JP2016082838A

JP2016082838A - 電力供給装置

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Publication number: JP2016082838A
Application number: JP2014215359A
Authority: JP
Inventors: 久雄大塚; Hisao Otsuka; 憲秀關藤; Norihide Sekito; 元成横田; Motonari Yokota
Original assignee: Nisshinbo Holdings Inc; Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Nisshinbo Holdings Inc; Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2016-05-16
Anticipated expiration: 2034-10-22
Also published as: JP6439189B2

Abstract

【課題】最大需要電力を低減することができる電力供給システムを提供する。
【解決手段】発電設備、蓄電設備、又は商用電源の少なくともいずれか一つから供給された電力を負荷に供給する電力供給装置であって、前記商用電源からの受電電力と、前記発電設備からの発電電力と、前記蓄電設備からの蓄電池電力とから前記負荷に供給する負荷電力を算出する負荷電力算出部と、前記負荷電力から前記発電電力及び契約電力よりも低い制限電力を差し引くことで算出される次系統推定超過分と、前記制限電力を超えた前記負荷電力の累積値とを補償電力とする補償電力算出部と、前記補償電力を前記蓄電設備から放電する蓄電池制御部と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力供給装置に関する。

現在、日本国内において、契約電力によって決定される基本料金と、電力使用量によって決定される電力量料金とに基づいて電気料金が決定される。契約電力は、当月を含む過去１年間の月々の最大需要電力のうちで最も大きい値である。最大需要電力とは、月間における３０分間の平均使用電力（デマンド）の最大値である。したがって、過去１年間において、わずかな期間であっても、突出した最大需要電力があると、その後一年間、その最大需要電力に基づいた基本料金となり、基本料金が高く設定されてしまう。また、契約電力を超えて電力が使用されると、事務所や工場等の需要家から電力会社に契約超過金を支払う必要がある。

そのため、近年、需要家に蓄電池を設置し、需要家の受電電力が契約電力を超えそうな場合には、その蓄電池の電力を需要家の負荷に放電することで需要家の受電電力を低減する（ピークカットする）電力供給装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−３０６８３２号公報

しかしながら、上記電力供給装置では、最大需要電力が契約電力を超えないように制御できても、最大需要電力を低減することができない。すなわち、従来の電力供給装置では、次年度の契約電力が今年度の契約電力となり、契約電力によって決定される基本料金を下げることができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、最大需要電力を低減することができる電力供給装置を提供することである。

本発明の一態様は、発電設備、蓄電設備、又は商用電源の少なくともいずれか一つから供給された電力を負荷に供給する電力供給装置であって、前記商用電源からの受電電力と、前記発電設備からの発電電力と、前記蓄電設備からの蓄電池電力とから前記負荷に供給する負荷電力を算出する負荷電力算出部と、前記負荷電力から前記発電電力及び契約電力よりも低い制限電力を差し引くことで算出される次系統推定超過分と、前記制限電力を超えた前記負荷電力の累積値とを補償電力とする補償電力算出部と、前記補償電力を前記蓄電設備から放電する蓄電池制御部と、を有する電力供給装置である。

また、本発明の一態様は、上述の電力供給装置であって、前記制限電力は、前記負荷を有する需要家の業務種別毎に記憶されたデマンド時限毎の前記負荷電力の積算値に基づいて決定される。

また、本発明の一態様は、上述の電力供給装置であって、契約電力、又は前記制限電力に対する前記受電電力が所定の設定値以下である場合に、前記蓄電設備内の蓄電池を充電する。

以上説明したように、本発明によれば、最大需要電力を低減することができる電力供給システムを提供することができる。

本実施形態における制御装置を有する電力供給システム１の構成例を示す図である。本実施形態における電力供給装置１００の構成例を示す図である。本実施形態における設定時間ΔＴ_２を説明する図である。本実施形態における制限電力ついて説明する図である。本実施形態における次系統推定超過分ΔＰ_１及び系統超過分実績累積ΔＰ_２について説明する図である。本実施形態の電力供給装置１００のピークカットを実行する動作を示す図である。

