| 【発明の名称】 |
電気自動車の充電計画装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】永野 隆文
【氏名】辻野 克彦
【氏名】杉井 康之
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| 【要約】 |
【課題】所望する電力負荷を実現する充電計画を得ることができなかった。
【解決手段】充電時間帯および上記充電時間帯における電力負荷条件を入力する入力部２００と、充電時間帯における電力負荷特性を制御するためのものであって、上記複数の充電器の各々により充電されるべき複数の電気自動車１０００のバッテリーの充電順序および前記複数の電気自動車１０００のバッテリー充電開始時刻を算出する充電計画部３００と、を備えたことを特徴とする充電計画装置。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 所望の電力負荷条件を入力する入力部と、複数の充電器と、前記各充電器に複数接続され、被充電物に接続されるコンタクタと、前記充電器の充電を制御する充電器制御部と、バッテリーの状態を検出するバッテリー情報取得部と、前記被充電物への充電を計画する充電計画部とを備え、前記充電計画部は、前記被充電物への充電電力負荷が前記所望の電力負荷条件に近づくような充電計画を作成する電気自動車の充電計画装置。
【請求項２】 帰還した電気自動車の充電器への接続先を決定する電気自動車接続先決定部を備え、前記入力部は、帰還した電気自動車の情報を入力し、前記充電計画部は帰還した電気自動車を含む充電負荷に対する充電計画を作成する請求項１記載の電気自動車の充電計画装置。
【請求項３】 未帰還電気自動車のバッテリー情報や予測帰還時間などを取得する未帰還電気自動車情報取得部を備え、電気自動車接続先決定部は、未帰還電気自動車を考慮して帰還した電気自動車の接続先を決定するように構成した請求項１または２に記載の電気自動車の充電計画装置。
【請求項４】 前記入力手段は、充電すべき電気自動車毎の充電に関する優先度を入力できるように構成し、前記充電計画部は、各電気自動車の優先度を考慮した充電計画を作成するように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気自動車の充電計画装置。
【請求項５】 入力部は、各電気自動車の出庫予定時刻を入力できるように構成し、電気自動車接続先決定部は、上記出庫予定時刻を利用して電気自動車の駐車位置に関する評価を行い、電気自動車駐車位置評価を利用して帰還した電気自動車の接続先を決定するよう構成した請求項１〜４のいずれかに記載の電気自動車の充電計画装置。
【請求項６】 バッテリー情報取得部は、充電途中のバッテリーに異状が起こった場合には警告を発するように構成し、上記警告に合わせ充電計画を更新し、バッテリーを傷めないように充電できるようにした請求項１〜５のいずれかに記載の電気自動車の充電計画装置。
【請求項７】 前記充電器制御部は充電器の故障を検知し、充電計画部は、故障が検知された充電器以外の充電器を対象とする充電計画を作成し、充電計画を更新するように構成した請求項１〜６のいずれかに記載の電気自動車の充電計画装置。
【請求項８】 電力の中断が起こった際前記入力部は中断時点での情報を記憶し、前記入力部に記憶された情報を利用して復旧後に充電計画装置を再始動させる請求項１〜７のいずれかに記載の電気自動車の充電計画装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、所定の時間間隔内に複数の電気自動車を複数の充電器で充電する場合の電力負荷を所望の電力負荷条件に合わせて制御することが可能な充電計画装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】年々深刻化する環境問題に対する関心の高まりから、低公害車とりわけ電気自動車に注目が集まっている。電気自動車は、自動車自体からは排気ガスを排出しない反面、エネルギー補給を搭載バッテリーに充電することで行う必要がある。
【０００３】充電設備としては、例えば駐車場のような空間内に複数の充電器が配置されたものが考えられる。複数の充電器には被充電物である電気自動車が接続される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】自動車は昼間に使われることが多いことを考慮すると、電気自動車の充電を夜に行うことにより、電力供給側にとっては電力使用量の昼夜間較差を少なくする電力負荷平準化方策に活用できる可能性があり、充電設備の利用者にとっては廉価な深夜電力を利用することによりランニングコスト低減を図ることが望まれている。
【０００５】反面、現在のエンジン車は燃料補給をガソリンスタンド等において短時間で行えるのに対し、電気自動車は搭載バッテリーに充電する必要があるため、連続走行距離が短く、充電時間も長いという問題点を持っている。
【０００６】また、電気自動車の普及を進めるにあたり、充電関連設備の更なる充実も必要とされる。
【０００７】従来の電気自動車の充電設備は、複数の充電器によって消費される電力負荷の計画や制御を行っていなかったため、電力供給側にとっては電力使用量の昼夜間較差を少なくすることができないといった問題があった。
