。ＶＰＰ２のエネルギリソースとなるＰＨＶ１２は、充放電器８を介して電力系統６に接続される。電力系統６からＰＨＶ１２のバッテリ１４への充電、及びＰＨＶ１２のバッテリ１４から電力系統６への放電は充放電器８を用いて行われる。充放電器８は、アグリゲーションサーバ１０からの充放電指示に従って動作する。

【0017】

まず、ＰＨＶ１２が充放電器８に接続されると、ＰＨＶ１２から充放電器８にＰＨＶ１２の車両情報が送信される。充放電器８は、有線又は無線の通信ネットワークを介してアグリゲーションサーバ１０に接続されている。充放電器８は、車両情報で特定されるＰＨＶ１２に対する充放電指示をアグリゲーションサーバ１０に要求する。アグリゲーションサーバ１０は、車両情報で特定されたＰＨＶ１２の充放電計画に従い、充放電器８に対して充放電指示を送信する。充放電器８は、アグリゲーションサーバ１０からの充放電指示を受けてＰＨＶ１２に対する充放電動作を実行する。そして、充放電動作の終了後、充放電器８は、アグリゲーションサーバ１０に対して充放電動作により得られた充電量或いは放電量の実績、すなわち、充放電実績を送信する。アグリゲーションサーバ１０は、各充放電器８から報告された充放電実績を集計して電力需給調整実績を作成し、電力需給調整実績を電力会社サーバ４に報告する。

【0018】

ところで、充放電計画の作成に用いられた予測ＳＯＣと、実際にＰＨＶ１２が充放電器８に接続された時点でのＳＯＣとの間にずれがあると、予定通りの充電或いは放電を行うことができないおそれがある。例えば、予測ＳＯＣよりも実際のＳＯＣが低い場合においてバッテリ１４への放電動作を実行すると、ＳＯＣが適正範囲の下限に達してしまい、アグリゲーションサーバ１０からの放電指示どおりの放電量を得られないおそれがある。また、予測ＳＯＣよりも実際のＳＯＣが高い場合においてバッテリ１４への充電動作を実行すると、ＳＯＣが適正範囲の上限に達してしまい、アグリゲーションサーバ１０からの充電指示どおりの充電量を得られないおそれがある。

【0019】

電力会社サーバ４から要求される電力需給調整を達成するためには、個々のＰＨＶ１２から充放電計画どおりの充電量或いは放電量を得る必要がある。そのためには、ＰＨＶ１２が充放電器８を介して電力系統６に接続された時点でのＳＯＣが、行動予測によって求められた予測ＳＯＣ、すなわち充放電計画の作成に用いられた予測ＳＯＣと同程度になっていることが求められる。このため、本実施形態では、ＰＨＶ１２が電力系統６に接続されるよりも前にＰＨＶ１２の実ＳＯＣを調整するＳＯＣ調整装置としての機能がアグリゲーションサーバ１０に備えられている。

【0020】

２．ＳＯＣ調整装置の構成と機能
次に、ＳＯＣ調整装置としてのアグリゲーションサーバ１０の構成と機能について説明する。図２は、ＳＯＣ調整装置として機能するアグリゲーションサーバ１０の構成を示すブロック図である。

【0021】

アグリゲーションサーバ１０は、プロセッサ１１０とプロセッサ１１０に結合されたメモリ１２０とを備える。メモリ１２０には、プロセッサ１１０で実行可能なプログラムとそれに関連する種々の情報とが記憶されている。プロセッサ１１０がプログラムを実行することにより、プロセッサ１１０による各種処理が実現される。メモリ１２０に記憶されたプログラムには、充放電指示プログラム１２１とＳＯＣ調整プログラム１２２とが含まれる。さらに、アグリゲーションサーバ１０は、ストレージ１３０を備える。ストレージ１３０には、車両情報データベース１３１が記憶されている。車両情報データベース１３１は、ＰＨＶ１２との通信によって取得されたＰＨＶ１２ごとの位置情報及びＳＯＣ情報を管理するデータベースである。

【0022】

プロセッサ１１０において充放電指示プログラム１２１が実行されることにより、アグリゲーションサーバ１０は、ＰＨＶ１２ごとの充放電計画を作成し、ＰＨＶ１２が接続された充放電器８に対して充放電指示を送信する。アグリゲーションサーバ１０は、行動予測に基づいてＰＨＶ１２が電力系統６に接続された時点での予測ＳＯＣを予測し、電力会社サーバ４からの電力需給調整要求と予測ＳＯＣとに基づいて充放電計画を作成する。つまり、アグリゲーションサーバ１０は、ＰＨＶ１２の行動予測に基づきＰＨＶ１２が電力系統６に接続された時点での予測ＳＯＣを予測し、上位システムからの電力需給調整の要求と予測ＳＯＣとに基づいてＰＨＶ１２に対する充放電量を決定するシステムとして機能する。また、プロセッサ１１０においてＳＯＣ調整プログラム１２２が実行されることにより、プロセッサ１１０は、アグリゲーションサーバ１０をＳＯＣ調整装置として機能させる。

【0023】

図３は、ＳＯＣ調整装置としてのアグリゲーションサーバ１０によるＳＯＣ調整方法を示すフローチャートである。アグリゲーションサーバ１０は、このフローチャートによるＳＯＣ調整をＶＰＰ２に参加する全てのＰＨＶ１２に対してＰＨＶ１２ごとに実行する。

【0024】

まず、ステップＳ１０では、アグリゲーションサーバ１０は、ＰＨＶ１２に対する現状の充放電状況のもとで、電力会社サーバ４から要求された電力需給調整を達成できるかできないか予測する。電力需給調整を達成できると予測された場合、ＳＯＣ調整の必要はないので本フローチャートによる処理は終了する。

