JP2011234599A

JP2011234599A - 走行体運行システム

Info

Publication number: JP2011234599A
Application number: JP2010114748A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Tsukamoto; 寿塚本; Naoyoshi Kachi; 直芳可知
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2011-11-17

Abstract

【課題】電動走行体を配電網に接続して充放電する従来の技術では、車両の配電網への接続箇所は任意の複数箇所に分散し、配電網電圧の安定や電力の過不足を調節することが困難であった。また従来の走行体運行管理技術は、利用者の利便性向上を主眼が置かれて開発が行われており、環境負荷の低減を達成することは困難であった。
【解決手段】位置検出機能を持ち、蓄電池を備えた電動走行体を複数走行させ、蓄電池を交換・格納・充放電するターミナルを複数箇所に配置する。充放電ターミナル装置では走行体の蓄電池の設置・取外し・充電が行われるだけでなく、蓄電池から配電網への電力供給、ターミナルに格納された蓄電池の数量や充電状態を監視制御する。走行体及びターミナルの運営はセンタ装置により制御される。センタ装置は、走行体の運行効率を最大に保ちつつ、配電網の必要性を満たすようシステム全体を管理、運営する。
【選択図】図１

Description

本発明は、配電網に接続する蓄電池の充放電を監視制御し、その監視制御情報をもとに蓄電池を動力源とする走行体の運行スケジュール及び蓄電池の着脱スケジュール及び蓄電池の充放電スケジュールを立案する技術に関する。

近年、地球環境問題の観点から、蓄電池を利用した電力設備（蓄電設備）の普及が期待されている。例えば、蓄電池とモータによる電動走行を実現する電気自動車や、ガソリン走行との併用を可能にした電気プラグインハイブリッド車等が挙げられる。これらの電力設備について、深夜電力による充電を実現すると環境貢献が期待できる。

蓄電池を動力源または動力源の一部とする走行体を配電網に接続し、配電網から蓄電池へ充電するとともに、状況に応じて蓄電池から配電網へ電気エネルギを供給することで、配電網電圧の安定や電力の過不足を調節する用途に用いる技術（ＶｅｈｉｃｌｅｔｏＧｒｉｄ：Ｖ２Ｇ）が提案されている。

トラック、タクシー、バスなどの交通機関においては、運行スケジュールを最適化する技術が開発されている。例えば、携帯端末に運行スケジュールを配信し、乗客が簡便にスケジュールを確認できる技術が提案されている。

また通信衛星や車載端末装置を使用して、走行体の位置や外部情報を探索して表示する走行体運行管理装置が開発されている。

上記に説明したＶ２Ｇ技術においては、走行体の配電網への接続箇所は任意の複数箇所に分散して存在する。また、各蓄電池の配電網への接続及び切断は各運転手の判断によるところから、その予測が困難であり、配電網電圧の安定や電力の過不足を調節することが困難である。

また、各走行体の配電網への接続及び切断は、接続箇所ごとに異なる人間によって実施または管理されるため、接続及び切断作業が接続箇所ごとに一定ではない。配電網には大電流が流れているため、作業を誤ると人体への被害が甚大であり、また近隣物や設備への被害も考えられる。従って、従来のＶ２Ｇ技術では、配電網電圧の安定や電力の過不足を調節する目的を達成する上で問題があり、また安全上の問題もある。

また、従来の走行体運行管理技術は、利用者の利便性向上を主眼が置かれて開発が行われている。従って、従来技術では、動力源のエネルギ消費量を最小限にする等、環境負荷の低減を達成することは困難である。

そこで、前記事情を鑑みて、本発明は、配電網に接続する蓄電池の充放電を簡便に監視制御し、その充放電情報をもとに、走行車両の運行スケジュールを立案することを目的とする。