【０００８】本発明は上述のような問題を解決するためになされたものであり、充電を行う時間帯と、充電を行う時間帯の間に消費される電力負荷を制御することにより、電力を提供する側にとっては電力使用量の昼夜間較差を少なくする電力負荷平準化方策に有効に活用し、充電設備の利用者にとってはより低いランニングコストで充電を行うようにすることが可能な充電計画装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わる電気自動車の充電計画装置は、所望の電力負荷条件を入力する入力部と、複数の充電器と、前記各充電器に複数接続され、被充電物に接続されるコンタクタと、前記充電器の充電を制御する充電器制御部と、バッテリーの状態を検出するバッテリー情報取得部と、前記被充電物への充電を計画する充電計画部とを備え、前記充電計画部は、前記被充電物への充電電力負荷が前記所望の電力負荷条件に近づくような充電計画を作成するようにしたものである。
【００１０】本発明の請求項２に係わる電気自動車の充電計画装置は、帰還した電気自動車の充電器への接続先を決定する電気自動車接続先決定部を備え、前記入力部は、帰還した電気自動車の情報を入力し、前記充電計画部は帰還した電気自動車を含む充電負荷に対する充電計画を作成するようにしたものである。
【００１１】本発明の請求項３に係わる電気自動車の充電計画装置は、未帰還電気自動車のバッテリー情報や予測帰還時間などを取得する未帰還電気自動車情報取得部を備え、電気自動車接続先決定部は、未帰還電気自動車を考慮して帰還した電気自動車の接続先を決定するようにしたものである。
【００１２】本発明の請求項４に係わる電気自動車の充電計画装置は、前記入力部は、充電すべき電気自動車毎の充電に関する優先度を入力できるように構成し、前記充電計画部は、各電気自動車の優先度を考慮した充電計画を作成するように構成したものである。
【００１３】本発明の請求項５に係わる電気自動車の充電計画装置は、入力部は、各電気自動車の出庫予定時刻も入力できるように構成し、電気自動車接続先決定部は、上記出庫予定時刻を利用して電気自動車の駐車位置に関する評価を行い、電気自動車駐車位置評価を利用して帰還した電気自動車の接続先を決定するよう構成したものである。
【００１４】本発明の請求項６に係わる電気自動車の充電計画装置は、バッテリー情報取得部は、充電途中のバッテリーに異状が起こった場合には警告を発するように構成し、上記警告に合わせ充電計画を更新し、バッテリーを傷めないように充電できるようにしたものである。
【００１５】本発明の請求項７に係わる電気自動車の充電計画装置は、前記充電器制御部は充電器の故障を検知し、充電計画部は、故障が検知された充電器以外の充電器を対象とする充電計画を作成し、充電計画を更新するように構成したものである。
【００１６】本発明の請求項８に係わる電気自動車の充電計画装置は、電力の中断が起こった際前記入力部は中断時点での情報を記憶し、前記入力部に記憶された情報を利用して復旧後に充電計画装置を再始動させるようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】実施の形態１図１は実施の形態１の充電計画装置を説明するための図である。
【００１８】図においては、１００は充電器であり、充電器１００は複数ある。
【００１９】１０００は被充電物であって充電型バッテリーを有する電気自動車である。
【００２０】１０１は充電器と電気自動車１０００とを接続するコンタクタである。
【００２１】２００は入力手段であって、充電器により充電を行う時間帯、この時間帯において充電設備を利用するものが希望する電力負荷条件（以下、所望電力負荷条件という）に関する情報、電気自動車の充電負荷接続状態の情報など充電計画に必要な情報を入力する入力部である。ただし、他の情報取得手段で得られる情報は自動入力されるようにしてあり、オペレータの入力操作の負担を最小限としている。
【００２２】３００は充電計画手段であって、所定の時間間隔において複数の充電器により消費される電力負荷を調節するための充電計画を作成する充電計画部である。
【００２３】４００は充電器制御手段であって、充電計画部３００により探索された充電計画に基づき、各々の充電器１００を制御する充電器制御部である。
【００２４】４０１はバッテリー情報取得手段であって、充電計画部３００で利用する各電気自動車に搭載されたバッテリーに関する情報を取得して充電計画部３００に伝達するバッテリー情報取得部である。取得する情報は、電気自動車の接続の有無、バッテリーの残存容量、異常の有無などである。
【００２５】充電計画部３００は、入力部２００より入力された充電を行う時間帯において、被充電物が必要とする充電電力負荷が、充電設備を利用する側のものが所望する電力負荷条件に適合するように各々の充電器１００の電力負荷を調節するための充電計画を作成するものである。
【００２６】より具体的には、充電計画部３００は充電器１００が充電するべき複数の被充電物ついて、例えば充電を行う順序、ある被充電物の充電が終了してから次の被充電物の充電を開始するまでの時間間隔等（充電計画と称す）を算出することにより各々の充電器１００の電力負荷を算出し、算出した各々の充電器１００の電力負荷を加算し、全体の充電電力負荷が入力部２００より入力した所望電力負荷条件に最も近くなる充電計画を探索するものである。
