JP5819288B2 - エネルギシステムを監視及び制御するシステム及び方法 - Google Patents
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Description
図1は、エネルギシステム102に関連付けられる少なくとも1つの状態を遠隔場所において識別することと、エネルギシステム102の適応制御とを行う、本発明の一実施形態によるシステム100を示すブロック図である。システム100は、エネルギシステム102及びデータ処理システム(DPS)110を含んでいる。エネルギシステムは、少なくとも一部が電気エネルギで動くシステムである。エネルギシステム102の例としては、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、無停電電源装置等があり、これらに限定されない。エネルギシステム102は、エネルギシステム102の場所から離れた場所にあるDPS110と無線接続されている。エネルギシステム102は、電気通信ネットワーク112を介してDPS110と接続されている。
エネルギシステム102は、遠隔場所へのデータ送信及び遠隔場所からのデータ受信を行うように構成可能である。実施形態によっては、エネルギシステム102は、1つ以上の遠隔場所を含む任意の場所に配置可能な、1つ以上のデータ処理システム(DPS)110と通信する。DPS110は、1つ以上の処理ユニットに接続された1つ以上のメモリ装置を含むことが可能である。この1つ以上の処理ユニットは、例えば、汎用マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、データを処理できる別の装置、又は装置の組み合わせ等であることが可能である。特定実施形態では、1つ以上のメモリ装置のうちの少なくとも幾つかが、少なくとも1つの処理ユニットと一体化している。一実施形態では、DPSは、電気通信ネットワーク経由の無線通信が可能な専用コンピュータである。一実施形態では、DPS110は、エネルギシステム102に対して遠隔場所に配置される。別の実施形態では、DPS110は、エネルギシステム102の近傍に配置される。他の実施形態では、DPS110は、本明細書に記載のDPS110の機能を実行する個別部品の集合体であってよい。
エネルギシステム102は、エネルギ蓄積システム(ESS)104、エネルギ消費システム(ECS)106、及びエネルギ管理システム(EMS)108を含んでいる。ESS104は、電気を蓄積できる電池パックであってよい。ESS104は、数ある中でも特に、鉛蓄電池、ゲル電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、NAS電池、ニッケル鉄電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、及びキャパシタからなる群の中の1種類以上を含んでよい。ESS104内に蓄積された電気エネルギの少なくとも一部は、ECS106の1つ以上のサブシステムで消費される。
システム100は、エネルギシステム102に関連付けられる少なくとも1つの状態を遠隔場所において識別することが可能である。エネルギシステム102は、電気エネルギを蓄積することが可能なESS104と、ESS104から得られる電気エネルギの少なくとも一部を消費することが可能なECS106と、ESS104及びECS106の少なくとも一方と対話することが可能なEMS108と、を含む。図4は、一実施形態による、エネルギシステム102に関連付けられる少なくとも1つの状態を遠隔場所において識別する方法をフローチャートで示したものである。本方法は、ステップ402で、上記状態に関連する、ESS104に関連付けられた少なくとも1つのパラメータを測定する。その後、ステップ404で、測定値を、当該パラメータに対応する基準データと比較し、ステップ406で、収集したパラメータの、基準データからの偏差を、比較結果に基づいて求める。この偏差は、システム100の状態を示している。一実施形態では、値を基準データと比較して、収集したパラメータの、基準データからの偏差を求めることを、EMS108で行い、このようにして求めた偏差を遠隔場所に送信する。別の実施形態では、値を基準データと比較して、収集したパラメータの、基準データからの偏差を求めることを、遠隔場所で行う。
ESS104又はECS106から読みを取得することによって測定されるパラメータの幾つかと、取得した読みを用いる計算によって測定されるパラメータの幾つかとを、表1に示す。データは、ほぼ実時間で収集可能、又は一定時間毎に収集可能である。
測定された1つ以上のパラメータは、各パラメータに対応する基準データと比較する。
