(57)【要約】本発明は、エネルギー貯蔵システムからの電力充電／放電の制御のためのシステムおよび方法を提供する。本発明はまた、可変発電機の電力管理を含む、電力監視および管理も提供する。知的充電システムは、施設センサと、可変発電機センサと、１つ以上のエネルギー貯蔵ユニットと、電力需要、電気提供者によって提供される電力、およびエネルギー貯蔵ユニットからの充電／放電情報についての情報を受信し得るコントローラとを含み得る。受信される情報は全て、時間に基づく基準に関して時間同期され得る。コントローラは、迅速にエネルギー貯蔵ユニットに指示を提供し得る。
2012532583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
知的充電システムであって、
施設電力情報を測定するための施設センサであって、該施設センサによって提供される該施設電力情報は、時間基準と時間同期されている、施設センサと、
可変発電機電力情報を測定するための可変発電機センサであって、該可変発電機電力情報は、該時間基準と時間同期されている、可変発電機センサと、
少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニットであって、該エネルギー貯蔵ユニットは、該時間基準と同期された情報を送信可能である、エネルギー貯蔵ユニットと、
該施設センサ、該可変発電機センサ、および該エネルギー貯蔵ユニットから時間同期された情報を受信する制御コンピュータであって、該受信した時間同期情報に基づいて、該エネルギー貯蔵ユニットに充電／放電指示を提供する制御コンピュータと
を備えている、知的充電システム。
【請求項２】
前記施設センサまたは前記可変発電機センサのうちの少なくとも１つは、前記システムの顧客側に提供される、請求項１に記載のスマート充電システム。
【請求項３】
前記可変発電機は、風力発電機、太陽発電機、水力発電機、または地熱発電機のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のスマート充電システム。
【請求項４】
前記充電／放電指示は、迅速に提供される、請求項１に記載のスマート充電システム。
【請求項５】
前記充電／放電指示は、１５分間以下毎に提供される、請求項４に記載のスマート充電システム。
【請求項６】
複数のエネルギー貯蔵ユニットをさらに備えている、請求項１に記載のスマート充電システム。
【請求項７】
前記制御コンピュータは、前記エネルギー貯蔵ユニットのそれぞれに充電／放電指示を提供する、請求項６に記載のスマート充電システム。
【請求項８】
前記充電／放電指示は、充電または放電のいずれか、充電または放電すべき電力レベル、通信の損失の場合の充電または放電の最大継続時間、または、各位相に対して適用すべき電力の位相のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のスマート充電システム。
【請求項９】
前記エネルギー貯蔵ユニットは、前記顧客側に提供され、該顧客側の既存の機器と共に設置されることが可能である、請求項１に記載のスマート充電システム。
【請求項１０】
電力監視および管理の方法であって、
コントローラにおいて、所望の限界負荷を提供することと、
該コントローラにおいて、電力需要負荷情報を受信することと、
該コントローラにおいて、可変発電機電力情報を受信することと、
該所望の限界負荷、該電力需要負荷情報、および該可変発電機電力情報に基づいて、充電／放電指示を、該コントローラからエネルギー貯蔵ユニットに伝送することであって、該充電／放電情報は、高サンプリングレートで送達される、ことと
を含む、方法。
【請求項１１】
前記コントローラにおいて、前記エネルギー貯蔵ユニットから充電状態情報を受信することをさらに含み、前記充電／放電指示は、該充電状態情報にも依存する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記高サンプリングレートは、１５分間以下毎である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記充電／放電指示は、前記エネルギー貯蔵ユニットが充電または放電されるようにし、それによって、電気提供者に対して平均顕在需要負荷を提供し、該平均顕在需要負荷は、前記所望の限界負荷に近づくか、またはそれで維持される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記電力需要負荷情報は、外部通信ユニットから受信される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記エネルギー貯蔵ユニットは、電圧が変化させられるかまたは維持されることを可能にしながら、電流レベルを維持するか、または、該エネルギー貯蔵は、電流が変化させられるかまたは維持されることを可能にしながら、電圧レベルを維持する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記可変発電機電力情報は、風力発電機、太陽発電機、水力発電機、または地熱発電機のうちの少なくとも１つから受信される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
電力監視および管理の方法であって、
施設センサから施設電力情報を受信することであって、該施設電力情報は、時間同期基準と時間同期されている、
可変発電機センサから可変発電機電力情報を受信することであって、該可変発電機電力情報は、該時間基準と時間同期されている、ことと、
少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニットから充電状態情報を受信することであって、該充電状態情報は、該時間同期基準と同期されている、ことと、
該受信した施設電力情報、該受信した可変発電機電力情報、および該受信した充電状態情報に基づいて、該エネルギー貯蔵ユニットに充電／放電指示を提供することと
を含む、方法。
【請求項１８】
前記受信したセンサ情報、前記受信した可変発電機電力情報、および前記受信した充電状態情報は、タイムスタンプを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
外部通信ユニットから電力需要負荷情報を受信することをさらに含み、該電力需要負荷情報は、前記時間同期基準と同期されている、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記充電／放電指示は、１５分間以下毎に提供される、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、米国仮出願第６１／２２１，５０８号（２００９年６月２９日出願）、米国仮出願第６１／２２４，４６６号（２００９年７月９日出願）、および米国仮出願第６１／２２４，８３８号（２００９年７月１０日出願）の利益を主張する。これらの出願は、その全体が参照により本明細書に引用される。
【背景技術】
【０００２】
風力、太陽光、水力、または他の可変源等の可変発電源は、時に相当なエネルギーを生成することができる一方、重要なまたはさらには典型的な負荷に対して頼りにできるほど信頼性のある十分な出力を生成しない。重要な負荷の一例は、適切な作業を保証するために、一定の電力を必要とする、薬局または診療所内での冷却であり得る。発電が一般的には制御可能ではないため、これらの種類の発電の断続的性質および変動は、現場の負荷とはランダムにしか同期しない。
【０００３】
典型的な商業用およびより小さな構成では、電力事業者は、異なる率でエネルギーおよび電力に対し請求し、また多くの場合、時間および曜日に基づいて異なる。従来の可変発電システムにおける前述の可変特性は、ガス電気水道代請求額のエネルギー部分には影響を及ぼすが、請求額の電力（別称需要）部分には影響を及ぼさない、可変発電をもたらす。需要部分は、典型的な商業用請求額の４０％にもなる可能性があるため、従来のシステムに対する改善は、可変発電機と共に利用される時、財政的見返りに著しい影響をもたらす（節約または請求額の需要部分に影響を及ぼす）ことができる。
【０００４】
したがって、可変発電機とともにエネルギー貯蔵システムを効率的に利用する、より知的な電力充電および放電システムならびに方法の必要性が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の側面は、施設電力情報を測定するための施設センサであって、施設センサによって提供される施設電力情報は、時間基準と時間同期されている、施設センサと、可変発電機電力情報を測定するための可変発電機センサであって、可変発電機電力情報は、時間基準と時間同期されている、可変発電機センサと、少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニットであって、エネルギー貯蔵ユニットは、時間基準と同期された情報を送信可能である、エネルギー貯蔵ユニットと、施設センサ、可変発電機センサ、およびエネルギー貯蔵ユニットから時間同期された情報を受信し、受信した時間同期情報に基づいて、エネルギー貯蔵ユニットに充電／放電指示を提供する、制御コンピュータとを備えている、知的充電システムを目的とする。
【０００６】