本発明（請求項１）は、蓄電池と、蓄電池を動力源または動力源の一部とする走行体と、蓄電池の着脱を行う着脱機構と、走行体から取外した蓄電池を格納し、配電網から蓄電池への充電及び蓄電池から配電網への放電を行う充放電ターミナル装置と、前記走行体及び前記充放電ターミナル装置と通信手段を介して交信可能なセンタ装置とを備え、前記走行体は、動力源または動力源の一部である蓄電池の充電状態を検出する手段と、走行体の位置情報を検出する手段と、蓄電池の充電状態情報及び走行体の位置情報をセンタ装置と交信する走行体情報交信手段とを有し、前記充放電ターミナル装置は、蓄電池の充放電を監視制御する充放電管理装置と、監視制御情報をセンタ装置と交信する充放電情報交信手段とを有し、前記センタ装置は、走行体の運行スケジュール及び蓄電池の着脱スケジュール及び蓄電池の充放電スケジュールを立案する手段と、運行スケジュール及び蓄電池の着脱スケジュール及び蓄電池の充放電スケジュールを走行体及び充放電ターミナル装置に指示、管理する手段とを有することを要旨とする。
〔請求項６〕
本発明（請求項２）は、前記センタ装置が配電網を管理する機関からの指示を受けて、充放電ターミナル装置に格納された蓄電池の充電レベルの調整及び配電網から蓄電池への充電及び蓄電池から配電網への放電を管理、調整する機能を有することを要旨とする。
〔請求項７〕
本発明（請求項３）は、位置発信装置を有し、走行体の運行スケジュールを保持する手段を有し、運行スケジュールを閲覧、保持する手段を有し、走行体への乗車を要求または予約する機能を有し、走行体の運行スケジュールの進捗状況を認識する手段を有する一以上の携帯端末を備え、前記センタ装置は、携帯端末から受信した位置情報、乗車要求、予約状況から走行体の運行スケジュール及び蓄電池の着脱スケジュール及び蓄電池の充放電スケジュールを立案する手段と、運行スケジュール及び蓄電池の着脱スケジュール及び蓄電池の充放電スケジュールを走行体及び充放電ターミナル装置に指示、管理する手段とを有することを要旨とする。
〔請求項８〕
本発明（請求項４）は、前記蓄電池が、出力密度の大きい比較的小型な蓄電池と、エネルギ密度の大きい比較的大型な蓄電池との少なくとも２種類を備えたものであって、エネルギ密度の大きい比較的大型な蓄電池を短期間に取り出し交換することができることを要旨とする。

本発明（請求項５）は、前記着脱機構が、蓄電池の着脱を３０分以内、好ましくは５分以内に行えることを要旨とする。

本発明は、蓄電池を充放電ターミナル装置に格納し、配電網から格納した蓄電池への充電及び格納した蓄電池から配電網への放電を、充電ターミナル装置を介して集中的に行うものである。加えて、走行体の位置情報、走行体中に格納された蓄電池の充電情報、充電ターミナル装置に格納された蓄電池の監視制御情報等をふまえ、環境負荷の低減に貢献する走行体の運行スケジュールを立案するものである。

充放電ターミナル装置において、各蓄電池の充放電は充放電管理装置により蓄電池ごとに監視制御される。

この方法によれば、蓄電池は特定の充放電ターミナル装置に接続されるために蓄電池の接続箇所は分散しないため、各蓄電池の配電網からの充電及び配電網への放電が従来技術よりも容易に管理できる。従って、従来技術と比較して、配電網電圧の安定や電力の過不足を調節することが容易になる。

また、蓄電池が従来技術と比較して広範囲に分散しないために、蓄電池の取り扱いを少人数で一元的に行うことができる。このため、例えば、熟練した作業者が一括して蓄電池の取り扱いを行うことができる。従って、従来技術と比較して、誤作業による事故の心配が軽減される。

走行体の位置情報、走行体中に格納された蓄電池の充電情報、充放電ターミナル装置に格納された蓄電池の監視制御情報等がセンタ装置へ送信される。

センタ装置では、これらの情報に基づき、環境負荷の低減に貢献する走行体の運行スケジュールを立案する。例えば、一日に蓄電池に充電される電力量が最も小さくなるよう、運行スケジュールを立案する。