【００２７】入力部２００により入力する所望電力負荷条件を電気料金の安い時間帯には電力負荷を高く、それ以外は低くなるように入力すれば、充電計画部３００は低料金の電力を最も有効に利用できる充電計画を設定するので、充電設備の利用者はランニングコストの低減を図れる。
【００２８】また、電力供給側から見れば、電力負荷の少ない時間帯の電力費を安く設定することにより、電力負荷平準化を図ることができる。電力負荷平準化は、電力負荷を需給の多い時間帯から少ない時間帯に移行させ、あるいは、需給の多い時間帯における電力負荷を削減すること等により最大需要電力を抑制し、負荷の平準化を図るものであり、電力を安定的かつ安価に供給する上で重要な方策である。
【００２９】ここでは、電気自動車は昼間に使われることが多いことに注目し、電気自動車の充電設備における夜間の負荷電力を制御することにより電力負荷平準化を行ったものを例に説明する。
【００３０】入力する充電時間帯を２３時間から翌朝７時までとし、深夜電力を積極的に利用するため２時から５時を充電集中時間帯、他の時間帯を通常充電時間帯とする。また、電力負荷条件を全電気自動車を満充電するために必要な総電力をもとに、通常充電時間帯における所望負荷電力をＷ、充電集中時間帯と通常充電時間帯とにおける充電電力の比率を充電集中率αとし、充電設備における予測負荷電力を図２に示すような所望負荷電力曲線となるよう充電制御することとする。
【００３１】また、所望電力負荷曲線を、利用者が任意の時間関数に設定してもよい。このときは充電集中率αを→α＝（α1，…αi，…）のようにベクトルに拡張することにより、各時刻における負荷電力値間の比率とし、必要な総電力をその比率で分配して所望負荷電力曲線を求めればよい（ただし、→αはベクトルαを表わす）。
【００３２】電気自動車の充電は各電気自動車のバッテリーの仕様に従い、満充電まで連続して充電を行うこととし、充電制御は各電気自動車の充電開始時刻を決定または変更することにより行う。
【００３３】実施の形態１では、１台の充電器にコンタクタを通じて複数台の電気自動車を接続し順次充電することができるものであり、充電器の数を減らし、充電設備の電気容量低減することにより設備コストを軽減できる充電設備を仮定するが、同じ充電器に接続された複数の電気自動車を同時に充電することはできないという制約を持つものとする。
【００３４】また、一度接続したコンタクタの接続は、原則として充電期間中変更しないものとする。
【００３５】充電計画部３００は、各電気自動車１０００が充電器１００のコンタクタ１０１に接続された状態で、充電計画を立案するものを例に説明する。この充電計画部３００が取り扱う問題を、以下に接続済み負荷平準化問題と呼ぶ。
【００３６】ここで、実際に充電にかかる正確な時間は予測できないことと計算量とを考慮し、ある時間間隔を基本の時間単位とし、この時間単位上で充電の開始を行うものとする。
【００３７】実施の形態１では、１５分を基本単位とする離散時間とする。
【００３８】すなわち、離散時間１、２…、３２（８時間）上で充電開始と予測負荷電力のサンプリングとを行うものとする。充電計画の評価値ｆloadは、時刻ｉにおける所望負荷電力をｈi、全体の予測負荷電力をｗiとした場合に、各時刻における所望負荷電力と予測負荷電力との差の２乗和として【００３９】
【数１】
【００４０】と定義する。評価値が小さいほど予測負荷電力曲線は所望負荷電力曲線に近いとする。
【００４１】また、評価値を充電に要する電力費とし、評価値の定義として次式【００４２】
【数２】
【００４３】を最小にするようにしてもよい。
【００４４】充電器台数をＭ、充電器１台当りのコンタクタ数をＣ、電気自動車台数をＮ（≦Ｍ×Ｃ）、各充電器に接続されている電気自動車の集合をＧ1，Ｇ2，…，ＧM（∀ｉ｜Ｇi｜≦Ｃ）、各電気自動車のバッテリー残存容量をｒ1，ｒ2，…，ｒNとする。あらかじめ、バッテリー情報取得部４０１から得られたバッテリー残存容量ｒiとバッテリー特性とから電気自動車ｉを満充電するために必要な時間ｐiと満充電までの充電電力→νi＝（νi,1，…，νi,pi）とを計算し、→νi（ｉ＝１，…Ｎ）から全電気自動車を満充電するのに必要な総充電量を求め、それに見合う所望電力負荷ｈk（ｋ＝１，…，３２）の総量を計算する。各電気自動車の充電開始時刻をｓ1，ｓ2，…，ｓNとし、時刻ｉにおける電気自動車ｊの充電電力をｌj,i（ｓj），（ｓjと→νjとから計算する）とする。時刻ｉにおける全体の予測負荷電力は【００４５】
【数３】
【００４６】となる。このとき、接続済み負荷平準化問題は、【００４７】
【数４】
【００４８】と、【００４９】
【数５】
【００５０】とにより定義することができる。
【００５１】ここで、ｇ（ｘ）＝１：iｆｘ＞００：iｆｘ≦０とする。
【００５２】充電計画部３００は遺伝的アルゴリズムを用いて（３）式、（４）式を解くものである。
【００５３】遺伝的アルゴリズムは生物の進化過程（選択淘汰、突然変異等）をモデル化した手法であり、確率的探索、学習、最適化の一手法である。