本発明の別の側面は、コントローラにおいて、所望の限界負荷を提供するステップと、コントローラにおいて、電力需要負荷情報を受信するステップと、コントローラにおいて、可変発電機電力情報を受信するステップと、所望の限界負荷、電力需要負荷情報、および可変発電機電力情報に基づいて、充電／放電指示を、コントローラからエネルギー貯蔵ユニットに伝送するステップであって、充電／放電情報は、高サンプリングレートで送達される、ステップとを含む、電力監視および管理の方法を目的とする。いくつかの実施形態では、高サンプリングレートは、１５分間以下毎であり得る。
【０００７】
電力監視および管理の方法は、本発明の別の側面に従って提供され得る。方法は、施設センサから施設電力情報を受信するステップであって、施設電力情報は、時間同期基準と時間同期されている、ステップと、可変発電機センサから可変発電機電力情報を受信するステップであって、可変発電機電力情報は、時間基準と時間同期されている、ステップと、少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニットから充電状態情報を受信するステップであって、充電状態情報は、時間同期基準と同期されている、ステップと、受信した施設電力情報、受信した可変発電機電力情報、および受信した充電状態情報に基づいて、エネルギー貯蔵ユニットに充電／放電指示を提供するステップとを含み得る。
【０００８】
本発明の他の目標および利点は、以下の説明および付随の図面とともに検討されることによって、さらに認識および理解されるであろう。  以下の説明は、本発明の特定の実施形態を説明する具体的詳細を含み得るが、これは、発明の範囲の制限としてではなく、むしろ、好ましい実施形態の例示として解釈されたい。本発明の各側面に対して、本明細書に示唆されるように、当業者に周知の多くの変形例が可能である。種々の変更および修正は、その精神から逸脱することなく、発明の範囲内で行うことが可能である。
【０００９】
本明細書に記載される、刊行物、特許、および特許出願はすべて各個々の刊行物、特許、または特許出願が、参照することによって、組み込まれるように、具体的かつ個々に示される場合と同程度において、参照することによって、本明細書に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の新規特徴は、添付の請求項に詳細に記載される。本発明の特徴および利点のさらなる理解は、本発明の原理が利用される、例証的実施形態を記載する以下の発明を実施するための形態および付随の図面を参照することによって、得られるであろう。
【図１】図１は、アクションフローを示す、スマート充電システムの実施形態の図を示す。
【図２】図２は、電力負荷および所望の限界レベルの例を示す。
【図３】図３は、本発明の実施形態による、可変発電機を使用するスマート充電システムの図を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、５日間にわたる典型的な電力負荷の例を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、より高い分解能での１日間にわたる典型的な電力負荷の例を示す。
【図５】図５は、スマート充電されたエネルギー貯蔵の放電曲線の図を、同一のレベルのピーク負荷調整を達成するために必要とされるエネルギー貯蔵サイズの比較と共に示す。
【図６】図６は、典型的な可変発電機設置の可変発電曲線の例を示す。
【図７Ａ】図７Ａは、貯蔵同期なしで達成される、電力調整の実施例を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、貯蔵が適用された状態で達成される、電力調整の実施例を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、スマート充電されたバッテリの放電曲線の例、および同一のレベルの負荷調整を達成するために必要とされるバッテリサイズの比較を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、４日間のスマート充電されたバッテリの放電曲線、およびバッテリサイズの比較を示す。
【図９】図９は、可変発電対需要の高分解能データを示す。
【図１０】図１０は、いかなる貯蔵もないが、可変発電を伴う、送電系図を示す、１５分間平均である。
【図１１】図１１は、負荷から可変発電機を減算したものを示すために、負荷および可変発電機の実施例を示す。
【図１２】図１２は、負荷から可変発電機を減算し、貯蔵を加算したものを示すために、負荷から可変発電機を減算したもの、および貯蔵からの知的充電／放電を示す。
【図１３】図１３は、貯蔵はないが可変発電を伴う送電系図の１５分間平均、および貯蔵を伴い可変発電を伴う送電系図の１５分間平均の比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の好ましい実施形態が、本明細書に図示および説明されているが、そのような実施形態は、一例としてのみ提供されていることは、当業者には明白となろう。多数の変形例、変更、および代用が、本発明から逸脱することなく、当業者には想起されるであろう。  本明細書に説明される本発明の実施形態の種々の代替例が、本発明を実践する際に採用され得ることを理解されたい。
【００１２】
本発明は、エネルギー貯蔵システムからの電力充電／放電の制御のためのシステムおよび方法を提供する。本発明はさらに、エネルギー貯蔵システムとともに可変発電機を使用することによる電力負荷軽減のためのシステムおよび方法を提供する。そのような構成は、高速フィードバック電力調整を含み得る。本明細書に記載される本発明の種々の側面は、以下に説明される特定の用途のいずれか、または任意の他の種類の発電、電力制御、および配電に適用され得る。本発明は、独立したシステムまたは方法として、または統合された電力送達もしくは制御システムの一部として適用され得る。本発明の異なる側面は、個々に、集合的に、または相互に組み合わせて、認識可能であることを理解されたい。
【００１３】
（高速フィードバック）
図１は、アクションフローを示す、スマート充電システムの実施形態の図を示す。スマート充電システムは、電気提供者と、施設配電パネルと、センサインターフェースモジュール（ＳＩＭ）測定デバイスと、エネルギー貯蔵ユニット（ＥＳＵ）と、用地監視プロセッサ（ＳＭＰ）コンピュータと、外部通信ユニット（ＥＣＵ）とを含み得る。
【００１４】
いくつかの実施形態では、電気提供者は、公益事業または送電系であり得る。いくつかの実施形態では、電気提供者は、任意の第３エネルギー提供者であり得る。電気提供者は、電気を提供するために、発電機源を利用し得る。電気提供者は、電気を提供するために、任意の他の当該技術分野において既知のシステムを利用し得る。
【００１５】
スマート充電システムはまた、施設配電パネルを含み得る。施設配電パネルは、負荷を有し得る施設に電力を送達し得る。いくつかの実施形態では、施設は、住宅、小規模商業用構造物、大規模商業用構造物、または負荷を有し得る任意の他の建物を含み得る。いくつかの実施形態では、施設は、建造物または構造物である必要はなく、負荷を有し、したがって電力を必要とする、任意のデバイスまたは装置を含み得る。
【００１６】
施設配電パネルは、主要ブレーカを含み得る。施設配電パネルは、共通の筐体内の各回路に保護用ヒューズまたは回路ブレーカを提供すると同時に、補助回路への給電を分割し得る、電気供給システムのコンポーネントであり得る。いくつかの実装では、主要スイッチ、および所望により、過電流保護（ＲＣＢＯ）を伴う、１つ以上の残留電流デバイス（ＲＣＤ）または残留電流ブレーカもまた、組み込まれ得る。
【００１７】
電気提供者は、施設ＡＣ切断、１つ以上のメータを伴うメータソケット、およびＳＩＭ測定デバイスを介して、施設配電パネルと通信状態にあり得る。配電パネルをローカル発電機送電系等の電気提供者と接続するために、当該技術分野において既知の任意のメータソケットおよびメータが利用され得る。好ましい実施形態では、メータを伴うメータソケットはまた、その全体が参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１０年３月２日に出願された米国特許出願第１２／７１６，２５８号に記載されるもの等のメータソケット挿入部も含み得る。メータソケット挿入部は、大規模かつ時間のかかる作業を必要とする場合がある、施設管理パネル内に改良されたブレーカを必要とせず、消費者側の施設配電パネルと提供者側の公益事業送電系との間の迅速な相互接続を可能にし得る。
【００１８】
電力測定プローブとも称される場合がある、ＳＩＭ測定デバイスは、施設への主要入り口の高速−高精度センサであり得る。好ましい実施形態では、ＳＩＭ測定デバイスは、典型的な設置において、メータの消費者側にあり得る。しかしながら、代替の実施形態では、ＳＩＭ測定デバイスはまた、送電系（供給）側にあり得る。ＳＩＭデバイスは、所与の負荷に対して発電機源によって供給されている総電力を測定し得る。ＳＩＭデバイスは、施設へのサービス電力の各位相における、特定の時間での電流および電圧を測定することによって、総電力を測定し得る。
【００１９】
ＳＩＭデバイスは、そのような測定値を高サンプリングレートで提供するように構成され得る。場合によっては、ＳＩＭデバイスは、時間基準を提供するために、内部クロックを含み得、または外部クロックと通信状態にあり得る。ＳＩＭデバイスは、任意の時間同期基準を利用し得る。
【００２０】
