WO2014016900A1 - 充放電装置 - Google Patents

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WO2014016900A1
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discharging
power
charge
discharge
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晴匡 出羽
清康 檜皮
中澤　明
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株式会社日本マイクロニクス
グエラテクノロジー株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a charge / discharge device, and can be applied to, for example, a charge / discharge device that simultaneously performs charge / discharge operations of a plurality of charge / discharge bodies in parallel.
  • a power device that performs power supply and power consumption to an electric device for charge / discharge operation of a secondary battery, charge storage and discharge of a capacitor and the like, or execution of device operation.
  • a power device that performs power supply and power consumption as described above will be referred to as a “charge / discharge device”.
  • the object which the said charging / discharging apparatus consumes electric power and electric power consumption is called a "charge / discharge body", and is demonstrated.
  • the charging / discharging device when used for a charging / discharging device of a secondary battery, the charging / discharging device has a charging operation for applying a charging voltage to the secondary battery for a predetermined time, and a predetermined amount from the stored secondary battery. The discharge operation for absorbing the time discharge power is repeated.
  • the charging / discharging device when used as a power device that performs a charging / discharging operation of a secondary battery, the charging / discharging device is, for example, a conditioning device that activates the battery performance of the secondary battery, or a secondary device. Used as an aging device that repeatedly performs charge / discharge operations until the battery reaches a predetermined battery performance, a charge / discharge test device for a secondary battery, a cycle test device for testing charge / discharge cycle characteristics of a secondary battery over time, etc. (See Patent Document 1 and Patent Document 2).
  • FIGS. 2 and 3 illustrate a case where the charging / discharging device is used as a conditioning device for a secondary battery, and the secondary battery is a quantum battery described later.
  • the power supply unit 103 outputs a drive current to the power amplifier 101, and the power amplifier 101 generates a predetermined voltage waveform based on the drive current from the power supply unit 103. Applied to the secondary battery 104.
  • the power amplifier 101 when the power amplifier 101 charges the secondary battery 104 that is a quantum battery, the power amplifier 101 applies a voltage V 1 higher than the charging voltage V 2 to activate the secondary battery 104.
  • time T 1 only momentarily applied to the secondary battery 104, and then applied for a predetermined time T 2 the charging voltage V 2 to the secondary battery 104.
  • the power amplifier 101 instantaneously applies the voltage V 3 lower than the discharge voltage V 4 for the time T 3 in order to activate the secondary battery 104. Then, the discharge voltage V 4 is applied to the secondary battery 104 for a predetermined time T 4 .
  • Charging / discharging device 100 continuously repeats the operation illustrated in FIG. 3A in the charging / discharging operation of secondary battery 104.
  • the charging / discharging device adopts a CC (Constant Current) -CV (Constant Voltage) charging method when charging a secondary battery.
  • the CC-CV charging method is a method of starting charging with a constant current (CC) in order to avoid overvoltage, and switching to a constant voltage (CV) when the voltage of the secondary battery reaches a predetermined voltage.
  • a charging / discharging apparatus absorbs the discharge of a secondary battery, it discharges with a constant current (CC).
  • the charging / discharging method of the secondary battery is not limited to the CC-CV charging method and the CC discharging method shown in FIG.
  • a charging method in addition to the CC-CV charging method, a CC charging method, a CV charging method, or the like can be adopted.
  • a discharge (R discharge) method using a resistive load can be employed as the discharge method.
  • the charging / discharging device can also be used as a secondary battery aging device, a secondary battery cycle test device, or the like.
  • the charging / discharging device 100 ⁇ / b> B includes a necessary number (N in FIG. 5) of power amplifiers 101.
  • each power amplifier 101 performs charge / discharge operation simultaneously and in parallel on the corresponding secondary battery 104.
  • the power supply unit 103 is connected to the + side power supply as shown in FIG. Needs a current supply capability corresponding to the current peak value “I 1 ”, and the ⁇ side power supply needs a current supply capability corresponding to the current peak value “I 3 ”.
  • the power supply unit 103 has a current peak value “N (pieces) on the + side power supply as shown in FIG.
  • the current supply capability corresponding to “ ⁇ I 1 ” is required, and the current supply capability corresponding to the current peak value “N (pieces) ⁇ I 3 ” is required for the ⁇ side power supply.
  • the power supply unit 103 has the + A current supply capacity of 8A at the maximum and 28A at the negative side is required.