以下、本実施形態の電力供給システムを、図面を用いて説明する。図１は、本実施形態における電力供給装置を有する電力供給システムの構成例を示す図である。この図に示す電力供給システム１は、需要家２において、蓄電設備２０、発電設備２１、負荷４０、複数の測定部５０（５０−１〜５０−３）及び電力供給装置１００を備える。なお、需要家２は、例えば１つの工場や事務所等に該当する。

蓄電設備２０は、充電のために入力される電力を蓄積し、また、蓄積した電力を放電して出力する。蓄電設備２０には、例えばリチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池及び鉛蓄電池等を採用することができる。

発電設備２１は、自然エネルギを電気エネルギに変換する発電装置であり、例えば、太陽光発電設備である。発電設備２１は、変換した電気エネルギを発電電力として出力する。

負荷４０は、需要家２において電力供給を受けて動作する機器や設備などを一括して示したものである。なお、本実施形態では、需要家２は、工場である場合について説明する。

測定部５０は、電力を設定時間ΔＴ_１毎に測定する測定装置である。
測定部５０−１は、商用電源３からの受電電力を測定する。測定部５０−１は、測定した受電電力Ｐ１を設定時間ΔＴ_１毎に電力供給装置１００に出力する。測定部５０−２は、発電設備２１の出力（発電電力）Ｐ２を測定する。測定部５０−２は、測定した発電電力Ｐ２を設定時間ΔＴ_１毎に電力供給装置１００に出力する。測定部５０−３は、蓄電設備２０から放電する電力（蓄電池放電電力）Ｐ３、又は充電する電力（蓄電池充電電力）Ｐ４を測定する。測定部５０−３は、測定した蓄電池放電電力Ｐ３、又は蓄電池充電電力Ｐ４を設定時間ΔＴ_１毎に電力供給装置１００に出力する。

図２は、本実施形態における電力供給装置１００の構成例を示す図である。電力供給装置１００は、ピークカット要否決定部１１０及びピークカット実行部１２０を備えている。
ピークカット要否決定部１１０は、負荷４０に供給される電力である負荷電力を推定して制御対象日にピークカットを実行する否かを判定する。本実施形態におけるピークカットは、商用電源３からの受電電力Ｐ１を制限電力Ｐ_ｔｈ（後述する）である目標値以下にすることである。制限電力Ｐ_ｔｈは、契約電力よりも低い値である。なお、上述したピークカットの実行判定は、制御対象日の前日以降に実行される。

ピークカット要否決定部１１０は、業務高検出部１１１、負荷電力推定部１１２、負荷電力データ記憶部１１３及びピークカット判定部１１４を備えている。
業務高検出部１１１は、業務種別毎の業務高（物量）の計画を取得する。業務種別は、予め決められている業務の種別である。例えば、業務種別は、工場内で生産されている商品毎の生産業務である。したがって、業務高は、その生産現場に生産される商品数となる。なお、業務高検出部１１１は、業務高が少数（所定の業務高以下）である場合には、その業務高を合計し、その他に分類してもよい。

負荷電力推定部１１２は、制御対象日の前日に翌日（制御対象日）の業務高と類似した業務高に対応付けられて記録されている負荷電力の過去実績データ（操業日、休業日に対応）を業務種別毎に取得する。具体的には、負荷電力データ記憶部１１３は、外部に設けられたシステムに、負荷電力（負荷電力及び時刻）と業務高とを対応づけて記憶した履歴を再利用する。なお、負荷電力は、デマンド時限毎、例えば３０分毎平均電力で記憶されている。

負荷電力推定部１１２は、負荷電力データ記憶部１１３から取得した業務種別毎の負荷電力データに対して電力量対業務高係数で補正する。電力量対業務高係数は、業務高の大小と電力量の大小の関係を示す実績統計値である。例えば、電力量対業務高係数は、生産する商品の台数と、その台数を生産するのに必要な電力量を示す係数である。例えば、負荷電力推定部１１２は、業務種別毎の負荷電力データに電力量対業務高係数を除算することで、負荷電力データを補正する。

負荷電力推定部１１２は、補正した業務種別毎の負荷電力を積算し、そのデマンド時限毎に平均された負荷電力を負荷電力暫定値とする。すなわち、負荷電力推定部１１２は、３０分毎に負荷電力暫定値を設定する。負荷電力推定部１１２は、設定した負荷電力暫定値をピークカット判定部１１４に出力する。