スマート充電システムはまた、電力ストア（ＰｏｗｅｒＳｔｏｒｅ）とも称される場合がある、１つ以上のＥＳＵも含み得る。ＥＳＵは、制御可能な高速充電／放電能力を有し得る。いくつかの実施形態では、ＥＳＵは、双方向インバータ−充電器の使用により、そのような高速充電／放電能力を有し得る。双方向インバータ−充電器はまた、同一のデバイスもしくはコンポーネント内で、ＤＣからＡＣへのエネルギー変換器および／またはＡＣからＤＣへのエネルギー変換器として機能し得るように、双方向エネルギー変換のためにも使用され得る。例えば、双方向エネルギー変換のために機能し得る回路が提供され得る。回路内で、電流は、動作のモードによって、反対方向に流れ得る。したがって、双方向エネルギー変換器は、インバータとして、および整流器として、機能することが可能であり得る。本発明の好ましい実施形態では、ＥＳＵは、その全体が参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１０年３月２４日に出願された米国特許出願第１２／７３１，０７０号に記載されるもの等の双方向エネルギー変換器を利用し得る。場合によっては、双方向エネルギー変換器にデュアルプロセッサが提供され得る。
【００２１】
ＥＳＵは、バッテリ、燃料電池、コンデンサ、スーパーコンデンサ、ハイパーコンデンサ、超電導磁気エネルギー貯蔵、任意の他の電気化学、電気、もしくは機械エネルギー貯蔵システム、またはこれらの任意の組み合わせ等、エネルギーを貯蔵することができる、任意のシステムを含み得る。ＥＳＵは、繰り返し充電および放電されることが可能である、任意のエネルギー貯蔵システムであり得る。任意の特定の種類のＥＳＵの本明細書の任意の記載はまた、任意の他の種類のＥＳＵにも適用可能であり得る。
【００２２】
いくつかの実施形態では、ＥＳＵは、ＥＳＵについての情報を収集し、ＥＳＵに関する指示を受信することが可能であり得る、コントローラを含み得る。例えば、コントローラは、ＥＳＵの充電状態、ＥＳＵの充電および放電能力、ならびに充電／放電の現在の速度を監視することが可能であり得る。いくつかの実施形態では、コントローラは、収集した情報を報告し得る。コントローラはまた、充電するか放電するかどうか、充電もしくは放電する電力レベル、通信の損失の場合の充電もしくは放電の最大継続時間、各位相に適用されるものに対する電力の位相の指示、および／または他の指示も受信し得る。いくつかの実施形態では、コントローラは、コンピュータであり得、またはプロセッサを含み得る。
【００２３】
スマート充電システム内に任意の数のＥＳＵが提供され得る。システム内に、例えば、１、２、３、４、５、６、８、１０、１５、２０、またはそれより多くのＥＳＵが提供され得る。例えば、ｎのＥＳＵが提供され得、ｎは、１以上の値の任意の整数である。いくつかの実施形態では、ＥＳＵは、全てが同一の種類（例えば、同一の種類のバッテリ）であり得、一方、他の実施形態では、異なる種類のＥＳＵが組み合わせで使用され得る（例えば、本明細書に言及される任意のＥＳＵが、言及される任意の他のＥＳＵと併用して使用され得る）。ＥＳＵは、直列に、並列に、またはそれらの任意の組み合わせで接続され得る。いくつかの実施形態では、コントローラは、各ＥＳＵに提供され得、一方、他の実施形態では、コントローラは、ＥＳＵのグループ全体もしくはＥＳＵのサブグループに提供され得る。
【００２４】
スマート充電システムは、アクションを調整し得る、用地監視プロセッサ（ＳＭＰ）コンピュータを利用し得る。ＳＭＰコンピュータはまた、電力監視コンピュータとも称される場合がある。スマート充電システムにおいて記載される種々のユニットの間の通信が存在し得、ＳＭＰコンピュータは、種々のユニットによって行われるアクションを調整し、主要電力を監視し得る。ＳＭＰコンピュータは、それ自体のユニットとして埋め込まれ得るか、またはストレージキャビネットの一部であり得る適切なソフトウェアを実行し得る。ＳＭＰコンピュータは、ユニット側にあり、取り付けられたボックスであり得る。ＳＭＰコンピュータは、指示、コード、論理のセット、もしくはコンピュータ可読媒体に従って、ソフトウェアまたはアプリケーションを実行し得る。そのようなステップを実施するためのコード、論理、指示を含み得る、有形のコンピュータ可読媒体を使用して、任意のアルゴリズム、計算、または他のステップが実施され得る。そのようなコンピュータ可読媒体は、メモリ内に記憶され得る。１つ以上のプロセッサは、そのようなメモリにアクセスし、その中のステップを実施し得る。これは、ＳＭＰコンピュータのメモリおよび／またはプロセッサを含み得る。ＳＭＰコンピュータは、本明細書に記載されるステップまたは計算を実施するように、特別にプログラムされ得る。
【００２５】
ＳＭＰコンピュータは、指示のセットに従ってデータを操作することができる、任意のデバイスであり得る。例えば、ＳＭＰコンピュータは、個人用コンピュータ、ラップトップ、個人用デジタル補助装置（ＰＤＡ）、携帯電話、または任意の他の種類のコンピューティングデバイスであり得る。ＳＭＰコンピュータは、マイクロプロセッサ、メモリ、および／またはディスプレイ等のユーザインターフェースデバイスを含み得る。ＳＭＰは、施設配電パネル、ＳＩＭデバイス、および１つ以上のＥＳＵと通信状態にあり得る。ＳＭＰは、施設配電パネル、ＳＩＭデバイス、およびＥＳＵから情報を受信し得、それに応じて、ＥＳＵに指示を提供し得る。
【００２６】
スマート充電システムはまた、本発明の実施形態によるＥＣＵも利用し得る。ＥＣＵは、時間同期、性能、ダウンロードされた指示の確認、更新等に関するデータを含むデータを、中央操作システムに安全に伝送し得る。スマート充電システムは、ＥＣＵを介して取得され得るか、または代替として、システムの内部にあり得る、システムの全てのコンポーネントを同期させるために使用され得る時間ベース基準を含み得る。例えば、時間ベース基準は、ＳＩＭデバイス、ＥＳＵ、およびＳＭＰコンピュータを同期させるために使用され得る。時間ベース基準は、内部にあり得、またはＧＰＳもしくはネットワークベースのＮＴＰ等の外部参照ソースから取得され得る。
【００２７】
スマート充電システムの任意のコンポーネントは、有線または無線接続を通じて、相互と通信し得る。例えば、それらは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、またはインターネット等の広域ネットワーク等のネットワーク上で相互に接続され得る。
【００２８】
図１は、電力監視システムの実施形態、およびいくつかの例示的方法に従って、それがどのように動作し得るかを示す。電力監視システムは、電流の流れを監視し、電力の各位相における電圧を測定し、時間同期基準に従って、この情報にタイムスタンプを付け、通信を介して、制御コンピュータに情報を送信することによって動作し得、制御コンピュータは、アクティビティの状態、ＥＳＵの充電、および他の情報を監視し得る。ＥＳＵの急速充電および／または放電の指示を送信、電力監視システムは、（１）同期された時間基準に対するタイムスタンプが付けられた、高サンプリングレートデータをＳＭＰコンピュータに送信し、測定値のソースＩＤに関するデータを与え得るＳＩＭ測定と、（２）同期された時間基準に対する、充電の現在の状態、および充電／放電能力、ならびに充電／放電の現在の速度をＳＭＰコンピュータに報告し得るＥＳＵと、（３）ＳＩＭ（測定ユニット）から見た電流負荷を、電気提供者が見た負荷の所望のレベル（ローカルで得られる、またはＥＣＵを介して遠隔から指示される）に対して比較し、次いで、各ユニットに、（ｉ）充電または放電、（ｉｉ）充電または放電する電力レベル、（ｉｉｉ）通信の損失の場合の充電または放電の最大継続時間、および（ｉｖ）各位相に適用され得るものに対する電力の位相を指示するコマンドを、ＥＳＵ（単数または複数）に発行し得るＳＭＰコンピュータと、（４）時間同期、性能、ダウンロードされた指示の確認、更新等に関するデータを、中央操作システムに安全に伝送し得るＥＣＵとを含み得る。
【００２９】
システムセンサ（ＳＩＭ）は、電流の流れを常時監視し、電力の各位相における電圧を測定し得る。したがって、システムセンサは、電気提供者によって施設に提供される電力の流れを監視することが可能であり得る。好ましくは、このデータは、時間同期基準に従って、タイムスタンプが付けられ得る。いくつかの実施形態では、時間同期基準は、クロックによって提供され得る。クロックは、システムセンサクロックもしくはコントローラクロック、電力監視システム内の任意の他のクロック、または電力監視システムの外部の任意の他のクロックであり得る。時間同期基準は、システムセンサの内部にあり得、これは、電力監視システムの内部にあり得、またはこれは、電力監視システムの外部にあり得る。
【００３０】
好ましくは、システムセンサは、高サンプリングレートで、電力の流れを監視することが可能であり得る。例えば、システムセンサは、電流および電圧を、１５分間以下毎、５分間以下毎、３分間以下毎、２分間以下毎、１分間以下毎、４５秒間以下毎、３０秒間以下毎、１５秒間以下毎、１０秒間以下毎、５秒間以下毎、４秒間以下毎、３秒間以下毎、２秒間以下毎、１秒間以下毎、５００ミリ秒間以下毎、２００ミリ秒間以下毎、１００ミリ秒間以下毎、５０ミリ秒間以下毎、または１０ミリ秒間以下毎に監視することが可能であり得る。いくつかの実施例では、高サンプリングレートは、約４回／時間、６回／時間、１２回／時間、２０回／時間、１回／分、２回／分、４回／分、６回／分、１２回／分、２０回／分、１回／秒、４回／秒、１０回／秒、５０回／秒、１００回／秒、５００回／秒、もしくは１０００回／秒以上でのサンプリングであり得る。したがって、システムセンサは、電気提供者からの電力の流れを詳細に、程度の差はあるが、継続的に監視することが可能であり得る。
