(57)【要約】【課題】充放電に伴う電力の損失を低減でき、構成が簡易でノイズの発生量が小さい充放電装置を提供する。【解決手段】ＤＵＴの放電電流を蓄電素子Ｃ１に入力することによってＤＵＴの静電エネルギの一部を蓄電素子Ｃ１に回生し、この回生エネルギを使ってＤＵＴに供給する充電電流を発生するため、充放電に伴うエネルギの損失を効果的に抑制することができる。また、充放電電力の伝達方向をスイッチ部と負荷部によって切り替えるため、スイッチング・コンバータを用いる場合に比べて回路構成を簡易化できるとともにノイズの発生量を抑制できる。【選択図】図１
2007295760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電対象のデバイスが接続される端子対と、
少なくとも１つの蓄電素子を含む蓄電部と、
インピーダンスの制御が可能な負荷部と、
前記蓄電部、前記負荷部及び前記端子対の電気的な接続を切り替える接続切り替え部と
を具備し、
前記接続切り替え部は、放電時に前記端子対から前記負荷部を介して前記蓄電部へ放電電流を流し、充電時に前記蓄電部から前記負荷部を介して前記端子対へ充電電流を流す、
充放電装置。
【請求項２】
直流電圧を発生する電源部を具備し、
前記接続切り替え部は、
放電時において、前記蓄電部に印加される電圧が上昇するように放電電流の経路に対して直列に前記電源部を挿入し、充電時において、充電電流の経路から前記電源部を外す、
又は、
充電時において、前記端子対に印加される電圧が上昇するように充電電流の経路に対して直列に前記電源部を挿入し、放電時において、放電電流の経路から前記電源部を外す、
請求項１に記載の充放電装置。
【請求項３】
直流電圧を発生する電源部を具備し、
前記接続切り替え部は、
放電時において、前記蓄電部に印加される電圧が上昇するように放電電流の経路に対して直列に前記電源部を挿入し、
充電時において、前記端子対に印加される電圧が上昇するように充電電流の経路に対して直列に前記電源部を挿入する、
請求項１に記載の充放電装置。
【請求項４】
前記端子対と並列に接続され、放電時に前記端子対の電圧極性が反転すると導通する第１のダイオードと、
前記蓄電部と並列に接続され、充電時に前記蓄電部の電圧極性が反転すると導通する第２のダイオードとを有する、
請求項３に記載の充放電装置。
【請求項５】
前記負荷部に印加される電圧を検出する電圧検出部を具備し、
前記蓄電部は複数の蓄電素子を含み、
前記接続切り替え部は、
充電時並びに放電時において、前記複数の蓄電素子の少なくとも一部を直列に接続した回路を構成し、当該回路と前記端子対とを前記負荷部を介して接続し、
放電時には、前記端子対の電圧より低い範囲において前記端子対の電圧低下に追従して前記回路の電圧が段階的に低くなるように、前記回路において直列に接続する蓄電素子の数を前記電圧検出部の検出結果に応じて変更し、
充電時には、前記端子対の電圧より高い範囲において前記端子対の電圧上昇に追従して前記回路の電圧が段階的に高くなるように、前記回路において直列に接続する蓄電素子の数を前記電圧検出部の検出結果に応じて変更する、
請求項１に記載の充放電装置。
【請求項６】
前記接続切り替え部は、前記電圧検出部において検出される前記負荷部の電圧が所定値より低くなると、当該電圧が当該所定値より高くなるように、前記回路において直列に接続する蓄電素子の数を変更する、
請求項５に記載の充放電装置。
【請求項７】
直流電圧を発生する電源部を具備し、
前記接続切り替え部は、放電又は充電を開始する前に、前記電源部の電圧を前記複数の蓄電素子にそれぞれ印加する、
請求項５又は６に記載の充放電装置。
【請求項８】
前記接続切り替え部は、前記蓄電部に含まれる蓄電素子の数が前記回路において直列に接続する蓄電素子の数より多い場合、前記回路において直列に接続する蓄電素子の少なくとも１つに対して並列に少なくとも１つの蓄電素子を接続する、
請求項５乃至７の何れか１つに記載の充放電装置。
【請求項９】
直流電圧を発生する電源部と、
前記負荷部に印加される電圧を検出する電圧検出部と
を具備し、
前記蓄電部は複数の蓄電素子を含み、
前記接続切り替え部は、
放電又は充電を開始する際、前記電源部が発生する電圧に基づいて、前記複数の蓄電素子にそれぞれ異なる電圧を印加し、
放電時には、放電電流を入力する蓄電素子の電圧が前記端子対の電圧より低い範囲において前記端子対の電圧低下に追従して段階的に低下するように、前記負荷部を介して前記端子対に接続される蓄電素子を前記電圧検出部の検出結果に応じて切り替え、
充電時には、充電電流を出力する蓄電素子の電圧が前記端子対の電圧より高い範囲において前記端子対の電圧上昇に追従して段階的に高くなるように、前記負荷部を介して前記端子対に接続される蓄電素子を前記電圧検出部の検出結果に応じて切り替える、
請求項１に記載の充放電装置。
【請求項１０】
前記接続切り替え部は、前記電圧検出部において検出される前記負荷部の電圧が所定値より低くなると、当該電圧が当該所定値より高くなるように、前記負荷部を介して前記端子対に接続される蓄電素子を切り替える、
請求項９に記載の充放電装置。
【請求項１１】
前記接続切り替え部は、前記複数の蓄電素子それぞれと前記負荷部との間の電流経路に挿入される複数のスイッチを有し、
前記スイッチは、
前記蓄電素子と前記負荷部との間の電流経路に挿入され、放電電流を導通可能な第３のダイオードと、
前記蓄電素子と前記負荷部との間の電流経路に挿入され、当該電流経路において前記第３のダイオードと直列に接続され、充電電流を導通可能な第４のダイオードと、
前記第３のダイオードと並列に接続される第３のスイッチ素子と、
前記第４のダイオードと並列に接続される第４のスイッチ素子と
を有し、
前記スイッチがオンの場合、当該スイッチにおいて前記第３のスイッチ素子及び前記第４のスイッチ素子は共にオンし、
前記スイッチがオフの場合、当該スイッチにおいて前記第３のスイッチ素子及び前記第４のスイッチ素子は共にオフし、
放電時に第１のスイッチがオンからオフへ変化するとともに第２のスイッチがオフからオンへ変化する場合は、前記第１のスイッチにおいて第３のスイッチ素子がオフし、かつ、前記第２のスイッチにおいて第４のスイッチ素子がオンした後、前記第２のスイッチにおいて第３のスイッチ素子がオンし、
充電時に第１のスイッチがオンからオフへ変化するとともに第２のスイッチがオフからオンへ変化する場合は、前記第１のスイッチにおいて第４のスイッチ素子がオフし、かつ、前記第２のスイッチにおいて第３のスイッチ素子がオンした後、前記第２のスイッチにおいて第４のスイッチ素子がオンする、
請求項９又は１０に記載の充放電装置。
【請求項１２】
充放電対象のデバイスがそれぞれ接続される第１端子対及び第２端子対と、
直流電圧を発生する電源部と、
インピーダンスの制御が可能な負荷部と、
前記第１端子対、前記第２端子対、前記電源部及び前記負荷部の電気的な接続を切り替える接続切り替え部と
を具備し、
前記接続切り替え部は、
前記第１端子対に接続されるデバイスを充電する場合、前記第２端子対から前記負荷部を介して前記第１端子対へ充電電流を流すとともに、前記第１端子対の電圧が前記第２端子対の電圧より高くなるように当該充電電流の経路に対して直列に前記電源部を挿入し、
前記第２端子対に接続されるデバイスを充電する場合、前記第１端子対から前記負荷部を介して前記第２端子対へ充電電流を流すとともに、前記第２端子対の電圧が前記第１端子対の電圧より高くなるように当該充電電流の経路に対して直列に前記電源部を挿入する、
充放電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池やキャパシタなどの蓄電可能なデバイスの充放電を行う充放電装置に係り、特に、電力損失の低減を図った充放電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば携帯電話機に代表される携帯型の電子機器のバッテリや、ハイブリッド車の駆動電源に用いられる大容量のキャパシタなど、電気エネルギを蓄積するための蓄電デバイスは様々な工業製品において必須の構成要素となっている。一般に二次電池やキャパシタなどの蓄電デバイスは、その性能の評価や出荷検査を行う際に充放電試験を行う必要がある。
【０００３】
図２７は、電子負荷装置を用いる一般的な充放電試験装置の構成例を示す図である。
試験対象のデバイス（device under test：ＤＵＴ）は、スイッチ１２を介して接続される直流電源１１により所定の条件で充電され、その後、スイッチ１３を介して接続される電子負荷装置により所定の条件で放電される。この充放電時の電圧や電流が不図示の測定装置によって試験結果のデータとして取得される。
【０００４】
図２７に示す装置においては、１サイクルの充放電を行う度に電子負荷装置１４でＤＵＴの充電エネルギが消費されるため、ＤＵＴの容量や数が増大すると大量の電力損失が生じる。
【０００５】
他方、図２８は、交流ラインに電力を回生することが可能な充放電試験装置の例を示す図である。ＤＵＴは、双方向型のＡＣ／ＤＣコンバータ１６を介して交流ライン１５に接続される。ＤＵＴの充電試験を行う場合には、交流ライン１５の交流電力を直流電力に変換してＤＵＴに供給し、ＤＵＴの放電試験を行う場合には、ＤＵＴの直流電力を交流電力に変換して交流ライン１５に回生する。
【０００６】
また、特許文献１，２には、双方向型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いて直流ラインに電力を回生する装置が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−７８２２９号公報
【特許文献２】特開２００５−５７８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図２８や特許文献１，２に示すように、双方向型のＡＣ／ＤＣコンバータやＤＣ／ＤＣコンバータを用いれば、ＤＵＴに充電されるエネルギを放電の際に交流や直流の電力として回収し、これを再びＤＵＴの充電に利用できるため、電力損失を低減することができる。
【０００８】
しかしながら、双方向型のＡＣ／ＤＣコンバータやＤＣ／ＤＣコンバータはスイッチ素子やインダクタ、キャパシタ、制御回路、ノイズフィルタなどの多くの部品を必要とするため、これを用いると装置構成が複雑になるという不利益がある。
また、スイッチング・コンバータは基本的にスイッチング動作によって電力変換を行うため、図２７に示すように充放電エネルギを熱として消費する方法に比べて大量のノイズを発生するという不利益がある。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、充放電に伴う電力の損失を低減でき、構成が簡易でノイズの発生量が小さい充放電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の観点に係る充放電装置は、充放電対象のデバイスが接続される端子対と、少なくとも１つの蓄電素子を含む蓄電部と、インピーダンスの制御が可能な負荷部と、前記蓄電部、前記負荷部及び前記端子対の電気的な接続を切り替える接続切り替え部とを具備する。前記接続切り替え部は、放電時に前記端子対から前記負荷部を介して前記蓄電部へ放電電流を流し、充電時に前記蓄電部から前記負荷部を介して前記端子対へ充電電流を流す。
【００１１】