【００５４】良い個体同士からは良い個体が生まれる可能性が高く、悪い個体は自然に淘汰されていくという自然界のメカニズムをモデル化したアルゴリズムが、最適化問題や学習問題の解法として有効であることにもとづいている。
【００５５】接続済み負荷平準化問題に遺伝的アルゴリズムを適用するにあたり、効率の良い探索を実現するため、充電器に起因する制約をコーディングレベルで充足する独自のデータ配列（遺伝子と称す）のコーディング方法を導入する。
【００５６】各充電器に接続された各電気自動車の充電計画を図３のような遺伝子で表現する。
【００５７】充電スケジュールは、図３に示すように、横軸が時間、縦軸が各充電器に対応しており、各電気自動車（ＥＶ）の充電期間を矢印で表現している。各電気自動車ｉに必要な充電時間ｐiはバッテリー残存容量ｒiから計算される。
【００５８】遺伝子のコーディングは、各電気自動車の充電開始時刻ｓ1，ｓ2，…，ｓNを遺伝子で表現する方法なども考えられる。
【００５９】ここでは、制約条件を遺伝子のコーディングレベルで充足するように、遺伝子は各充電器における電気自動車の充電順と充電期間前後の充電間隔との情報を保持するようにしたものを例に説明する。
【００６０】充電器ｉにおいてｊ番目に充電される電気自動車ｏi,j（→ｏi＝（ｏi,j，…，ｏi,|Gi|）とする）、充電器ｉのｊ番目の充電間隔をｑi,j（→ｑi＝（ｑi,j，…ｑi,|Gi|+1）とする）とする。遺伝的操作が行われる際に充電器ｉにおいて充電間隔の和【００６１】
【数６】
【００６２】に保つという拘束条件を課す。この条件は、１台の充電器は一度に１台の電気自動車しか充電できないという設備側の制約条件に対応したものである。
【００６３】遺伝子操作を行なう際にこの拘束条件を守ることは致死遺伝子の発生を防ぎ、不要な探索範囲を排除して計算効率を上げることになる。
【００６４】致死遺伝子の発生を防ぐことは、時間的制限のある実際の運用においても、常に実行可能な充電計画を生成できるという点で大きな意味を持つ。
【００６５】時刻ｉにおける充電器ｊの総充電電力をｌ′j,i（→ｏj，→ｑj）（→ｏjと→ｑjと→νk（ｋ∈Ｇj）とから計算する）とすると、時刻ｉにおける全体の予測負荷電力は【００６６】
【数７】
【００６７】となる。
【００６８】我々の提案する遺伝子のコーディングにおいて接続済み負荷平準化問題は、【００６９】
【数８】
【００７０】と、【００７１】
【数９】
【００７２】と表現される。
【００７３】個体の適応度は、充電計画に対する評価値の逆数である【００７４】
【数１０】
【００７５】とする。
【００７６】致死遺伝子発生を防ぎ、効率の良い形質遺伝性を実現するため、上述した遺伝子のコーディング方法に合わせた遺伝子操作を導入する。
【００７７】接続済み負荷平準化問題では、各充電器における充電計画の組み合わせを遺伝すべき形質と考え、交叉と突然変異に対し、各充電器における充電計画の組み合わせ検索と各充電器における充電計画そのものに対する探索とをそれぞれに分担させて設計を行う。
【００７８】図４に示すように交叉では、各充電器の充電計画を遺伝子座とみなし２点交叉により充電器の充電計画を入れ替える。このとき、入れ替える充電器は、両方の個体について同じ充電器同士を入れ替える。これにより各充電器の充電計画は夫々致死条件から護られているので、交叉による致死遺伝子の発生を防ぎながら、各充電器における充電計画の組み合わせ方を探索することができる。
【００７９】図５は、選択された充電器の遺伝子について、突然変異を行う様子を説明するための図である。
【００８０】突然変異では、各充電器の充電計画そのものに対する検索を以下のように行う。
【００８１】ステップ５１：充電器の中から各充電器独立に突然変異率μの確率で突然変異を行う充電器を選択する。
【００８２】選択された各充電器ｉに対して、接続されている電気自動車の充電順→ｏiをランダムに変更する。
【００８３】ステップ５２：また、充電間隔→ｑiを次式によりランダムに変更する（ここでは、Ｃが２の場合を説明するが、Ｃが３以上の場合にも容易に拡張できる）。
【００８４】
【数１１】
【００８５】
【数１２】
【００８６】
【数１３】
【００８７】ステップ５３：選択された各充電器ｉ毎に、接続されている電気自動車をランダム順にｕ1，ｕ2，…，ｕ|Gi|と順番付ける。その順番に従い、電気自動車ｕjの充電前後の充電間隔ｑi,k，ｑi,k+l（ｕj＝ｏi,kとする）に対して、ｑi,k，ｑi,k+lを一定に保ちながら個体の適応度が最も大きくなるようにｑi,k，ｑi,k+lを設定する。
【００８８】ここで、ステップ５３において充電器に接続された各電気自動車の充電期間を微調整することにより、効果的に探索を進めることができる。
【００８９】図６は、充電計画部３００が充電計画を生成する遺伝的アルゴリズム全体の流れを説明するためのフロー図である。
【００９０】ステップ１０：初期集団の生成Ｋ＋１個の個体をランダムに生成する。各個体の生成は、各充電器ｉに対して接続されている各電気自動車のバッテリー残存容量｛ｒj｜ｊ∈Ｇi｝から充電間隔の和Ｑiを求め、その値に合わせて突然変異におけるステップ５１、５２と同様の方法で電気自動車の充電順→ｏiと充電間隔→ｑiとを決定することにより行う。