従って、従来技術では実現できなかった、蓄電池を動力源とする走行体において、環境負荷の低減を考慮した運行スケジュールを立案することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という）について説明する。説明の際には、適宜図面を参照する。

走行体運行システムの機能構成を図１に示す。蓄電池０１０２を動力源として走行する走行体０１０１が一定航路上を走行する。充放電ターミナル装置０１０３は、走行体０１０１の航路近傍に設置されている。充放電ターミナル装置０１０３には蓄電池０１０２が格納されており、配電網０１０４からの充電及び配電網０１０４への放電が行われる。走行体０１０１の蓄電池０１０２は、着脱装置を用いて交換され、充放電ターミナル装置に格納される。走行体及び充放電ターミナル装置で検出された情報がセンタ装置に送信される。センタ装置はその情報や自己が保有する情報に基づき、走行体の運行及び充放電ターミナル装置の運用スケジュールを立案する。立案されたスケジュールは、走行体０１０１及び充放電ターミナル装置０１０３に送信される。走行体及び充放電ターミナル装置は、センタ装置から送信された情報に基づき運行及び運用を行う。

本実施形態の具体的例としては、例えばＧＰＳ機能を持った電動バスが考えられる。すなわち、ＧＰＳ機能を持ち、蓄電池を備えた電動バスを市内に多数走行させ、市内の各所に蓄電池を交換し、貯蔵し、充放電するデポターミナルとして充放電ターミナル装置を複数個配置する。デポターミナルでは蓄電池の充放電を行うだけでなく、配電網と電力を交換する機能や、充放電ターミナル装置に格納された蓄電池の数量や充電状態を監視制御する。電動バス及びデポターミナルの運営は、管理センタとしてのセンタ装置により制御される。管理センタには電動バス及びデポターミナルから逐次情報が通知される。管理センタは、通知された情報に基づき、電動バスがいつ、どのデポターミナルで充電を行うべきか等を立案する。立案された情報は各電動バス及びデポターミナルに通知され、電動バス及びデポターミナルは通知された情報に基づき運営を行う。センタ装置は、バスの運行効率を最大に保ちつつ、配電網の必要性を満たすようシステム全体を管理、運営する。

センタ装置０１０５は、公衆無線網との交信手段を有していても良い。図２に、センタ装置が公衆無線網との交信手段を有するシステムの機能構成を示す。携帯端末０２０３は無線基地局０２０２及び公衆無線網０２０１を介し、センタ装置０１０５に情報を送信することができる。例えば、携帯端末０１０８は自己の位置情報をセンタ装置０１０５に通知する。
センタ装置は走行体０１０１及び充放電ターミナル装置０１０３及び携帯端末０２０３から通知された情報、及び自己が保有する情報に基づき、走行体の運行及び充放電ターミナル装置０１０３の運用スケジュールを立案する。立案されたスケジュールは、走行体０１０１及び充放電ターミナル装置０１０３及び携帯端末０２０３に送信される。走行体０１０１及び充放電ターミナル装置０１０３は、センタ装置０１０５から送信された情報に基づき運行及び運用を行う。

図３は走行体の機能構成を示すものである。走行体０１０１は、動力源として蓄電池０１０２を有する。蓄電池以外にも、ガソリンエンジン等の内燃機関、太陽光発電装置等、別の動力源を有していても良い。また蓄電池は燃料電池やキャパシタ等、一般的な電気エネルギの蓄積装置でも良い。着脱装置０３０４によって走行体０１０１への設置及及び走行体０１０１からの取外しが行われる。この着脱装置０３０４は、走行体０１０１に備え付けられたものでもよく、また走行体０１０１とは独立の装置であってもよい。走行体０１０１は、位置情報検出部０３０１と充電状態検出部０３０２を有する。位置情報検出部０３０１では、例えば自走行体の現在位置を検出する。充電状態検出部０３０２は、例えば現在格納している蓄電池０１０２の充電率を検出する。走行体情報交信部０３０３は、センタ装置０１０５と情報を交信する。例えば、走行体情報交信部０３０３からセンタ装置０１０５へは、位置情報検出部０３０１及び充電状態検出部０３０２で検出された情報等が送信される。
随時走行体情報交信部０３０３を介してセンタ装置に送信される。センタ装置０１０５から走行体情報交信部０３０３へは、センタ装置０１０５で立案した走行体の運行スケジュール等が送信される。