【００３１】
システムセンサは、消費者側センサまたは顧客側センサとして提供され得る。これは、そのようなセンサが公益事業側または供給側に提供されるシステムより有利である場合がある。顧客側にシステムセンサを有することによって、電気提供者によるいかなるアクションも必要とすることなく、システムセンサが既存のシステムにローカルで適用されることを可能にし得る。システムセンサは、既存の機器に設置され得る。また、いくつかの実施形態では、システムセンサおよび／またはメータは、住宅、自宅、または小さい商業用建物等のより小さい規模の顧客側に提供され得る。
【００３２】
システムセンサは、電圧および電流情報を含み得る電力情報等の情報を、通信を介して、制御コンピュータに送信し得る。制御コンピュータ（ＳＭＰ）は、バッテリ（または任意の他のＥＳＵ）のアクティビティおよび充電の現在の状態、および充電限界、ならびに制御コンピュータにプログラムされるアルゴリズムのための他のパラメータを維持し得る。制御コンピュータは、施設配電パネルからの負荷情報、１つ以上のバッテリからの情報に加えて、システムセンサから電力情報を受信し得る。制御コンピュータはまた、ＥＣＵからの時間同期情報または任意の他の時間同期基準も受信し得る。制御コンピュータが受信し得る任意の情報は、タイムスタンプが付けられ得る。代替として、制御コンピュータは、内部時間同期基準を有し得る。制御コンピュータは、制御コンピュータクロックを有し得る。制御コンピュータクロックは、システム内の別のクロックに時間同期されてもされなくてもよく、またはシステムの外部にあってもなくてもよい。
【００３３】
制御コンピュータは、１つ以上のバッテリ（または任意の他のＥＳＵ）に高速で指示し得る。そのような指示は、時間同期情報、ならびに充電するか放電するかどうか、充電もしくは放電する電力レベル、通信の損失の場合の充電もしくは放電の最大継続時間、または各位相に適用されるものに対する電力の位相の指示を含み得る。有利に、制御コンピュータによって提供される指示は、電力監視システム内のバッテリおよび他のユニットによって提供されるフィードバックに依存し得る。例えば、制御コンピュータによって提供される充電／放電指示は、バッテリ、システムセンサ、および／またはＥＣＵによって提供される情報に依存し得る。任意のそのような情報は、時間同期基準に従って、タイムスタンプが付けられ得る。また、指示は、通信が損失され、フィードバックがもはや提供されない場合のデフォルト指示を含み得る。そのようなデフォルト指示は、最新のフィードバックを考慮し得、これは、接続が損失された時にさえ、更新された、改善された性能を可能し得る。
【００３４】
好ましくは、制御コンピュータは、バッテリに迅速に指示し得る、および／またはそれを迅速に監視し得る。例えば、制御コンピュータは、３０秒間以下、１５秒間以下、１０秒間以下、５秒間以下、３秒間以下、２秒間以下、１秒間以下、５００ミリ秒間以下、１００ミリ秒間以下、５０ミリ秒間以下、１０ミリ秒間以下、または１ミリ秒間以下であり得る時間増分で、バッテリに指示し得る。制御コンピュータは、高サンプリングレートで、バッテリに指示し得る。本明細書のいずれかに記載されるものを含む、任意のサンプリング速度が使用され得る。場合によっては、制御コンピュータはまた、同様の時間増分で、バッテリから情報を受信し得る。制御コンピュータは、バッテリに指示を迅速に送信し得、バッテリは、同様に迅速に応答することが可能であり得る。バッテリは、前述されたものを含む、双方向エネルギー変換器を介した、迅速な応答を有し得る。
【００３５】
バッテリは、インバータが放電するように指示され得、または限界を下回る場合、バッテリは、充電するように設定され得る。例えば、バッテリ充電状態が最小閾値を下回る場合、バッテリは、ピーク時間中でさえ、充電するように、または少なくとも放電しないように設定され得る。場合によっては、バッテリは、バッテリが完全に充電されていない場合、充電するように指示され得、制御コンピュータのアルゴリズムは、別な方法では、充電しないように指示しない。いくつかの実施形態では、バッテリは、ピーク時間中でさえ、充電され得る。
【００３６】
いくつかの実施形態では、複数のバッテリが提供され得る。各バッテリは、同一の充電状態または異なる充電状態を有し得る。制御コンピュータは、各バッテリの充電状態についての情報を受信し得る。制御コンピュータは、種々のバッテリの平均充電状態についての情報を受信し得、または各バッテリもしくはバッテリのグループの充電状態についての情報を受信し得る。各バッテリは、充電／放電指示を受信し得る。いくつかの実施形態では、各バッテリに対する充電／放電指示は、同一であり得る。代替として、充電／放電指示は、バッテリ間またはバッテリのグループ間で異なり得る。いくつかの実施形態では、各バッテリに対する充電／放電指示は、そのバッテリの充電状態に依存し得る。いくつかの実施形態では、充電／放電指示は、他のバッテリの充電状態に依存し得る。いくつかの実施形態では、バッテリに対する充電／放電指示は、システム内またはグループ内の各バッテリの充電状態に依存し得る。
【００３７】
施設需要が所望の限界を上回る時にエネルギー貯蔵ユニットを放電することによって、顕在需要（公益事業メータから見た電力需要）が所望の限界に低減され得る。エネルギー貯蔵ユニットによって提供される電力は、実際の施設需要と所望の限界との間の差を埋め合わせ得る。したがって、電気提供者に対する顕在需要は、所望の限界であり得る。いくつかの実施形態では、所望の限界は、一定の値であり得、または他の実施形態では、所望の限界は、変化し得る。所望の限界は、制御コンピュータもしくは電力監視システム、または外部デバイスによって決定され得る。所望の限界は、顧客入力等のユーザ入力によって決定され得る。
【００３８】
エネルギー貯蔵ユニットを迅速に（例えば、１秒未満間隔、または言及される任意の他の時間間隔で）放電することによって、顕在需要／電力レベルが、平滑に保たれ得、電気システム内で高調波が生成されるのを回避し得る。エネルギー貯蔵システムの迅速放電は、システムが、実際の負荷の急速な変動により素早く対処することを可能にし得る。
【００３９】
同様に、施設需要（さらに、制御コンピュータによって望まれる充電）が所望の限界（エネルギー貯蔵による正味電流の放電）を下回ることが既知である時に、エネルギー貯蔵を短間隔で充電することによって、システムは、エネルギー貯蔵を再充電し得る。これは、オフピークおよび／またはピーク時間に発生し得る。エネルギー貯蔵の正味充電状態は、測定され、充電／放電の各間隔の終わりに、通信手段を通じて、制御コンピュータに報告され得る。これらのアクションのうちのいずれかが、迅速に（例えば、１秒未満間隔、または言及される任意の他の時間間隔で）行われ得る。エネルギー貯蔵システムの迅速充電は、有利に、エネルギー貯蔵システムの充電状態が、ピーク時間中に充電することを可能にしない従来のシステムほど低下しないようにすることを可能にし得る。例えば、急速充電は、エネルギー貯蔵システムの充電状態が、従来のシステムより約８０％以上、６０％以上、５０％以上、４０％以上、３０％以上、２０％以上、１５％以上、１０％以上、または５％以上低下することを可能にし得る。
【００４０】
この機に乗じた短期間充電は、制御コンピュータ内で実行されるアルゴリズムにより、次の充電／放電決定に対してより多い量のエネルギー容量が存在するようにすることを可能にし得る。
【００４１】
総合すれば、この短間隔の充電および放電手順は、特定のレベルの電力需要低減を達成するために必要とされる、必要なエネルギー貯蔵のサイズを低減するのに役立ち得る。この低減は、標的電力レベルを満足するために必要とされるエネルギー貯蔵の物理的重量および体積を低減することによって、費用効果をはるかに大きくし、設置の物理的問題をより容易にし得る。低減の厳密なレベルは、設置用地の具体的な負荷特性に依存するが、一般的に、以下の式で表すことができる。
【００４２】
従来の技術：
【００４３】
【化１】
2012532583.tif 000003
スマート充電システムでは：
【００４４】
【化２】
2012532583.tif 000004
式中、「ｎ」は、全期間における、貯蔵されている間隔の数である。
【００４５】
式は、スマート充電技術を使用して必要とされるエネルギー貯蔵サイズが、現在一般的に使用されている技術の下で必要とされるサイズより小さくなり得ることを示す。さらに、データは、測定速度が高いほど（すなわち、タイムフレームが短いほど）、標的とされる限界下で、より多くの電力がもたらされ、したがって、必要とされるエネルギー貯蔵容量をさらに低減することを示す。
【００４６】
図２は、施設電力負荷および所望の限界レベルの例を示す。図２は、電力負荷が経時的にどのように変動するかを示す。所望の限界レベルは、スマート充電システムによって決定され得る。いくつかの実施形態では、所望の限界レベルは、経時的に一定であり得、一方、他の実施形態では、所望の限界負荷は、変化し得る。所望の限界負荷は、プログラムもしくはアルゴリズムによって自動的に選択され得、またはユーザによって手動で選択され得る。所望の限界レベルを上回る電力、ならびに所望の限界負荷を下回る電力が表示され得る。基準点として、ゼロレベルもまた表示され得る。
【００４７】