本発明の第２の観点に係る充放電装置は、充放電対象のデバイスがそれぞれ接続される第１端子対及び第２端子対と、直流電圧を発生する電源部と、インピーダンスの制御が可能な負荷部と、前記第１端子対、前記第２端子対、前記電源部及び前記負荷部の電気的な接続を切り替える接続切り替え部とを具備する。前記接続切り替え部は、前記第１端子対に接続されるデバイスを充電する場合、前記第２端子対から前記負荷部を介して前記第１端子対へ充電電流を流すとともに、前記第１端子対の電圧が前記第２端子対の電圧より高くなるように当該充電電流の経路に対して直列に前記電源部を挿入し、前記第２端子対に接続されるデバイスを充電する場合、前記第１端子対から前記負荷部を介して前記第２端子対へ充電電流を流すとともに、前記第２端子対の電圧が前記第１端子対の電圧より高くなるように当該充電電流の経路に対して直列に前記電源部を挿入する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、放電時に充放電対象のデバイスから蓄電部へ放電電流を流し、充電時に蓄電部から充放電対象のデバイスへ充電電流を流すことにより、充放電に伴う電力の損失を低減できる。また、充放電対象のデバイスと蓄電部との間の電流経路のインピーダンスを負荷部によって制御するため、スイッチング・コンバータを用いる場合に比べて構成が簡易になるとともにノイズの発生量を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る充放電装置の構成の一例を示す図である。
図１に示す充放電装置は、電源部１，２と、測定部４と、スイッチ部５と、制御部６と、負荷部７と、端子Ｔ１，Ｔ２と、蓄電素子Ｃ１とを有する。
端子Ｔ１及びＴ２は、本発明の端子対の一実施形態である。
蓄電素子Ｃ１は、本発明の蓄電素子の一実施形態である。
負荷部７は、本発明の負荷部の一実施形態である。
電源部１は、本発明の電源部の一実施形態である。
制御部６及びスイッチ部５は、本発明の接続切り替え部の一実施形態である。
【００１４】
端子Ｔ１及びＴ２は、充放電対象のデバイス（以下、「ＤＵＴ」と記す）を接続するための端子である。本実施形態においてＤＵＴは任意であり、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池、鉛蓄電池などの二次電池でもよいし、電気二重層コンデンサなどのキャパシタでもよい。また、複数種類のデバイスを組み合わせたものでもよい。
以降の説明では、端子Ｔ１及びＴ２のペアを「端子対（Ｔ１，Ｔ２）」と記す場合がある。
【００１５】
蓄電素子Ｃ１は、静電エネルギを蓄積可能な素子である。蓄電素子Ｃ１の一方の端子はノードＮ１に接続され、他方の端子はスイッチ部５を介して電源部１の正側出力端子若しくは端子Ｔ２に接続される。
蓄電素子Ｃ１は、例えば二次電池やキャパシタなどによって構成される。蓄電素子Ｃ１はＤＵＴと同種のデバイスでもよいし、これと異なるデバイスでもよいし、複数種類のデバイスを組み合わせたものでもよい。蓄電素子Ｃ１の静電容量は任意であるが、ＤＵＴの性能の上限に近いような比較的大きな電荷量の充電や放電を行う場合、ＤＵＴの静電容量と同程度かそれ以上であることが好ましい。
【００１６】
電源部１，２は、直流電圧を発生する回路であり、スイッチ部５を介して蓄電素子やデバイスＤＵＴに直流電圧を印加する。
電源部１，２の負側の出力端子は端子Ｔ２に共通接続される。電源部１の正側の出力端子はスイッチ部５を介して蓄電素子Ｃ１に接続され、電源部２の正側の出力端子はスイッチ部５を介してノードＮ１に接続される。
【００１７】
電源部２は、例えば電流制限機能を備えており、スイッチ部５を介して蓄電素子Ｃ１を充電する場合、その充電電流を一定の値に制限しながら蓄電素子Ｃ１を所定の電圧まで充電する。
【００１８】
負荷部７は、インピーダンスを制御する回路であり、例えばＭＯＳトランジスタ等の能動素子を用いて構成される。負荷部７は、正入力端子（＋）と負入力端子（−）を備えており、正入力端子（＋）が負入力端子（−）より高電位の場合、この端子間のインピーダンスを制御部６の制御に従って調節することが可能となる。
【００１９】
測定部４は、負荷部７に印加される電圧、負荷部７に流れる電流、デバイスＤＵＴに生じる電圧をそれぞれ測定し、その測定結果を制御部６に出力する。
【００２０】
スイッチ部５は、充放電の電流経路を形成する各構成要素（蓄電素子Ｃ１、負荷部７、電源部１，２、端子対（Ｔ１，Ｔ２））の電気的な接続を、制御部６の制御に従って切り替える。
【００２１】
図１の例に示すスイッチ部５は、制御部６の制御に従って動作するスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を有する。
スイッチＳＷ１は、負荷部７の正入力端子（＋）をノードＮ１若しくは端子Ｔ１に接続する。
スイッチＳＷ２は、負荷部の負入力端子（−）をノードＮ１若しくは端子Ｔ１に接続する。
スイッチＳＷ３は、電源部２の正側の出力端子とノードＮ１との接続をオン又はオフする。
スイッチＳＷ４は、蓄電素子Ｃ１の他方の端子（ノードＮ１に接続されていない側の端子）を電源部１の正側の出力端子若しくは端子Ｔ２に接続する。
【００２２】
スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、例えば、接点の接触状態に応じて電気的導通を制御するリレーや、ＭＯＳトランジスタ等の半導体スイッチなどによって構成される。
【００２３】
制御部６は、充放電装置の各構成要素を制御する。
例えば制御部６は、ＤＵＴに所望の充放電電流が流れるように、測定部４の測定結果に応じて負荷部７のインピーダンスを制御する。負荷部７のインピーダンスは種々の方法で制御可能であり、例えば定電流、定電圧、定抵抗、定電力などの制御方法が可能である。定電流制御では、負荷部７の電流を一定に保つ。定電圧制御では、ＤＵＴの電圧が一定となるように負荷部７の電流を調節する。定抵抗制御では、負荷部７の電圧に比例して増減するように負荷部７の電流を調節する。定電力制御では、ＤＵＴの電圧と負荷部７の電流との積が一定になるように負荷部７の電流を調節する。定電流制御における電流の目標値を時間的に変化させることによって、充放電電流を任意の波形に制御することも可能である。
【００２４】
また制御部６は、充電時と放電時においてそれぞれ所定の電流経路が形成されるようにスイッチ部５を制御する。すなわちＤＵＴの放電時には端子対（Ｔ１，Ｔ２）から負荷部７を介して蓄電素子Ｃ１へ放電電流を流し、ＤＵＴの充電時には蓄電素子Ｃ１から負荷部７を介して端子対（Ｔ１，Ｔ２）へ充電電流を流すようにスイッチ部５を制御する。
【００２５】
更に制御部６は、ＤＵＴの充電時において、端子対（Ｔ１，Ｔ２）に印加される電圧が上昇するように蓄電素子Ｃ１と端子対（Ｔ１，Ｔ２）との間の電流経路に対して直列に電源部１を挿入し、ＤＵＴの放電時においては、電源部１を電流経路から外すようにスイッチ部５を制御する。これにより、放電時のノードＮ１の電圧を充電時に比べて電源部１の出力電圧分だけ低くすることができるため、同じＤＵＴを端子対（Ｔ１，Ｔ２）に接続したまま、その充電と放電を交互に繰り返すことが可能になる。
【００２６】
制御部６は、例えばコンピュータと記憶装置を備えており、記憶装置に格納されるプログラムに基づいて上記の制御を実行する。このプログラムでは、例えば充放電中における測定部４の測定結果を測定部４から取得し、これを試験結果のデータとして記憶装置に記憶する処理なども行う。
また制御部６は、図示しない操作ボタンやマウス等の入力手段により入力されるユーザの指示に従って、充放電試験の開始や終了、試験手順の入力など、プログラムの処理の流れに関連する制御を行ってもよい。更にモニタ装置などの情報表示手段を有する場合には、充放電試験の実行状態や試験結果などの情報をこれに表示させるための処理を実行してもよい。
【００２７】
次に、上述した構成要素を有する図１に示す充放電装置の動作について説明する。
【００２８】
先ず制御部６は、スイッチＳＷ３をオンに設定し、スイッチＳＷ４を端子Ｔ２に接続する。これにより、蓄電素子Ｃ１には電源部２の出力電圧（電圧Ｖｓ２）が印加される。電源部２は、電流制限を行いながら蓄電素子Ｃ１を電圧Ｖｓ２まで充電する。
【００２９】
次に制御部６は、スイッチＳＷ３をオフに設定し、スイッチＳＷ４を電源部１に接続し、スイッチＳＷ１をノードＮ１に接続し、更にスイッチＳＷ２を端子Ｔ１に接続する。これにより、ノードＮ１と端子Ｔ２との間には、蓄電素子Ｃ１と電源部１とが直列に接続される。電源部１の出力電圧を「Ｖｓ１」とすると、ノードＮ１の電圧は「Ｖｓ１＋Ｖｓ２」となる。このときＤＵＴの電圧が「Ｖｓ１＋Ｖｓ２」より低いものとすると、負荷部７の正入力端子（＋）は負入力端子（−）より高電位になり、負荷部７は動作可能な状態になる。この状態で制御部６は、例えば定電流制御などにより負荷部７のインピーダンスを制御し、蓄電素子Ｃ１及び電源部１の直列回路からＤＵＴへ充電電流を流す。
ＤＵＴへ充電電流を放出することによって、蓄電素子Ｃ１の電圧は徐々に低下する。蓄電素子Ｃ１の電圧を「Ｖｃ」とすると、電圧Ｖｃは充電の開始時点において「Ｖｓ１」となっているが、充電の経過とともにこれより低い電圧となる。
【００３０】
ＤＵＴの充電が終了すると、制御部６はスイッチＳＷ４を端子Ｔ２に接続し、スイッチＳＷ１を端子Ｔ１に接続し、スイッチＳＷ２をノードＮ１に接続する。スイッチＳＷ３はオフのままとする。これによりノードＮ１と端子Ｔ２との間に蓄電素子Ｃ１が接続され、ノードＮ１の電圧は「Ｖｃ」となる。
【００３１】
ＤＵＴの充電時、ノードＮ１の電圧は「Ｖｓ１＋Ｖｃ」になっているが、充電動作から放電動作へ切り替わると「Ｖｃ」になる。すなわち、ノードＮ１の電圧は、電源部１の出力電圧「Ｖｓ１」の分だけ低下する。充電の終了時点においてＤＵＴの電圧が「Ｖｃ」より高いものとすると、ノードＮ１の電圧「Ｖｃ」は端子Ｔ１の電圧より低くなる。この場合、負荷部７の正入力端子（＋）は負入力端子（−）より高電位になり、負荷部７は動作可能な状態になる。この状態で制御部６は負荷部７のインピーダンスを制御し、ＤＵＴから蓄電素子Ｃ１へ放電電流を流す。ＤＵＴからの放電電流を受けて、蓄電素子Ｃ１の電圧は徐々に上昇する。
【００３２】
以降、上述と同様な動作によって、ＤＵＴの充電と放電が交互に繰り返される。蓄電素子Ｃ１の電圧がＤＵＴの充電に必要な電圧より低くなった場合には、随時、スイッチＳＷ３を介して電源部２の出力電圧が蓄電素子Ｃ１に印加され、蓄電素子Ｃ１が適切な電圧に充電される。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態に係る充放電装置によれば、ＤＵＴの放電電流を蓄電素子Ｃ１に入力することによってＤＵＴの静電エネルギの一部を蓄電素子Ｃ１に回生し、この回生エネルギを使ってＤＵＴに供給する充電電流を発生するため、充放電に伴うエネルギの損失を効果的に抑制することができる。すなわち、図２７に示すような従来の装置では、充放電のエネルギが電子負荷装置において全て熱に変えられていたが、本実施形態ではこのエネルギの一部を蓄電素子に蓄えて再び利用することができるため、充放電装置の大幅な省電力化を図ることができる。
【００３４】
また、本実施形態に係る充放電装置は、構成の複雑な双方向型のＡＣ／ＤＣコンバータやＤＣ／ＤＣコンバータを含んでおらず、負荷部とスイッチを組み合わせた簡易な構成であるため、信頼性が高いという利点がある。
更に、ノイズを大量に発生するスイッチング・コンバータの代わりに、直流的なインピーダンスをトランジスタ等により調節する低ノイズの負荷部を用いることができるため、充放電の試験結果（電圧値や電流値など）を精度よく測定することができる。これにより、スイッチング・コンバータのノイズ特性や試験環境（配線の引き回しや試験装置の配置など）に応じた試験結果のばらつきが小さくなり、再現性に優れた精度のよい充放電試験を行うことができる。
【００３５】