ピークカット判定部１１４は、負荷電力推定部１１２から取得したデマンド時限毎の負荷電力暫定値のうち、負荷電力暫定値の最大値を抽出する。ピークカット判定部１１４は、抽出した負荷電力暫定値の最大値に基づいてピークカットを実行するか否かを判定する。例えば、ピークカット判定部１１４は、不図示の記憶部に記憶されている直近のピークカットした際の最大需要電力に対する負荷電力暫定値の最大値の比率が設定比率１以上であった場合、ピークカットを実行すると判定する。設定比率１は、直近のピークカット結果の最大需要電力に対する負荷電力暫定値の最大値の比率からピークカットの要否を判定される閾値である。

ピークカット実行部１２０は、上記ピークカットを実行する。ピークカット実行部１２０は、電力量検出部１２１、負荷電力算出部１２２、制限電力設定部１２３、補償電力算出部１２４及び蓄電池制御部１２５を備えている。

電力量検出部１２１は、設定時間ΔＴ_１毎に測定部５０−１〜５０−３から受電電力Ｐ１、発電電力Ｐ２及び蓄電池放電電力Ｐ３を取得する。電力量検出部１２１は、受電電力Ｐ１、発電電力Ｐ２及び蓄電池放電電力Ｐ３各々に対して、設定時間ΔＴ_２の平均値を算出する。

図３は、本実施形態における設定時間ΔＴ_２を説明する図である。図３に示すように、縦軸が受電電力Ｐ１の電力量を示し、横軸が時刻を示す。電力量検出部１２１は、時刻Ｔ_１から時刻Ｔ_１＋ΔＴ_２まで測定部５０−１から供給される受電電力Ｐ１を一定周期ΔＴ_１毎に積算する。そして、電力量検出部１２１は、積算した受電電力Ｐ１をデータ数Ｎ_１で除算することで受電電力Ｐ１の平均値Ｐ１_ａｖｅを取得する。データ数Ｎ_１は、受電電力Ｐ１を積算した数であり、設定時間ΔＴ_２を設定時間ΔＴ_１で除算した値である。

電力量検出部１２１は、算出した受電電力の平均値Ｐ１_ａｖｅ、発電電力の平均値Ｐ２_ａｖｅ及び蓄電池放電電力の平均値Ｐ３_ａｖｅを負荷電力算出部１２２に出力する。

負荷電力算出部１２２は、電力量検出部１２１から受電電力の平均値Ｐ１_ａｖｅ、発電電力の平均値Ｐ２_ａｖｅ及び蓄電池放電電力の平均値Ｐ３_ａｖｅを取得する。負荷電力算出部１２２は、受電電力の平均値Ｐ１_ａｖｅ、発電電力の平均値Ｐ２_ａｖｅ及び蓄電池放電電力の平均値Ｐ３_ａｖｅを加算することで、負荷電力Ｐ５（＝Ｐ１_ａｖｅ＋Ｐ２_ａｖｅ＋Ｐ３_ａｖｅ）を算出する。負荷電力算出部１２２は、算出した負荷電力Ｐ５を補償電力算出部１２４に出力する。

制限電力設定部１２３は、負荷電力推定部１１２から負荷電力暫定値を取得する。制限電力設定部１２３は、負荷電力暫定値を電力推定値対実績係数で補正し、これを負荷電力推定値とする。電力推定値対実績係数は、過去の負荷電力の実績に対する推定値の比率（精度）を示す実績統計値である。

制限電力設定部１２３は、負荷電力推定値（電力対時間曲線）からピークを含む時間帯の電力を蓄電池放電電力量分差し引いた値に、ピークカット安全率を適用した値を制限電力Ｐ_ｔｈとする。なお、蓄電池放電電力量分とは、蓄電設備２１が放電できる電力量、すなわち蓄電設備２１の補償可能な電力量である。
図４は、本実施形態における制限電力Ｐ_ｔｈを説明する図である。図４は、縦軸が電力を示し、横軸が時刻を示す図である。図４に示すように、制限電力設定部１２３は、負荷電力推定値（電力対時間曲線）が制限電力Ｐ_ｔｈを超える電力量をデマンド時限毎に積算した値（図４に示す斜線部分）が蓄電池放電電力量分となるように制限電力Ｐ_ｔｈを求める。ピークカット安全率は、設定した制限電力Ｐ_ｔｈによる契約電力からの低減量とピークカット実行後の最大需要電力の低減量（実績値）比を示す実績統計値である。制限電力設定部１２３は、設定した制限電力Ｐ_ｔｈを補償電力算出部１２４に出力する。