  • the charging / discharging device when performing the charging operation by the CC-CV charging method, if I ⁇ I 0 , the power supply unit Requires a current supply capability of “N (pieces) ⁇ I 0 ”, and when the discharge operation is performed by the CC discharge method, the power supply unit needs a current supply capability of “N (pieces) ⁇ I d ”.
  • one power amplifier 101 can perform charging / discharging operations (for example, conditioning) on a plurality of secondary batteries 104. If one secondary battery 104 fails, the other secondary batteries 104 connected to the failed secondary battery 104 may not be charged / discharged correctly.
  • the above problems are not limited to the case where the charge / discharge device is used as a conditioning device for a secondary battery, but also an aging device for a secondary battery, a charge / discharge test device for a secondary battery, and a cycle test device for a secondary battery. It can also occur in common when used as, for example.
  • the charge / discharge device In addition to the case where the charge / discharge device is used for the charge / discharge operation of the secondary battery, the case where the charge / discharge device is used as a power device that performs charge storage and discharge of a capacitor or the like, power supply to an electric device, and power consumption. A similar problem may arise in
  • the present invention provides a charging / discharging device that simultaneously charges and discharges a plurality of charging / discharging bodies in parallel, (1) power supply means, and (2) power supplied from the power supply means.
  • a charging power line to be applied to a plurality of charging / discharging bodies (3) a discharging power line to supply power discharged by the plurality of charging / discharging bodies to a power supply means, (4) a charging power line and a discharging power line, and a plurality of charging / discharging
  • a plurality of connection switching means for switching the connection between the charging power line and the discharging power line and the plurality of charging / discharging bodies, and (5) charging operation and discharging between the plurality of charging / discharging bodies.
  • a charging / discharging device comprising: a switching control unit that switches and controls connection of a plurality of connection switching units and a switching control unit so that operations do not overlap.
  • a plurality of charge / discharge bodies can be charged / discharged simultaneously and in parallel without using a power supply having a high current supply capability.
  • the secondary battery to be charged and discharged can be widely applied to a lithium ion secondary battery, an all-solid lithium ion battery in which an electrolyte is formed in a solid state, a quantum battery, etc.
  • a quantum battery is used. Therefore, in the following, prior to the description of each embodiment, the quantum battery will be briefly described with reference to the drawings.
  • a quantum battery is a secondary battery based on the principle of operation that captures electrons by forming a new energy level in the band gap using the photoexcitation structure change of a metal oxide.
  • the quantum battery is an all-solid-state secondary battery, and the configuration that functions as a single secondary battery can be represented in FIG. 8 described above.
  • the quantum battery 9 has a solid charge layer 92 between a negative electrode layer 93 and a positive electrode layer 91.
  • FIG. 8 shows a state in which a positive electrode terminal 94 and a negative electrode terminal 95 are attached to the positive electrode layer 91 and the negative electrode layer 93.
  • the charging layer 92 is a layer that stores electrons in a charging operation, releases electrons stored in a discharging operation, and holds (stores) electrons in a state where charging and discharging are not performed. Applied and formed.
  • the photoexcitation structural change is described in, for example, International Publication WO / 2008/053561 and is a phenomenon (technology) found by Akira Nakazawa, the inventor of the application.
  • Akira Nakazawa said that when a semiconductor oxide with a band gap of a predetermined value or more and a translucent metal oxide is provided with an effective excitation energy in an insulating coating state, no electrons are present in the band gap. It was found that many energy levels occur.
  • the quantum battery 9 is charged by capturing electrons at these energy levels and discharged by releasing the captured electrons.
  • the charging layer 92 fine particles of an n-type metal oxide semiconductor covered with an insulating film are attached to the negative electrode layer 93 as a thin film, and the n-type metal oxide semiconductor undergoes a photoexcitation structure change by irradiation with ultraviolet rays. It is changed so that it can be stored.
  • the positive electrode layer 91 includes an electrode main body layer 91 ⁇ / b> A and a p-type metal oxide semiconductor layer 91 ⁇ / b> B formed so as to be in contact with the charging layer 92.
  • the p-type metal oxide semiconductor layer 91A is provided to prevent injection of electrons from the electrode main body layer 91A to the charging layer 92.
  • the negative electrode layer 93 and the electrode main body layer 91 ⁇ / b> B of the positive electrode layer 91 may be formed as a conductive layer.
  • the quantum battery 9 may be formed of a single layer or may be formed by stacking a plurality of single layers.
  • the shape of the quantum battery 9 is not particularly limited, and may be other shapes such as a rectangle, a circle, an ellipse, and a hexagon. Further, the area (size) of the quantum battery 9 is not particularly limited.