しかも、ＤＵＴの充電時においては、端子対（Ｔ１，Ｔ２）に印加される電圧が上昇するように充電電流の経路に対して直列に電源部１が挿入され、ＤＵＴの放電時においては、電流経路から電源部１が外されるため、放電時のノードＮ１の電圧を充電時に比べて電源部１の出力電圧「Ｖｓ１」だけ低くすることができる。これにより、同じＤＵＴを端子対（Ｔ１，Ｔ２）に接続したままで、その充電と放電を交互に繰り返すことが可能になる。
【００３６】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
【００３７】
図２は、負荷部７の保護用ダイオードＤ１，Ｄ２を設けた充放電装置の一例を示す図である。
図２に示す充放電装置は、図１に示す充放電装置と同様な構成を有するとともに、負荷部７の保護用ダイオードＤ１，Ｄ２を有する。
【００３８】
ダイオードＤ１は、負荷部７の正入力端子（＋）とノードＮ１との間の電流経路に挿入されており、その挿入方向は、充電時に端子対（Ｔ１，Ｔ２）から負荷部７を介して蓄電素子Ｃ１へ逆流する電流を阻止する向きに設定されている。例えば図２に示すように、ダイオードＤ１のアノードはノードＮ１に接続され、そのカソードはスイッチＳＷ１を介して負荷部７の正入力端子（＋）に接続される。
ダイオードＤ２は、負荷部７の負入力端子（−）とノードＮ１との間の電流経路に挿入されており、その挿入方向は、放電時に蓄電素子Ｃ１から負荷部７を介して端子対（Ｔ１，Ｔ２）へ逆流する電流を阻止する向きに設定されている。例えば図２に示すように、ダイオードＤ２のカソードはノードＮ１に接続され、そのアノードはスイッチＳＷ２を介して負荷部７の負入力端子（−）に接続される。
【００３９】
ＭＯＳトランジスタ等の半導体素子によってインピーダンスの調節を行う簡易な構成の負荷部においては、一般に半導体素子の特性のため、入力電圧の極性が制限される。すなわち、正入力端子（＋）が負入力端子（−）より高電位であればインピーダンスの制御を行うことが可能であるが、これと逆の極性の電圧が印加されると動作不能になる（例えば導通状態になる）。また、逆極性の電圧の印加は半導体素子の性能を劣化させる原因になる場合がある。
そこで、例えば図２に示すように、ＤＵＴの充電時においてＤＵＴから蓄電素子Ｃ１へ逆流する電流を阻止するダイオードＤ１や、ＤＵＴの放電時において蓄電素子Ｃ１からＤＵＴへ逆流する電流を阻止するダイオードＤ２を設けることにより、負荷部７の負入力端子（−）が正入力端子（＋）より高電位になることを防止できるため、装置の信頼性が向上する。
【００４０】
図３は、交流動作が可能な負荷部を用いる充放電装置の一例を示す図である。
図３に示す充放電装置は、図１に示す充放電装置における直流型の負荷部７を交流型の負荷部７Ａに置換し、スイッチ部５をスイッチ部５Ａに置換したものであり、他の構成要素は図１に示す充放電装置と同じである。
【００４１】
交流型の負荷部７Ａは、双方向に電流を流すことが可能なインピーダンス可変回路であり、ノードＮ１と端子Ｔ１との間に直接接続される。
負荷部７Ａは、例えば後述する図２３に示す双方向のスイッチと同様な構成を有する。すなわち、逆方向に直列接続された同一導電型のトランジスタ（ｎ型ＭＯＳトランジスタなど）と、その各トランジスタに並列接続されるダイオードとを有する。ＭＯＳトランジスタを用いる場合には、これに並列接続されるダイオードとしてＭＯＳトランジスタのボディ・ダイオードを用いてもよい。
【００４２】
スイッチ部５Ａは、スイッチ部５からスイッチＳＷ１，ＳＷ２を削除したものであり、他の構成要素（スイッチＳＷ３，ＳＷ４）はスイッチ部５と同じである。
【００４３】
このように、直流型の負荷部７を交流型の負荷部７Ａに置き換えることによって、負荷部７の接続の切り替えに必要なスイッチＳＷ１，ＳＷ２や負荷部７の保護用ダイオードＤ１，Ｄ２を省略することができる。
【００４４】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００４５】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る充放電装置の構成の一例を示す図である。
図４に示す充放電装置は、電源部３と、測定部４と、スイッチ部５Ｂと、制御部６と、負荷部７と、端子対（Ｔ１，Ｔ２）と、蓄電素子Ｃ１と、ダイオードＤ３，Ｄ４とを有しており、図１と図４の同一符号は同一の構成要素を示す。
【００４６】
蓄電素子Ｃ１は、ノードＮ１と端子Ｔ２との間に接続される。
【００４７】
電源部３は、直流電圧を発生する回路であり、負荷部７と直列に接続される。図４の例において、電源部３は、負荷部７の正入力端子（＋）とスイッチ部５Ｂとの間の電流経路に、正入力端子（＋）の電位を上昇させるような極性で（すなわち電源部３の正側の出力端子と正入力端子（＋）とが接続されるように）挿入される。
【００４８】
スイッチ部５Ｂは、先に述べたスイッチ部５と同様に、ＤＵＴの放電時には端子対（Ｔ１，Ｔ２）から負荷部７を介して蓄電素子Ｃ１へ放電電流を流し、ＤＵＴの充電時には蓄電素子Ｃ１から負荷部７を介して端子対（Ｔ１，Ｔ２）へ充電電流を流すように、制御部６の制御に従って充放電の電流経路を形成する。またスイッチ部５Ｂは、放電時において、蓄電素子Ｃ１に印加される電圧が上昇するように放電電流の経路に対して直列に電源部３を挿入し、充電時において、端子対（Ｔ１，Ｔ２）に印加される電圧が上昇するように充電電流の経路に対して直列に電源部３を挿入する。
【００４９】
スイッチ部５Ｂは、例えば図４に示すように、スイッチ部５に含まれるものと同じスイッチＳＷ１，ＳＷ２を有する。
【００５０】
ダイオードＤ３は、端子対（Ｔ１，Ｔ２）と並列に接続される。ダイオードＤ３のアノードは端子Ｔ２に接続され、そのカソードは端子Ｔ１に接続される。ダイオードＤ３は、ＤＵＴの放電時に端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧極性が反転する（すなわち端子Ｔ２が端子Ｔ１より高電位になる）とオン状態となり、ＤＵＴが逆極性に充電されることを防止する。
ダイオードＤ４は、蓄電素子Ｃ１と並列に接続される。ダイオードＤ４のアノードは端子Ｔ２に接続され、そのカソードはノードＮ１に接続される。ダイオードＤ４は、ＤＵＴの充電時に蓄電素子Ｃ１の電圧極性が反転する（すなわち端子Ｔ２がノードＮ１より高電位になる）とオン状態となり、蓄電素子Ｃ１が逆極性に充電されることを防止する。
なお、ダイオードＤ３は本発明の第１のダイオードの一実施形態であり、ダイオードＤ４は本発明の第２のダイオードの一実施形態である。
【００５１】
ここで図５を参照して、上述した構成を有する本実施形態に係る充放電装置の動作を説明する。図５は、図４に示す充放電装置における電源部３の接続状態を説明するための図であり、図５（Ａ）は充電時、図５（Ｂ）は放電時の接続状態をそれぞれ示す。
【００５２】
ＤＵＴの充電を行う場合、制御部６はスイッチＳＷ１をノードＮ１に接続し、スイッチＳＷ２を端子Ｔ１に接続する。これにより、負荷部７の正入力端子（＋）は電源部３を介してノードＮ１に接続され、負入力端子（−）は端子Ｔ１に接続される（図５（Ａ））。蓄電素子Ｃ１の電圧を「Ｖｃ」、電源部３の出力電圧を「Ｖｓ３」とすると、負荷部７の正入力端子（＋）の電圧は「Ｖｃ＋Ｖｓ３」となる。このときＤＵＴの電圧が「Ｖｃ＋Ｖｓ３」より低いものとすると、正入力端子（＋）は負入力端子（−）より高電位になるため、負荷部７は動作可能な状態になる。この状態で制御部６は負荷部７のインピーダンスを制御し、蓄電素子Ｃ１及び電源部３の直列回路からＤＵＴへ充電電流を流す。
ＤＵＴへ充電電流を放出することによって、蓄電素子Ｃ１の電圧Ｖｃは徐々に低下する。ただし電圧Ｖｃの極性が反転すると（すなわちノードＮ１が端子Ｔ２より低電位になると）ダイオードＤ４が導通するため、極性反転時の電圧ＶｃはダイオードＤ４の順方向電圧程度に制限される。
【００５３】
次いでＤＵＴの放電を行う場合、制御部６はスイッチＳＷ１を端子Ｔ１に接続し、スイッチＳＷ２をノードＮ１に接続する。これにより、負荷部７の正入力端子（＋）は電源部３を介して端子Ｔ１に接続され、負入力端子（−）はノードＮ１に接続される（図５（Ｂ））。ＤＵＴの電圧を「Ｖｄ」とすると、負荷部７の正入力端子（＋）の電圧は「Ｖｄ＋Ｖｓ３」となる。このとき蓄電素子Ｃ１の電圧Ｖｃが「Ｖｄ＋Ｖｓ３」より低いものとすると、正入力端子（＋）は負入力端子（−）より高電位になるため、負荷部７は動作可能な状態になる。この状態で制御部６は負荷部７のインピーダンスを制御し、ＤＵＴ及び電源部３の直列回路から蓄電素子Ｃ１へ放電電流を流す。
蓄電素子Ｃ１へ放電電流を放出することによって、ＤＵＴの電圧Ｖｄは徐々に低下する。ただし電圧Ｖｄの極性が反転すると（すなわち端子Ｔ１が端子Ｔ２より低電位になると）ダイオードＤ３が導通するため、極性反転時の電圧ＶｄはダイオードＤ３の順方向電圧程度に制限される。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態に係る充放電装置によれば、放電時において蓄電素子Ｃ１に印加される電圧が上昇するように放電電流の経路に対して直列に電源部３が挿入され、充電時において端子対（Ｔ１，Ｔ２）に印加される電圧が上昇するように充電電流の経路に対して直列に電源部３が挿入される。これにより、蓄電素子Ｃ１の電圧ＶｄがＤＵＴの電圧Ｖｄより低い場合でも蓄電素子Ｃ１からＤＵＴへ充電電流を流すことが可能になり、また、電圧Ｖｄが電圧Ｖｃより低い場合でもＤＵＴから蓄電素子Ｃ１へ放電電流を流すことが可能になるため、同じＤＵＴを端子対（Ｔ１，Ｔ２）に接続したままで、その充電と放電を交互に繰り返すことができる。
また本実施形態に係る充放電装置によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。すなわち、充放電エネルギの一部を蓄電素子に蓄えて再利用することから、消費電力を削減できる。充放電電力の伝達方向をスイッチ部と負荷部によって切り替えるため、スイッチング・コンバータを用いる場合に比べて回路構成を簡易化できるとともにノイズの発生量を抑制できる。
【００５５】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００５６】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る充放電装置の構成の一例を示す図である。
図６に示す充放電装置は、電源部２と、測定部４と、スイッチ部５Ｃと、制御部６と、負荷部７と、端子対（Ｔ１，Ｔ２）と、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２とを有しており、図１と図６の同一符号は同一の構成要素を示す。
【００５７】
蓄電素子Ｃ１，Ｃ２は、静電エネルギを蓄積可能な素子であり、例えば二次電池やキャパシタなどによって構成される。
蓄電素子Ｃ１の一方の端子はノードＮ１に接続され、他方の端子はスイッチ部５Ｃを介して端子Ｔ２又は蓄電素子Ｃ２に接続される。
蓄電素子Ｃ２の一方の端子は端子Ｔ２に接続され、他方の端子はスイッチ部５Ｃを介してノードＮ１又は蓄電素子Ｃ１に接続される。
【００５８】
スイッチ部５Ｃの基本的な動作は、先に述べたスイッチ部５と同様である。すなわち、ＤＵＴの放電時には端子対（Ｔ１，Ｔ２）から負荷部７を介して蓄電素子Ｃ１，Ｃ２へ放電電流を流し、ＤＵＴの充電時には蓄電素子Ｃ１，Ｃ２から負荷部７を介して端子対（Ｔ１，Ｔ２）へ充電電流を流すように、制御部６の制御に従って充放電の電流経路を形成する。
【００５９】
