2024 年には、販売される車の 5 台に 1 台以上が電気自動車 (EV) になります。政府間機関は、2035 年までに、世界で販売される新車の半分はEVになる。

道路を走るEVの増加は環境にとって素晴らしいニュースのように聞こえますが、それは複雑な問題を引き起こす可能性があります。電力網はまだEVの流入をサポートする準備ができておらず、容量制限が解決されなければEV業界の将来を脅かす可能性がある。

ジョージア工科大学の研究者は、電力網の過負荷を回避するためのデバイス、つまり革新的な EV スマート充電システムを開発しました。

最適化ベースのアプローチは、系統ストレスの軽減に役立つだけでなく、ユーザーが充電プロセスをカスタマイズしてコストを最小限に抑えたり、カーボンフリー エネルギーの使用を優先したり、充電速度を調整したりすることも可能になります。この技術はEV産業の促進にも役立つかもしれない。

ジョージ・W・ウッドラフ大学のウッドラフ教授で大学院研究部長のマイケル・J・リーミー氏は、「EV革命はあまりにも急速に起こっているため、電力会社はこれらの車両に対応するのに十分な速さで送電網を更新することが難しく、コストがかかるだろう」と述べた。機械工学。

「私たちは、EVが電気自動車に集中することを考慮したスマート充電の方法を調査したいと考えていました。電力網、すでに最大容量に近いことがわかっています。より多くのEVが市場に参入したときに送電網運営者が圧倒されないよう、時間を稼ぐ必要がある。」

負荷を軽減する (グリッド)

米国南東部では、夏の間、電力使用量は午後遅くから夕方にかけてピークになります。その頃には、太陽の熱で家や建物が暖まり、人々はエアコンの温度を上げています。多くの人が仕事から帰宅し、EV の電源を入れると、すぐに充電が開始されるのもこの時期です。EV は、電源に接続されている場合、家庭内で最も多くの電力を消費することになります。

「電力負荷のピーク時に多数のEVが充電すると、電力会社にとって問題が発生し、状況がさらに悪化する可能性があります。電力需要電気・コンピュータ工学部（ECE）の博士課程を最近卒業したばかりで、この技術の共同発明者でもあるカルティック・サストリー氏は、「電力網に過負荷をかけることになる。しかし、充電が終わったらすぐに充電を始める必要はない」と語った。家に帰ってください。ほとんどの場合、電気自動車を完全に充電するには一晩で十分な時間があります。」

チームは、夜間の余剰充電時間を利用して、送電網の過負荷の問題に対処することに着手しました。彼らは、時間の経過とともに充電を分散するための最先端の最適化アルゴリズムを開発し、それによって電力網のストレスを最小限に抑えながら消費者にメリットを提供しました。

チームのスマート充電アルゴリズムは、EV が接続されるとすぐにフルスピードで充電するのではなく、段階的に充電したり、一度に充電するのではなく、時間をかけていくつかの間隔で充電したりすることを可能にします。このアルゴリズムは、充電中の家庭の最大消費電力も削減し、研究者が「ピークカット」と呼ぶものを実現します。

アルゴリズム自体が、電力網の状態と消費者の好みに基づいて、充電とその実行時期を計画します。また、このシステムは、集中制御を必要とせず、近隣や市内の他の車両と通信することなく、これらの決定を行います。

「ランダムなタイミングと家庭の電力使用量の予測を使用することで、私たちのアルゴリズムは効果的に負荷を分散できます」とECE教授で充電システムの共同発明者であるデビッド・G・テイラー氏は述べています。「これは、EVが私たちが開発したスマート充電アルゴリズムを使用する限り、地域の電力会社がインフラのアップグレードに多額の費用をかけることなく、地域内のEVの数を増やすことができることを意味します。」

カスタマイズ可能な充電

このシステムにより、消費者は充電をカスタマイズできます。チームが設計したアプリを使用すると、消費者は、コスト、カーボンフリー エネルギー、速度、バッテリーの状態という充電の 4 つの異なる側面を制御できます。アプリのスライダー ウィジェットを使用すると、ユーザーはそれぞれの好みを比較検討できます。ユーザーの選択に基づいて、アルゴリズムはグリッドへの影響を最小限に抑えながら車両を充電する最適な方法を決定します。

たとえば、車両をすばやく充電するには、ユーザーは充電速度スライダーを右端まで移動します。一方、カーボンフリー充電を優先すると、風力や太陽光などの再生可能資源が送電網で利用可能な場合にのみ車を充電するように充電器がプログラムされます。最低コストでの充電を選択すると、システムは電力会社の料金スケジュールに基づいて需要の低い時間帯に充電するよう促され、ユーザーは需要料金を回避できます。

前進する

チームは、このプロジェクトに関するいくつかの研究論文を主要な雑誌に発表しました。また、プロトタイプのハードウェアを構築し、個々の EV での充電ケーススタディを完了し、この技術の特許を申請しました。

個人消費者向けのシステム アプリケーションを超えて、チームは商業環境でも機能するこのテクノロジーも開発しました。彼らは、EV 充電ステーション会社や EV バスを使用する公立学校システムと協力して、自社のアルゴリズムが車両の充電コストをどのように自動的に削減するかを実証したいと考えています。

リーミー氏によると、目標は企業が自社のスマート充電アルゴリズム技術のライセンスを取得することだという。

研究者らはまた、自動車会社に同社の技術をEV自体に組み込んでもらうよう働きかけており、これによりユーザーはダッシュボードから充電設定を直接設定できるようになる。

「私たちは、スマート充電が大規模に実現可能であることを実証したいと考えています。また、そうすることによるメリットも測定したいと考えています」とリーミー氏は語った。「私たちは、単に場当たり的に充電するのではなく、スマート充電によって消費者、企業、学校システムがどれだけの金額を節約できるかを示す予定です。」

サストリー氏は「EVの導入が大幅に増加すると予想されており、それが送電網の需要の増加につながるだろう」と述べた。「送電網を保護し、EV業界の繁栄を助けるために、これらのEVに賢明な方法で対応する必要があり、それが私たちが達成したいと考えていることです。」