電動車両の充電制御装置および充電装置

【課題】電動車両の個々の普通充電負荷の通電開始時刻を通信等の外部からの制御を用いずに個々の電動車両で独自に制御し、深夜電力時間帯内に適切に負荷配分する技術の提供。
【解決手段】外部電源によって車載バッテリを充電する電動車両の充電装置の通電開始時刻を自律制御する車載型充電制御装置であって、通電可能開始時刻ｔ１から通電開始時刻Ｔｓｍまでの間で通電開始時刻Ｔｓを決定するにあたり、所定の範囲で一様に生成される乱数ｒｎｄに予め設定した乱数修飾関数ｆｎを掛合わせて通電調整係数ｋ（０≦ｋ≦１）を算出し、下記式Ａにより通電開始時刻Ｔｓを決定することを特徴とする電動車両の充電制御装置、それを搭載した充電装置および電動車両。
［式Ａ］Ｔｓ＝ｔ１＋ｋ×（ａ−ｂ）

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両の充電制御装置および充電装置に関し、より具体的には通常の時間帯とは電気料金の異なる深夜電力時間帯等の特定電力時間帯における電動車両搭載型普通充電装置における負荷平準化技術に関する。
本明細書における「電動車両」とは、電気自動車、プラグインハイブリッド車、電動フォークリフト、電動クレーン車、電動スクータ、電動車いす等の車両に二次電池を搭載しており、外部から二次電池に充電された電力を使って走行用動力を得る車両のことをいい、「電気自動車」とは、動力源が二次電池で駆動されるモータのみである自動車、二次電池で駆動されるモータ以外の動力源（例えばエンジン）などを有する自動車のことをいう。
また、本明細書において「普通充電」とは、急速充電ではない充電のことであり、１００Ｖあるいは２００Ｖコンセントを備えた車両外部の小型充電装置を使って、車両に搭載した二次電池を充電することをいう。
【背景技術】
【０００２】
電力会社は、日中と夜間の電力消費量の差や夏季とそれ以外の季節の電力消費量の差を縮め電力消費量の平準化（負荷平準化）を図ることを目的として、深夜電力料金をはじめとする種々の時間帯別契約を用意している。しかしながら、特定電力時間帯において、一定の充電容量を有する数千ないし数万台以上の電気機器が一斉に充電を開始した場合、電力需要の増加が一時的に著しく増加し、その後一斉に落ち込むという問題が生じる。このような問題を解消すべく、家庭への普及が進んでいる電気温水器においては、深夜電力を利用した様々な負荷平準化手段が既に実用化されている（例えば、特許文献１ないし３）。
【０００３】
また、電力会社は、一斉に通電を開始・終了することを回避するため、地域ごとに個別の通電可能時間設定タイマー（例えば、特許文献４）を設け、電気温水器の通電制御を行うことにより深夜通電地域の電力負荷が集中しないようにする運用を行っている。
しかしながら、上記タイマーの設置数が非常に多いことから、定期的に設定値をずらすなどの管理作業に多くの手間を要するという課題がある。
【０００４】
特許文献５には、深夜電力時間帯枠における最低負荷時刻の電力需要に他の時間帯の電力需要を割り当てる手法が開示され、ここでは乱数を使って通電開始時間を調整する手法が提案されている。しかしながら、特許文献５では必要通電時間が一定時間以下であることを前提としており、電気温水器のように比較的通電時間の長い機器類への適用には適していない。
【０００５】
ところで近年、電気自動車の普及に備え、集合住宅などの賃貸駐車場でも深夜電力を利用した充電装置の提供が考えられているが、平準化のための仕組みを設けなければ深夜料金適用時間の開始と同時に消費電力が急増するという課題が生じることになる。現時点においては電動車両の普及率は低いためこの種の問題は発生していないが、今後電動車両が普及するのに伴い、充電による電力消費ピークの発生は無視できない問題になると考えられる。
通信を使って通電時間を調整する手法も各種提案されているが（例えば特許文献６）、電気自動車が普及しその数が数十〜数百万と非常に多くなった際には同時通信によるトラフィック対策の問題などが生じることから、実用化は難しいと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平３−１８１０６号公報