またスイッチ部５Ｃは、充電時並びに放電時において、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２を直列又は並列に接続した回路（以下、「蓄電素子回路」と記す）を構成し、この蓄電素子回路と端子対（Ｔ１，Ｔ２）とを負荷部７を介して接続する。
更にスイッチ部５Ｃは、蓄電素子回路における蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の接続形態（直列又は並列）を、測定部４により測定される負荷部７の入力電圧（正入力端子（＋）と負入力端子（−）の間の電圧）に応じて変更する。すなわち、ＤＵＴの放電時には、端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧より低い範囲において端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧低下に追従して蓄電素子回路の電圧が段階的に低くなるように、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の接続形態を負荷部７の入力電圧に応じて切り替える。またＤＵＴの充電時には、端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧より高い範囲において端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧上昇に追従して蓄電素子回路の電圧が段階的に高くなるように、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の接続形態を負荷部７の入力電圧に応じて切り替える。
【００６０】
スイッチ部５Ｃは、例えば図６に示すように、スイッチ部５に含まれるものと同じスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を有するとともに、スイッチＳＷ５，ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３を更に有する。
スイッチＳＷ５は、ノードＮ１と端子Ｔ２との間に接続される。
スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３は、ノードＮ１と端子Ｔ２との間に直列に接続される。スイッチＳＷ１１の一方の端子はノードＮ１に接続され、他方の端子は蓄電素子Ｃ２を介して端子Ｔ２に接続される。スイッチＳＷ１３の一方の端子は端子Ｔ２に接続され、他方の端子は蓄電素子Ｃ１を介してノードＮ１に接続される。スイッチＳＷ１２は、スイッチＳＷ１１とスイッチＳＷ１３の間に接続される。
【００６１】
ここで図７〜図１０を参照して、上述した構成を有する図６に示す充放電装置の動作を説明する。
【００６２】
図７は、充電時及び放電時における接続状態の変化を説明するための図である。
図８は、充電時における各部の電圧変化の一例を示す図である。
図９は、放電時における各部の電圧変化の一例を示す図である。
図１０は、充電時と放電時における接続切り替え部５Ｃの各スイッチの状態を説明するための図である。
図８〜図１０における記号「Ｓ１０」〜「Ｓ１４」は、接続切り替え部５Ｃの各スイッチの状態を示す。図８，図９における記号「ＣＶ１１」，「ＣＶ１３」は蓄電素子回路（Ｃ１，Ｃ２）の電圧（すなわちノードＮ１の電圧）、記号「ＣＶ１２」，「ＣＶ１４」はＤＵＴの電圧（すなわち端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧）をそれぞれ示す。
また以下の説明では、電源部２の出力電圧を「Ｖｓ」とし、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２はＤＵＴに比べて大きな静電容量と持つものとする。
【００６３】
［状態Ｓ１０：図７（Ａ）］
先ず制御部６は、接続切り替え部５Ｃの各スイッチを状態Ｓ１０に設定する。すなわち、スイッチＳＷ３，ＳＷ１１，ＳＷ１３をオン、スイッチＳＷ５，ＳＷ１２をオフに設定する。スイッチＳＷ１，ＳＷ２の状態は任意である。状態Ｓ１０においては、図７（Ａ）に示すように、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２と電源部２とが並列に接続される。蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の電圧は、それぞれ「Ｖｓ」に設定される。
【００６４】
［状態Ｓ１１：図７（Ｂ）］
次いで制御部６は、ＤＵＴの充電を開始するため、接続切り替え部５Ｃの各スイッチを状態Ｓ１１に設定する。すなわち、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１３をオン、スイッチＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ１２をオフに設定する。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は充電時の状態（スイッチＳＷ１をノードＮ１に接続し、スイッチＳＷ２を端子Ｔ１に接続する状態）に設定する。状態Ｓ１１では、図７（Ｂ）に示すように蓄電素子Ｃ１，Ｃ２が並列接続され、蓄電素子回路の電圧が「Ｖｓ」になる。図８の例では、充電の開始時点ｔ１１においてＤＵＴの電圧がゼロになっており、負荷部７には電圧Ｖｓが印加される。
状態Ｓ１１において、制御部６は負荷部７の電流を一定の値に制御し、蓄電素子回路からＤＵＴへ一定の充電電流を供給する。ＤＵＴの電圧は、一定の充電電流に応じて直線的に上昇する（ＣＶ１２）。蓄電素子回路の電圧は、ＤＵＴへ充電電流を放出することにより徐々に低下する。ただし図８の例では、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の静電容量がＤＵＴに比べて十分大きいため、蓄電素子回路の電圧低下は僅かであり、ほぼ「Ｖｓ」に保持される（ＣＶ１１）。「ＣＶ１１」と「ＣＶ１２」の差に相当する負荷部７の入力電圧は、充電の進行に伴って徐々に低下する。
【００６５】
［状態Ｓ１２：図７（Ｃ）］
測定部４において測定される負荷部７の入力電圧が所定の値（例えば負荷部７の動作可能な最小電圧）より低くなると（時刻ｔ１２）、制御部６は接続切り替え部５Ｃの各スイッチを状態Ｓ１２に変更する。すなわち、スイッチＳＷ１２をオン、スイッチＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ１１，ＳＷ１３をオフに設定する。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は充電時の状態に設定する。状態Ｓ１２では、図７（Ｃ）に示すように蓄電素子Ｃ１，Ｃ２が直列接続され、蓄電素子回路の電圧が約「２Ｖｓ」になる。
状態Ｓ１１からＳ１２へ移行する時刻ｔ１２において、負荷部７の入力電圧は約「Ｖｓ」だけ上昇する。状態Ｓ１２へ移行した後、制御部６は引き続き負荷部７の定電流制御を行う。そのため、ＤＵＴの電圧は直線的に上昇し、負荷部７の入力電圧は低下する。
【００６６】
［状態Ｓ１３：図７（Ｄ）］
ＤＵＴの充電が完了すると（時刻ｔ１３）、次に制御部６は、ＤＵＴの放電を開始するため、接続切り替え部５Ｃの各スイッチを状態Ｓ１３に変更する（時刻ｔ１４）。すなわち、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１３をオン、スイッチＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ１２をオフに設定する。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は放電時の状態（スイッチＳＷ１を端子Ｔ１に接続し、スイッチＳＷ２をノードＮ１に接続する状態）に設定する。状態Ｓ１３では、図７（Ｄ）に示すように蓄電素子Ｃ１，Ｃ２が並列接続され、蓄電素子回路の電圧が約「Ｖｓ」になる。
充電の完了時ｔ１３においてＤＵＴの電圧が「Ｖｓ」より高いものとすると、負荷部７の正入力端子（＋）は負入力端子（−）より高電位となり、負荷部７は動作可能な状態になる。この状態で制御部６は負荷部７の定電流制御を実行し、ＤＵＴから蓄電素子回路へ一定の放電電流を流す。ＤＵＴの電圧は、一定の放電電流に応じて直線的に低下する（ＣＶ１４）。蓄電素子回路の電圧は、ＤＵＴからの放電電流に応じて僅かに上昇するが、ほぼ「Ｖｓ」に保持される（ＣＶ１３）。「ＣＶ１４」と「ＣＶ１３」の差に相当する負荷部７の入力電圧は、放電の進行に伴って徐々に低下する。
【００６７】
［状態Ｓ１４：図７（Ｅ）］
測定部４において測定される負荷部７の入力電圧が所定の値より低くなると（時刻ｔ１５）、制御部６は接続切り替え部５Ｃの各スイッチを状態Ｓ１４に変更する。すなわち、スイッチＳＷ５をオン、スイッチＳＷ３，ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３をオフに設定する。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は放電時の状態に設定する。状態Ｓ１４では、図７（Ｅ）に示すようにノードＮ１が端子Ｔ２に接続されるため、ノードＮ１の電圧がゼロになる。
状態Ｓ１３からＳ１４へ移行する時刻ｔ１５において、負荷部７の入力電圧は約「Ｖｓ」だけ上昇する。状態Ｓ１４へ移行した後、制御部６は引き続き負荷部７の定電流制御を行う。そのため、ＤＵＴの電圧は直線的に低下し、負荷部７の入力電圧は低下する。状態Ｓ１４においては、ＤＵＴの電圧が負荷部７の動作可能な最低電圧付近になるまで、ＤＵＴを放電させることができる。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態に係る充放電装置によれば、ＤＵＴの放電時において、端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧より低い範囲において端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧低下に追従して蓄電素子回路（Ｃ１，Ｃ２））の電圧が段階的に低くなるように、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の接続形態が切り替えられる。また、ＤＵＴの充電時において、端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧より高い範囲において端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧上昇に追従して蓄電素子回路（Ｃ１，Ｃ２）の電圧が段階的に高くなるように、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の接続形態が切り替えられる。
負荷部７を介して充放電電流を流す場合、負荷部７においてはその電圧と電流の積に応じた電力損失が生じる。本実施形態に係る充放電装置では、負荷部７の電圧が低くなるように蓄電素子回路（Ｃ１，Ｃ２）の電圧が段階的に変化するため、負荷部７の電力損失を効果的に削減することができる。
負荷部７の電力損失が低減することから、負荷部７の定格を下げることが可能になり、装置サイズの小型化とコストの削減を図ることができる。
更に、ノードＮ１の電圧を制御部６の制御によって変化させることができるため、同じＤＵＴを端子対（Ｔ１，Ｔ２）に接続したままで、その充電と放電を交互に繰り返すことができる。