  • the film thickness of the positive electrode layer 91 and the negative electrode layer 93 in the quantum battery 9 can be about 10 nm to 1 ⁇ m, and the film thickness of the charging layer 92 can be about 50 nm to 10 ⁇ m.
  • the charging / discharging device of the present invention is applied to a conditioning device that performs conditioning of a plurality of quantum cells in parallel at the same time is exemplified.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of the conditioning device of the first embodiment.
  • the conditioning device 1 includes a control terminal 11, a switch switching control unit 12, power supply units 13-1 to 13-4, a power rail 14, and switch units SW15a to SW15n. Is.
  • the conditioning device 1 is a device that performs conditioning of a plurality of quantum cells 9 (9a to 9n).
  • the number of batteries (quantum batteries) that the conditioning device 1 performs conditioning is not particularly limited.
  • FIG. 1 illustrates a case where the conditioning device 1 performs conditioning of the quantum cells 9a to 9n simultaneously in parallel.
  • the power supply units 13-1 to 13-4 are each connected to a power line (hereinafter also referred to as a voltage line), and are connected to each quantum battery 9 via switch units SW15a to SW15n described later.
  • the power supply units 13-1 and 13-3 output a voltage having a predetermined voltage value, and supply the current value corresponding to the peak current value necessary for conditioning to the quantum battery 9.
  • the conditioning of the quantum battery 9 causes the charging operation and the discharging operation illustrated in FIG. 3 to be performed. That is, it is effective to apply a high voltage instantaneously in the forward direction and allow a large current to flow instantaneously in the reverse direction immediately before charging and discharging the quantum battery 9. Therefore, the power supply unit 13-1 outputs the voltage of the voltage value V 1, the power supply unit 13-2 outputs the voltage of the voltage value V 2, the power supply unit 13-3 outputs the voltage of the voltage value V 3, power unit 13-4 outputs a voltage value of the voltage value V 4 (see FIG. 3). That is, the power supply units 13-1 and 13-2 output a voltage related to the charging operation of the quantum battery 9, and the power supply units 13-3 and 13-4 output a voltage related to the discharging operation of the quantum battery 9. Output.
  • the power rail 14 is a bundle of a plurality of power lines connected to the power supply units 13-1 to 13-4.
  • the power rail 14 includes a V 1 -force line connected to the power supply unit 13-1, a V 2 -force line connected to the power supply unit 13-2, a V 3 -force line connected to the power supply unit 13-3, It has a V 4 -force line, a V 1 -sense line, and a V 3 -sense line connected to the power supply unit 13-4.
  • V 1 -force lines and V 2 -force line is a charging power line for providing the power supply unit 13-1 and 13-2 a voltage for charging on the quantized battery 9, V 3 -force lines and V 4 -
  • the force line is a discharge power line that applies a voltage for causing the quantum battery 9 to perform a discharge operation from the power supply units 13-3 and 13-4.
  • the V 1 -sense line and the V 3 -sense line are power lines that detect a contact voltage with the quantum battery 9.
  • the voltage sense line (V 1 -sense line, V 3 -Sense line) is also connected to the quantum cell 9. This is because the voltage values applied to the quantum battery 9 are fed back to the power supply units 13-1 and 13-3, and the voltages output from the power supply units 13-1 and 13-3 are made constant, so that the switch units SW15a to SW15n. , V 1 -force line, and V 3 -force line can be compensated for the voltage drop caused by the current flow, so that the voltage values V 1 and V 3 can be accurately applied to the quantum cell 9. it can.
  • the voltage sense line for detecting the contact voltage of the quantum battery 9 when the voltages V2 and V4 are output is not provided.
  • a voltage sense line may be provided for each voltage line as necessary.
  • the switch units SW15a to SW15n are provided between all the voltage lines constituting the power rail 14 and the respective quantum cells 9 that perform conditioning. Under the control of the switch switching control unit 12, the voltage lines and the quantum cells 9 The connection is switched.
  • the switch units SW15a to SW15n have switches for switching connection between each voltage line and the quantum battery 9.
  • the switch unit SW15a includes a switch Sa1f connected to the V 1 -force line, a switch Sa1s connected to the V 1 -sense line, a switch Sa2f connected to the V 2 -force line, and a switch Sa3f connected to the V 3 -force line.
  • the control terminal 11 controls the conditioning operation of the conditioning device 1.