エネルギシステム102から収集したデータを基準データと比較することにより、エネルギシステム102に関連付けられる状態を特定することが可能である。例えば、この比較によって、ESS104によって提示される、航続距離を短くする可能性のある状態を識別することが可能である。この比較によって、エネルギシステム102の1つ以上の部分の実性能の、基準データからの偏差が示される。エネルギシステム102が、少なくとも一部が電気で動く自動車である一実施形態では、比較によって、自動車に関連付けられる状態にスポットを当てることが可能である。自動車によって提供される航続距離(走行可能距離)が期待値より短い場合は、比較によって、提供される航続距離が短いことの原因である状態にスポットを当てることが可能である。
図11は、一実施形態による、エネルギシステム102の適応制御の方法を示すフローチャートである。本方法では、ステップ1102で、ESS104及びECS106の少なくとも一方に関連するデータを収集する。データの収集は、EMS108によって行う。ステップ1104では、EMS108によって収集したデータを用いて、1つ以上のパターンを生成する。更に、ステップ1106では、EMS108にある、ESS104及びECS106を管理する命令をチェックして、これらの命令を修正する必要があるかどうかを、パターンに基づいて決定する。ステップ1106で、命令を修正する必要があると判定した場合には、次のステップ1108で、命令を修正する。
上述のように、エネルギシステム102の適応制御では、ESS104及びECS104の少なくとも一方からデータを収集してパターンを生成することが必要である。一実施形態では、収集したデータを用いて、パターン生成に使用可能なパラメータを計算する。
収集したデータ及び計算したパラメータを用いて、エネルギシステム102の適応制御を可能にするパターンを生成する。
充電パターン
充電パターンは、ある期間にわたってESS104が充電されているパターンを示す。一例として、ユーザ1が、ESS104の充電を、全場合の90%において100%までしていて、全場合の10%において90%までしていることが考えられる。これに対し、ユーザ2が、ESS104の充電を、全日数の40%において80%までしていて、全日数の20%において90%までしていて、残りの日数において100%までしていることが考えられる。或いは、別のユーザが、ESS104の等化充電体制を繰り返し妨害していて、ESS104が等化を完遂できないようにしていることが考えられる。電池をESS104として充電パターンを計算する場合は、サイクル数、充電状態、アンペア時、充電の継続時間、電池エネルギ、及び温度のうちの少なくとも1つ以上を用いる。
ESS104の温度パターンは、ESS104を充電して、ESS104の寿命又は寿命の一部分の期間にわたって駆動を行うたびに到達した、ESS104の平均温度、最大温度、及び最小温度をプロットしたものである。このような情報により、気候変化、経年、及び使用パターンに対するESS104の挙動変化を分析することが可能である。又、このパターンにより、ESS104自体又は前調整システムに異常挙動があった場合にこれを分析することも可能である。典型的な電池をESSとした場合の温度パターンの計算には、サイクル数、充電及び放電の継続時間、抽出電流、並びに、電池、環境、及び他のサブシステムの温度のうちの少なくとも1つ以上を用いる。
健康状態は、任意の時刻におけるESS104の能力を示すパラメータである。健康状態は、容量、使用時間、インピーダンス等のようなパラメータから導出する。通常使用時には、ESS104の健康状態は、経年及び使用と共に低下し続ける。使用サイクル数に対する健康状態のパターンは、ESS104の経年過程に関する徴候を与える。この情報は、様々な機能に用いられ、例えば、航続距離を顧客に示すこと、差し迫った故障がないか予測すること、更には、健康状態に影響を及ぼす要因を認識することに用いられる。典型的な電池をESSとした場合の健康状態パターンの生成には、サイクル数、アンペア時、エネルギ(kwh)、温度、及びインピーダンスのうちの少なくとも1つ以上を用いる。
ESS104の容量は、任意のサイクルにおけるESS104内の使用可能エネルギの絶対尺度である。この容量は、ESS104のタイプに応じた、初期改善及びその後の劣化の特定パターンに従うことが予想される。サイクル寿命に対する容量の実際の変化のプロットは、ESS104の健康状態の重要な徴候を与える。典型的な電池をESSとした場合の容量パターンの生成には、サイクル数、温度、アンペア時、充電状態、及びエネルギ(kwh)のうちの少なくとも1つ以上を用いる。
エネルギシステムが自動車である場合に生成されるパターンの例