また本実施形態に係る充放電装置によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。すなわち、充放電エネルギの一部を蓄電素子に蓄えて再利用することから、消費電力を削減できる。充放電電力の伝達方向をスイッチ部と負荷部によって切り替えるため、スイッチング・コンバータを用いる場合に比べて回路構成を簡易化でき、ノイズの発生量を抑制できる。
【００６９】
次に、本実施形態の変形例について説明する。以下では、蓄電素子回路を構成する蓄電素子の数を増やした場合の例を示す。
【００７０】
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る充放電装置の他の構成例を示す図である。
図１１に示す充放電装置は、電源部２と、測定部４と、スイッチ部５Ｄと、制御部６と、負荷部７と、端子対（Ｔ１，Ｔ２）と、蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４とを有しており、図１と図１１の同一符号は同一の構成要素を示す。
【００７１】
蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４は、静電エネルギを蓄積可能な素子であり、例えば二次電池やキャパシタなどによって構成される。
蓄電素子Ｃ１の一方の端子はノードＮ１に接続され、他方の端子はスイッチ部５Ｄを介して蓄電素子Ｃ２の何れか一方の端子に接続される。
蓄電素子Ｃ２の一方の端子はスイッチ部５Ｄを介してノードＮ１又は蓄電素子Ｃ１に接続され、その他方の端子はスイッチ部５Ｄを介して蓄電素子Ｃ３又は端子Ｔ２に接続される。
蓄電素子Ｃ３の一方の端子はスイッチ部５Ｄを介してノードＮ１又は蓄電素子Ｃ２に接続され、その他方の端子はスイッチ部５Ｄを介して蓄電素子Ｃ４又は端子Ｔ２に接続される。
蓄電素子Ｃ４の一方の端子は端子Ｔ２に接続され、その他方の端子はスイッチ部５Ｄを介して蓄電素子Ｃ３の何れか一方の端子に接続される。
【００７２】
スイッチ部５Ｄの基本的な動作はスイッチ部５と同様であり、制御部６の制御に従って、端子対（Ｔ１，Ｔ２）から蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４への放電経路、又は、蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４から端子対（Ｔ１，Ｔ２）への充電経路を形成する。
またスイッチ部５Ｄは、充電時並びに放電時において、蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４を直列又は並列に接続した蓄電素子回路を構成し、この蓄電素子回路と端子対（Ｔ１，Ｔ２）とを負荷部７を介して接続する。
スイッチ部５Ｄは、蓄電素子回路における蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４の接続形態を、測定部４により測定される負荷部７の入力電圧に応じて変更する。すなわち、ＤＵＴの放電時には、端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧より低い範囲において端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧低下に追従して蓄電素子回路の電圧が段階的に低くなるように、蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４の接続形態を負荷部７の入力電圧に応じて切り替える。またＤＵＴの充電時には、端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧より高い範囲において端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧上昇に追従して蓄電素子回路の電圧が段階的に高くなるように、蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４の接続形態を負荷部７の入力電圧に応じて切り替える。具体的には、蓄電素子回路の電圧を上昇させる場合、直列接続する蓄電素子の数を増やし、逆に蓄電素子回路の電圧を低下させる場合、直列接続する蓄電素子の数を減らす。
【００７３】
スイッチ部５Ｄは、例えば図１１に示すように、スイッチ部５Ｃに含まれるものと同じスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ５を有するとともに、スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２９を更に有する。
スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３は、ノードＮ１とノードＮ２との間に直列に接続される。スイッチＳＷ２１の一方の端子はノードＮ１に接続され、他方の端子は蓄電素子Ｃ２を介してノードＮ２に接続される。スイッチＳＷ２３の一方の端子はノードＮ２に接続され、他方の端子は蓄電素子Ｃ１を介してノードＮ１に接続される。スイッチＳＷ２２はスイッチＳＷ２１とスイッチＳＷ２３の間に接続される。
スイッチＳＷ２４，ＳＷ２５，ＳＷ２６は、ノードＮ１と端子Ｔ２との間に直列に接続される。スイッチＳＷ２４の一方の端子はノードＮ１に接続され、他方の端子はノードＮ３に接続される。スイッチＳＷ２６の一方の端子は端子Ｔ２に接続され、他方の端子はノードＮ２に接続される。スイッチＳＷ２５はノードＮ２とノードＮ３との間に接続される。
スイッチＳＷ２７，ＳＷ２８，ＳＷ２９は、ノードＮ３と端子Ｔ２との間に直列に接続される。スイッチＳＷ２７の一方の端子はノードＮ３に接続され、他方の端子は蓄電素子Ｃ４を介して端子Ｔ２に接続される。スイッチＳＷ２９の一方の端子は端子Ｔ２に接続され、他方の端子は蓄電素子Ｃ３を介してノードＮ３に接続される。スイッチＳＷ２８はスイッチＳＷ２７とスイッチＳＷ２９の間に接続される。
【００７４】
ここで図１２〜図１６を参照して、上述した構成を有する図１１に示す充放電装置の動作を説明する。
【００７５】
図１２は、充電時の接続状態の変化を説明するための図である。
図１３は、放電時の接続状態の変化を説明するための図である。
図１４は、充電時における各部の電圧変化の一例を示す図である。
図１５は、放電時における各部の電圧変化の一例を示す図である。
図１６は、充電時と放電時における接続切り替え部５Ｃの各スイッチの状態を説明するための図である。
図１４〜図１６における記号「Ｓ２０」〜「Ｓ２８」は、接続切り替え部５Ｄの各スイッチの状態を示す。図１４，図１５における記号「ＣＶ２１」，「ＣＶ２３」は蓄電素子回路（Ｃ１〜Ｃ４）の電圧、記号「ＣＶ２２」，「ＣＶ２４」はＤＵＴの電圧をそれぞれ示す。
また、蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量はＤＵＴに比べて十分大きいものとする。
【００７６】
［状態Ｓ２０：図１２（Ａ）］
先ず制御部６は、接続切り替え部５Ｄの各スイッチを状態Ｓ２０に設定する。状態Ｓ２０においては、図１２（Ａ）に示すように、蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４と電源部２とが並列に接続される。蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４の電圧は、それぞれ「Ｖｓ」に設定される。
【００７７】
［状態Ｓ２１：図１２（Ｂ）］
次いで制御部６は、ＤＵＴの充電を開始するため、接続切り替え部５Ｃの各スイッチを状態Ｓ２１に設定する。状態Ｓ２１では、図１２（Ｂ）に示すように蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４が全て並列接続され、蓄電素子回路の電圧が「Ｖｓ」になる。
状態Ｓ２１において、制御部６は負荷部７の定電流制御を行い、蓄電素子回路からＤＵＴへ一定の充電電流を供給する。ＤＵＴの電圧は、一定の充電電流に応じて直線的に上昇する（ＣＶ２２）。蓄電素子回路の電圧は、ＤＵＴへ充電電流を放出することにより徐々に低下するが、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の静電容量がＤＵＴに比べて十分大きいため、ほぼ「Ｖｓ」に保持される（ＣＶ２１）。「ＣＶ２１」と「ＣＶ２２」の差に相当する負荷部７の入力電圧は、充電の進行に伴って徐々に低下する。
【００７８】
［状態Ｓ２２：図１２（Ｃ）］
測定部４において測定される負荷部７の入力電圧が所定の値より低くなると（時刻ｔ２２）、制御部６は接続切り替え部５Ｄの各スイッチを状態Ｓ２２に変更する。状態Ｓ２２では、図１２（Ｃ）に示すように、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の並列接続回路と蓄電素子Ｃ３，Ｃ４の並列接続回路とが直列に接続される。蓄電素子回路の電圧は約「２Ｖｓ」になる。
状態Ｓ２１からＳ２２へ移行する時刻ｔ２２において、負荷部７の入力電圧は約「Ｖｓ」だけ上昇する。状態Ｓ２２へ移行した後、制御部６は引き続き負荷部７の定電流制御を行う。そのため、ＤＵＴの電圧は直線的に上昇し、負荷部７の入力電圧は低下する。
【００７９】
［状態Ｓ２３：図１２（Ｄ）］
測定部４において測定される負荷部７の入力電圧が所定の値より低くなると（時刻ｔ２３）、制御部６は接続切り替え部５Ｄの各スイッチを状態Ｓ２３に変更する。状態Ｓ２３では、図１２（Ｄ）に示すように、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の直列接続回路と蓄電素子Ｃ３，Ｃ４の並列接続回路とが直列接続される。蓄電素子回路の電圧は約「３Ｖｓ」になる。
状態Ｓ２２からＳ２３へ移行する場合も、負荷部７の入力電圧は約「Ｖｓ」だけ上昇する。状態Ｓ２３への移行後も、制御部６は引き続き負荷部７の定電流制御を行うため、ＤＵＴの電圧は直線的に上昇し、負荷部７の入力電圧は低下する。
【００８０】
［状態Ｓ２４：図１２（Ｅ）］
測定部４において測定される負荷部７の入力電圧が所定の値より低くなると（時刻ｔ２４）、制御部６は接続切り替え部５Ｄの各スイッチを状態Ｓ２４に変更する。状態Ｓ２４では、図１２（Ｅ）に示すように、蓄電素子Ｃ１〜４が全て直列に接続される。蓄電素子回路の電圧は約「４Ｖｓ」になる。
状態Ｓ２３からＳ２４へ移行する場合も、負荷部７の入力電圧は約「Ｖｓ」だけ上昇する。状態Ｓ２４への移行後も、制御部６は引き続き負荷部７の定電流制御を行うため、ＤＵＴの電圧は直線的に上昇し、負荷部７の入力電圧は低下する。
【００８１】
［状態Ｓ２５：図１３（Ａ）］
ＤＵＴの充電が完了すると（時刻ｔ２５）、次に制御部６は、ＤＵＴの放電を開始するため、接続切り替え部５Ｄの各スイッチを状態Ｓ２５に変更する（時刻ｔ２６）。状態Ｓ２５では、図１３（Ａ）に示すように、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の直列接続回路と蓄電素子Ｃ３，Ｃ４の並列接続回路とが直列接続される。蓄電素子回路の電圧は約「３Ｖｓ」になる。
充電の完了時刻ｔ２５においてＤＵＴの電圧が「３Ｖｓ」より高いものとすると、負荷部７の正入力端子（＋）は負入力端子（−）より高電位となり、負荷部７は動作可能な状態になる。この状態で制御部６は負荷部７の定電流制御を実行し、ＤＵＴから蓄電素子回路へ一定の放電電流を流す。ＤＵＴの電圧は、一定の放電電流に応じて直線的に低下する（ＣＶ２４）。蓄電素子回路の電圧は、ＤＵＴからの放電電流に応じて僅かに上昇するが、ほぼ「Ｖｓ」に保持される（ＣＶ２３）。「ＣＶ２４」と「ＣＶ２３」の差に相当する負荷部７の入力電圧は、放電の進行に伴って徐々に低下する。