【特許文献２】特開平６−１８０１４７号公報
【特許文献３】特開平６−１８０１４８号公報
【特許文献４】特開平１０−１９７０６９号公報
【特許文献５】特許第４１４２８３７号公報
【特許文献６】特２００８−１６０９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電動車両は通常、普通充電用の充電器（コンセントからの交流電力を蓄電池充電のための直流電力に変換する装置）から充電を行う。従来の電動車両の普通充電装置は、充電器を車両本体に搭載しているが充電制御装置はなくコンセントに接続すると直ちに充電を開始するタイプ（図１(i)）、充電器と充電制御装置を車両本体に搭載し充電時間帯をユーザで調整できる機能を有するタイプ（図１(ii)）、充電器は車両本体に搭載しておらず外部の充電器で充電するタイプ（図１(iii)）が存在する。それぞれのタイプの電動車両を深夜電力時間帯に充電する場合、充電器を車両本体に搭載しているが充電制御装置がないタイプ（図１(i)）および外部の充電器で充電するタイプ（図１(iii)）では、コンセント等外部に深夜電力時間帯のみに通電するタイマーを設置する必要がある。充電器と充電制御装置を車両本体に搭載しているタイプ（図１(ii)）では、充電制御装置で充電時間帯を深夜電力時間帯内に調整する必要がある。いずれの場合でも通常は充電開始時刻は深夜電力時間帯の始まる２３時に設定されると予想される。
【０００８】
一方、電動車両通電時間はバッテリ残量に依存するが、通常は残量がかなりある場合が多いことが想定され、そうすると深夜電力時間帯など特定の通電可能時間帯内に収まるように設計されている定格通電時間よりかなり短い通電時間となることから、これらの負荷を合成すると、通電可能時間帯が始まった時に非常に大きな需要ピークを生じ、その後急激に減少していくという情況が生ずることとなる。このようなピークを発生する需要は電力会社の需給運用にとって望ましくなく、負荷平準化対策が必要である。
【０００９】
また、マンションの駐車場で電気自動車を充電する場合など１箇所で多数の電動車両の充電を行う場合、その受電容量は制御を行わないと通電可能時間帯が始まった時に発生する需要ピークに合せる必要があることから、受電電力が大きくなり電気料金の基本料金が高価になる。負荷の平準化が行えれば受電容量を小さくでき基本料金も低減できる。このように利用者にとっても負荷平準化を行うことのメリットがある。
【００１０】
本発明は、特定電力時間帯に一定の充電容量を有する数千ないし数万台以上の電動車両に充電をする際に生じ得る電力需要の極端な増減を、自律的な仕組みで解消することを課題とする。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決することのできる、電動車両の充電制御装置および充電装置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】
【００１２】
本発明の電動車両の充電制御装置および充電装置は、電動車両の個々の普通充電負荷の通電開始時刻を通信等の外部からの制御を用いずに個々の電動車両で独自に制御し、深夜電力時間帯内に適切に負荷配分することを可能とするものである。
【００１３】
すなわち、本発明は、以下の技術手段から構成される。
［１］外部電源によって車載バッテリを充電する電動車両の充電装置の通電開始時刻を自律制御する車載型充電制御装置であって、通電可能開始時刻ｔ１から通電開始時刻Ｔｓｍまでの間で通電開始時刻Ｔｓを決定するにあたり、所定の範囲で一様に生成される乱数ｒｎｄに予め設定した乱数修飾関数ｆｎを掛合わせて通電調整係数ｋ（０≦ｋ≦１）を算出し、下記式Ａにより通電開始時刻Ｔｓを決定することを特徴とする電動車両の充電制御装置。
［式Ａ］Ｔｓ＝ｔ１＋ｋ×（ａ−ｂ）
［２］乱数修飾関数ｆｎが、確率密度関数ｐ（ｋ）の累積分布関数Ｐ（ｋ）の逆関数であり、確率密度関数が下記式Ｂで規定され、累積分布関数Ｐ（ｋ）が下記式Ｃで規定されることを特徴とする［１］の電動車両の充電制御装置。
［式Ｂ］