補償電力算出部１２４は、負荷電力算出部１２２から供給された負荷電力Ｐ５と制限電力設定部１２３から供給された制限電力Ｐ_ｔｈを取得する。また、補償電力算出部１２４は、電力量検出部１２１から発電電力の平均値Ｐ２_ａｖｅを取得する。補償電力算出部１２４は、（１）式に基づいて次系統推定超過分ΔＰ_１を算出する。
ΔＰ_１=Ｐ５−Ｐ２_ａｖｅ−Ｐ_ｔｈ …（１）

したがって、次系統推定超過分ΔＰ_１は、負荷電力Ｐ５を発電電力Ｐ２で補った後の制限電力を超えた負荷電力となる。
また、補償電力算出部１２４は、（２）式を用いて、系統超過分実績累積ΔＰ_２を算出する。
ΔＰ_２=ΣＰ１_ａｖｅ−Ｐ_ｔｈ×Ｎ_２ …（２）

なお、ΣＰ１_ａｖｅは、デマンド時限開始時から現在までの受電電力の平均値Ｐ１_ａｖｅの累積値である。データ数Ｎ_２は、デマンド時限内における受電電力の平均値Ｐ１_ａｖｅのデータ数である。すなわち、系統超過分実績累積ΔＰ_２は、負荷電力、発電電力の推定逸脱及び蓄電池放電率の制限により生じた累積誤差である。したがって、系統超過分実績累積ΔＰ_２は、デマンド時限開始時から現在までにおいて、制限電力を超えた電力量を設定時間ΔＴ_２当たりに換算した電力値に相当する。
補償電力算出部１２４は、次系統推定超過分ΔＰ_１と系統超過分実績累積ΔＰ_２とを加算し、その加算値がゼロ以上である場合、その加算値の正数値を補償電力とする。ここで加えた次系統推定超過分ΔＰ_１は、次の設定時間ΔＴ_２で発生し得るところの、負荷電力Ｐ５が受電電力Ｐ１を超える部分(予測値)の先行補償である。
補償電力算出部１２４は、求めた補償電力を蓄電池制御部１２５に出力する。

蓄電池制御部１２５は、取得した補償電力を蓄電設備２０から放電するように蓄電設備２０を制御する。

図５は、本実施形態における次系統推定超過分ΔＰ_１及び系統超過分実績累積ΔＰ_２について説明する図である。
図５（ａ）は、縦軸が負荷電力Ｐ５から発電電力の平均値Ｐ２_ａｖｅを差し引いた電力量を示し、横軸が時刻を示す図である。図５（ｂ）は、縦軸が受電電力の平均値Ｐ１_ａｖｅの電力量を示し、横軸が時刻を示す図である。
例えば、現在の時刻がＴ５である場合、補償電力算出部１２４は、直前の設定時間ΔＴ_２で取得した、すなわち時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの間におけるＰ５−Ｐ２_ａｖｅがＰ_ｔｈを超える部分を次系統推定超過分ΔＰ_１（図５（ａ）の斜線部分）として算出する。また、補償電力算出部１２４は、デマンド時限開始時刻である時刻Ｔ１から現在時刻Ｔ５までにおいて、制限電力Ｐ_ｔｈを超えた設定時間ΔＴ_２毎の受電電力の平均値Ｐ１_ａｖｅを累積し、その累積値を系統超過分実績累積ΔＰ_２とする。ここで、次系統推定超過分ΔＰ_１を算出する理由を以下に説明する。例えば、現在の時刻を時刻Ｔ５とした場合、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６の間において、ピークカット実行部１２０は、蓄電設備２０から系統超過分実績累積ΔＰ_２の値だけを補償電力として放電するとする。その場合、ピークカット実行部１２０は、時刻Ｔ１からＴ５までの制限電力Ｐ_ｔｈを超えた受電電力分を補償できるが、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの制限電力Ｐ_ｔｈを超えた受電電力分を補償できない。したがって、ピークカット実行部１２０は、直前の設定時間ΔＴ_２、すなわち時刻Ｔ４からＴ５での次系統推定超過分ΔＰ_１が時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの間においても同様に発生すると推定し、系統超過分実績累積ΔＰ_２に次系統推定超過分ΔＰ_１を加算した値を補償電力とする。