【００９１】ステップ２０：各個体の評価遺伝子情報と→νi（ｉ＝ｌ，…，Ｎ）から各サンプル時点における予測負荷電力を求め、個体の適応度を計算する。
【００９２】ステップ３０：終了判定最良個体の適応度があらかじめ設定した閾値以上であるか、繰り返し回数が設定数を超えた場合、計算を終了する。
【００９３】ステップ４０：選択・交叉選択・交叉戦略は、適応度比例戦略とエリート保存戦略を用いる。個体ｉの適応度をｆiとし、次式に基づき２個体を選択する。
【００９４】
【数１４】
【００９５】
【数１５】
【００９６】選択された２個体間で交叉を行い次世代に残す。最良個体はエリートとして次世代にそのまま残す。
【００９７】ステップ５０：突然変異エリート以外の個体はすべてに対して突然変異を行う。
【００９８】実施の形態１の充電計画装置は、充電計画部が遺伝アルゴリズムを用いているので以下に示すような効果がある。
【００９９】所望負荷電力曲線を自由に設定できるように設計でき、電力割引体制の変化などに応じて柔軟な制御が可能である。
【０１００】各バッテリーの種類や容量に応じた充電方法を取り入れることができる。
【０１０１】全探索的手法に比べ計算量が比較的少なく、パソコンレベルのコンピューターによる充電計画の作成が可能である。
【０１０２】また、充電設備の制約条件を反映した遺伝子のコーディングにより更に計算効率が改善されている。
【０１０３】なお、ここでは充電器の制約として、一度に１台の電気自動車しか充電できないものを仮定したが、拘束条件を変更すれば、制約条件の異なる充電器に対する充電計画を作成することもできる。
【０１０４】また、ここでは一旦充電をはじめたら中断することなしに完了することを前提として、遺伝子のコーディング形式を、充電順序と充電間隔によるものとしたが、中断期間を考慮したものとしてもよい。その場合計算量が増加するが、調整の自由度が増加し、負荷電力の凹凸を緩和することができる。導入する自由度の数は、計算量の負担と達成精度のトレードオフの問題となるが、遺伝子の表現形式は種々の変更ができる。
【０１０５】実施の形態２実施の形態１に示したもの以外に、電気自動車が帰還する毎に、どの充電器に接続するかを決定しながら充電計画を立案する構成が考えられる。
【０１０６】実施の形態２は、このような構成を可能にしたことを特徴とするものである。
【０１０７】図７は実施の形態２の充電計画装置を説明するための図である。
【０１０８】図において、図１と同一の符号を付したものは同一またはこれに相当するものである。
【０１０９】入力部２００は、帰還した電気自動車のバッテリー情報も入力できるように構成する。入力部２００は、例えば駐車場の入り口などに設置するものとする。
【０１１０】５００は、電気自動車接続先決定手段であって、入力部から得られる帰還した電気自動車のバッテリーの情報と、バッテリー情報取得部４０１から得られる現在の電気自動車の接続情況とバッテリー残存容量との情報から、充電計画部を利用して帰還した電気自動車の接続先を決定する電気自動車接続先決定部である。
【０１１１】変数の定義は、接続済み負荷平準化問題における定義に準じる。
【０１１２】通信手段（図示せず）を用いれば、電気自動車と無線通信することにより未帰還の電気自動車のバッテリー残量や帰還時刻等の情報を得ることも可能であるが、ここでは、電気自動車のバッテリー残存容量は電気自動車が帰還するまで未知であり、電気自動車の帰還順も未知であるとする。
【０１１３】すなわち、各電気自動車のバッテリー残存容量ｒ1，ｒ2，…，ｒNと帰還順ｂ1，ｂ2，…，ｂNは各電気自動車帰還時に初めて判明し、未帰還の電気自動車のバッテリー残存容量は未知であるとする。このような前提での充電計画問題を、以下に順次接続式負荷平準化問題と呼ぶ。
【０１１４】以下では、順次接続式負荷平準化問題における電気自動車帰還時に電気自動車の接続先を決定するために、電気自動車接続先決定装置５００が行う処理を説明する。
【０１１５】（ａ）ｎ番目の電気自動車が帰還したとする。
【０１１６】（ｂ）電気自動車接続先決定装置５００は、バッテリー残存容量ｒbnとバッテリー特性とから、電気自動車ｂnを満充電するために必要な時間ｐbnと満充電までの充電電力→νbnとを計算する。
【０１１７】（ｃ）電気自動車接続先決定装置５００は、各充電器に接続されている電気自動車の集合Ｇ1，Ｇ2，…ＧM（∀ｉ｜Ｇi｜≦Ｃ）と帰還した各電気自動車ｉの→νiとから、∀ｉ｜Ｇi｜≦Ｃかつ全電気自動車帰還後における充電計画の評価値が小さくなるように、ｎ番目に帰還した電気自動車を接続する充電器を決定する。
【０１１８】ここでは、帰還していない電気自動車のバッテリー残存容量は未知であるため、何らかの基準により全電気自動車帰還後における充電計画の評価値が小さくなるように電気自動車の接続先を決定しなくてはならない。
【０１１９】全電気自動車帰還後の充電計画を作成する問題は、決定されたＧ1，Ｇ2，…ＧMに基づく接続済み負荷平準化問題として定義できる。
【０１２０】ｎ番目の電気自動車が帰還した場合の手順を以下に示す。
【０１２１】（ａ）コンタクタに空きのある充電器の集合Ｅ＝｛ｉ｜｜Ｇi｜＜Ｃ｝を選定する。
【０１２２】（ｂ）電気自動車ｂnを各充電器ｉ∈Ｅに対して接続したと仮定し、各場合を接続済み負荷平準化問題として実施の形態１で説明した遺伝的アルゴリズムにより計算する。接続を仮定した充電器のそれぞれの場合に得られた最良個体に対する適応度をｅiとする。