【００８２】
［状態Ｓ２６：図１３（Ｂ）］
測定部４において測定される負荷部７の入力電圧が所定の値より低くなると（時刻ｔ２７）、制御部６は接続切り替え部５Ｄの各スイッチを状態Ｓ２６に変更する。状態Ｓ２６では、図１３（Ｂ）に示すように、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の並列接続回路と蓄電素子Ｃ３，Ｃ４の並列接続回路とが直列に接続される。蓄電素子回路の電圧は約「２Ｖｓ」になる。
状態Ｓ２５からＳ２６へ移行する場合、負荷部７の入力電圧は約「Ｖｓ」だけ上昇する。状態Ｓ２４へ移行した後も、制御部６は引き続き負荷部７の定電流制御を行う。そのため、ＤＵＴの電圧は直線的に低下し、負荷部７の入力電圧は低下する。
【００８３】
［状態Ｓ２７：図１３（Ｃ）］
測定部４において測定される負荷部７の入力電圧が所定の値より低くなると（時刻ｔ２８）、制御部６は接続切り替え部５Ｄの各スイッチを状態Ｓ２７に変更する。状態Ｓ２７では、図１３（Ｃ）に示すように、蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４が全て並列に接続される。蓄電素子回路の電圧は約「Ｖｓ」になる。
状態Ｓ２６からＳ２７へ移行する場合も、負荷部７の入力電圧は約「Ｖｓ」だけ上昇する。状態Ｓ２７への移行後も、制御部６は引き続き負荷部７の定電流制御を行うため、ＤＵＴの電圧は直線的に低下し、負荷部７の入力電圧は低下する。
【００８４】
［状態Ｓ２８：図１３（Ｄ）］
測定部４において測定される負荷部７の入力電圧が所定の値より低くなると（時刻ｔ２９）、制御部６は接続切り替え部５Ｄの各スイッチを状態Ｓ２８に変更する。状態Ｓ２８では、図１３（Ｄ）に示すようにノードＮ１が端子Ｔ２に接続されるため、ノードＮ１の電圧がゼロになる。
なお、図１６の例では、状態Ｓ２７からＳ２８への移行に伴うスイッチ状態の変化を少なくするためスイッチＳＷ２１，ＳＷ２３，ＳＷ２７，ＳＷ２９をオンに設定しているが、これらのスイッチはオフに設定してもよい。
状態Ｓ２７からＳ２８へ移行する場合も、負荷部７の入力電圧は約「Ｖｓ」だけ上昇する。状態Ｓ２８への移行後も、制御部６は引き続き負荷部７の定電流制御を行うため、ＤＵＴの電圧は直線的に低下し、負荷部７の入力電圧は低下する。状態Ｓ１４においては、ＤＵＴの電圧が負荷部７の動作可能な最低電圧付近になるまで、ＤＵＴを放電させることができる。
【００８５】
このように、図１１に示す充電装置においても、負荷部７の電圧が低くなるように蓄電素子回路（Ｃ１〜Ｃ４）の電圧が段階的に変化するため、負荷部７の電力損失を効果的に削減することができる。また、蓄電素子回路を構成する蓄電素子の数を増やすことによって、蓄電素子回路の段階的な電圧変化がより忠実にＤＵＴの電圧変化に追従するため、負荷部７の電圧が更に低減し、負荷部７の電力損失をより少なくすることができる。
【００８６】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
【００８７】
図１７は、本発明の第４の実施形態に係る充放電装置の構成の一例を示す図である。
図１７に示す充放電装置は、電源部２Ｅと、測定部４と、スイッチ部５Ｅと、制御部６と、負荷部７と、端子対（Ｔ１，Ｔ２）と、蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４とを有しており、図１と図１７の同一符号は同一の構成要素を示す。
【００８８】
電源部２Ｅは、直流電圧を発生する回路であり、制御部６の制御に従って出力電圧を変化させることができる。電源部２Ｅの正側の出力端子はスイッチ部５Ｅを介してノードＮ１に接続され、負側の出力端子は端子Ｔ２に接続される。
【００８９】
蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４は、静電エネルギを蓄積可能な素子であり、例えば二次電池やキャパシタなどによって構成される。
蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４の一方の端子はスイッチ部５Ｅを介してそれぞれノードＮ１に接続され、他方の端子は端子Ｔ２に共通接続される。
【００９０】
スイッチ部５Ｅの基本的な動作はスイッチ部５と同様であり、制御部６の制御に従って、端子対（Ｔ１，Ｔ２）から蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４への放電経路、又は、蓄電素子Ｃ１〜４から端子対（Ｔ１，Ｔ２）への充電経路を形成する。
【００９１】
またスイッチ部５Ｅは、放電又は充電を開始する前に、電源部２Ｅから出力される異なる電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４をそれぞれ蓄電素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に印加する。
更にスイッチ部５Ｅは、ノードＮ１に接続される蓄電素子を、測定部４により測定される負荷部７の入力電圧に応じて変更する。すなわち、放電時には、放電電流を入力する蓄電素子の電圧が端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧より低い範囲において端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧低下に追従して段階的に低下するように、ノードＮ１に接続される蓄電素子を「Ｃ１」〜「Ｃ４」の中から選択する。また充電時には、充電電流を出力する蓄電素子の電圧が端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧より高い範囲において端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧上昇に追従して段階的に高くなるように、ノードＮ１に接続される蓄電素子を「Ｃ１」〜「Ｃ４」の中から選択する。
【００９２】
スイッチ部５Ｅは、例えば図１７に示すように、スイッチ部５Ｃ（図６）に含まれるものと同じスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ５を有するとともに、スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３４を更に有する。
スイッチＳＷ３１の一方の端子はノードＮ１に接続され、他方の端子は蓄電素子Ｃ１を介して端子Ｔ２に接続される。スイッチＳＷ３２の一方の端子はノードＮ１に接続され、他方の端子は蓄電素子Ｃ２を介して端子Ｔ２に接続される。スイッチＳＷ３３の一方の端子はノードＮ１に接続され、他方の端子は蓄電素子Ｃ３を介して端子Ｔ２に接続される。スイッチＳＷ３４の一方の端子はノードＮ１に接続され、他方の端子は蓄電素子Ｃ４を介して端子Ｔ２に接続される。
【００９３】
ここで図１８〜図２２を参照して、上述した構成を有する図１７に示す充放電装置の動作を説明する。
【００９４】
図１８は、充電時における接続状態の変化を説明するための図である。
図１９は、放電時における接続状態の変化を説明するための図である。
図２０は、充電時における各部の電圧変化の一例を示す図である。
図２１は、放電時における各部の電圧変化の一例を示す図である。
図２２は、充電時と放電時における接続切り替え部５Ｅの各スイッチの状態を説明するための図である。
図２０〜図２２における記号「Ｓ３０」〜「Ｓ３８」は、接続切り替え部５Ｅの各スイッチの状態を示す。図２０，図２１における記号「ＣＶ３１」，「ＣＶ３３」はノードＮ１の電圧、記号「ＣＶ３２」，「ＣＶ３４」はＤＵＴの電圧をそれぞれ示す。
また、蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量はＤＵＴに比べて十分大きいものとする。
【００９５】
［状態Ｓ３０：図１８（Ａ）］
先ず制御部６は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４にそれぞれ電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を充電するように、電源部２Ｅ及び接続切り替え部５Ｅを制御する。
例えば制御部６は、スイッチＳＷ３をオン、スイッチＳＷ５をオフに設定するとともに、スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３４を１つずつ順番にオンさせる。そして、各蓄電素子（Ｃ１〜Ｃ４）を順番に電源部２Ｅに接続し、それぞれ所定の電圧（Ｖ１〜Ｖ４）に充電する。
また他の方法として、制御部６は、スイッチＳＷ３をオン、スイッチＳＷ５をオフに設定するとともに、スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３４を全てオンに設定して、蓄電素子Ｃ１〜Ｃ４の充電を一斉に開始してもよい。この場合、測定部４において測定されたノードＮ１の電圧が所定の電圧（Ｖ１〜Ｖ４）に達する度にスイッチＳＷ３１〜ＳＷ３４を１つずつオフさせることによって、各蓄電素子（Ｃ１〜Ｃ４）をそれぞれ所定の電圧（Ｖ１〜Ｖ４）に充電できる。
なお、電圧値は電圧Ｖ１が最も低く、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の順に高くなる。
【００９６】
［状態Ｓ３１：図１８（Ｂ）］
次いで制御部６は、ＤＵＴの充電を開始するため、接続切り替え部５Ｅの各スイッチを状態Ｓ３１に設定する。すなわち、スイッチＳＷ３１をオン、スイッチＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ３２〜ＳＷ３４をオフに設定する。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は充電時の状態（スイッチＳＷ１をノードＮ１に接続し、スイッチＳＷ２を端子Ｔ１に接続する状態）に設定する。状態Ｓ３１では、図１８（Ｂ）に示すように蓄電素子Ｃ１がノードＮ１に接続されるため、ノードＮ１の電圧は「Ｖ１」になる。
状態Ｓ３１において、制御部６は負荷部７の電流を一定の値に制御し、蓄電素子回路からＤＵＴへ一定の充電電流を供給する。ＤＵＴの電圧は、一定の充電電流に応じて直線的に上昇する（ＣＶ３２）。蓄電素子Ｃ１の電圧（すなわちノードＮ１の電圧）は、ＤＵＴへ充電電流を放出することにより徐々に低下するが、ほぼ「Ｖ１」に保持される（ＣＶ３１）。「ＣＶ３１」と「ＣＶ３２」の差に相当する負荷部７の入力電圧は、充電の進行に伴って徐々に低下する。
【００９７】
［状態Ｓ３２：図１８（Ｃ）］
測定部４において測定される負荷部７の入力電圧が所定の値（例えば負荷部７の動作可能な最小電圧）より低くなると（時刻ｔ３２）、制御部６は接続切り替え部５Ｅの各スイッチを状態Ｓ３２に変更する。すなわち、スイッチＳＷ３２をオン、スイッチＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ３１，ＳＷ３３，ＳＷ３４をオフに設定する。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は充電時の状態に設定する。状態Ｓ３２では、図１８（Ｃ）に示すように蓄電素子Ｃ２がノードＮ１に接続されるため、ノードＮ１の電圧は「Ｖ２」になる。
状態Ｓ３１からＳ３２へ移行する時刻ｔ３２において、負荷部７の入力電圧は約「Ｖ２−Ｖ１」だけ上昇する。状態Ｓ３２へ移行した後も、制御部６は引き続き負荷部７の定電流制御を行うため、ＤＵＴの電圧は直線的に上昇し、負荷部７の入力電圧は低下する。
【００９８】