［式Ｃ］

［３］乱数修飾関数ｆｎが、下記式Ｄ、下記式Ｅ、下記式Ｆおよび／または下記式Ｇの関数（ただし、ｒは正の整数）を含む予め作成された累積分布関数群から一の関数を選択して設定されることを特徴とする［２］の電動車両の充電制御装置。
［式Ｄ］Ｐ（ｋ）＝１
［式Ｅ］Ｐ（ｋ）＝（ｒ＋１）×（１−ｋ）＾ｒ
［式Ｆ］Ｐ（ｋ）＝（ｒ＋１）×ｋ＾ｒ
［式Ｇ］Ｐ（ｋ）＝（ｒ＋１）×（（１−ｋ）＾ｒ＋ｋ＾ｒ）／２
［４］特定電力時間帯が、第２深夜電力が設定された深夜電力時間帯である場合に、乱数修飾関数ｆｎに上記式Ｇの関数を選択することを特徴とする［３］に記載の電動車両の充電制御装置。
［５］［１］ないし［４］のいずれかに記載の充電制御装置と、充電プラグと、充電器とを備えた電動車両の充電装置。
［６］［５］に記載の充電装置を搭載した電動車両。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、特定電力時間帯に電動車両に充電をする際に生じ得る電力需要の極端な増減を、自律的な仕組みで解消することが可能となる。
また、電動車両に簡易な負荷分散手段を搭載することにより、多様な電力需要の形態に合わせた負荷平準化を自律的な仕組みで実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の電動車両の普通充電装置の構成図である。
【図２】本発明の負荷平準化機能付き充電装置の構成図である。
【図３】本発明の負荷平準化手段の機能概要説明図である。
【図４】混合合同法による疑似乱数発生を説明するための図面である。
【図５】通電開始時刻の決定を説明するための概念図である。
【図６】通電している確率を説明するためのグラフである。
【図７】累積分布関数を説明するためのグラフである。
【図８】前山型の確率密度関数ｐ（ｋ）のグラフと通電している確率Ｐｏｎ（ｔ）の算出手順である。
【図９】ｒ＝５、ａ＝８時間の場合の前山型の通電している確率Ｐｏｎ（ｔ）のグラフである。
【図１０】後山型の確率密度関数ｐ（ｋ）のグラフと通電している確率Ｐｏｎ（ｔ）の算出手順である。
【図１１】ｒ＝５、ａ＝８時間の場合の後山型の通電している確率Ｐｏｎ（ｔ）のグラフである。
【図１２】双山型の確率密度関数ｐ（ｋ）のグラフと通電している確率Ｐｏｎ（ｔ）の算出手順である。
【図１３】ｒ＝５、ａ＝８時間の場合の双山型の通電している確率Ｐｏｎ（ｔ）のグラフである。
【図１４】均一型、前山型、後山型、双山型の確率密度関数のグラフである。
【図１５】均一型、前山型、後山型、双山型の累積分布関数のグラフである。
【図１６】均一型、前山型、後山型、双山型の乱数修飾関数のグラフである。
【図１７】自動車走行距離（香川県）の統計データである。
【図１８】乗用車の１日走行距離から推定した電気自動車の充電時間（普通充電）の予想例である。
【図１９】実施例に係る合成負荷のグラフである。
【図２０】実施例に係る電気自動車５０台の充電時間、発生した疑似乱数、通電調整係数ｋ、および通電開始時刻の一覧表である。
【図２１】実施例に係る合成負荷のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図２に示す本発明の負荷平準化機能付き充電装置は、充電器と充電制御装置を車両本体に搭載し電動車両側で充電時間帯を調整できる機能を有する。本発明の充電装置のハードウェア構成は、従来の電動車両用充電装置と同様であるが、以下に説明する負荷分散プログラムが組み込まれている点で、従来の電動車両用充電装置と相違する。
【００１７】
(a)充電可能時間帯の設定
“充電可能開始時刻ｔ１”および“充電可能終了時刻ｔ２”を設定する。
深夜電力時間帯であればｔ１＝２３時、ｔ２＝７時（３１時）を設定する。この場合、“充電可能時間ａ”は８時間となる。なお、ｔ１，ｔ２は利用者の都合で変更する（例えば早朝に充電を完了する）ことも可能である。
【００１８】
(b)充電時間の算定
電気自動車の充電に必要な“充電時間ｂ”は式１により算出される。式１中、「電気自動車定格充電時間」とは、バッテリ残量０％→１００％の充電に要する時間のことである。
【００１９】
［式１］ｂ＝電気自動車定格充電時間×（１００％−バッテリ残量計指示値（％））／１００
なお、充電時間は電気自動車定格充電時間以下の範囲で手動で設定することも可能である。
【００２０】
(c)通電開始時刻の決定
(c-1)乱数の発生
充電制御装置内でその演算機能を使って０以上１未満の乱数を一様に発生させる。乱数は、平方採中法、混合合同法などで得られる疑似乱数でよい。本明細書では、疑似乱数も含めた意味で「乱数」という用語を用いる場合がある。