  • the control terminal 11 is used to set the conditioning operating conditions for the quantum battery 9, to perform a switch switching instruction to the switch switching control unit 12, which will be described later, and to display the conditioning result.
  • control terminal 11 may be a personal computer connected to the power supply units 13-1 to 13-4 and the switch switching control unit 12 through a network (for example, LAN (registered trademark)).
  • LAN registered trademark
  • each component shown in FIG. 1 is a single unit device, it may be a control means as a component (component) of the conditioning device 1.
  • the control function of the conditioning operation in the control terminal 11 can be realized by so-called software processing.
  • the hardware configuration of the control terminal 11 is the same as that of an existing computer.
  • the control terminal 11 includes a CPU, a ROM, a RAM, an EEPROM, an input / output interface, and the like.
  • the control function of the control terminal 11 is realized by the CPU executing the processing program stored in the ROM.
  • FIG. 9 is a functional block diagram showing the control function of the conditioning operation realized by the control terminal 11.
  • the control terminal 11 mainly includes an operation condition setting unit 111, a switching timing determination unit 112, a switch switching instruction unit 113, and an abnormality monitoring unit 114.
  • the operation condition setting unit 111 receives an operation by the user and sets an operation condition related to the conditioning operation.
  • the operating conditions may be set based on information input by user operation, or a plurality of operating conditions may be set in advance. May be selected and set.
  • the operating conditions of the conditioning operation include, for example, a voltage waveform pattern output from the power supply unit 13 (13-1 to 13-4).
  • the voltage waveform pattern is the setting of each output voltage value and the setting of the output time of each output voltage value for charging and discharging the quantum battery 9.
  • the voltage values applied to the quantum battery 9 are V 1 , V 2 , V 3 , and V 4 , and the time for applying each voltage is time.
  • T 1 , T 2 , T 3 , T 4 The process from T 1 to T 4 is defined as one cycle, and the conditioning is repeated for a predetermined time continuously by repeating the cycle operation of T 1 to T 4 .
  • the operating conditions may include the number of conditionings (that is, the number of quantum batteries 9 that perform conditioning), the conditioning time, and the like.
  • the switching timing determination unit 112 determines the switching timing of the switch to be switched by the switch switching control unit 12 based on the operation condition set by the operation condition setting unit 111. For example, the switching timing determination unit 112 divides the time of one cycle of the conditioning operation into a predetermined number, and determines ON / OFF of the switch units SW15a to 15n for each of the divided times.
  • the switch switching instruction unit 113 instructs the switch switching control unit 12 to switch the switch based on the switching timing determined by the switching timing determination unit 112.
  • the abnormality monitoring unit 114 monitors whether there is an abnormality such as a failure in the quantum battery 9 that is performing conditioning. If an abnormality occurs, all the switch units SW15 connected to the quantum cell 9 in which the abnormality has occurred are turned off. It is something to be made.
  • the power supply units 13-1 and 13-3 can monitor the voltage through the voltage sense lines (V 1 -sense line, V 3 -sense line) when the voltages V 1 and V 3 are applied. .
  • the voltage of the voltage sense line changes. Therefore, the power supply units 13-1 and 13-3 detect the abnormality of the quantum battery 9 by monitoring the voltage of the voltage sense line. To do.
  • the abnormality monitoring unit 114 can specify the quantum battery 9 in which an abnormality has occurred based on the monitoring result from the power supply unit 13-1 or 13-3.
  • the method of identifying the quantum cell 9 in which an abnormality has occurred can be performed based on the switching timing of the switch units SW15a to SW15n and the abnormality occurrence time. For example, when the abnormality monitoring unit 114 receives a notification of occurrence of abnormality from the power supply unit 13-1 or 13-3, the abnormality monitoring unit 114 confirms the abnormality occurrence time. Then, by referring to the switching timing of the switch units SW15a to SW15n, the quantum cell 9 connected to V 1 -force or V 3 -force is determined at the time of occurrence of the abnormality, thereby identifying the quantum cell 9 in which the abnormality has occurred. it can.
  • the abnormality monitoring unit 114 instructs the switch switching control unit 12 to turn off all the switches of the switch unit SW15 of the quantum battery 9 in which an abnormality has occurred. Thereby, the abnormal quantum battery 9 can be separated from the power rail.
  • the switch switching control unit 12 performs switch switching control on the switch units SW15a to 15n in accordance with an instruction from the control terminal 21.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the conditioning process of the quantum battery 9 by the conditioning device 1 of the first embodiment.