いくつかの実施形態では、電気提供者に対する顕在需要が所望の限界負荷となるように、エネルギー貯蔵ユニットが利用され得る。施設電力負荷が所望の限界負荷を超える時、エネルギー貯蔵ユニットは、差を埋め合わせるために、放電され得る。いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵ユニットの充電状態が特定の閾値未満となる時、エネルギー貯蔵は、顕在需要が所望の限界負荷を上回る場合にさえ、放電される必要がない。同様に、施設電力負荷が所望の限界負荷を下回る時、エネルギー貯蔵ユニットは、顕在需要が所望の限界負荷となるように充電され得る。エネルギー貯蔵ユニットが既に完全に充電されている場合、エネルギー貯蔵ユニットは、顕在需要が所望の限界負荷を下回る場合にさえ、充電される必要はない。別の実施形態では、エネルギー貯蔵は、顕在需要が所望の限界負荷を超えないことを決定するために利用され得る。場合によっては、顕在需要は、所望の限界負荷未満であり得る。エネルギー貯蔵ユニットの充電および／または放電を支配し得る、他のアルゴリズムが提供され得る。
【００４８】
いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵ユニット（ＥＳＵ）の放電は、所望の限界負荷が満たされるように、または超えられないように制御され得る。好ましい実施形態では、これは、その電流レベルで留まることによって達成され得る。電圧レベルは、それに応じて変化させられ得る。他の実施形態では、所望の限界負荷は、その電圧レベルで留まり、一方、電流負荷がそれに応じて変化することを可能にすることによって達成され得る。
【００４９】
前述されるように、より高速の測定および応答が提供される時、限界負荷線を下回る、より多くの電力がもたらされる場合がある。有利に、所与のレベルの電力需要レベル低減に必要とされるエネルギー貯蔵容量は、大幅に低減され得る。スマート充電システムを利用する別の利点は、エネルギー貯蔵の放電深度が低減され、結果として、エネルギー貯蔵コンポーネントのより長い耐用年数がもたらされるということであり得る。例えば、高速の測定を伴うエネルギー貯蔵コンポーネントは、従来のシステムにおけるエネルギー貯蔵コンポーネントより、約６０％以上、５０％以上、４０％以上、３０％以上、２０％以上、１５％以上、１０％以上、または５％以上長い寿命を有し得る。より長い寿命および低減されたサイズにより、需要請求削減による所与のレベルの見返りに対するエネルギー貯蔵の有効原価が低減され、それによって、解決策を、より費用効果の高いものにし得る。
【００５０】
スマート充電システムの別の利益は、これが、既存の電力システムに容易に組み込まれ得るということである。公益事業側の代わりに顧客側に提供されるコンポーネントを有することによって、個々の事業体は、スマート充電システムを既存の電力システムに容易に組み込み得る。例えば、システムセンサは、顧客側にあり得る。同様に、制御コンピュータおよび／またはエネルギー貯蔵ユニットは、顧客側にあり得る。さらに、顧客側への容易な設置の後、顧客は、顧客の行状を変える必要はなく、システムは、自動的に動作し得る。顧客は、システムの設置の前と同じように、電気提供者と相互作用し得るが、システムは、顧客が顧客電気代請求額のピーク需要料金部分を削減することを可能にするように、顧客側で作動し得る。
【００５１】
より費用効果の高いエネルギー貯蔵容量対効果比により、以下を含む、新しい用途が開かれ得る。
・顧客の顕在需要のピークを低減することによって、顧客は、彼らの電気代請求額のピーク需要料金部分を削減し得る。
・エネルギー貯蔵からの追加のローカル供給を通じて、電力需要をより低く保つことによって、ローカル施設の力率が改善され得る。
・公益事業に対する平均顕在需要を低くすることによって、伝送における効率損失が低減され、配電送電系ならびに伝送線に、より少ない負荷がかかり、そのため、より少ない損失を有し、全体で、所与のレベルのエネルギー送達のためのより少ない燃料消費につながり得る。
・位相における電力品質を平衡化することによって、モータ駆動機器、特に多相モータの有効期間を延長することによって、機器が不良電力によって過熱するのを防止する。
・本発明を使用する顧客は、需要低減からの価値を実現するために、現在の機器もしくは手順を変える、または修正する必要がない。
・電力需要を平準化することによって、電力を送達する主要送電系電気提供者の発電機は、より効率的に作動し得、その化石燃料消費を低減し、資源を冷却することを必要とする、熱として現在見られる発電損失を低くする。本発明からのこの影響の結果として、温室効果ガス（ＧＨＧ）産出の全体的な削減が見られる場合がある。
【００５２】
（可変発電）
本発明の一側面によると、知的充電システムは、可変発電を組み込み得る。電気提供者によって提供される電気に加えて、そのような可変発電が提供され得る。１つ以上の可変発電機が提供され得、可変発電機は、断続的に、または経時的に変化するレベルで、電力を提供し得る。いくつかの実施形態では、可変発電機によって提供されるレベルは、経時的に変動し得る。可変発電機の例には、風力発電機、太陽発電システム（ＰＶ、太陽熱、その他）、水力発電機、地熱発電機、または他の可変発電機が挙げられる。いくつかの実施形態では、１つ以上の可変発電機は、知的充電システムの用地に提供され得る。代替として、可変発電機は、負荷の遠隔にあり得るが、可変発電機によって生成される電力は、知的充電システムに提供され得る。場合によっては、システム内の全ての可変発電機が同一の種類の発電機（例えば、全てＰＶ、または全て風力）であり得、一方、他の場合では、可変発電機は、異なる種類である場合があり得る。
【００５３】
知的充電システムは、そのような可変発電機を活用することが可能であり得る。これは、制御コンピュータにフィードバックされる、高速電圧および電流測定によって達成され得、これは次いで、ローカルに取り付けられた貯蔵の充電／放電を可変発電機の電力出力と同期させることによって、電力需要負荷を平準化するために、ローカル貯蔵ユニットの電力充電／放電の調整を制御し得る。電力充電／放電の調整もまた、迅速に実施され得る。
【００５４】
図３は、本発明の実施形態による、可変発電機を使用する、知的充電システムの図を示す。知的充電システムは、本明細書に記載される任意の他の実施形態に関する、任意のコンポーネント、特徴、または行われるステップを利用し得る。例えば、そのようなコンポーネント、特徴、またはステップは、時間同期および高速フィードバック、顧客側実装、またはどのように種々のユニットが機能し、相互に相互作用するかに関する特徴を含み得る。加えて、知的充電システムは、本明細書に記載される他の実施形態によって提供される、任意の利点を有し得る。例えば、知的充電システムは、電気提供者に影響を及ぼす必要がない顧客側解決策を提供し得、既存のシステムへの容易な組み込みを可能にし得、ピーク需要電力を低くすることによって電気代請求額を下げ、従来のシステムより小さいエネルギー貯蔵システムを必要とし得る。
【００５５】
一実施形態では、知的充電システムは、ネットワーク測定ユニット（ＳＩＭ）と、１つ以上の可変発電機の出力に接続されるネットワーク測定ユニット（ＳＩＭ）と、１つ以上のエネルギー貯蔵ユニット（ＥＳＵ）と、１つ以上の用地監視プロセッサ（ＳＭＰ）と、１つ以上の外部通信ユニット（ＥＣＵ）とを含み得る。
【００５６】
ネットワーク測定ユニット（別称施設センサ）は、それが取り付けられる位置の電力の各位相における電流、電流方向、および電圧を測定し得る高速、高精度ネットワーク測定ユニット（図３のＳＩＭ）であり得る。電圧および電流測定を行うために、１つ以上のネットワーク測定ユニットが提供され得る。設置内の少なくとも１つのＳＩＭは、施設電力（すなわち、接続された外部電気提供者から見た電力）に指定され得る。このＳＩＭユニットは、測定値を採取し、通信プロトコルおよび適切な方法（物理的用地に適切なように、イーサネット（登録商標）、電力線通信、シリアルポート等）を介して、用地監視プロセッサ（別称ＳＭＰコンピュータ）に測定値を報告し得る。そのような測定および報告は、迅速に（例えば、１秒未満時間間隔、または記載される任意の他の時間間隔で）実施され得る。
【００５７】
報告される時、測定値に、共通の時間基準を使用して、タイムスタンプが付けられ得る。いくつかの実施形態では、共通の時間基準は、ＳＭＰまたはＥＣＵによって確立され得る。しかしながら、共通の時間基準は、ＳＩＭもしくはＥＳＵ等のシステムの任意の他のコンポーネントに由来し得、またはＧＰＳもしくはＮＴＰ（ネットワークタイムプロトコル）によって提供される等、システムの外部に現れ得る。この施設ユニットは、好ましくは、その全体が参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１０年３月２日に出願された米国特許出願第１２／７１６，２５８号により具現化され得る。好ましくは、ＳＩＭユニットは、電気提供者メータの顧客側に設置され得る。したがって、電気提供者は、ＳＩＭユニットが設置されていることを知る必要がない場合がある。
【００５８】