【０１２３】（ｃ）ｅiの中で最も大きな適応度ｅmax＝ｍａｘi∈Eｅiを算出した充電器に電気自動車ｂnを接続するように対応する電気自動車ｂnに指示を出す。
【０１２４】全電気自動車帰還後の最終的な充電計画は、最後の電気自動車ｂNを接続する際に最も大きな適応度を持っていた個体（最良の充電器選択をした個体）による充電計画とする。
【０１２５】このように構成することにより、電気自動車が帰還する毎に、どの充電器に接続するかを適切に決定することができる。
【０１２６】ただし、すでに充電を開始している、または終っている電気自動車については充電計画の変更対象から除外する拘束条件を設ける。
【０１２７】また、ここで残された充電時間について、所望電力負荷曲線を作成しなおすと、より精度の高い充電計画が作成できる。その具体的な方法は以下のようにする。
【０１２８】（１）充電途中において臨時に電気自動車が帰還したとする。
【０１２９】（２）電気自動車接続先決定手段は、入力手段に入力された帰還電気自動車のバッテリー情報を受け取り、接続可能なコンタクタに帰還した電気自動車を割り当てると仮定し、充電終了、または充電途中の電気自動車が存在する場合、残された時間内でそれ以外の電気自動車と新たに帰還した電気自動車との充電期間を操作することにより充電計画を作成するよう充電計画手段に指示する。ただし、電力負荷条件は、更新された所望電力負荷条件に基づくものとし、たとえば次のように電力負荷条件を更新する。
【０１３０】ａ）所望電力曲線を用いて充電計画を評価する場合、充電が終了していない電気自動車を満充電するために必要な電力を基に残された時間の所望電力曲線を作成しなおす。
【０１３１】ｂ）電力費を用いて充電計画を評価する場合、そのままとする。
【０１３２】（３）電気自動車接続先決定手段は、接続可能なコンタクタの内、最もよく電力負荷条件を満たすコンタクタに帰還した電気自動車の接続先を決定し、充電計画手段にその場合の充電計画を充電器制御装置に伝えさせ、充電を実行させる。
【０１３３】ここまでは、未帰環電気自動車の情報は帰還するまで未知のものとしたが、次に無線通信等による未帰還電気自動車情報取得手段である未帰還電気自動車情報取得部６００を備えた場合について説明する。
【０１３４】この場合は、未帰還電気自動車の情報をあらかじめ知ることができるので、その情報を利用して帰還前に最適接続充電器を決定しておくことができる。すなわち、帰還車の予測帰還時刻と帰還時刻での予測バッテリー残存容量の情報を利用して、当該電気自動車の帰還以前により精度の良い接続充電器の選択と充電計画を作成することができる。その具体的な方法は以下のようにする。
【０１３５】（１）未帰還電気自動車情報取得手段は、無線通信により未帰還電気自動車のバッテリー情報や予測帰還時間などを取得し、予測帰還時間から推定される帰還までに必要とされる電力と現在のバッテリー残存容量とから帰還時点の予測バッテリー残存容量を計算する。
【０１３６】（２）電気自動車接続先決定手段は、次に電気自動車が帰還するときまで、空きコンタクタに未帰還電気自動車を接続する場合に考えられる組み合わせに対して、順番に充電計画手段に充電計画を作成させ、その中で最もよく電力負荷条件を満たす接続状態を記憶しておく。ただし、帰還していない電気自動車に関しては予測バッテリー残存容量を利用して充電計画を作成するものとする。
【０１３７】（３）次の電気自動車が帰還した時、２．の計算が途中であっても、記憶された最もよく電力負荷条件を満たす接続状態があらかじめ設定しておいた閾値よりもよい評価値をもっている場合、その接続状態にしたがい帰還した電気自動車を接続する。そうでない場合、電気自動車接続先決定手段は請求項２と同様の方法で、新たに帰還した電気自動車の接続先を決定する。
【０１３８】（４）（１）〜（３）を繰り返す。
【０１３９】このような未帰還電気自動車の運行データの入手ができない場合に、予測データを用いた近似的な充電計画を作成することも有用である。そのためには、帰還電気自動車の残存バッテリー容量の予測代替値が必要となるが、その方法としては次のようなものがある。
【０１４０】（１）一律なデフォルト値（例えば５０％）を用いる（２）運行実績からの平均値を用いる（３）運行予定情報からの推定帰還時刻と残存容量を用いる実施の形態１の接続済み負荷平準化問題の考え方は、充電開始時に大部分の電気自動車が帰還しているときに有効なものであり、実施の形態２で説明した順次接続式負荷平準化問題の考え方も、充電開始時の車輌台数に比べてその後に帰還する車輌台数が少ないことを前提としたものである。しかしながら、充電開始時の車輌台数が少なく、その後に帰還する車輌台数の方が多い場合は、充電期間初期の車輌帰還状況から充電期間全体にわたる適切な充電計画を作成することは困難である。例えば、充電設備の充電能力に余裕がない場合は、帰還車輌の充電を直ちに開始することが必要であるのに対して、充電能力に余裕がある場合は、帰還車輌を直ちに充電せずに、電気料金の最も低い時間帯まで保留することが有利な充電計画となる。このような場合、一方では、多少の変更の可能性はあるものの、充電期間全体の情報をもつ運行計画情報があるので、これを利用することが有効である。すなわち、初期条件を充電開始時の静的なものではなく、充電期間全体にわたる動的なものとし、あらかじめ充電期間全体にわたる充電計画を一度に作成しておくとよい。この充電計画は、実際の運行状況による多少の臨時的な計画変更に対しても良い近似解となっており、運行計画の部分的な変更に対する最適化の計算は容易である。