走行体情報交信部からセンタ装置０１０５へ送信される情報は、位置情報検出部０３０１及び充電状態検出部０３０２で検出される情報以外であっても良い。例えば、走行体の現在位置、搭載されている蓄電池の充電率、最後に蓄電池を交換してからの走行距離等であっても良い。

走行体に格納される蓄電池は、出力密度の大きい比較的小型な蓄電池と、エネルギ密度の大きい比較的大型な蓄電池との少なくとも２種類を備えたものであっても良く、エネルギ密度の大きい比較的大型な蓄電池のみを短期間に着脱することができるものであっても良い。１種類の蓄電池のみを着脱することにより、蓄電池を着脱している途中でも、走行体が短距離の自力走行をしたり、エアコンを利用することが出来るようにするためである。これにより、例えば、蓄電池を走行体から取外す場所と取付ける場所が異なる場所にある場合、場所間を走行体が自力移動出来る等の利点がある。さらに、大型高エネルギ型のみ着脱することは、電気エネルギの交換、補充の効率化にも貢献する。

図４は充放電ターミナル装置の機能構成を示すものである。充放電ターミナル装置０１０３には、走行体０１０１から取外された蓄電池０１０２が設置される。充放電ターミナル装置０１０３は、配電網０１０４と電気的に接続されており、この配電網０１０４から充放電ターミナル装置０１０３に格納された蓄電池０１０２への充電、及び充放電ターミナル装置０１０３に格納された蓄電池０１０２から配電網０１０４への放電を行う。充放電ターミナル装置０１０３には充放電管理装置０４０１が設置されている。充放電管理装置０４０１は、充放電ターミナル装置０１０３に格納された蓄電池０１０２の充放電を監視制御する。例えば、各蓄電池の充電率、充電開始時間、充電電圧、充電電流などを監視し、必要に応じて制御する。充放電情報交信部０４０２は、センタ装置０１０５と情報を交信する。例えば、充放電情報交信部０４０２からセンタ装置０１０５へは、監視制御に関連する情報、現在格納されている蓄電池数、現在追加して格納可能な蓄電池数、各蓄電池の現在の充電率、各蓄電池に配電網から供給された電気エネルギ量、各蓄電池から配電網へ供給された電気エネルギ量等が送信される。センタ装置０１０５から充放電情報交信部０４０２へは、センタ装置０１０５で立案した充放電ターミナル装置の運用スケジュール等が送信される。

図５はセンタ装置の機能構成を示すものである。センタ装置０１０５は、情報交信部０５０１と計算部０５０２を有する。情報交信部０５０１では、走行体０１０１及び充放電ターミナル装置０１０３及びとの交信を行う。例えば、走行体０１０１及び充放電ターミナル装置０１０３に対し、検出した情報の通知要求を行ったり、立案された運行スケジュールを走行体０１０１及び充放電ターミナル装置０１０３に通知する。計算部０５０２では、走行体０１０１及び充放電ターミナル装置０１０３から通知された情報及びセンタ装置０１０５が保持する情報に基づき、走行体０１０１の運行スケジュール及び充放電ターミナル装置０１０３の運営スケジュールを立案する。例えば、走行体がいつ、どの充放電ターミナル装置で充電を行うべきかを立案する。

また前述の通り、センタ装置０１０５は公衆無線網０２０１との交信手段を有していても良い。走行体０１０１の運行スケジュール及び充放電ターミナル装置０１０３の運営スケジュールは公衆無線網０２０１及び無線基地局０２０２を介して送信された携帯端末０２０３からの情報に基づいて立案されても良い。