エネルギ使用パターンは、ESS104から得られるエネルギをどのように使用しているかを示すマップである。エネルギシステム102が自動車である場合、このパターンは、ユーザが各走行において蓄積エネルギをどのように使用しているかを示すマップになる。一例として、ユーザ1が、全走行の90%において30〜40%のエネルギを使用していて、残りの走行において90%のエネルギを使用していることが考えられる。ユーザ2が、全走行のほとんどにおいて90〜80%のエネルギを使用していて、一部の走行でのみ、それより低いレベルのエネルギを使用していることが考えられる。典型的な電気自動車用途の場合のエネルギ使用パターンの生成には、サイクル数、走行距離(km)、及びエネルギ(kwh)のうちの少なくとも1つ以上を用いる。
駆動パターンは、エネルギをどのように使用しているかを示すマップである。エネルギシステム102が自動車である場合は、ユーザ1が、所定値よりも高いレベルの走行キロメートル当たりエネルギを使用していることが考えられ、これは苛酷な走行又は荒い地形を示している。ユーザ2が、単位消費エネルギでより多くのキロ数を走行していることが考えられ、従って、これは別の駆動パターンを示していることが考えられる。又、ユーザ1のパターンは、ユーザ2に比べて発進停止の数が多いことも考えられる。典型的な電気自動車用途の場合の駆動パターンの生成には、サイクル数、走行距離(km)、エネルギ(kwh)、速度、及び温度のうちの少なくとも1つ以上を用いる。
エネルギシステム102が自動車である場合、このパターンは、自動車がユーザによってどのように使用されているかを示す。例えば、ユーザ1が、週1回しか自動車を使用しない不定期ユーザであることや、ユーザ2が、自動車を毎日利用するものの、毎日数キロしか走行しない多用ユーザであることが考えられる。又、ユーザ3が、自動車を使用して毎日長距離を走行するユーザであることも考えられる。これらの使用パターンは、サブシステム挙動を予測及び分析して、自動車がどのように使用されるかを特定することに役立つ。典型的な電気自動車用途の場合の自動車使用パターンの生成には、サイクル数、日時、充電の継続時間、走行の継続時間、走行距離(km)、及び走行速度のうちの少なくとも1つ以上を用いる。
エネルギシステム102が自動車である場合、走行速度パターンは、自動車がどのように使用されるかを示す別の指標である。これらのパターンは、個々のユーザを区別することに役立つだけでなく、異なる地勢におけるパターンや季節をまたいでのパターンを認識することにも役立つ。速度パターンから可能な推論は、例えば、「日曜日のロンドンにおける平均走行速度は、日曜日のバンガロールにおける平均速度の2倍である」というようなものである。典型的な電気自動車用途の場合の走行速度パターンの生成には、サイクル数、走行継続時間、速度、走行距離、日時、及び温度のうちの少なくとも1つ以上を用いる。
エネルギシステム102が自動車である場合、自動車は、ブレーキ時にエネルギを回収してESS104に蓄積することも可能である。返されるエネルギは、地形、ユーザのブレーキの癖、特定のソフトウェア設定、自動車のブレーキシステムの状態など、様々な要因によって決まる。複数の使用サイクルにわたるこのエネルギ回収の程度のパターンは、ユーザの癖及びブレーキシステムの健康状態をかなりよく示す。このようなパターンを用いて、ユーザの運転の効率並びに回生ブレーキシステムの健康状態を分析することが可能である。様々な気候条件及び地理条件での回生エネルギパターンからのデータは、ソフトウェア設定を最適化する新しい方法に到達することにも役立つ。典型的な電気自動車用途の場合の回生エネルギパターンの生成には、サイクル数、走行距離、電池電流、エネルギ(kwh)、日時、及び温度のうちの少なくとも1つ以上を用いる。
HVACシステムは、ECS106のサブシステムである。エネルギ消費は、使用サイクル数に対して、又は指定期間内の時間に対してプロットできる。このパターンを分析することは、個々のユーザの使用パターン、更には地理的パターンを認識することに役立つ。この情報は、様々な条件の下で航続距離の期待値を加減すること、更には必要に応じてシステムのトラブルシューティングを行うことに用いる。典型的な電気自動車用途の場合のHVAC使用パターンの生成には、サイクル数、日時、HVAC電力、走行継続時間、及び温度のうちの少なくとも1つ以上を用いる。
エネルギシステムが、集合住宅にエネルギを供給するソーラーファームである一実施形態では、同様のパターンを生成し、そのパターンに基づく性能に関してパターンの最適化を行うことが可能である。一日及び複数の季節にわたる個々の消費者のエネルギ消費パターンを生成することにより、ピーク負荷及び平均負荷に対する要求を推定することが可能である。更に、これらのパターンを用いることにより、消費者にフィードバックを与えてピーク負荷を「ずらし」、負荷均衡を達成することが可能である。生成されたパターンを用いることにより、居住区のエレベータ、庭のスプリンクラー、プールの加温システム、及び共用領域の照明のスイッチングを自動的にスケジュールすることが可能である。