【０１４１】実施の形態３複数の充電器の運用においては、負荷電力を制御するだけでなく、特定の電気自動車を優先的に充電するといったこと等も考慮した多目的な制御が必要とされる。
【０１４２】ここでは、我々の提案した遺伝的アルゴリズムが多目的制御に拡張可能であることを確認するために、接続済み負荷平準化問題に充電開始時刻に関する優先度を導入し、負荷平準化と同時に優先度の高い電気自動車が早く充電開始されるような充電制御を行う充電計画装置を説明する。
【０１４３】電気自動車ｉに対する優先度をθi（０≦θi≦ｌ）とし、優先度に関する評価値を【０１４４】
【数１６】
【０１４５】とする。θiはｌに近いほど優先度が高く、ｆpriorilyは０に近いほど良いとする。
【０１４６】負荷電力に関する評価値はｆload（数式（１）参照）とし、全体の評価値ｆtotalを比率βによる二つの評価値の加重平均として、【０１４７】
【数１７】
【０１４８】とする。
【０１４９】（１４）式に示すβの値を調整することにより優先度を考慮に入れた最適な充電計画を立てることができる。これにより、充電の優先度の高い救急車両などを優先的に充電するような運用を行うことが実現できる。
【０１５０】実施の形態４実施の形態３での優先度の考慮と同様な方法で駐車場への入庫位置を適切に決定することもできる。
【０１５１】あらかじめ駐車場の駐車位置構成と運用方針に基づき、入力手段により入力される各電気自動車の出庫予定時刻を利用して駐車位置を評価するための手段を用意しておく。まず最初に、図８のような重列駐車を許すような駐車場を考える。ｉ、ｊはそれぞれ駐車位置の列、行（図中の横方向、縦方向の位置）を表すものとする。このような場合、空間利用率は高いが、出庫がスムーズに行われるように駐車位置を決定しないと利便性が非常に悪くなってしまう。そこで例えば、各電気自動車の出庫時刻に合わせて、できるだけ出庫時刻の早い電気自動車がｊが大きい位置（前列）に駐車されるように駐車位置を決定するようにすれば良い。その際、【０１５２】
【数１８】
【０１５３】のような関数を評価手段に用いることができる。この関数は、出庫時刻の早い電気自動車の方が後列に駐車しているケース数を求めるものであり、数値の大きさは不都合の程度の尺度（大きいほど悪い）を示すペナルティを表わしている。但し、出庫の利便性を少しでも損ないたくない場合は、普通の駐車場のような自由に出入りできる駐車位置を一部用意して評価対象から除外しておき、重列駐車をする駐車位置に関してのみｆ＝０（すなわち、全ての列で、出庫時刻の早い電気自動車がｊの大きい位置に駐車される）となるようにすることも考えられる。
【０１５４】また、図９のような立体駐車場を考える。Ｎ台の電気自動車を駐車できるものとし、ｉは駐車位置を相対的に表すものとする。このような場合、任意の電気自動車が自由に出入りでき、空間利用率も高い。しかし、一般に電気自動車の帰還時刻は分散するが、出庫の時間は集中する場合が多いと考えられるため、出庫がスムーズに行われるように駐車位置を決定する（すなわち、出庫時刻の近い電気自動車同士を近い位置に駐車するようにし、出庫の際のリフト移動量を少なくすれば良い）ことにより利便性をより高めることができる。そこで例えば、【０１５５】
【数１９】
【０１５６】のような関数（リフトの移動量を表す）を評価手段に用いることができる（値が小さいほど良い）。
【０１５７】電気自動車が帰還した際、帰還した電気自動車を接続可能な各空きコンタクタに電気自動車を接続したと仮定して、充電計画手段に充電計画を作成させる。
【０１５８】充電計画の電力負荷条件に関する評価値と上記電気自動車駐車位置評価手段による評価値を、例えば加重平均し、最も評価の高い位置に電気自動車を駐車させる。
【０１５９】実施の形態５この実施の形態は、充電中にバッテリーに異常が発生した場合の対処を考慮したものである。
【０１６０】バッテリー情報取得手段４０１は、充電中のバッテリーの温度などを監視し、温度が上がりすぎている場合などに、充電計画部に警告を伝える。
【０１６１】充電計画部３００は、例えば、あるバッテリー温度が高すぎる場合、充電電力を抑えた該バッテリーの充電電力→νiを算出し、それを基に実施の形態２と同様の方法で、残された時間における所望電力負荷条件を更新し、充電計画を作成する。充電計画部はその充電計画を充電器制御部４００に実行させる。
【０１６２】実施の形態６この実施の形態は、充電中に充電器に故障が発生した場合の対処を考慮したものである。
【０１６３】充電器制御部４００は充電器を監視し、充電器が故障した場合に、充電計画部３００に警告を伝える。
【０１６４】充電計画部は、故障した充電器以外の充電器で電気自動車を満充電するために必要な電力を基に、実施の形態２と同様の方法で、残された時間における所望電力負荷条件を更新し、充電計画を作成する。充電計画部はその充電計画を充電器制御部４００に実行させる。