別のＳＩＭユニット（別称可変発電機センサ）が、１つ以上の可変発電機（単数または複数）のＡＣ出力（これはまた、ＤＣであり得るが）の出力に接続され得る。可変発電機ＳＩＭは、それが取り付けられる位置の電力の各位相における電流、電流方向、および／または電圧の高速、高精度測定を提供し得る。例えば、測定および／または報告は、高速（例えば、１秒未満時間間隔、または記載される任意の他の時間間隔）で実施され得る。可変発電機ＳＩＭは、可変発電機（単数または複数）として識別され得、通信プロトコルおよび適切な方法（物理的用地に適切なように、イーサネット（登録商標）、電力線通信、シリアルポート等）を介して、用地監視プロセッサ（ＳＭＰコンピュータ）に測定値を報告し得る。同様に、他のＳＩＭユニットに、例えば、ＳＭＰもしくはＥＣＵ、または任意の他のソースによって確立される共通の時間基準を使用して、タイムスタンプが付けられ得る。いくつかの実施形態では、可変発電機は、本明細書のいずれかに記載される時間間隔または速度を含み得る高速で、測定値を報告し得る。いくつかの実施形態では、可変発電機は、発電機にローカルの可変発電機クロックを有し得る。可変発電機は、時間同期に可変発電機クロックを使用し得る。代替として、可変発電機は、ＳＩＭユニットによって提供される情報の時間同期に、システム内の、またはシステムの外部の他のクロックを使用し得る。いくつかの実施形態では、ＳＩＭユニットによって提供される情報は、タイムスタンプを含み得る。好ましくは、ＳＩＭユニットは、顧客側に設置され得る。いくつかの実施形態では、可変発電は、顧客によって所有および／または操作され得、一方、他の実施形態では、可変発電機は、第三者によって所有および／または操作され得る。
【００５９】
知的充電システムはまた、１つ以上のエネルギー貯蔵ユニット（ＥＳＵ）も含み得る。ＥＳＵは、コンピュータ、ＳＭＰと適合性のある通信能力、および／または１つ以上のインバータ充電器に接続された電気エネルギー貯蔵容量（１つ以上のインバータ充電器は、施設のＡＣ電力に取り付けられる）を含み得る。好ましくは、インバータ充電器は、その全体が参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１０年３月２４日に出願された米国特許出願第１２／７３１，０７０号に記載される種類の双方向エネルギー変換器であり得る。
【００６０】
ＥＳＵは、少なくとも以下の機能：電気エネルギーを貯蔵すること、電気エネルギー貯蔵を充電および放電すること、それに含まれるエネルギー貯蔵のレベルを測定し、報告すること、ならびに／または充電もしくは放電するためにそれが使用している電流および電圧のレベルを周期的に測定し、報告することが可能である。測定期間は、ＳＭＰからのコマンドによって、またはＥＳＵの搭載コンピュータのプログラミングにおいてプリセットとして設定可能であり得る。測定および／または報告は、迅速（例えば、１秒未満時間間隔、または言及される任意の他の時間間隔）に実施され得る。ＥＳＵはまた、施設電気システムに接続されることが可能であり、外部電気提供者によって提供される電力と同相であり得る。そのような接続は理想的には、太陽＆風力または他のそのような可変発電源によって使用される、ＩＥＥＥ  １５４７またはＵＬ  １７４１等の標準的な方法を介し得る。ＥＳＵはまた、ＳＭＰと、可能性として、ＳＭＰの故障または１つ以上のバックアップＳＭＰユニットの指定の場合のシステム内の他のユニットと、好ましくは安全に、通信することが可能であり得る。
【００６１】
いくつかの実施形態では、ＥＳＵはまた、充電、放電、待機、運転停止、維持等の電力放出コマンドと、適切なアクションのタイミング、継続時間、位相、電圧および／または電流レベルを制御するために必要なパラメータとを受信し、解釈し、応答する能力も有し得る。ＥＳＵはまた、そのようなアクションの状態および成功について、同期されたタイムスタンプが付けられた報告で応答する能力も有し得、そのため、システム内の全てのソースからのデータが見られ、それらの実際の性能が分析され得る。ＥＳＵは、迅速に（例えば、１秒未満間隔、または言及される任意の他の時間間隔で）応答することが可能であり得る。
【００６２】
いくつかの実施形態では、複数のＥＳＵが提供され得る。各ＥＳＵは、個々に制御可能であり得、またはグループとして、もしくはサブグループとして制御可能であり得る。いくつかの実施形態では、各ＥＳＵが、搭載コンピュータを有し得、一方、他では、選択されたＥＳＵのみが、１つ以上のＥＳＵを制御し得る、搭載コンピュータを有し得る。いくつかの実施形態では、コンピュータを伴うＥＳＵは、コンピュータを有さないスレーブユニットを制御し得るマスターユニットであり得る。ＥＳＵは、直列に、もしくは並列に、またはそれらの任意の組み合わせで、相互に接続され得る。場合によっては、他のＥＳＵの故障の場合に動作し得るバックアップＥＳＵが提供され得る。
【００６３】
知的充電システムはまた、計算し、１つ以上のＥＳＵに対するコマンドを送り、検証するために、アルゴリズム、ならびに有効データおよび履歴データを維持し得る１つ以上のＳＭＰコンピュータも含み得る。ＳＭＰ（単数または複数）は、設置内の１つ以上のＳＩＭから、リアルタイムデータを受け取り得る。例えば、ＳＭＰは、施設のＳＩＭおよび用地の任意の可変発電機（単数または複数）の１つ以上のＳＩＭから、データを受け取り得る。いくつかの実施形態では、各可変発電機に少なくとも１つのＳＩＭが提供され得、一方、他の実施形態では、時に可変発電機は、ＳＩＭを共有し得る。
【００６４】
ＳＭＰは、現在の充電状態、および用地の１つ以上のＥＳＵ充電／放電能力に関するデータを収集し、維持し得る。ＳＭＰはまた、適切な電力レベル充電／放電分析アルゴリズムを適用し、ＥＳＵが取るべきアクションについての指示を、１つ以上のＥＳＵに発行し得る。請求書作成、性能監視、アルゴリズム改善、および警告報告のための周期的データ報告は、ＳＭＰによって取り扱われ、設置を伴う施設上の１つ以上のＥＣＵを介して、中央データベースおよび監視システムに伝送され得る。
【００６５】
中央データベースおよび監視システムへ、ならびにそれらから、インターネット（もしくはＬＡＮ、ＷＡＮ、または他のそのようなデータネットワーク）上で送り、安全に通信するために、および、内部クロックを介して、またはインターネットＮＴＰ標準をする１つ以上の時間ソースとの同期を介して非常に正確な時間基準クロックを取得し、維持するために、本発明が設置される施設内の適切な通信（例えば、電力線通信、イーサネット（登録商標）、無線、シリアルポート等）を使用し得るシステムによって、１つ以上の外部通信ユニットが使用され得る。
【００６６】
図３はまた、知的充電システムがどのように動作し得るかも明示し得る。以下のステップは、任意選択であり得、もしくは順序通りに実施され得、または提供されるものとは異なる順序で実施され得る。
【００６７】
（１）システムは、設置され、電源が入れられ、自己診断およびデバイス挙動試験を実施し得、その間に、コンポーネントのそれぞれは、時間において相互に同期され得る。システムの初期状態が識別され、ＳＭＰ内に確立され得る。ＥＣＵを介して、中央データストアから種々の操作パラメータおよび動作限界が取り出され、もしくは場合によっては技術者によってローカルに読み込まれ、またはローカルに取り付けられたデータ記憶機構から取り出され得る。いったんチェックが完了すると、ステップは、特定の設置のための動作パラメータにおいて設定されるように、高頻度で繰り返され得る。
【００６８】
好ましい実施形態では、高頻度とは、１つ以上のステップが高速で生じ得るということであり得る。例えば、ステップは、５分間以下毎、３分間以下毎、１分間以下毎、３０秒間以下毎、１５秒間以下毎、１０秒間以下毎、５秒間以下毎、３秒間以下毎、１秒間以下毎、５００ミリ秒間以下毎、１００ミリ秒間以下毎、５０ミリ秒間以下毎、１０ミリ秒間以下毎、または５ミリ秒間以下毎に生じ得る。
【００６９】
（２）全施設電力を測定し、測定値を取るために、ＳＩＭが割り当てられ、設置され得る。測定値は、同期された時間基準に対するタイムスタンプが付けられた、高サンプリングレートデータのものであり得、これは次いで、１つ以上のＳＭＰコンピュータに送信して、位相、電圧、および電流測定値、ならびに測定値のソースＩＤを与え得る。電力が外部電気提供者から送られるものである場合、ＳＩＭは、カウンタおよび内部バッテリバックアップを維持し、外部電気提供者からの電力の戻りを周期的に試験し得る。これは、停電の場合の予備を提供し得る。いったん動作が外部電気提供者の供給停止から回復されると、上流への報告のために、再初期化段階（１）中に、この供給停止データおよび関連パラメータがローカルＳＭＰ（単数または複数）に報告される。
【００７０】
（３）１つ以上のＳＩＭは、用地の可変発電機（ＤＣまたはＡＣ）の出力に取り付けられてもよく、同期された時間基準に対するタイムスタンプが付けられた、高サンプリングレートデータを、１つ以上のＳＭＰコンピュータに送信し、位相、電圧、および電流測定値、ならびに測定値のソースＩＤを与え得る。
【００７１】
（４）ＥＳＵは、現在の充電状態および充電／放電能力、ならびに充電／放電の現在の速度（電圧、電流、および位相）を、１つ以上のＳＭＰコンピュータに報告し得る。データは、同期された時間基準に対するタイムスタンプが付けられ得る。場合によっては、同期された時間基準は、ＥＣＵもしくはＥＣＵに同期されたＳＭＰ、または任意の他のソースから取得され得る。
【００７２】
（５）ＳＭＰコンピュータは、ＳＩＭ（測定ユニット）から見た電流負荷を、電気提供者が見た負荷の所望のレベルに対して比較し得る。負荷の所望のレベルは、ローカルで得られ得、またはＥＣＵを介して遠隔から指示され得る。ローカル可変発電機（単数または複数）による現在の発電は、ローカル利用アルゴリズムを用いて適用され得る。したがって、ＳＭＰは、施設ＳＩＭ、可変発電機ＳＩＭ、ＥＳＵ、および施設配電パネルからの情報を受信および／または考慮し得る。ＳＭＰは次いで、各ユニットに、（ｉ）充電または放電、（ｉｉ）充電／放電する電力レベル、（ｉｉｉ）通信の損失の場合の充電放電の最大継続時間、および（ｉｖ）各位相に適用されるものに対する電力の位相（単数または複数）のうちの少なくとも１つを指示するコマンドを、１つ以上のＥＳＵに発行し得る。