【0025】

電力需給調整を達成できないと予測された場合、アグリゲーションサーバ１０はステップＳ２０を実行する。ステップＳ２０では、アグリゲーションサーバ１０は、ＰＨＶ１２が電力系統６に接続されているかどうか判定する。ＰＨＶ１２が既に電力系統６に接続されているのであれば、もはやＳＯＣ調整を行う必要はないので本フローチャートによる処理は終了する。

【0026】

ＰＨＶ１２が電力系統６に接続されていない場合、アグリゲーションサーバ１０はステップＳ３０を実行する。ステップＳ３０では、アグリゲーションサーバ１０は、ＰＨＶ１２の位置情報に基づきＰＨＶ１２がいつ電力系統６に接続されるか予測し、予測されたＰＨＶ１２の電力系統６への接続時点が現時点から所定期間内であるかどうか判定する。つまり、アグリゲーションサーバ１０は、ＰＨＶ１２の電力系統６への接続が近い時期に行われるかどうか判定する。

【0027】

ＰＨＶ１２が電力系統６に接続されるまでに時間がかかるのであれば、ＰＨＶ１２の運転状態に応じてバッテリ１４のＳＯＣは現在の状態から大きく変化する可能性がある。よって、現時点から所定期間内にＰＨＶ１２の電力系統６への接続が行われないようであれば、アグリゲーションサーバ１０はＳＯＣ調整を保留し、ステップＳ２０及びＳ３０の判定を繰り返す。

【0028】

ＰＨＶ１２の電力系統６への接続が近い時期に行われると予測された場合、アグリゲーションサーバ１０はステップＳ４０を実行する。ステップＳ４０では、アグリゲーションサーバ１０は、充放電計画の作成に用いられた予測ＳＯＣと、移動通信によってＰＨＶ１２から取得された現時点での実ＳＯＣとを比較する。

【0029】

ステップＳ４０の比較の結果、予測ＳＯＣよりも実ＳＯＣの方が低いのであれば、アグリゲーションサーバ１０はステップＳ５０を実行する。ステップＳ５０では、アグリゲーションサーバ１０は、ＳＯＣを回復させるためにＰＨＶ１２のエンジンを稼働させた場合に必要となる燃料代と、このまま電力需給調整を達成できなかった場合に支払うことになる違約金とを比較する。燃料代には変動があり、違約金も契約内容によって必ずしも一定でない。このため、ステップＳ５０の判定結果がどちらかに固定されることはない。違約金の方が燃料代よりも安ければ、ＰＨＶ１２のエンジンを稼働させてＳＯＣ調整を行う必要はないので本フローチャートによる処理は終了する。

【0030】

燃料代の方が違約金よりも安ければ、ＰＨＶ１２のエンジンを稼働させてＳＯＣ調整を行うメリットがある。この場合、アグリゲーションサーバ１０はステップＳ６０を実行する。ステップＳ６０では、アグリゲーションサーバ１０は、移動通信によってＰＨＶ１２に対しエンジン稼働指令を送信する。ＰＨＶ１２がエンジンを稼働させることで、エンジンによって発電機が動かされ、発電機による発電が行われる。この発電によってバッテリ１４のＳＯＣは上昇し、ＰＨＶ１２が電力系統６に接続されるよりも前に予測ＳＯＣに対する実ＳＯＣの不足は解消されていく。

【0031】

ステップＳ４０の比較の結果、予測ＳＯＣよりも実ＳＯＣの方が低くないのであれば、アグリゲーションサーバ１０はステップＳ７０を実行する。ステップＳ７０では、アグリゲーションサーバ１０は、予測ＳＯＣよりも実ＳＯＣの方が高いかどうか判定する。予測ＳＯＣよりも実ＳＯＣの方が高くない場合、すなわち、予測ＳＯＣと実ＳＯＣとが同等であるならば、ＳＯＣ調整を行う必要はないので本フローチャートによる処理は終了する。

【0032】

予測ＳＯＣよりも実ＳＯＣの方が高いのであれば、アグリゲーションサーバ１０はステップＳ８０を実行する。ステップＳ８０では、アグリゲーションサーバ１０は、移動通信によってＰＨＶ１２に対しエンジン停止指令を送信する。ＰＨＶ１２がエンジンを停止させることで、エンジンによる発電機の駆動も停止し、発電機による発電が停止する。この発電の停止によってバッテリ１４のＳＯＣは低下し、ＰＨＶ１２が電力系統６に接続されるよりも前に予測ＳＯＣに対する実ＳＯＣの過剰は解消されていく。

【0033】

以上述べたように、本実施形態のＳＯＣ調整方法によれば、ＰＨＶ１２が電力系統６に接続された時点でのバッテリ１４のＳＯＣと、行動予測によって求められた予測ＳＯＣとが同程度になるよう、ＰＨＶ１２にエンジンの稼働・停止が指示される。これにより、電力需給調整の要求に対する充足度は向上し、電力会社との契約通りの電力需給調整を安定的に行うことができるようになる。

【符号の説明】

【0034】

２ ＶＰＰ
４ 電力会社サーバ
６ 電力系統
８ 充放電器
１０ アグリゲーションサーバ
１２ ＰＨＶ
１４ バッテリ
１１０ プロセッサ
１２０ メモリ
１２１ 充放電指示プログラム
１２２ ＳＯＣ調整プログラム
１３０ ストレージ
１３１ 車両情報データベース

【図1】

【図2】

【図3】