  • the quantum battery 9 that performs conditioning is connected to the connection terminal of the corresponding switch unit SW15 in the conditioning device 1.
  • the control terminal 11 When conditioning the quantum battery 9, the control terminal 11 receives an operation condition input by a user operation, the operation condition setting unit 111 sets the operation condition (S101), and divides the operation time of one cycle (S102). ).
  • the voltage values V 1 to V 4 output by the power supply units 13-1 to 13-4 are “+ 5V”, “+ 2.5V”, “ ⁇ 5V”, and “ ⁇ 3V”, respectively. Is set.
  • the number of batteries to be conditioned is 10.
  • one cycle of operation time is divided into ten.
  • one cycle operating time is assumed to be 20 seconds, since 1 division slot and 2 seconds, the application time T 1 of the V 1 was “2 seconds”, and the application time T 2 of the V 2 is “8 seconds", V application time T 3 of 3 is "two seconds”, the application time T 4 of V 4 is "8 seconds".
  • the switching timing determination unit 112 determines switching timings of the switch units SW15a to SW15j of the ten quantum cells 9a to 9j that perform conditioning based on the set operating conditions (S103). ).
  • the switching timing determination part 112 illustrates the case where 1 cycle time of a conditioning operation
  • two quantum batteries 9 may be grouped and the quantum batteries 9 of each group may be charged / discharged simultaneously.
  • the switching timing determination unit 112 may determine the switching timing by dividing the operation time of one cycle into five.
  • the power supply units 13-1 to 13-4 need a current supply capability corresponding to the number of quantum cells 9 in one group.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining switching timings of the switch units SW15a to SW15j.
  • FIG. 11 shows the switching timing when the operation time of one cycle is divided into ten.
  • the switching timing determination unit 112 determines the switching timing for each of the switch units SW15a to SW15j. Since the operation time of one cycle is divided into 10, the switching timing determination unit 112 determines which switch is turned on for each divided slot.
  • the switching timing determining unit 112 the switch unit SW15a, the 1st division slot corresponding to the time T 1, in order to apply a voltage of a voltage value V 1 to the quantum battery 9a, ON switches sa1f and sa1s All other switches are turned off (see FIG. 1).
  • the switching timing determination unit 112 turns on the switch sa 2 f, All switches other than are turned off (see FIG. 1).
  • the switches sa 3 f and sa 3 s are turned on and all other switches are turned off in order to apply the voltage of the voltage value V 3 to the quantum battery 9 a ( (See FIG. 1).
  • the switching timing determination unit 112 turns on the switch sa 4 f to apply the voltage of the voltage value V 4 to the quantum battery 9 a, and this All switches other than are turned off (see FIG. 1).
  • the switching timing determination unit 112 also determines the switch switching timing of one cycle for the switch units SW15b to SW15j. However, the switching timing determination unit 112 performs switch switching at a timing shifted by one divided slot so that the connections of the switch units SW15a to SW15j are shifted in time.
  • the switch switching instruction unit 113 issues a switching instruction to the switch switching control unit 12 based on the switching timing of each of the switch units SW15a to SW15j determined by the switching timing determination unit 112. Then, the switch switching control unit 12 switches the switches SW15a to SW15j to start the conditioning operation of the quantum cells 9a to 9j (S104).
  • the switch switching instruction unit 113 of the control terminal 11 instructs the switch switching control unit 12 to perform switch switching of the switch units SW15a to SW15j.
  • the controller 12 performs switch switching.
  • switch control unit 12 in order to apply the voltage of the voltage value V 1 to the quantum battery 9a, during the time T 1, the ON switch Sa1f and Sa1s switch unit SW15a. At this time, the switch switching control unit 12 turns off all switches other than the switches Sa1f and Sa1s of the switch unit SW15a.
  • switch control unit 12 for applying a voltage of the voltage value V 2 to the quantum battery 9a, during the time T 2, together with an ON switch Sa2f of the switch unit SW15a, switch control unit 12, a quantum in order to apply a voltage V 1 to the battery 9b, during the time T 1, the oN switch Sb1f and Sb1s switch unit SW15b.
  • switch control unit 12 for applying a voltage of the voltage value V 2 to the quantum battery 9b, for a time T 2, together with an ON switch Sb2f of the switch unit SW15b, switch control unit 12, FIG. not shown in 11, but in order to apply a voltage V 1 to the next quantum battery 9c, during the time T 1, the oN switch Sc1f and Sc1s switch unit SW15c.