本実施形態では、前記充放電ターミナル装置０１０３に格納される蓄電池０１０２の合計エネルギが常時１メガワット時以上であることが望ましい。例えば、各蓄電池の平均エネルギ容量を２０キロワット時とすると、常時５０個以上の蓄電池が充放電ターミナル装置に格納されていることが望ましい。

充放電ターミナル装置０１０３に設置される蓄電池０１０２の充電率は一様ではない。例えば、走行体から取り外されたばかりの蓄電池の充電レベルは比較的低く、充放電ターミナル装置に一定時間以上設置されている蓄電池の充電レベルは比較的高いことがあり得る。

従って、充放電ターミナル装置０１０３に設置された一つ以上の蓄電池群の平均充電率およびその偏差は、走行体０１０１の使用状況、蓄電池０１０２の交換頻度、配電網０１０４への充放電制御などにより多様な状態になりうる。

配電網電圧の安定や電力の過不足を調節するためには、比較的電力消費量の多い日中において蓄電池から配電網への放電を積極的に実施し、比較的電力消費量の少ない夜間において配電網から蓄電池への充電を積極的に実施することが一般的に必要である。このため、日中においては充放電ターミナル装置０１０３に設置された蓄電池０１０２の充電率は減少する傾向となり、夜間においては蓄電池０１０２の充電率は増加する傾向となる。しかしながら、配電網に大規模太陽電池発電設備が設置されている場合等においては、日中に余剰電力が発生する場合もあり得る。

ところで、一般に蓄電池の寿命は充放電の頻度や充放電の深度等に依存することが知られている。特に、電池容量限度まで放電を行うと、蓄電池内の化学組成の変化等により、蓄電池の寿命が著しく低下することが知られている。

走行体システムを安定的かつ長期にわたり運用するためには、本実施形態では、走行体０１０１から充放電ターミナル装置０１０３に格納される時点での蓄電池０１０２の充電率が一定値以下にならないよう、充放電ターミナル装置０１０３が監視制御することが望ましい。例えば、走行体０１０１から充放電ターミナル装置０１０３に格納される時点での蓄電池０１０２の充電率が少なくとも５％以上、好ましくは１０％以上、さらに好ましくは５０％以上になるよう、走行体０１０１の運行および充放電ターミナル装置０１０３に格納された蓄電池０１０２の充放電を管理、制御することが望ましい。

一方で、配電網０１０４において突発的に発生するサージ電流を効率的に蓄電池０１０２に吸収するため、充放電ターミナル装置０１０３に設置された蓄電池０１０２の充電率が敢えて一定値以上にならないよう、充放電管理装置０２０３による蓄電池０１０２の監視制御を行うことが望ましい。例えば、蓄電池の充電率が９５％以下、好ましくは９０％以下になるように監視制御することが望ましい。

前記のような監視制御は、走行体の配電網への接続箇所が多数箇所に分散して存在する従来技術においては困難であったが、本発明では走行体の運行航路上に位置する充放電ターミナル装置０１０３において、一元的に監視制御を行うことが可能である。
各充放電ターミナル装置に格納可能な蓄電池数には限りがある。また、ある充放電ターミナル装置に蓄電池が集中すると、配電網の一部に負担がかかる等の運行状好ましくない状況が発生し得る。

なお、充放電ターミナル装置０１０３と、配電網０１０４を管理する電力管理装置または電力管理機関とは交信可能になっていることが望ましく、電力管理装置または電力管理機関が通信により遠隔的に充放電ターミナル装置０１０３を監視制御できることが望ましい。充放電情報交信部０４０２からは、この電力管理装置または電力管理機関による監視制御に関する情報がセンタ装置に通知されても良い。