【０１６５】ここまでは、電気自動車に一旦接続したコンタクタの接続は変更しないものでしたが、故障した充電器に接続されていた電気自動車の充電を行なうためには、実施の形態２と同様に電気自動車接続先決定部により当該電気自動車の接続先を決定し、それに基づいてコンタクタの接続変更を行なう。
【０１６６】実施の形態７この実施の形態は、充電中に電力が中断（停電）した場合の対処を考慮したものである。
【０１６７】充電計画部３００は、入力手段に入力された全ての情報を突然の電力中断でも失われないように２次記憶装置に記憶しておく。
【０１６８】電力中断が起こり、しばらくの後、電力が復旧したとする。
【０１６９】充電計画部は、２次記憶装置に記憶された情報と、バッテリー情報取得部４０１からのバッテリー情報とから、残された時間の充電計画を作成する。
【０１７０】充電計画部は、作成した充電計画に基づいて充電器制御部に充電を実行させる。
【０１７１】
【発明の効果】この発明の請求項１にかかわる電気自動車の充電計画装置は、所望の電力負荷条件を入力する入力部と、複数の充電器と、前記各充電器に複数接続され、被充電物に接続されるコンタクタと、前記充電器の充電を制御する充電器制御部と、バッテリーの状態を検出するバッテリー情報取得部と、前記被充電物への充電を計画する充電計画部とを備え、前記充電計画部は、前記被充電物への充電電力負荷が前記所望の電力負荷条件に近づくような充電計画を作成するようにしたので、被充電物の充電電力負荷を所望の電力負荷条件に合わせることができる。
【０１７２】この発明の請求項２にかかわる電気自動車の充電計画装置は、帰還した電気自動車の充電器への接続先を決定する電気自動車接続先決定部を備え、前記入力部は、帰還した電気自動車の情報を入力し、前記充電計画部は帰還した電気自動車を含む充電負荷に対する充電計画を作成するようにしたので、充電中に帰還した電気自動車を含めた充電計画を作成することができる。
【０１７３】この発明の請求項３にかかわる電気自動車の充電計画装置は、未帰還電気自動車のバッテリー情報や予測帰還時間などを取得する未帰還電気自動車情報取得部を備え、電気自動車接続決定部は、未帰還電気自動車を考慮して帰還した電気自動車の接続先を決定するように構成したので、当該電気自動車の帰還以前にこの電気自動車を含めたより精度のよい接続充電器の選択と充電計画を作成することができる。
【０１７４】この発明の請求項４にかかわる電気自動車の充電計画装置は、前記入力部は、充電すべき電気自動車毎の充電に関する優先度も入力できるように構成し、前記充電計画部は、各電気自動車の優先度を考慮した充電計画を作成するように構成したことを特徴とするようにしたので、各電気自動車の充電の優先度を考慮した充電計画を作成することができる。
【０１７５】この発明の請求項５にかかわる電気自動車の充電計画装置は、入力部は、各電気自動車の出庫予定時刻も入力できるように構成し、電気自動車接続先決定部は、上記出庫予定時刻を利用して電気自動車の駐車位置に関する評価を行い、電気自動車駐車位置評価を利用して帰還した電気自動車の接続先を決定するよう構成したようにしたので、各電気自動車の出庫時刻を考慮した適切な充電計画を作成することができる。
【０１７６】この発明の請求項６にかかわる電気自動車の充電計画部は、バッテリー情報取得部は、充電途中のバッテリーに異状が起こった場合には警告を発するように構成し、上記警告に合わせ充電計画を更新し、バッテリーを傷めないように充電できるようにしたので、バッテリーを傷めないような充電計画を作成することができる。
【０１７７】この発明の請求項７にかかわる電気自動車の充電計画装置は、前記充電器制御部は充電器の故障を検知し、充電計画部は、故障が検知された充電器以外の充電器を対象とする充電計画を作成し充電計画を更新するようにしたので、故障していない充電器を用いて効率の良い充電のできる充電計画を作成することができる。
【０１７８】この発明の請求項８にかかわる電気自動車の充電計画装置は、電力の中断が起った際前記入力部は中断時点での情報を記憶し、前記入力部に記憶された情報を利用して復旧後に充電計画装置を再始動させるようにしたので、電力の中断が起った場合にも電力復旧後の状況に応じた充電計画を作成することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
【識別番号】０００００３６８７
【氏名又は名称】東京電力株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１月７日（１９９９．１．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６５２２６
【弁理士】
【氏名又は名称】朝日奈 宗太 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２０９７０７（Ｐ２０００−２０９７０７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年７月２８日（２０００．７．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２３２２ |
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