乱数を発生させるアルゴリズムは任意のものを採用してよく、有効桁数も適宜選択してよいが、全ての負荷平準化機能付き充電装置で統一したアルゴリムズを使用することが重要である。
図４に演算の容易な混合合同法を用いて４桁の疑似乱数を発生させた例を示す。この場合発生される疑似乱数は０〜０．９９９９の範囲となるが実用上は問題ない。なお、使用する制御装置のＣＰＵに疑似乱数発生機能があればそれを利用してもよい。
【００２１】
(c-2)乱数の変換
負荷配分を調整するために、乱数に予め設定してある“乱数修飾関数ｆｎ”を掛合わせることで、発生確率が一定である乱数をある確率密度関数に従う数列（通電調整係数ｋ：０≦ｋ≦１）に変換する。充電制御装置には、手動または自動（通信制御など）で乱数修飾関数ｆｎを選択可能とする手段を設けることが好ましい。乱数修飾関数ｆｎを用いた通電調整係数ｋの算出手順については後述する。
【００２２】
(c-3)通電開始時刻および通電終了時刻の決定
通電可能時間がａ時間で通電時間がｂ時間であると、“通電開始時刻Ｔｓ”は通電可能開始時刻ｔ１からｔ１＋（ａ−ｂ）までの間の任意の時刻を選定できる。通電開始時刻Ｔｓは、通電調整係数ｋを使って式２で表現することができる。
［式２］Ｔｓ＝ｔ１＋ｋ×（ａ−ｂ）
【００２３】
“通電終了時刻Ｔｅ”は、式３に示すように、通電開始時刻に通電時間ｂを加えて求めることができる。
［式３］Ｔｅ＝ｔ１＋ｋ×（ａ−ｂ）＋ｂ
【００２４】
以上に説明した本発明の負荷平準化機能付き充電装置の機能概要説明を図３に示す。
【００２５】
《乱数を使った負荷平準化の詳細な説明》
深夜電力時間帯（２３時〜７時）など特定の通電可能時間帯にある負荷を通電する場合の例で説明する。
“通電可能開始時刻ｔ１”および“通電可能終了時刻ｔ２”と“通電可能時間ａ”の関係は式４のとおりとなる。
［式４］ａ＝ｔ２−ｔ１
【００２６】
通電時間をｂ（ｂ≦ａ）とすると、通電開始時刻Ｔｓは、通電可能開始時刻ｔ１から最も遅い通電開始時刻Ｔｓｍまでの範囲で任意の時刻を選択することができる。“最も遅い通電開始時刻Ｔｓｍ”は式５により算出される。
［式５］Ｔｓｍ＝ｔ２−ｂ＝ｔ１＋ａ−ｂ
【００２７】
通電開始時刻Ｔｓは、通電調整係数ｋ（０≦ｋ≦１）を使って式６で表現することができる。
［式６］Ｔｓ＝ｔ１＋ｋ×（ａ−ｂ）
【００２８】
ある時刻に通電がされている条件を、図５を参照しながら具体例で説明する。
通電開始可能時刻ｔ１から通電可能終了時刻ｔ２の間のある時刻ｔ１＋ｔ（０≦ｔ≦ａ）において、通電がされている条件は、ｔ１＋ｔが通電時間帯（図５のii）内にあることから、下記の式７により表される。
［式７］ｔ１＋ｋ×（ａ−ｂ）≦ｔ１＋ｔ≦ｔ１＋ｋ×（ａ−ｂ）＋ｂ
【００２９】
ここで、式７中、ｔ１は全辺に加わることから除くと下記式８が導かれる。
［式８］ｋ×（ａ−ｂ）≦ｔ≦ｋ×（ａ−ｂ）＋ｂ
【００３０】
さらに式８より、通電調整係数ｋについて下記式８−１および８−２が導かれる。
［式８−１］ｋ≦ｔ／（ａ−ｂ）
［式８−２］（ｔ−ｂ）／（ａ−ｂ）≦ｋ
【００３１】
ここで図５を見ると、ｂ≧０．５ａの場合（上段）とｂ＜０．５ａの場合（下段）では条件の算出式を異なるものとする必要があることが分かる。すなわち、ｂ≧０．５ａの場合はａ−ｂ≦ｔ≦ｂの間（図５上段網掛け部分）は必ず通電されることとなるため、ｂ≧０．５ａの場合とそれ以外の場合を分けて、時刻ｔ１＋ｔで通電する条件を求める必要があることが分かる。
【００３２】
（i）ｂ≧０．５ａの場合
（i−１）０≦ｔ＜ａ−ｂの場合、式８−２の左辺が負となることから、下記の式９−１が導かれる。
［式９−１］０≦ｋ≦ｔ／（ａ−ｂ）
【００３３】
（i−２）ａ−ｂ≦ｔ＜ｂの場合、式８−１の右辺は１以上となり、式８−２の左辺は０以下となることから、下記の式９−２が導かれる。ｔがこの範囲の場合には、全ての場合に通電されることとなる。
［式９−２］０≦ｋ≦１
【００３４】
（i−３）ｂ≦ｔ≦ａの場合、式８−１の右辺が１以上となることから、下記の式９−３が導かれる。
［式９−３］（ｔ−ｂ）／（ａ−ｂ）≦ｋ≦１
【００３５】
（ii）ｂ＜０．５ａの場合
（ii−１）０≦ｔ＜ｂの場合、式８−２の左辺が負となることから、下記の式１０−１が導かれる。
［式１０−１］０≦ｋ≦ｔ／（ａ−ｂ）
【００３６】
（ii−２）ｂ≦ｔ＜ａ−ｂの場合、下記の式１０−２が導かれる。
［式１０−２］（ｔ−ｂ）／（ａ−ｂ）≦ｋ≦ｔ／（ａ−ｂ）
【００３７】
（ii−３）ａ−ｂ≦ｔ≦ａの場合、式８−２の右辺が１以上となることから、下記の式１０−３が導かれる。
［式１０−３］（ｔ−ｂ）／（ａ−ｂ）≦ｋ≦１
ここでｋが確率密度関数ｐ（ｋ）に従うとすると、０≦ｋ≦１であることから、ｋ＜０あるいはｋ＞１ではｐ（ｋ）＝０となる。
また、確率密度関数ｐ（ｋ）の特性として下記の式１１が導かれる。
［式１１］