  • switch unit SW15a after the switch Sa2f to ON, when the time T 2 has elapsed, switch control unit 12, the OFF switch Sa2f switch unit SW15a.
  • switch control unit 12 for applying a voltage value V 3 the quantum battery 9a, and ON the switch Sa3f and Sa3s of the switch section 15a.
  • switch control unit 12 in order to apply a voltage V 4 to the quantum battery 9a, along with an ON switch Sa4f of the switch unit 15a, switching control unit 12, the voltage value V 3 the quantum battery 9b to apply a, for the time T 3, the oN switch Sb3f and Sb3s switch unit SW15b.
  • switch control unit 12 in order to apply the voltage of the voltage value V 1 to the quantum battery 9a, during the time T 1, the switches Sa1f and Sa1s of the switch unit SW15a are turned on.
  • the switch switching control unit 12 continuously performs the switching timing of one cycle until the end time of the conditioning operation is reached.
  • FIG. 11 shows the voltage applied to the quantum cells 9a to 9j and the current that flows when the voltage is applied.
  • Vx is a voltage applied to the xth quantum battery 9, and Ix represents a current flowing therethrough.
  • Ix is set to 0 amperes in the timing state of T 2 and T 4 , but actually, the amount that the charge partitioning was not performed in the period of T 1 , or T A small current continues to flow by the amount that the discharge partition was not made in the period of 3 .
  • this current is sufficiently smaller than I 1 and I 3 , and voltage application to the quantum battery 9 is time-divisionally divided, so that it is leveled to a certain value. Therefore, here, I 2 and I 4 are set to 0 amperes.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a waveform of a current flowing through the V 1 -force line.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a waveform of a current flowing through the V 3 -force line.
  • the position of the current peak flowing in the V 1 -force line and the V 3 -force line can be shifted by applying time-division voltage to the plurality of quantum cells 9, Even if a plurality of quantum cells 9 are conditioned by simultaneous parallel processing, the current peak can be equivalent to that flowing in the case of one quantum cell 9.
  • the power supply unit (V 1 ) 13-1 and the power supply unit (V 3 ) 13-3 need only have current supply capabilities of I 1 and I 3 .
  • the abnormality monitoring unit 114 of the control terminal 11 monitors whether or not an abnormality has occurred based on the monitoring result from the power supply unit 13-1 or 13-3. To do.
  • the abnormality monitoring unit 114 refers to the switching timing of the switch units SW15a to SW15n, and the quantum battery connected to the V 1 -force line or the V 3 -force line at the time of occurrence of the abnormality 9 is identified and the quantum battery 9 in which an abnormality has occurred is specified.
  • the abnormality monitoring unit 114 turns off all the switches of the switch unit SW15 of the quantum cell 9 in which an abnormality has occurred with respect to the switch switching control unit 12 in order to disconnect the quantum cell 9 in which the abnormality has occurred from the power rail 14.
  • the current supply capability from the power supply unit can be leveled optimally by supplying power in a time-sharing manner to a plurality of simultaneously in parallel.
  • the power supply in a time-sharing manner from the power rail can be controlled by ON / OFF of the switch unit by a control terminal such as a PC, for example, so the number of simultaneous parallel operations can be easily increased or decreased. it can.
  • the operation can be continued without causing any trouble to other quantum batteries by disconnecting the failed quantum battery by turning off the switch part by control from a control terminal such as a PC.
  • FIG. 14 is a configuration diagram showing the configuration of the charge / discharge test apparatus of the second embodiment.
  • the charge / discharge test apparatus 2 of the second embodiment includes a control terminal 21, a switch switching control unit 22, a power supply unit 23, a power rail 24, switch units SW25a to 25n, and a load device 26. Is.
  • the charge / discharge test apparatus 2 performs a charge / discharge test operation on a plurality of quantum cells 9 (9a to 9b).
  • the number of DUTs related to the charge / discharge test is not particularly limited. In this embodiment, a case where the charge / discharge test apparatus 2 performs charge / discharge tests of the quantum cells 9a to 9n simultaneously in parallel is illustrated.
  • the power source unit 23 charges the quantum batteries 9a to 9n.
  • the power supply unit 23 is connected to the control terminal 21 and is charged with the quantum batteries 9a to 9n via the power rail 24 under the control of the control terminal 21.
  • the CC charging method is a method in which the current value supplied to the quantum battery 9 is made constant and the voltage is increased as time passes, and charging is performed until a predetermined time elapses. is there.