［状態Ｓ３３：図１８（Ｄ）］
測定部４において測定される負荷部７の入力電圧が所定の値より低くなると（時刻ｔ３３）、制御部６は接続切り替え部５Ｅの各スイッチを状態Ｓ３３に変更する。すなわち、スイッチＳＷ３３をオン、スイッチＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ３４をオフに設定する。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は充電時の状態に設定する。状態Ｓ３３では、図１８（Ｄ）に示すように蓄電素子Ｃ３がノードＮ１に接続されるため、ノードＮ１の電圧は「Ｖ３」になる。
状態Ｓ３２からＳ３３へ移行する時刻ｔ３２において、負荷部７の入力電圧は約「Ｖ３−Ｖ２」だけ上昇する。状態Ｓ３３へ移行した後も、制御部６は引き続き負荷部７の定電流制御を行うため、ＤＵＴの電圧は直線的に上昇し、負荷部７の入力電圧は低下する。
【００９９】
［状態Ｓ３４：図１８（Ｅ）］
測定部４において測定される負荷部７の入力電圧が所定の値より低くなると（時刻ｔ３４）、制御部６は接続切り替え部５Ｅの各スイッチを状態Ｓ３４に変更する。すなわち、スイッチＳＷ３４をオン、スイッチＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ３１〜ＳＷ３３をオフに設定する。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は充電時の状態に設定する。状態Ｓ３４では、図１８（Ｅ）に示すように蓄電素子Ｃ４がノードＮ１に接続されるため、ノードＮ１の電圧は「Ｖ４」になる。
状態Ｓ３３からＳ３４へ移行する時刻ｔ３４において、負荷部７の入力電圧は約「Ｖ４−Ｖ３」だけ上昇する。状態Ｓ３４へ移行した後も、制御部６は引き続き負荷部７の定電流制御を行うため、ＤＵＴの電圧は直線的に上昇し、負荷部７の入力電圧は低下する。
【０１００】
［状態Ｓ３５：図１９（Ａ）］
ＤＵＴの充電が完了すると（時刻ｔ３５）、次に制御部６は、ＤＵＴの放電を開始するため、接続切り替え部５Ｅの各スイッチを状態Ｓ３５に変更する（時刻ｔ３６）。すなわち、スイッチＳＷ３３をオン、スイッチＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ３４をオフに設定する。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は放電時の状態（スイッチＳＷ１を端子Ｔ１に接続し、スイッチＳＷ２をノードＮ１に接続する状態）に設定する。状態Ｓ３５では、図１９（Ａ）に示すように蓄電素子Ｃ３がノードＮ１に接続されるため、ノードＮ１の電圧は「Ｖ３」になる。
充電の完了時ｔ３５においてＤＵＴの電圧が「Ｖ３」より高いものとすると、負荷部７の正入力端子（＋）は負入力端子（−）より高電位となり、負荷部７は動作可能な状態になる。この状態で制御部６は負荷部７の定電流制御を実行し、ＤＵＴから蓄電素子回路へ一定の放電電流を流す。ＤＵＴの電圧は、一定の放電電流に応じて直線的に低下する（ＣＶ３４）。蓄電素子回路の電圧は、ＤＵＴからの放電電流に応じて僅かに上昇するが、ほぼ「Ｖｓ」に保持される（ＣＶ３３）。「ＣＶ３４」と「ＣＶ３３」の差に相当する負荷部７の入力電圧は、放電の進行に伴って徐々に低下する。
【０１０１】
［状態Ｓ３６：図１９（Ｂ）］
測定部４において測定される負荷部７の入力電圧が所定の値より低くなると（時刻ｔ３７）、制御部６は接続切り替え部５Ｅの各スイッチを状態Ｓ３６に変更する。すなわち、スイッチＳＷ３２をオン、スイッチＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ３１，ＳＷ３３，ＳＷ３４をオフに設定する。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は放電時の状態に設定する。状態Ｓ３６では、図１９（Ｂ）に示すように蓄電素子Ｃ２がノードＮ１に接続されるため、ノードＮ１の電圧は「Ｖ２」になる。
状態Ｓ３５からＳ３６へ移行する時刻ｔ３７において、負荷部７の入力電圧は約「Ｖ３−Ｖ２」だけ上昇する。状態Ｓ３６へ移行した後も、制御部６は引き続き負荷部７の定電流制御を行うため、ＤＵＴの電圧は直線的に低下し、負荷部７の入力電圧は低下する。
【０１０２】
［状態Ｓ３７：図１９（Ｃ）］
測定部４において測定される負荷部７の入力電圧が所定の値より低くなると（時刻ｔ３８）、制御部６は接続切り替え部５Ｅの各スイッチを状態Ｓ３７に変更する。すなわち、スイッチＳＷ３１をオン、スイッチＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ３２〜ＳＷ３４をオフに設定する。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は放電時の状態に設定する。状態Ｓ３７では、図１９（Ｃ）に示すように蓄電素子Ｃ１がノードＮ１に接続されるため、ノードＮ１の電圧は「Ｖ１」になる。
状態Ｓ３６からＳ３７へ移行する時刻ｔ３８において、負荷部７の入力電圧は約「Ｖ２−Ｖ１」だけ上昇する。状態Ｓ３７へ移行した後も、制御部６は引き続き負荷部７の定電流制御を行うため、ＤＵＴの電圧は直線的に低下し、負荷部７の入力電圧は低下する。
【０１０３】
［状態Ｓ３８：図１９（Ｄ）］
測定部４において測定される負荷部７の入力電圧が所定の値より低くなると（時刻ｔ３９）、制御部６は接続切り替え部５Ｅの各スイッチを状態Ｓ３８に変更する。すなわち、スイッチＳＷ５をオン、スイッチＳＷ３，ＳＷ３１〜ＳＷ３４をオフに設定する。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は放電時の状態に設定する。状態Ｓ１４では、図１９（Ｄ）に示すようにノードＮ１が端子Ｔ２に接続されるため、ノードＮ１の電圧がゼロになる。
状態Ｓ３７からＳ３８へ移行する時刻ｔ３９において、負荷部７の入力電圧は約「Ｖ１」だけ上昇する。状態Ｓ３８へ移行した後も、制御部６は引き続き負荷部７の定電流制御を行うため、ＤＵＴの電圧は直線的に低下し、負荷部７の入力電圧は低下する。状態Ｓ３８においては、ＤＵＴの電圧が負荷部７の動作可能な最低電圧付近になるまで、ＤＵＴを放電させることができる。
【０１０４】
以上説明したように、本実施形態に係る充放電装置によれば、放電又は充電を開始する際、電源部２Ｅから蓄電素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４にそれぞれ異なる電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が供給される。そして放電時には、放電電流を入力する蓄電素子の電圧が端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧より低い範囲において端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧低下に追従して段階的に低下するように、ノードＮ１に接続される蓄電素子が「Ｃ１」〜「Ｃ４」の中から選択される。また充電時には、充電電流を出力する蓄電素子の電圧が端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧より高い範囲において端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧上昇に追従して段階的に高くなるように、ノードＮ１に接続される蓄電素子が「Ｃ１」〜「Ｃ４」の中から選択される。
これにより、負荷部７の電圧が低くなるようにノードＮ１の電圧を段階的に変化させることができるため、負荷部７の電力損失を効果的に削減することができる。また、ノードＮ１の電圧を制御部６の制御によって変化させることができるため、同じＤＵＴを端子対（Ｔ１，Ｔ２）に接続したままで、その充電と放電を交互に繰り返すことができる。
更に本実施形態に係る充放電装置によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。すなわち、充放電エネルギの一部を蓄電素子に蓄えて再利用することから、消費電力を削減できる。充放電電力の伝達方向をスイッチ部と負荷部によって切り替えるため、スイッチング・コンバータを用いる場合に比べて回路構成を簡易化できるとともにノイズの発生量を抑制できる。
【０１０５】
次に、本実施形態の変形例について説明する。以下では、スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３４，ＳＷ５の構成例を示す。
【０１０６】
図２３は、スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３４，ＳＷ５の構成例を示す図である。
スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３４，ＳＷ５は、例えば図２３に示すように、スイッチ素子Ｑ１１，Ｑ１２とダイオードＤ１１，Ｄ１２を有する。
ダイオードＤ１１は、本発明の第３のダイオードの一実施形態である。
ダイオードＤ１２は、本発明の第４のダイオードの一実施形態である。
スイッチ素子Ｑ１１は、本発明の第３のスイッチ素子の一実施形態である。
スイッチ素子Ｑ１２は、本発明の第４のスイッチ素子の一実施形態である。
【０１０７】
ダイオードＤ１１及びＤ１２は、ノードＮ１と蓄電素子（若しくは端子Ｔ２）との間の電流経路に直列に挿入される。ダイオードＤ１１は、負荷部７からノードＮ１を介して蓄電素子（若しくは端子Ｔ２）に流れる放電電流が導通可能となるような極性で電流経路に挿入される。ダイオードＤ１２は、蓄電素子からノードＮ１を介して負荷部７に流れる充電電流が導通可能となるような極性で電流経路に挿入される。
図２３の例において、ダイオードＤ１１とＤ１２のアノードが共通に接続され、ダイオードＤ１２のカソードがノードＮ１、ダイオードＤ１１のカソードが蓄電素子（若しくは端子Ｔ２）に接続される。
【０１０８】
スイッチ素子Ｑ１１は、ダイオードＤ１１と並列に接続される。
スイッチ素子Ｑ１２は、ダイオードＤ１２と並列に接続される。
スイッチ素子Ｑ１１，Ｑ１２は、例えば、機械的な接点を有するリレーやＭＯＳトランジスタ等の半導体スイッチによって構成される。スイッチ素子Ｑ１１，Ｑ１２としてＭＯＳトランジスタを用いる場合には、ダイオードＤ１１，Ｄ１２としてＭＯＳトランジスタのボディ・ダイオードを用いてもよい。
【０１０９】
上述した構成を有する図２３に示すスイッチの動作について、スイッチＳＷ３１とスイッチＳＷ３２との間で電流経路が切り替わる場合を例に挙げて説明する。
【０１１０】
図２４は、ＤＵＴの充電時にスイッチＳＷ３１からスイッチＳＷ３２へ電流経路が切り替わる場合の各スイッチの動作を説明するための図である。
【０１１１】
図２４（Ａ）においてスイッチＳＷ３１はオン状態、スイッチＳＷ３２はオフ状態になっている。このときスイッチＳＷ３１ではスイッチ素子Ｑ１１，Ｑ１２がオンに設定され、スイッチＳＷ３２ではスイッチ素子Ｑ１１，Ｑ１２がオフに設定される。
【０１１２】
この状態でスイッチＳＷ３１がオンからオフへ変化するとともにスイッチＳＷ３２がオフからオンへ変化する場合、先ずスイッチＳＷ３１のスイッチ素子Ｑ１２がオフに設定され、スイッチＳＷ３２のスイッチ素子Ｑ１１がオンに設定される。これにより、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２は各スイッチ内のダイオードＤ１２を介してノードＮ１に結合された状態になる（図２４（Ｂ））。