【００３８】
上記（i）および（ii）のそれぞれの場合において時刻ｔ１＋ｔに通電している確率Ｐｏｎを求めるには、先に求めたｋの範囲で確率密度関数ｐ（ｋ）を積分すればよい。すなわち、ｂ≧０．５ａの場合には下記式１２が導かれ、ｂ＜０．５ａの場合には下記式１３が導かれる。
【００３９】
［式１２］

【００４０】
［式１３］

【００４１】
通電している確率Ｐｏｎに被通電機器の消費電力を掛け合せるとことで、負荷電力の期待値を求めることができる。したがって、通電している確率Ｐｏｎは、被通電機器の数（負荷数）が一定数以上であり合成電力が期待値に等しくなると考えられる場合の合成負荷の形状を表していることになる。
なお、全時間帯でＰｏｎ（ｔ）を積分すると通電時間の期待値となるため、下記式１４に示すようにその値はｂとなる。
【００４２】
［式１４］

【００４３】
また、通電調整係数ｋを発生確率一定の乱数で与えると、確率密度関数ｐ（ｋ）＝１であることから通電している確率はＰｏｎ（ｔ）に等しくなる。すなわち、多数の負荷の通電開始時刻Ｔｓを乱数で与えた通電調整係数ｋで式２のとおり決定すると、その通電している確率はＰｏｎ（ｔ）に等しくなる。そして、その合成電力の大きさの期待値、すなわち合成電力期待値Ｗｅは、式１５により表される。
［式１５］Ｗｅ＝負荷電力×負荷数×Ｐｏｎ（ｔ）
【００４４】
ここで、通電開始調整係数ｋ（０≦ｋ≦１）に０以上１以下の乱数を使用した場合の時刻ｔ１＋ｔに通電している確率Ｐｏｎを求める。すなわち、ｂ≧０．５ａの場合には下記式１７が導かれ、ｂ＜０．５ａの場合には下記式１８が導かれる。
なお、０以上１以下の値を取る乱数の確率密度関数ｐｒｎｄ（ｋ）は、下記式１６およびｐｒｎｄ（ｋ）＝一定値よりｐｒｎｄ（ｋ）＝１となる。
【００４５】
［式１６］

【００４６】
［式１７］

【００４７】
［式１８］

【００４８】
図６は、通電可能時間ａ＝８とし、通電時間ｂを１〜７時間の範囲で変えた場合における通電している確率Ｐｏｎを図示したものである。図６を見ると、通電可能時間ａに対する通電時間ｂの比（ｂ／ａ）が小さい場合には通電している確率は比較的平坦な形状となるが、ｂ／ａ＝０．５付近で山型となり、ｂ／ａが大きくなると再び平坦になる。これは、図５の例で説明したように、ｂ≧０．５ａの場合はａ−ｂ≦ｔ≦ｂ（図５上段網掛け部分）の間は必ず通電することから、ｂがある程度大きくなると確率密度関数ｐ（ｋ）をどのように変えても通電している確率Ｐｏｎの形状の調整が難しくなることを示している。換言すれば、ｂ／ａが大きくなると通電開始時刻Ｔｓを調整できる幅ａ−ｂが短くなり、調整できる範囲が小さくなることに対応している。
【００４９】
以上のことから、個々の負荷の通電開始時刻を調整することで全負荷の合成電力の形状を調整するためには、通電調整係数ｋの確率密度関数ｐ（ｋ）を負荷の状況に合わせて調整する必要があることが分かる。また、乱数を用いて通電調整係数ｋを決定する場合には、乱数に後述の“乱数修飾関数ｆｎ”を掛合わせて、確率密度一定の乱数を確率密度関数ｐ（ｋ）に従う分布を持つ数列に変換する必要がある。
【００５０】
《累積分布関数》
確率密度関数ｐ（ｋ）の累積分布関数Ｐ（ｋ）について説明する。
確率密度関数ｐ（ｋ）の累積分布関数Ｐ（ｋ）は、ｋ＜０あるいはｋ＞１ではｐ（ｋ）＝０であることから、下記の式１９で表すことができる。これを図示したのが図７であり、例えば、通電調整係数ｋがｋ〜ｋ＋Δｋの範囲の値になる確率はＰ（ｋ＋Δｋ）−Ｐ（ｋ）となる。
［式１９］