生成したパターンを用いて、EMS108にある命令の修正が必要かどうかを判定することが可能である。図13は、EMS108にある命令の修正が必要かどうかを判定する方法を示すフローチャートである。この方法では、ステップ1302で、生成された1つ以上のパターンにアクセスする。一実施形態では、これらのパターンを基準パターンと比較する。ステップ1304で、この比較結果を用いて、パターンが、ESS104及びECS106の一方又は両方に関連付けられる問題を示しているかどうかを判定する。
一実施形態では、EMS108にある命令を、無線手段を用いて修正する。DPS110は、命令を修正することを決定した後、EMS108にコマンドを送信する。DPS110から送信されたコマンドは、信号送受信装置308で受信される。更に、処理装置302が、DPS110から送信されたコマンドを実行して、EMS108にある命令を修正する。
Claims (23)
- エネルギシステムの適応制御の方法であって、前記エネルギシステムは、電気エネルギを蓄積することが可能なエネルギ蓄積システムと、前記エネルギ蓄積システムから得られる電気エネルギの少なくとも一部を消費することが可能なエネルギ消費システムと、前記エネルギ蓄積システム及び前記エネルギ消費システムと作用するエネルギ管理システムと、を備え、前記方法は、
前記エネルギシステムに関連付けられる複数の状態を遠隔場所において識別するステップと、
前記エネルギ蓄積システムに関連付けられた複数のパラメータであって、前記エネルギシステムの前記複数の状態の少なくとも1つに関連付けられたパラメータを測定するステップと、
前記パラメータを、少なくとも関連する基準データと比較するステップと、
前記比較に基づいて、前記パラメータの、前記基準データからの偏差を求めるステップであって、前記偏差を求めること及び前記比較は、前記エネルギ管理システムによって前記遠隔場所において実行され、前記求められた偏差は前記遠隔場所に送信され、更に、前記エネルギ管理システムは、前記遠隔場所から、前記エネルギシステムの複数のサブシステムにおける少なくとも1つに対してコマンドを送信することが可能となっている、前記偏差を求めるステップと、
前記測定されたパラメータからの少なくとも1つのパターンであって、少なくとも所定期間にわたって取得されたデータを用いて求められた前記エネルギシステムの少なくとも挙動パターンである前記パターンを生成するステップと、
前記エネルギ管理システムからのコマンドの修正が必要かどうかを、前記パターンに基づいて判定するステップと、
前記エネルギシステムからの前記コマンドを修正するステップと、を含む方法。 - 前記エネルギ蓄積システムの電圧、前記エネルギシステムの温度、前記エネルギ蓄積システム内の水位、前記エネルギ蓄積システムの電流、前記エネルギ蓄積システムの電力、前記エネルギ蓄積システムの偏差、前記エネルギ蓄積システムのエネルギ、前記エネルギ蓄積システムのインピーダンス、前記エネルギ蓄積システムの使用年数、前記エネルギ蓄積システムに対して実行された充電及び放電のサイクル数、前記システムの周囲温度、前記システムが使用される地形、及び履歴使用パターンのうちの少なくとも1つに従って変化されるように構成されている、請求項1に記載の方法。
- 一群のエネルギシステムから前記エネルギ蓄積システム及び前記エネルギ消費システムの少なくとも1つに関連するデータを収集するステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記一群のシステムは、類似の動作条件下に置かれる、請求項3に記載の方法。
- 前記測定するステップは、前記パラメータを一定時間毎に測定することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記測定するステップは、前記パラメータを略実時間で測定することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記エネルギシステムの外部の情報を収集するステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記情報は気象に関する、請求項7に記載の方法。
- 前記収集した情報に基づいて、前記エネルギ蓄積システムを加熱又は冷却することにより、前記エネルギ蓄積システムを前調整するステップを含む、請求項8に記載の方法。
- 前記情報は、前記エネルギ蓄積システムの再充電に使用される電源に関連しており、前記情報は、少なくとも、前記エネルギシステムが前記電源を使用して再充電された回数となるように構成されている、請求項7に記載の方法。