  • the CC-CV charging method as shown in FIG. 15 (B), the voltage increases with a constant current value. When the voltage reaches a certain voltage value, the voltage value remains constant, and a predetermined time or current value is maintained. It is a method of charging until it becomes a certain value or less.
  • a current source for example, a current source, a sliding resistor, an electronic load circuit, or the like can be applied to the load device 26.
  • the load device 26 takes in power from the discharging quantum cells 9a to 9n via the power rail 24.
  • the load device 26 has a regeneration function of absorbing the discharge power discharged by the quantum battery 9 through the current load line and regenerating the discharge power to the power supply unit 23.
  • all the quantum cells 9 as test objects are connected to the current load line and the resistance load line, and the load device 26 is connected to any quantum cell 9 via the current load line.
  • the output direct current can be absorbed, and the discharge power can be regenerated using this direct current. That is, the charge / discharge test apparatus 2 can accommodate the discharge power among the plurality of quantum cells 9 as the test objects when regenerating the discharge power.
  • a charge / discharge test apparatus that performs a charge / discharge test on two devices under test (for example, a lithium ion secondary battery) in parallel at the same time discharges power between the pair of two devices under test.
  • the charge / discharge test apparatus 2 does not interchange discharge power with a specific quantum cell, and all the quantum cells 9 are connected via a current load line. Discharge power can be accommodated between the two.
  • the load device 26 can regenerate the direct current output from the quantum battery 9 as it is, it is not necessary to provide an inverter for converting the direct current into an alternating current unlike the conventional charge / discharge test device.
  • the CC discharge method is a method in which the current value discharged from the quantum battery 9 is made constant and the discharge is terminated when the voltage becomes a certain value or less.
  • the R discharge method is a method of absorbing power from the quantum battery 9 while keeping the resistance value of the load device 26 constant.
  • the power rail 24 is a bundle of a plurality of power lines to which the power supply unit 23 and the load device 26 are connected.
  • the power rail 24 includes a current supply line connected to the power supply unit 23, a voltage sense line on the supply side, a voltage supply line, a current load line connected to the load device 26, a voltage sense line on the load side, and a resistance load line. .
  • the current supply line and the voltage supply line are charging power lines that apply a voltage for charging the quantum battery 9 from the power supply unit 23, and the current load line and the resistance load line load the discharge power discharged by the quantum battery 9. This is a power line for discharge applied to the device 26.
  • the voltage sense line on the supply side and the voltage sense line on the load side are power lines that detect a contact voltage with the quantum battery 9.
  • the switch units SW25a to 25n are provided between the power line constituting the power rail 24 and the quantum cells 9a to 9n, which are test objects, and switch switches under the control of the switch switching control unit 22.
  • the switch units SW25a to 25n have six switches. For example, the switches included in the switch unit SW25a are displayed as switches sa1 to sa6.
  • the control terminal 21 controls the operation of the charge / discharge test, and performs the setting of the test operation, the switch switching instruction to the switch switching control unit 22, the display of the test result of the charge / discharge test, and the like. is there. Moreover, the control terminal 21 may be adapted to be able to apply a personal computer as in the first embodiment. When the charging / discharging device 2 is a single unit, the control terminal 21 is a component of the charging / discharging device 2. It is good also as a control means.
  • FIG. 17 is a functional block diagram showing the control function of the charge / discharge operation realized by the control terminal 21.
  • the control terminal 21 mainly includes a test condition setting unit 211, a switching timing determination unit 212, a switch switching instruction unit 213, and an abnormality monitoring unit 214.
  • the test condition setting unit 211 receives a user operation and sets test conditions related to the charge / discharge test operation.
  • the test conditions include, for example, setting of a charging method and a discharging method, setting of a voltage value and a current value related to a charge / discharge test, setting of a charging time and a discharging time related to a charge / discharge test, the number of devices to be tested, etc. .
  • the switching timing determination unit 212 determines the switching timing of the switch to be switched by the switch switching control unit 12 based on the operation condition set by the test condition setting unit 211.
  • the switching timing of the switch determined by the switching timing determination unit 212 is the timing at which the charging operation and discharging operation of the quantum cell 9 as the DUT and the charging operation and discharging operation of the other quantum cell 9 are different in time. To be made.
  • the switch switching instruction unit 213 gives a switch switching instruction to the switch switching control unit 22 based on the switching timing determined by the switching timing determination unit 212.