【００５１】
《乱数修飾関数》
本明細書で乱数修飾関数とは、累積分布関数Ｐ（ｋ）の逆関数のことをいう。図７の例で説明すると、０以上１以下の値を取る乱数を考えた場合、その確率密度関数はｐｒｎｄ（ｋ）＝１となる。乱数の累積分布関数は確率密度関数の積分で求められＰｒｎｄ（ｋ）＝ｋとなり、Ｐ（ｋ１）以上Ｐ（ｋ１＋Δｋ）以下の値を取る乱数の発生確率はＰｒｎｄ（Ｐ（ｋ１＋Δｋ））−Ｐｒｎｄ（Ｐ（ｋ１））＝Ｐ（ｋ１＋Δｋ）−Ｐ（ｋ１）となる。Ｐ（ｋ１）以上Ｐ（ｋ１＋Δｋ）以下の値を取る乱数に累積分布関数Ｐ（ｋ）の逆関数を掛合わせると、乱数はｋ１以上ｋ１＋Δｋ以下の間に分布する。ただし、一義にｋが決まるためにはＰ（ｋ）は単調増加関数（ｐ（ｋ）＞０、ただし１点でｐ（ｋ）＝０は許容）である必要がある。当然のことながら乱数にＰ（ｋ）の逆関数を掛合わせてできたｋ１以上ｋ１＋Δｋ以下の間に分布する数列の発生する確率はＰ（ｋ１＋Δｋ）−Ｐ（ｋ１）となる。この関係はｋ１およびｋ１＋Δｋが０以上１以下である限り常に成立する。すなわち、０以上１以下の値を取る発生確率一定の乱数に累積分布関数Ｐ（ｋ）の逆関数を掛合わせて得られた数列がｋ１以上ｋ１＋Δｋ以下の値を取る確率は、Ｐ（ｋ１＋Δｋ）−Ｐ（ｋ１）となる。これは累積分布関数の定義により、得られた数列の累積分布関数はＰ（ｋ）に等しいことになる。以上により発生確率一定の乱数を累積分布関数Ｐ（ｋ）あるいはその微分で求められる確率密度関数ｐ（ｋ）に従う数列に変換できたことになる。そして、この累積分布関数Ｐ（ｋ）の逆関数が乱数修飾関数となる。
以上より、０以上１以下の乱数に乱数修飾関数を掛合わせて通電調整係数ｋを算出し、上記式６により通電開始時刻Ｔｓを決定することで、通電している確率Ｐｏｎ（ｔ）を確率密度関数ｐ（ｋ）あるいは累積分布関数Ｐ（ｋ）で制御することができる。
【００５２】
乱数修飾関数ｆｎを用いた通電開始時刻Ｔｓの算出手順を数式で表現すると下記（i）〜（iii）のとおりとなる。
（i）０以上１以下の乱数ｒｎｄを発生する。発生する乱数は、実用的には疑似乱数で十分である。疑似乱数の発生方法は各種提案されているが、ここでは演算の簡単な混合合同法の例を示す。
ａ×ｐ＋ｑ＝ａ′４桁の疑似乱数を得るため、下２桁から５桁を利用する。
たとえば、最初のａ＝５６７８、ｐ＝６７８、ｑ＝７８９とする。
５６７８×６７８＋７８９＝３８５０４７３ → ０．５０４７
５０４７×６７８＋７８９＝３４２２６５５ → ０．２２６５
２２６５×６７８＋７８９＝１５３６４５９ → ０．３６４５（以下同様）
なお、混合合同法で得られた疑似乱数ｒｎｄは０以上１未満となるが、実用上の問題はない。
【００５３】
（ii）疑似乱数に乱数修飾関数ｆｎを掛合わせて通電調整係数ｋを決定する。すなわち、通電調整係数ｋは下記式２０により表すことができる。
［式２０］