また、センタ装置０１０５と、配電網０１０４を管理する電力管理装置または電力管理機関とが交信可能になっていることが望ましく、センタ装置０１０５は電力管理装置または電力管理機関からの情報を考慮して走行体の運行スケジュール及び充放電ターミナル装置の運用スケジュールを立案しても良い。

以上より、本発明は走行体が必要とする蓄電池量（電気量）、配電網における電力の過不足量を監視しながら蓄電池の最適充電レベルや最適な蓄電池の交換頻度等をセンタ装置にて、環境負荷の低減を主眼に置いた走行体の運行を運用することができる。

本発明の概略構成図である。本発明の概略構成図で、センタ装置が公衆無線網との交信手段を有する場合の概略構成図である。走行体及び着脱装置の概略構成図である。充放電ターミナル装置の概略構成図である。センタ装置の概略構成図である。

０１０１・・・走行体
０１０２・・・蓄電池
０１０３・・・充放電ターミナル装置
０１０４・・・配電網
０１０５・・・センタ装置
０２０１・・・公衆無線網
０２０２・・・無線基地局
０２０３・・・携帯端末
０３０１・・・位置情報検出部
０３０２・・・充電状態検出部
０３０３・・・走行体情報交信部
０３０４・・・着脱装置
０４０１・・・充放電管理装置
０４０２・・・充放電情報交信部
０５０１・・・情報交信部
０５０２・・・計算部

Claims

蓄電池と、
蓄電池を動力源または動力源の一部とする走行体と、
蓄電池の着脱を行う着脱機構と、
走行体から取外した蓄電池を格納し、配電網から蓄電池への充電及び蓄電池から配電網への放電を行う充放電ターミナル装置と、
前記走行体及び前記充放電ターミナル装置と通信手段を介して交信可能なセンタ装置
とを備え、
前記走行体は、動力源または動力源の一部である蓄電池の充電状態を検出する手段と、走行体の位置情報を検出する手段と、蓄電池の充電状態情報及び走行体の位置情報をセンタ装置と交信する走行体情報交信手段とを有し、
前記充放電ターミナル装置は、蓄電池の充放電を監視制御する充放電管理装置と、監視制御情報をセンタ装置と交信する充放電情報交信手段とを有し、
前記センタ装置は、走行体の運行スケジュール及び蓄電池の着脱スケジュール及び蓄電池の充放電スケジュールを立案する手段と、運行スケジュール及び蓄電池の着脱スケジュール及び蓄電池の充放電スケジュールを走行体及び充放電ターミナル装置に指示、管理する手段とを有する
ことを特徴とする走行体運行システム。
前記センタ装置が配電網を管理する機関からの指示を受けて、充放電ターミナル装置に格納された蓄電池の充電レベルの調整及び配電網から蓄電池への充電及び蓄電池から配電網への放電を管理、調整する機能を有することを特徴とする、請求項１に記載の走行体運行システム。
請求項１に記載の走行体運行システムにおいて、
位置発信装置を有し、走行体の運行スケジュールを保持する手段を有し、運行スケジュールを閲覧、保持する手段を有し、走行体への乗車を要求または予約する機能を有し、走行体の運行スケジュールの進捗状況を認識する手段を有する一以上の携帯端末
を備え、
前記センタ装置は、携帯端末から受信した位置情報、乗車要求、予約状況から走行体の運行スケジュール及び蓄電池の着脱スケジュール及び蓄電池の充放電スケジュールを立案する手段と、運行スケジュール及び蓄電池の着脱スケジュール及び蓄電池の充放電スケジュールを走行体及び充放電ターミナル装置に指示、管理する手段とを有する
ことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の走行体運行システム。
前記蓄電池は、出力密度の大きい比較的小型な蓄電池と、エネルギ密度の大きい比較的大型な蓄電池との少なくとも２種類を備えたものであって、エネルギ密度の大きい比較的大型な蓄電池を短期間に取り出し交換することができることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載の走行体運行システム。
前記着脱機構は、蓄電池の着脱を３０分以内、好ましくは５分以内に行えることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の走行体運行システム。