なお、補償電力算出部１２４は、上記補償電力の算出に関係したデータを不図示の記憶部に記憶する。上記補償電力の算出に関係したデータとは、例えば、デマンド時限毎の負荷データ、ピークカット実行前の負荷電力推定値と実績値との差分係数（電力推定値対実績係数）及びピークカット安全率である。

次に、蓄電設備２０内にある蓄電池を充電する方法について説明する。電力供給装置１００は、翌日が制御対象日の場合には、その前日の日没時刻以降に以下に列挙する条件により受電電力で蓄電池を充電する操業前充電を実施する。
・充電の開始；契約電力（あるいは制限電力Ｐ_ｔｈ）に対する受電電力が設定比率２以下である場合。なお、設定比率２は、受電電力による蓄電池の充電が可能な閾値である。
・充電の一時停止；契約電力（あるいは制限電力Ｐ_ｔｈ）に対する受電電力（充電電力が含まれる）が設定比率３（設定比率２＜設定比率３）に達した場合。
・充電の終了；蓄電池のＳＯＣが１００％となった場合。

なお、休業日の前日は上記操業前充電が適用されない。したがって、電力供給装置１００は、休業日当日である場合、発電電力の余剰電力で蓄電値を充電し、日没時刻以降に操業前充電を実行するか否かを判定する。そして、電力供給装置１００は、その判定に基づいて操業前充電を実行する。

次に、本実施形態の電力供給装置１００のピークカットを実行する動作について、図を用いて説明する。図６は、本実施形態の電力供給装置１００のピークカットを実行する動作を示す図である。なお、電力供給装置１００は、以下に示す動作を設定時間ΔＴ_２毎に繰り返す。

ステップＳ１０１において、電力量検出部１２１は、設定時間ΔＴ_１毎に測定部５０−１〜５０−３から受電電力Ｐ１、発電電力Ｐ２及び蓄電池放電電力Ｐ３を取得する。

ステップＳ１０２において、電力量検出部１２１は、受電電力Ｐ１、発電電力Ｐ２及び蓄電池放電電力Ｐ３各々に対して、設定時間ΔＴ_２の平均値を算出する。電力量検出部１２１は、算出した受電電力の平均値Ｐ１_ａｖｅ、発電電力の平均値Ｐ２_ａｖｅ及び蓄電池放電電力の平均値Ｐ３_ａｖｅを負荷電力算出部１２２に出力する。

ステップＳ１０３において、負荷電力算出部１２２は、電力量検出部１２１から受電電力の平均値Ｐ１_ａｖｅ、発電電力の平均値Ｐ２_ａｖｅ及び蓄電池放電電力の平均値Ｐ３_ａｖｅを取得する。負荷電力算出部１２２は、受電電力の平均値Ｐ１_ａｖｅ、発電電力の平均値Ｐ２_ａｖｅ及び蓄電池放電電力の平均値Ｐ３_ａｖｅを加算することで、負荷電力Ｐ５を算出する。負荷電力算出部１２２は、算出した負荷電力Ｐ５を補償電力算出部１２４に出力する。

ステップＳ１０４において、制限電力設定部１２３は、ピークカット判定部１１４で求められた負荷電力暫定値の最大値を取得する。制限電力設定部１２３は、負荷電力暫定値の最大値を電力推定値対実績係数で補正し、これを負荷電力推定値とする。また、制限電力設定部１２３は、負荷電力推定値(電力対時間曲線)からピークを含む時間帯の電力を蓄電池放電電力量分差し引いた値に、ピークカット安全率を適用した値を制限電力Ｐ_ｔｈとする。制限電力設定部１２３は、設定した制限電力Ｐ_ｔｈを補償電力算出部１２４に出力する。