【００５４】
（iii）通電開始時刻Ｔｓを上記式７により決定する。
【００５５】
《乱数修飾関数の例》
充電開始調整係数ｋの確率密度関数ｐ（ｋ）に様々な関数を導入した際の通電している確率Ｐｏｎ（ｔ）を求める。
（ａ）前山型
通電を早い時間帯にシフトするために、ｋの確率分布をｋが小さい方に偏らせる分布（以下「前山型」という）を考える。前山型を実現するためには、べき数で減少させる関数として下記式２１の関数を考える。
［式２１］ｐ（ｋ）＝（ｒ＋１）×（１−ｋ）＾ｒ
ｒ：正の整数
【００５６】
式２１ではｒを大きくするほど前に偏る。前山型の確率密度関数ｐ（ｋ）のグラフと式２１の関数で上記式１２および１３により通電している確率Ｐｏｎ（ｔ）を算出する手順を図８に示す。
また、ｒ＝５、ａ＝８時間の場合の通電している確率Ｐｏｎ（ｔ）を図９に示す。この場合もｂ／ａの比が小さいほど早い時間帯へのシフト効果が大きくなっているが、全てのケースでシフト効果が見られる。なお、ｒは任意の正の整数を選択することができるが、例えば３〜１０の範囲で選択すると一般的な電力需要に対応できることが多いと思われる（以下同様）。
【００５７】
（ｂ）後山型
通電を遅い時間帯にシフトするために、ｋの確率分布をｋが大きい方に偏らせる分布（以下「後山型」という）を考える。後山型を実現するためには、べき数で増加させる関数として下記式２２の関数を考える。
［式２２］ｐ（ｋ）＝（ｒ＋１）×ｋ＾ｒ
ｒ：正の整数
式２２ではｒを大きくするほど後に偏る。後山型の確率密度関数ｐ（ｋ）のグラフと式２２の関数で上記式１２および１３により通電している確率Ｐｏｎ（ｔ）を算出する手順を図１０に示す。
また、ｒ＝５、ａ＝８時間の場合の通電している確率Ｐｏｎ（ｔ）を図１１に示す。この場合もｂ／ａの比が小さいほど遅い時間帯へのシフト効果が大きくなっているが、全てのケースでシフト効果が見られる。
【００５８】
（ｃ）双山型
通電を早い時間帯および遅い時間帯にシフトするために、ｋの確率分布をｋが小さい方および大きい方に偏らせる分布（以下「双山型」という）を考える。前山型、後山型を平均した関数として下記式２３の関数を考える。
［式２３］ｐ（ｋ）＝（ｒ＋１）×（（１−ｋ）＾ｒ＋ｋ＾ｒ）／２
ｒ：正の整数
式２３ではｒを大きくするほど両端に偏る。双山型の確率密度関数ｐ（ｋ）のグラフと式２３の関数で上記式１２および１３により通電している確率Ｐｏｎ（ｔ）を算出する手順を図１２に示す。
また、ｒ＝５、ａ＝８時間の場合の通電している確率Ｐｏｎ（ｔ）を図１３に示す。この場合もｂ／ａの比が小さいほど両端時間帯へのシフト効果が大きくなっているが、全てのケースでシフト効果が見られる。なお、第２深夜電力（１時〜６時）により２つの負のピークを有する電力需要の場合には、双山型が好適である。
【００５９】
（ｄ）均一型
乱数をそのまま使う場合はｐ（ｋ）＝１である。これを均一型と呼ぶこととする。
【００６０】
（ｅ）均一型、前山型、後山型、双山型の累積分布関数Ｐ（ｋ）
上記式１９にそれぞれの型の確率密度関数ｐ（ｋ）を導入すると下記式２４のとおりとなる。ｒ＝５の場合のそれぞれの型の確率密度関数を図１４に、累積分布関数を図１５に示す。
［式２４］
均一型Ｐ１（ｋ）＝ｋ
前山型Ｐ２（ｋ）＝−（１−ｋ）＾（ｒ＋１）
後山型Ｐ３（ｋ）＝ｋ＾（ｒ＋１）
双山型Ｐ４（ｋ）＝（ｋ＾（ｒ＋１）−（１−ｋ）＾（ｒ＋１））／２
【００６１】
上述したように、通電開始時刻Ｔｓを制御するための乱数修飾関数（乱数をｒｎｄと表現）は、累積分布関数の逆関数となる。それぞれの型の乱数修飾関数を下記式２５のとおりとなる。ｒ＝５の場合のそれぞれの型の乱数修飾関数を図１６に示す。
［式２５］

【００６２】
均一型（ｋ＝ｒｎｄ）以外の逆関数は代数的に表現できないものもあり、通電時間を制御する制御装置の演算能力にも限りがあるため、直線近似した結果（ｋ＝ｍ×ｒｎｄ＋ｎ）を下記に示す。ここで、表１は前山型乱数修飾関数ｆ２であり、表２は後山型乱数修飾関数ｆ３であり、表３は双山型乱数修飾関数ｆ４である。
【表１】

【００６３】
【表２】

【００６４】
【表３】

【００６５】
以上、代表的な乱数修飾関数の型を示したが、乱数修飾関数ｆｎは下記条件を満たせばどのような関数でも良い。
ア）確率密度関数ｐ（ｋ）
０≦ｋ≦１であることから、ｋ＜０あるいはｋ＞１ではｐ（ｋ）＝０
［式２６］