蓄電素子Ｃ２の電圧Ｖ２は蓄電素子Ｃ１の電圧Ｖ１より高いため、図２４（Ｂ）に示す接続状態になると、スイッチＳＷ３２内のダイオードＤ１２がオンへ変化し、ノードＮ１の電圧が上昇する。ノードＮ１の電圧が「Ｖ１−Ｖｆ」（Ｖｆ：ダイオードＤ１２の順方向電圧）より高くなると、スイッチ素子ＳＷ３１内のダイオードＤ１２がオフし、蓄電素子Ｃ１からノードＮ１への電流経路が遮断される。これにより、充電電流の経路がスイッチＳＷ３１からスイッチＳＷ３２に切り替わる。
【０１１３】
充電電流の経路が切り替わった後、スイッチＳＷ３２内のスイッチ素子Ｑ１２がオンに設定され、ノードＮ１と蓄電素子Ｃ２とが低インピーダンスで接続される（図２４（Ｃ））。
【０１１４】
図２５は、ＤＵＴの放電時にスイッチＳＷ３２からスイッチＳＷ３１へ電流経路が切り替わる場合の各スイッチの動作を説明するための図である。
【０１１５】
図２５（Ａ）においてスイッチＳＷ３２はオン状態、スイッチＳＷ３１はオフ状態になっている。このときスイッチＳＷ３２ではスイッチ素子Ｑ１１，Ｑ１２がオンに設定され、スイッチＳＷ３１ではスイッチ素子Ｑ１１，Ｑ１２がオフに設定される。
【０１１６】
この状態でスイッチＳＷ３２がオンからオフへ変化するとともにスイッチＳＷ３１がオフからオンへ変化する場合、先ずスイッチＳＷ３２のスイッチ素子Ｑ１１がオフに設定され、スイッチＳＷ３１のスイッチ素子Ｑ１２がオンに設定される。これにより、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２は各スイッチ内のダイオードＤ１１を介してノードＮ１に結合された状態になる（図２５（Ｂ））。
蓄電素子Ｃ１の電圧Ｖ１は蓄電素子Ｃ２の電圧Ｖ２より低いため、図２５（Ｂ）に示す接続状態になると、スイッチＳＷ３１内のダイオードＤ１１がオンへ変化し、ノードＮ１の電圧が低下する。ノードＮ１の電圧が「Ｖ２＋Ｖｆ」（Ｖｆ：ダイオードＤ１１の順方向電圧）より低くなると、スイッチ素子ＳＷ３２内のダイオードＤ１１がオフし、ノードＮ１から蓄電素子Ｃ２への電流経路が遮断される。これにより、充電電流の経路がスイッチＳＷ３２からスイッチＳＷ３１に切り替わる。
【０１１７】
充電電流の経路が切り替わった後、スイッチＳＷ３１内のスイッチ素子Ｑ１１がオンに設定され、ノードＮ１と蓄電素子Ｃ１とが低インピーダンスで接続される（図２５（Ｃ））。
【０１１８】
このように、図２３に示すような構成のスイッチを用いて電流経路を切り替えることにより、２つのスイッチが完全にオフ状態となってノードＮ１にサージ電圧を生じたり、２つのスイッチが両方同時にオン状態となって蓄電素子間に大電流が流れたりすることを防止できる。
【０１１９】
＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
【０１２０】
図２６は、本発明の第５の実施形態に係る充放電装置の構成の一例を示す図である。
図２６に示す充放電装置は、図４に示す充放電装置の蓄電素子Ｃ１を端子対（Ｔ３，Ｔ４）に置換するとともに、測定部４を測定部４Ｂに置換したものであり、他の構成は図４に示す充放電装置と同じである。
【０１２１】
端子対（Ｔ１，Ｔ２），端子対（Ｔ３，Ｔ４）には、それぞれ、充放電対象のデバイス（ＤＵＴ１，ＤＵＴ２）が接続される。
【０１２２】
測定部４Ｂは、測定部４と同様に、負荷部７の電圧及び電流並びに端子対（Ｔ１，Ｔ２）の電圧を測定可能であるとともに、端子対（Ｔ３，Ｔ４）の電圧を測定可能である。制御部６は、測定部４Ｂの測定結果をＤＵＴ１，ＤＵＴ２の充放電試験データとして取得する。
【０１２３】
図２６に示す充放電装置によれば、端子対（Ｔ１，Ｔ２）に接続されるＤＵＴ１の放電を行いながら、同時に、端子対（Ｔ３，Ｔ４）に接続されるＤＵＴ２の充電を行うことができる。また、端子対（Ｔ１，Ｔ２）に接続されるＤＵＴ１の充電を行いながら、同時に、端子対（Ｔ３，Ｔ４）に接続されるＤＵＴ２の放電を行うことができる。すなわち、一度に２つのデバイスの充放電試験を行うことができるため、検査効率を大幅に向上できる。
【０１２４】
以上、本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上述した形態のみに限定されるものではなく、更に種々の変形例を含んでいる。
【０１２５】
図１〜図３に示す充放電装置では、充電時において端子対（Ｔ１，Ｔ２）に印加される電圧が上昇するような極性で、充電電流経路に対し直列に電源部１を挿入する例を挙げているが、本発明はこれに限定されない。例えば、放電時において蓄電素子Ｃ１に印加される電圧が上昇するような極性で、放電電流経路に対し直列に電源部を挿入してもよい。具体的には、図１〜図３において電源部１の出力電圧の極性を正から負に変更するとともに、充電時においてスイッチＳＷ４を端子Ｔ２に接続し、放電時においてスイッチＳＷ４を電源部１の負出力端子に接続するように、スイッチ部５の制御を変更する。この場合も、放電時のノードＮ１の電圧を充電時に比べて電源部１の出力電圧Ｖｓ１だけ低くすることができるため、同じＤＵＴを端子対（Ｔ１，Ｔ２）に接続したままで、その充電と放電を交互に繰り返すことが可能になる。
【０１２６】
図２の例において、負荷部７の保護用のダイオードＤ１，Ｄ２はスイッチ部５とノードＮ１との間に挿入されているが、これに限らず、例えばスイッチ部５と端子Ｔ１との間や、スイッチ部５と負荷部７との間にダイオードを挿入してもよい。スイッチ部５と負荷部７との間に挿入する場合は、１つのダイオードで充電時と放電時の逆流電流を共に阻止することができる。
【０１２７】
第１の実施形態では、一例としてＤＵＴの充電を初めに行っているが、これとは逆に、ＤＵＴの放電を初めに行ってもよい。すなわち、予め充電された状態にあるＤＵＴを端子対（Ｔ１，Ｔ２）に接続し、その電荷を蓄電素子Ｃ１へ充電してもよい。この場合も、次にＤＵＴの充電を行う前に、電源部２の出力電圧で蓄電素子Ｃ１を適切な電圧に充電してもよい。
【０１２８】
第２の実施形態では、電源部３の挿入位置として図４の例を挙げているが、本発明はこれに限定されない。例えば電源部３は、負荷部７の負入力端子（−）とスイッチ部５Ｂとの間の電流経路に、負入力端子（−）の電位を低下させるような極性で（すなわち電源部３の負側の出力端子と負入力端子（−）とが接続されるように）挿入してもよい。
【０１２９】
第２及び第５の実施形態における電源部３の出力電圧は固定値でもよいが、負荷部７の消費電力ができるだけ小さくなるように負荷部７の入力電圧に応じて可変させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る充放電装置の構成の一例を示す図である。
【図２】負荷部の保護用ダイオードを設けた充放電装置の一例を示す図である。
【図３】交流動作が可能な負荷部を用いる充放電装置の一例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る充放電装置の構成の一例を示す図である。
【図５】図４に示す充放電装置における電源部の接続状態を説明するための図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る充放電装置の構成の一例を示す図である。
【図７】図６に示す充放電装置における充電時及び放電時の接続状態の変化を説明するための図である。
【図８】図６に示す充放電装置における充電時の各部の電圧変化を説明するための図である。
【図９】図６に示す充放電装置における放電時の各部の電圧変化を説明するための図である。
【図１０】図６に示す充放電装置における接続切り替え部の各スイッチの状態を説明するための図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る充放電装置の他の構成例を示す図である。
【図１２】図１１に示す充放電装置における充電時の接続状態の変化を説明するための図である。
【図１３】図１１に示す充放電装置における放電時の接続状態の変化を説明するための図である。
【図１４】図１１に示す充放電装置における充電時の各部の電圧変化を説明するための図である。
【図１５】図１１に示す充放電装置における放電時の各部の電圧変化を説明するための図である。
【図１６】図１１に示す充放電装置における接続切り替え部の各スイッチの状態を説明するための図である。
【図１７】本発明の第４の実施形態に係る充放電装置の構成の一例を示す図である。
【図１８】図１７に示す充放電装置における充電時の接続状態の変化を説明するための図である。
【図１９】図１７に示す充放電装置における放電時の接続状態の変化を説明するための図である。
【図２０】図１７に示す充放電装置における充電時の各部の電圧変化を説明するための図である。
【図２１】図１７に示す充放電装置における放電時の各部の電圧変化を説明するための図である。
【図２２】図１７に示す充放電装置における接続切り替え部の各スイッチの状態を説明するための図である。
【図２３】図２３は、スイッチの構成例を示す図である。
【図２４】ＤＵＴの充電時に電流経路が切り替わる場合の各スイッチの動作を説明するための図である。
【図２５】ＤＵＴの放電時に電流経路が切り替わる場合の各スイッチの動作を説明するための図である。
【図２６】本発明の第５の実施形態に係る充放電装置の構成の一例を示す図である。
【図２７】電子負荷装置を用いる一般的な充放電試験装置の構成例を示す図である。
【図２８】交流ラインに電力を回生することが可能な充放電試験装置の例を示す図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１〜３，２Ｅ…電源部、４，４Ｂ…測定部、５，５Ａ〜５Ｅ…スイッチ部、６…制御部、７，７Ａ…負荷部、Ｃ１〜Ｃ４…蓄電素子、Ｔ１〜Ｔ４…端子、ＳＷ１〜ＳＷ５、ＳＷ１１〜ＳＷ１３，ＳＷ２１〜ＳＷ２９，ＳＷ３１〜ＳＷ３４…スイッチ、Ｄ１〜Ｄ４，Ｄ１１，Ｄ１２…ダイオード、Ｑ１１，Ｑ１２…スイッチ素子
【図１】
2007295760.tif 000003
【図２】
2007295760.tif 000004
【図３】
2007295760.tif 000005
【図４】
2007295760.tif 000006
【図５】
2007295760.tif 000007
【図６】
2007295760.tif 000008
【図７】
2007295760.tif 000009
【図８】
2007295760.tif 000010
【図９】
2007295760.tif 000011
【図１０】
2007295760.tif 000012
【図１１】
2007295760.tif 000013
【図１２】
2007295760.tif 000014
【図１３】
2007295760.tif 000015
【図１４】
2007295760.tif 000016
【図１５】
2007295760.tif 000017
【図１６】
2007295760.tif 000018
【図１７】
2007295760.tif 000019
【図１８】
2007295760.tif 000020
【図１９】
2007295760.tif 000021
【図２０】
2007295760.tif 000022
【図２１】
2007295760.tif 000023
【図２２】
2007295760.tif 000024
【図２３】
2007295760.tif 000025
【図２４】
2007295760.tif 000026
【図２５】
2007295760.tif 000027
【図２６】
2007295760.tif 000028
【図２７】
2007295760.tif 000029
【図２８】
2007295760.tif 000030