- 前記エネルギ管理システムにおける前記コマンドを修正するステップは、前記コマンドを修正することにより、前記エネルギ消費システムの1つ以上のサブシステムを停止したり、前記1つ以上のサブシステムの少なくとも動作条件に基づく性能を強化したりすることを可能にすることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記エネルギ管理システムにおける前記コマンドの修正が必要かどうかを判定するステップは、前記パターンと、前記エネルギシステムの性能であって前記エネルギシステムの使用パターンに基づいて求められる前記性能とに基づいている、請求項1に記載の方法。
- エネルギシステムの適応制御のシステムであって、前記エネルギシステムは、電気エネルギを蓄積することが可能なエネルギ蓄積システムと、前記エネルギ蓄積システムから得られる電気エネルギの少なくとも一部を消費することが可能なエネルギ消費システムと、前記エネルギ蓄積システム及び前記エネルギ消費システムと作用するエネルギ管理システムと、を備え、
前記システムは、前記エネルギシステムに関連付けられる複数の状態を遠隔場所において識別するように構成されており、
前記エネルギシステムは、
少なくとも基準データを記憶するように構成されたメモリ装置と、
前記エネルギ蓄積システムに関連付けられた複数のパラメータであって、前記エネルギシステムの前記複数の状態の少なくとも1つに関連付けられたパラメータの測定値を収集するように構成された入出力装置と、
前記エネルギシステムの前記状態を表す、前記求められた偏差を、前記遠隔場所にあるデータ処理システムに送信するように構成された信号送受信装置と、
処理装置と、を備え、
前記エネルギ管理システムは、前記エネルギシステムの複数のサブシステムにおける少なくとも1つに対してコマンドを送信することが可能となっており、
前記処理装置は、
前記測定されたパラメータを関連する基準データと比較して、前記比較に基づいて、前記測定されたパラメータの、前記基準データからの偏差を求めるステップと、
前記測定されたパラメータからの少なくとも1つのパターンであって、少なくとも所定期間にわたって取得されたデータを用いて求められた前記エネルギシステムの少なくとも挙動パターンである前記パターンを生成するステップと、
前記エネルギ管理システムからのコマンドの修正が必要かどうかを、前記パターンに基づいて判定するステップと、
前記エネルギシステムからの前記コマンドを修正するステップと、を実行するように構成されている、
システム。 - 前記エネルギシステムは自動車であり、前記自動車の少なくとも一部は、前記エネルギ蓄積システムに蓄積された前記電気エネルギで動く、請求項13に記載のシステム。
- 前記エネルギ蓄積システムの電圧、前記エネルギ蓄積システムの温度、前記エネルギ蓄積システム内の水位、前記エネルギ蓄積システムの電流、前記エネルギ蓄積システムの電力、前記エネルギ蓄積システムの偏差、前記エネルギ蓄積システムのエネルギ、前記エネルギ蓄積システムのインピーダンス、前記エネルギ蓄積システムの使用年数、前記エネルギ蓄積システムに対して実行された充電及び放電のサイクル数、前記システムの周囲温度、前記システムが使用される地形、及び履歴使用パターンのうちの少なくとも1つに従って変化されるように構成されている、請求項13に記載のシステム。
- エネルギ蓄積システムの充電パターン、電気エネルギの使用パターン、前記エネルギシステムの駆動パターン、前記エネルギシステムの使用パターン、前記エネルギシステムの走行速度パターン、回生エネルギパターン、温度パターン、暖房、換気、及び空調(HVAC)の使用パターン、前記エネルギ蓄積システムの特性を示す前記エネルギ蓄積システムの健康状態のパターン、及びエネルギ蓄積システムの容量のパターンのうちの少なくとも1つに従って変化されるように構成されている、請求項13に記載のシステム。
- 一群のエネルギシステムから、前記エネルギ蓄積システム及び前記エネルギ消費システムの少なくとも一方に関連するデータを収集するように更に構成されている、請求項13に記載のシステム。
- 前記一群のエネルギシステムから収集されたデータに基づいて、前記エネルギ管理システムにおけるコマンドを修正するように更に構成されている、請求項17に記載のシステム。
- 前記エネルギシステムの外部の情報を収集するように更に構成されている、請求項13に記載のシステム。
- 気象情報を収集するように構成されている、請求項19に記載のシステム。
- 前記収集された情報に基づいて、前記エネルギ蓄積システムを加熱又は冷却することにより、前記エネルギ蓄積システムを前調整するように構成されている、請求項20に記載のシステム。
- 前記エネルギ蓄積システムの再充電に使用される電源に関連する情報を収集するように構成されており、前記情報は、少なくとも前記エネルギシステムが前記電源を使用して再充電された回数を含むように構成されている、請求項19に記載のシステム。
- 前記データ処理システムは、前記エネルギシステムに対して遠隔場所に配置される、請求項13に記載のシステム。
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