【００６６】
イ）累積分布関数Ｐ（ｋ）
［式２７］

【００６７】
ウ）乱数修飾関数ｆｎ（ｒｎｄ）累積分布関数Ｐ（ｋ）の逆関数
［式２８］

【００６８】
以上に説明した本発明の負荷平準化手段によれば、中央局と通信を行うことなく、乱数を使うことでそれぞれの機器毎に独自に確率論的に制御を行い、機器数が非常に多いことから合成負荷は目標とした形態（確率論の期待値）に自律分散制御することができる。
また、乱数修飾関数により合成負荷の形態を自由に調整できることから、さまざまな負荷形態、電力需給形態に柔軟に対応可能である。
例えば、集合住宅などで多数の電気自動車の充電を深夜電力を使って行う場合の合成充電負荷のピーク値を下げるための乱数修飾関数の選択方法は、対象電気自動車の平均的な充電時間が比較的短い（２〜３時間以下）場合は均一型、それよりも長い場合は双山型を選択することが望ましい。
また、本手法を戸建て住宅のように１台の電気自動車の充電を深夜電力を使って行う場合に適用すると、１台の負荷の平準化や充電電力低減には役立たないが、全体として見ると各電気自動車の充電開始時刻は深夜電力時間帯内に適切に調整され全体の充電負荷平準化に寄与することができる。その場合の乱数修飾関数の選択方法も先ほどと同様に、個々の電気自動車の平均的な充電時間が比較的短い（２〜３時間以下）場合は均一型、それよりも長い場合は双山型を選択することが望ましい。
【００６９】
以下では本発明の詳細を実施例により説明するが、本発明は何ら実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００７０】
実際の電動車両の充電では、バッテリが空の状態から充電されることはまずなく、ほとんどはバッテリにかなりの残充電を残した状態からの充電になり充電時間はかなり短いと予想される。図１７に１日の自動車の走行距離分布の例（国交省１７年度交通センサス香川県の乗用車のデータ）を示す。これを基に充電器容量を３ｋＷとして推定した充電時間分布を図１８に示す。
図１９に、図１８の充電時間予想に基づき４種類の乱数修飾関数を適用して負荷平準化を行った場合の電気自動車普通充電の充電負荷の期待値のグラフを示す。図１９では、充電負荷容量を３ｋＷ／台、通電可能時間を８時間として、充電負荷の期待値を式１５を使って求めている。
図１９から、最もピーク電力低減効果の高い均一型の場合、２３時に一斉に充電開始する場合に比べて、ピーク電力は約１／４に低減され深夜電力時間帯に充電負荷が割り振られており十分な平準化効果が得られていることが確認できた。
【００７１】
本実施例の負荷平準化機能付き充電装置の効果をシミュレーションにより確認する。
充電時間が図１８の分布に従う５０台の電気自走車の普通充電（３ｋＷ／台）に本実施例の負荷平準化機能付き充電装置を適用する。それぞれの充電時間、発生した疑似乱数、通電調整係数ｋおよび通電開始時刻をシミュレーションした結果を図２０に、合成負荷の情況を図２１に示す。台数が少ないため合成負荷の形はいびつであるが充電負荷の形状は図１９の期待値と同じ傾向である。また、最もピーク電力低減効果の高い均一型のピーク電力は図１９の期待値より大きいが一斉に充電開始する場合の約１／３になっており、本実施例の負荷平準化機能付き充電装置による平準化の効果が確認できた。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源によって車載バッテリを充電する電動車両の充電装置の通電開始時刻を自律制御する車載型充電制御装置であって、
通電可能開始時刻ｔ１から通電開始時刻Ｔｓｍまでの間で通電開始時刻Ｔｓを決定するにあたり、所定の範囲で一様に生成される乱数ｒｎｄに予め設定した乱数修飾関数ｆｎを掛合わせて通電調整係数ｋ（０≦ｋ≦１）を算出し、下記式Ａにより通電開始時刻Ｔｓを決定することを特徴とする電動車両の充電制御装置。
［式Ａ］Ｔｓ＝ｔ１＋ｋ×（ａ−ｂ）
【請求項２】
乱数修飾関数ｆｎが、確率密度関数ｐ（ｋ）の累積分布関数Ｐ（ｋ）の逆関数であり、確率密度関数が下記式Ｂで規定され、累積分布関数Ｐ（ｋ）が下記式Ｃで規定されることを特徴とする請求項１の電動車両の充電制御装置。
［式Ｂ］

［式Ｃ］

【請求項３】
乱数修飾関数ｆｎが、下記式Ｄ、下記式Ｅ、下記式Ｆおよび／または下記式Ｇの関数（ただし、ｒは正の整数）を含む予め作成された累積分布関数群から一の関数を選択して設定されることを特徴とする請求項２の電動車両の充電制御装置。
［式Ｄ］Ｐ（ｋ）＝１
［式Ｅ］Ｐ（ｋ）＝（ｒ＋１）×（１−ｋ）＾ｒ
［式Ｆ］Ｐ（ｋ）＝（ｒ＋１）×ｋ＾ｒ
［式Ｇ］Ｐ（ｋ）＝（ｒ＋１）×（（１−ｋ）＾ｒ＋ｋ＾ｒ）／２
【請求項４】
特定電力時間帯が、第２深夜電力が設定された深夜電力時間帯である場合に、乱数修飾関数ｆｎに上記式Ｇの関数を選択することを特徴とする請求項３に記載の電動車両の充電制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の充電制御装置と、充電プラグと、充電器とを備えた電動車両の充電装置。
【請求項６】
請求項５に記載の充電装置を搭載した電動車両。

【図１】