ステップＳ１０５において、補償電力算出部１２４は、負荷電力算出部１２２から供給された負荷電力Ｐ５と制限電力設定部１２３から供給された制限電力Ｐ_ｔｈを取得する。また、補償電力算出部１２４は、電力量検出部１２１から発電電力の平均値Ｐ２_ａｖｅを取得する。補償電力算出部１２４は、負荷電力Ｐ５から発電電力の平均値Ｐ２_ａｖｅ及び制限電力Ｐ_ｔｈを減算することで次系統推定超過分ΔＰ_１を算出する。

ステップＳ１０６において、補償電力算出部１２４は、デマンド時限開始時から現在までの受電電力の平均値Ｐ１_ａｖｅの累積値ΣＰ１_ａｖｅを求める。そして、補償電力算出部１２４は、制限電力Ｐ_ｔｈとデータ数Ｎ_２との乗算値を累積値ΣＰ１_ａｖｅから減算することで系統超過分実績累積ΔＰ_２を求める。

ステップＳ１０７において、補償電力算出部１２４は、次系統推定超過分ΔＰ_１と系統超過分実績累積ΔＰ_２とを加算し、その加算値がゼロ以上である場合、その加算値を補償電力とする。補償電力算出部１２４は、求めた補償電力を蓄電池制御部１２５に出力する。蓄電池制御部１２５は、取得した補償電力を蓄電設備２０から放電するように蓄電設備２０を制御する。
ステップＳ１０８において、補償電力算出部１２４は、補償電力の算出に関係したデータを不図示の記憶部に記憶する。

上述したように、本実施形態の電力供給装置１００は、負荷電力Ｐ５から発電電力Ｐ２及び契約電力よりも低い制限電力Ｐ_ｔｈを差し引くことで次系統推定超過分ΔＰ_１を算出する。また、電力供給装置１００は、制限電力Ｐ_ｔｈを超えた負荷電力Ｐ５の累積値を系統超過分実績累積ΔＰ_２として算出し、次系統推定超過分ΔＰ_１と系統超過分実績累積ΔＰ_２との加算値を蓄電設備２０から放電する。これにより、電力供給装置１００は、最大需要電力を契約電力より低い制限電力Ｐ_ｔｈ以下に低減することができる。

以上述べた実施形態は全て本発明の実施形態を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。
上述の実施形態において、電力供給装置１００は、ピークカットを実行した日毎にピークカットを実行した負荷電力等の実績を記録し、その記録を日報としてまとめた日報データを不図示の表示画面に出力してもよい。

１電力供給システム
２需要家
２０蓄電池
２１発電設備
４０負荷
５０測定部
１００電力供給装置
１１０ピークカット要否決定部
１１１業務高検出部
１１２負荷電力推定部
１１３負荷電力データ記憶部
１１４ピークカット判定部
１２０ピークカット実行部
１２１電力量検出部
１２２負荷電力算出部
１２３制限電力設定部
１２４補償電力算出部
１２５蓄電池制御部

Claims

発電設備、蓄電設備、又は商用電源の少なくともいずれか一つから供給された電力を負荷に供給する電力供給装置であって、
前記商用電源からの受電電力と、前記発電設備からの発電電力と、前記蓄電設備からの蓄電池電力とから前記負荷に供給する負荷電力を算出する負荷電力算出部と、
前記負荷電力から前記発電電力及び契約電力よりも低い制限電力を差し引くことで算出される次系統推定超過分と、前記制限電力を超えた前記負荷電力の累積値とを補償電力とする補償電力算出部と、
前記補償電力を前記蓄電設備から放電する蓄電池制御部と、
を有する電力供給装置。
前記制限電力は、前記負荷を有する需要家の業務種別毎に記憶されたデマンド時限毎の前記負荷電力の積算値に基づいて決定される請求項１に記載の電力供給装置。
契約電力、又は前記制限電力に対する前記受電電力が所定の設定値以下である場合に、前記蓄電設備内の蓄電池を充電する請求項１又は請求項２に記載の電力供給装置。