【００７３】
（６）ＥＣＵは、時間同期、性能、ダウンロードされた指示の確認、更新等に関するデータを、中央操作および監視システムに安全に伝送し得る。
【００７４】
図４Ａは、５日間にわたる典型的な電力負荷の例を示す。典型的な電力負荷は、最大電力負荷と、最小電力負荷とを含み得る。最大電力負荷および最小電力負荷の両方は、経時的に大幅に変動し得る。高サンプリングレートが採用される時、最大および最小電力負荷の差異が明らかとなる。最大電力需要は、薄い青色で示され、グラフの上側の変動線である。最小電力需要は、薄いピンク色で示され、グラフ上の下側の変動線である。真の電力ピーク需要と最小需要とにおける著しい差が存在し得る。
【００７５】
グラフはまた、１５分間平均電流も含む。１５分間平均電流は、最大電力負荷と最小電力負荷との間となる。１５分間平均電流もまた、変動し得る。１５分間平均は、明るい青色で示され、最大負荷と最小負荷との間の変動線である。グラフはまた、その期間の平均ワット数も含む。その期間の平均ワットは、一定の水平なオレンジ色の線で表示される。時間の一部では、１５分間平均電力需要は、平均ワット線を上回り、時間の一部では、１５分間平均電力需要は、平均ワット線を下回る。平均ワット線は、従来に基づく公益事業から見た負荷であり得る。
【００７６】
図４Ｂは、より高い分解能での１日間にわたる典型的な電力負荷の例を示す。典型的な１日の電力負荷は、最大電力負荷と、最小電力負荷とを含み得る。最大電力負荷および最小電力負荷の両方は、経時的に大幅に変動し得る。より高い分解能では、最大電力負荷および最小電力負荷における差異が明らかとなり得る。最大電力需要は、薄い青色で示され、グラフの上側の変動線である。最小電力需要は、薄いピンク色で示され、グラフの下側の変動線である。真の電力ピーク需要および最小需要における、著しい差が存在し得る。
【００７７】
グラフはまた、１５分間平均電流も含む。１５分間平均電流は、最大電力負荷と最小電力負荷との間となる。１５分間平均電流もまた、変動し得る。１５分間平均は、明るい青色で示され、最大負荷と最小負荷との間の変動線である。場合によっては、１５分間平均の一部分は、最大負荷より大きくてもよく、または最小負荷より小さくてもよい。ある部分では、１５分間平均は、最大または最小負荷ほど変動しない場合がある。グラフはまた、その期間の平均ワット数も含む。その期間の平均ワットは、一定の水平なオレンジ色の線で表示される。ある時間では、１５分間平均電力需要は、平均ワット線を上回り、ある時間では、１５分間平均電力需要は、平均ワット線を下回る。１５分間平均電力需要は、その日中、例えば、ピーク期間中に、平均ワット線を複数回横断する場合がある。
【００７８】
図３Ｂに図示される、より高いサンプリングレートが、従来の公益事業およびバッテリ手法によって使用されるものと対比され得る。従来の公益事業およびバッテリ手法は、そのような高いサンプリングレートを有さない場合があり、電力需要における差異を示す分解能のレベルを達成しない。
【００７９】
図５は、スマート充電されたエネルギー貯蔵の放電曲線の図を、同一のレベルのピーク負荷調整を達成するために必要とされるエネルギー貯蔵サイズの比較と共に示す。図の上部は、標的レベルへのピーク需要低減を達成するために従来の標準的なエネルギー貯蔵適用方法によって必要とされるワット時間容量を示す。従来のエネルギー貯蔵適用によって必要とされる容量は、赤色で示され、オフピーク期間の終わりの設定レベルで開始し、ピーク期間が進むにつれて、徐々に減少する。図の上部はまた、高速「スマート」エネルギー貯蔵適用方法によって必要とされるワット時間容量も示す。スマートエネルギー貯蔵適用によって必要とされる容量は、緑色で示され、同様に、オフピーク期間の終わりの設定レベルで開始し、ピーク期間が進むにつれて変動する。しかしながら、スマートシステムでは、エネルギー貯蔵は、ピーク期間中でさえ再充電され得るため、エネルギー貯蔵充電状態は、従来の適用におけるエネルギー貯蔵ほど低下しない。エネルギー貯蔵は、ピーク時間中に、充電および放電の両方が行われ得る。したがって、スマートシステムでは、従来のエネルギー貯蔵システムより小さいエネルギー貯蔵が必要とされ得る。
【００８０】
図はまた、最大負荷および最小負荷、ならびに１５分間平均負荷も示す。図はまた、明るい青色で示される、限界ワットも含む。限界ワットは、公益事業から見た顕在需要であり得、いくつかの実施形態では、特定の閾値を超えない。例えば、図に示されるように、限界ワットは、１５分間平均負荷にほぼ従い得るが、適切に時間設定された放電によって、特定の閾値を超えることを防止される。
【００８１】
図６は、典型的な可変発電機設置の可変発電曲線の例を示す。いくつかの実施形態では、可変発電曲線は、経時的に変動し得る。例えば、夜間等、可変発電機がそれほどエネルギーを生成しない場合がある、ある時間帯が存在し得る。例えば、光電池は、暗い時は、それほどエネルギーを生成しない。さらに、生成されるエネルギー量は、雲量、太陽の角度、または他の環境条件によって変動し得る。同様に、風力ベースの発電システムでは、利用可能な風量によって、電力出力が変化し得る。
【００８２】
図７Ａは、貯蔵同期なく達成される、電力調整の実施例を示す。可変発電は、太陽ワットとして（水色で）図の下部に示される。可変発電は、１日のある部分での公益事業に対する需要レベル（例えば、請求）を低減し得る。図は、公益事業に対する需要レベル（明るい青色で示される）が、実際の１５分間平均（黒色で示される）未満となることを示す。しかしながら、この状況では、可変発電機単独で達成される、ピークレベル需要請求削減は存在しない。この状況では、１日の早い時間に、可変発電機が何らかの電力を実際に生成する前にピークレベルが生じる。したがって、貯蔵同期のない、可変発電機を伴うシステムにおいては、ピーク需要が、可変発電機が電力を生成していない時、または電力をそれほど生成していない時に生じる場合があるという状況がしばしば存在する場合がある。したがって、可変発電機単独では、多くの場合、ピークレベル需要請求を相殺するには不十分である。
【００８３】
図７Ｂは、貯蔵が適用された状態で達成される、電力調整の実施例を示す。可変発電機（図の下部に淡い紫色で示される）およびエネルギー貯蔵システム（上部に緑色で示される）の使用は、大幅な需要低減を達成し得る。公益事業に対する需要レベル（明るい青色で示される）は、エネルギー貯蔵システムを使用することによって、所望の需要レベルと可変発電機電力との間のいかなる差も埋め合わせることによって、達成され得る。場合によっては、公益事業に対する需要レベルは、場合によっては一定の値であり得る、所望の需要レベルを超えないことがある。代替として、所望の需要レベルは、経時的に変化し得る。
【００８４】
図８Ａは、スマート充電されたバッテリの放電曲線の例、および同一のレベルの負荷調整を達成するために必要とされるバッテリサイズの比較を示す。電力の所与のレベルのピーク需要低減（明るい青色の線）のために、知的充電システム（緑色の線）は、可変発電と共に使用される時、従来の手法（赤色の線）より少ないエネルギー貯蔵容量を使用し得る。これは、知的充電システムによって提供される、高頻度調整によるものであり得る。加えて、知的充電システムは、ピーク時間中でさえ、エネルギー貯蔵システムが充電されることを可能にし得る。知的充電システムは、従来の手法より小さいエネルギー貯蔵を必要とし得るので、これは、システムにおいて、より小さいエネルギー貯蔵ユニットが使用されることを可能にする利益を提供し得る。
【００８５】
図８Ｂは、４日間にわたるスマート充電されたバッテリの放電曲線、およびバッテリサイズの比較を示す。電力（明るい青色の線）の所与のレベルのピーク需要低減のために、知的充電システム（緑色の線）は、可変発電と共に使用される時、従来の手法（赤色の線）より少ないエネルギー貯蔵容量を使用し得る。より長い期間（４日間）の実施例は、可変発電を伴う知的充電技術による、標準的な手法より一貫して優れた性能を示す。
【００８６】
図９は、可変発電対需要の高分解能データを示す。図は、実環境での可変電力負荷（淡い赤色）、外部電気提供者が通常見る起伏のある１５分間平均（黒色の線）、可変発電機（この場合、図の下部に示される、２ＫＷの太陽発電機の実環境データ）、記載される知的充電システムを利用している期間中の１５ＫＷＨのエネルギー貯蔵ユニットの充電状態（緑色の線）、および知的充電システムが適用された後の外部電気提供者の予測図（明るい青色の線）の例を示す、要約である。このデータは、ピーク時間を反映し得る。
【００８７】
示されるように、外部電気提供者の予測図は、いくつかの実施形態では、実質的に安定した線であり得る。エネルギー貯蔵ユニットの充電状態は、所望の外部電気提供者の予測図、負荷、および可変発電機によって提供される電力における差を補填するために、エネルギー貯蔵ユニットを充電および放電することによって制御され得る。これは、貯蔵の影響がない送電系平均（黒色の線）をエネルギー貯蔵が適用される場合（明るい青色の線）の平らな平均線と比較した場合の差によって明らかにされ得る。場合によっては、可変発電機の変動および生成は、需要負荷が増加するのと同時に降下する場合がある。そのような時、エネルギー貯蔵ユニットを放電することが望ましい場合がある。
【００８８】
図１０は、いかなる貯蔵もないが、可変発電を伴う、送電系図を示す、１５分間平均である。個々の線グラフは、適用される知的エネルギー貯蔵システムの使用のない外部電気提供者から見た負荷の起伏のある１５分間平均の例を示すが、可変発電が典型的な商業用または住宅用送電系に接続された設置で適用され得た後の影響を示す。
【００８９】
図１１は、負荷から可変発電機を減算したものを示すために、負荷および可変発電機の例を示す。図は、分離された負荷測定を示す、電力曲線を示し得る。分離された負荷測定は、経時的に変動し得る。図はまた、同様に経時的に変動し得る、時間を合わせた可変発電機出力も示し得る。図はまた、組み合わせられた負荷から可変発電機を減算したものも示す。組み合わせられた結果は、依然として、ピーク負荷の有意な低減を伴わない、高度の変動を示し得る。赤色の垂線は、負荷の挙動と発電機の挙動とが反対である（負荷の上昇−発電機の降下、または負荷の降下−発電機の上昇）、例示的瞬間を図示する。組み合わせられた結果は、エネルギー貯蔵システムを利用しない従来のシステムにおける、公益事業提供者から見た負荷の例を提供し得る。
【００９０】
図１２は、負荷から可変発電機を減算し、貯蔵を加算したものを示すために、負荷から可変発電機を減算したもの、および貯蔵からの知的充電／放電を示す。電力曲線は、外部電気提供者から見た、エネルギー貯蔵システムの電力負荷に対する影響を示し得る。第１の電力曲線は、依然として変動し得る、負荷から可変発電機を減算したものを示す。第２の電力曲線は、貯蔵からの知的充電／放電を示し得る。所望の負荷が一定である時、知的充電／放電曲線は、知的充電／放電曲線が、他方の曲線が減少するのと同程度に増加し得、逆もまた同様であるという点において、負荷から可変発電機を減算したものの曲線の鏡像であり得る。エネルギー貯蔵を伴う知的充電システムが適用される時、「知的充電／放電」プロットは、本発明の計算の出力および結果としてもたらされるレベル、ならびに負荷に適用される時に、外部電気提供者から見え得る、知的充電システムによって設定されたレベルの平らな電力負荷需要を示す最終的なプロットをもたらし得る、電力出力の継続時間を示し得る。いくつかの実施形態では、知的充電／放電は、測定、通信、および計算時間遅延により、わずかに時間遅延され得る。
【００９１】
電力需要および発電タイミングの実際のパターンを綿密に分析することによって、発電および需要ピークの同時発生は、ほぼランダムであり得ること、およびそれぞれの性能は、より効率的な性能を追求する場合、非常に多くの場合、所望の挙動とは反対方向であること（例えば、図１１を参照）が明らかとなり得る。使用期間に先立って電力を貯蔵し、その電力を可変発電機からの発電で補完することによって、ローカル電気公益事業からの正味電力の引き出しの所望の限界に対して充電および放電するために、貯蔵されたエネルギーを迅速に適用することができ、次いで、外部電気から見た負荷を、その所望の標的に平準化することができる。
【００９２】
この平準化および同期化は、本発明によって、以下の手順および図３に示されるコンポーネントを通して達成され得る。
【００９３】
図１３は、貯蔵はないが可変発電を伴う送電系図の１５分間平均、および、貯蔵を伴い可変発電を伴う送電系図の１５分間平均の比較を示す。前述されるように、これは、著しい差異が存在する、貯蔵のないシステムの送電系図と、最小の差異が存在する、知的貯蔵を伴うシステムの送電系図との間の対比を際立たせ得る。貯蔵のないシステムは、８，０００（八千）ワットを超える１５分間のピークを示し、知的貯蔵システムを伴うシステムは、ちょうど６，０００（六千ワット）未満で平らであり得る。したがって、より低いピークが提供され得、これは、より費用効果の高いシステムをもたらし得る。さらに、より優れた性能およびより大きい効果を達成するために、顧客の機器、行状、または可変発電機の機能性もしくは仕様の変更が不要であり得る。
【００９４】
記載される知的充電システムを利用することによって、種々の利益が実現され得る。例えば、外部電気提供者から見た、明らかな１５分間の起伏のある需要が、所望の標的に平準化され得る。また、用地の可変発電機からのエネルギーがより効率的に使用され、同期され、発電機出力におけるピークを施設の負荷のピークと合致させ得る。これは、再生可能なエネルギー発電機による効果的な電力需要低減を可能にし得る。需要低減におけるそのような改善は、可変発電機によって生成されるエネルギーからのより大きい価値提供をもたらし得る。
【００９５】
知的充電システムの別の利益は、平準化を実施するために必要とされるバッテリのサイズ（先行特許の記載を参照）が劇的に低減され得るということであり得る。例えば、従来の技術では、以下である。
【００９６】
【化３】
2012532583.tif 000005
対照的に、知的充電システムは、以下のバッテリサイズを可能にし得る。
【００９７】
【化４】
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式は、知的充電技術を使用して必要とされるエネルギー貯蔵サイズが、現在一般的に使用される技術の下で必要とされるサイズより小さくなり得ることを立証する。例えば、知的充電技術の使用は、必要とされるエネルギー貯蔵容量を、従来のエネルギー貯蔵システムと比較して、６０％以上、５０％以上、４０％以上、３０％以上、２０％以上、１０％以上、５％以上低減し得る。さらに、データは、測定速度が高いほど（すなわち、タイムフレームが短いほど）、標的とされる限界で、より多くの電力がもたらされ、したがって、必要とされるエネルギー貯蔵容量をさらに低減することを示す。
【００９８】
したがって、知的充電システムおよび技術は、エネルギー貯蔵の放電深度が低減されることを可能にし、エネルギー貯蔵コンポーネントのより長い耐用年数をもたらし得る。例えば、知的充電技術の使用は、エネルギー貯蔵コンポーネントの耐用年数を、従来のエネルギー貯蔵システムと比較して、６０％以上、５０％以上、４０％以上、３０％以上、２０％以上、１０％以上、または５％以上増加させ得る。より長い寿命および低減されたサイズにより、需要請求削減による所与のレベルの見返りに対するエネルギー貯蔵の有効原価が低減され、それによって、解決策を、より費用効果の高いものにし得る。安定した負荷を達成することによって、外部電気提供者によって使用される任意の発電の効率が改善され得る。（例えば、Ｓａｎｄｉａ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  Ｍｅｋｌａｔｋａｔｌａ  Ｉｓｌａｎｄ  １９９６−１９９７を参照）。また、短期間電圧および電流を補完することによって、それらは、相に同相に保たれ、施設の改善された力率をもたらし得る。
【００９９】
記載されるシステム、方法、またはデバイスの任意のもの、それらの全体が参照することによって本明細書に組み込まれる、米国特許第５，３６９，３５３号、米国特許第６，５２２，０３１号、米国特許第４，７５２，６９７号、米国特許公開第２００３／０００７３６９号、米国特許第５，２７４，５７１号、米国特許公開第２００２／０１９０５２５号、米国特許公開第２００７／０２００４３３号、米国特許第４，２８７，４６５号、米国特許公開第２００７／０１４５９５２号、米国特許公開第２００９／０１４６４２３号を含むが、これらに限定されない、当該技術分野において既知の任意のコンポーネント、特徴、またはステップを利用し得る。
【０１００】
特定の実装が図示され、説明されてきたが、それら対して種々の修正を行うことができること、また、本明細書においてそれらが熟考されることを前述から理解されたい。本発明が、明細書内に提供される具体的な実施例によって制限されることもまた、意図されない。本発明は、前述の明細書を参照して説明されてきたが、本明細書の好ましい実施形態の説明および説明図は、制限的な意味で解釈されることを意味されない。さらに、本発明の全ての側面は、本明細書に説明される、様々な条件および変数に依存する、具体的な描写、構成、または相対的比率に制限されないことを理解されたい。本発明の実施形態の種々の形式上の修正および詳細は、当業者に明白であろう。したがって、本発明はまた、いかなるそのような修正、変形例、および同等物も網羅するべきであることが熟考される。
【図１】
2012532583.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
2012532583.tif 000013
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2012532583.tif 000015
【図８Ａ】
2012532583.tif 000016
【図８Ｂ】
2012532583.tif 000017
【図９】
2012532583.tif 000018
【図１０】
2012532583.tif 000019
【図１１】
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【図１２】
2012532583.tif 000021
【図１３】
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【国際調査報告】
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2012532583.tif 000024