  • the abnormality monitoring unit 214 monitors the voltage through the voltage sense line on the supply side and the voltage sense line on the load side, and monitors whether there is an abnormality such as a failure of the quantum battery 9. When it occurs, all the switch units SW15 connected to the quantum battery 9 in which the abnormality has occurred are turned off. Thereby, the abnormal quantum battery 9 can be separated from the power rail 24.
  • FIG. 18 is a flowchart showing the operation of the charge / discharge test process of the quantum battery 9 by the charge / discharge test apparatus 2 of the second embodiment.
  • the quantum battery 9 which is a device under test is connected to the connection terminal of the corresponding switch unit SW15 of the charge / discharge test apparatus 2.
  • the test condition setting unit 211 sets the input test condition (S201).
  • Test conditions include setting of charging method and discharging method.
  • a case where the CC-CV charging method and the CC discharging method are set is illustrated.
  • the charge / discharge method is not limited to the CC-CV charge method and the CC discharge method.
  • the charge method and discharge used for other charge / discharge tests are used. Can be widely applied to the formula.
  • a constant current set value and a constant voltage set value are set as test conditions.
  • the start order of the charge / discharge test of the quantum battery 9 may be determined in advance, or may be determined by a user operation. In this embodiment, for convenience of explanation, it is assumed that the charge / discharge test is performed in the order of quantum battery 9a ⁇ quantum battery 9b ⁇ quantum battery 9c ⁇ .
  • the operation mode of the charge / discharge test is set.
  • the operation mode of the charge / discharge test there are a charge / discharge synchronous mode and a charge / discharge asynchronous mode.
  • the charge / discharge synchronous mode is a mode in which the discharge operation is performed after the charge operation of a certain quantum battery 9 is completed, and the charge / discharge operation is completed. This is an operation mode for starting the charging operation.
  • the charge time and the discharge time are determined in advance, and when the charge time of a certain quantum battery 9 ends, the quantum battery 9 is discharged and the charge operation of another quantum battery 9 is started. It is an operation mode.
  • the charge / discharge asynchronous mode it is necessary to set the charge time and the discharge time. Although it is desirable that the charging time and the discharging time are the same time, since a spontaneous discharge may occur when switching to the discharging operation after the charging operation, the test results are not affected even if the charging time and the discharging time are slightly different. There will be no impact.
  • the charge / discharge test operation of this embodiment is to operate charging (or discharging) of a certain quantum battery 9 and charging (or discharging) of another quantum battery at different timings.
  • the charge / discharge synchronous mode and the charge / discharge asynchronous mode are exemplified as the operation mode.
  • the operation mode may be an operation mode in which charging (or discharging) is performed at different timings among the plurality of quantum cells 9. However, it is not limited to these.
  • the switching timing determination unit 212 determines the switching timing of the switches in the switch units SW25a to SW25n based on the setting of the test conditions (S202). Thereafter, when the charge / discharge test apparatus 2 starts a charge / discharge test (S203), the switch switching instruction unit 213 instructs the switch switching control unit 22 to perform switch switching, and the charge / discharge test of all the quantum cells 9 is completed. Until this is done, a charge / discharge test is performed (S204).
  • FIG. 19 is an explanatory diagram for explaining the switching timing of the switch sections SW25a to SW25c.
  • FIG. 19 illustrates a case where the charge / discharge method is a CC-CV charge method and a CC discharge method, and the operation mode is a charge / discharge asynchronous mode.
  • the charging method is a CC-CV charging method
  • the voltage is increased at the constant current set value I 0
  • the voltage is kept constant and charged for a predetermined time.
  • the switches sa1, sa2, and sa3 connected to the power supply unit 23 are turned on and the other switches are turned off.
  • the quantum battery 9b of the next device under test is switched to the charging operation, and the quantum battery 9a is switched to the discharging operation of the CC discharge method.
  • Constant current set value of the CC discharge method and V d At this time, in the switch unit SW25a of the quantum battery 9a, the switches sa1, sa2, and sa3 are turned off, and the switches sa4, sa5, and sa6 are turned on.
  • the switches sb1, sb2, and sb3 are turned on, and the other switches are turned off.
  • the charging / discharging test apparatus 2 is performed by performing the operation timing of the charging / discharging operation at different timings, such as starting the charging operation of another quantum battery 9b. Can charge and discharge a plurality of quantum cells 9 simultaneously and in parallel without having a high current supply capability.
  • FIG. 20 is a diagram comparing the charging operation by the charging / discharging operation device 2 of the second embodiment with the conventional charging operation.
  • FIG. 20 illustrates the case of the charging operation, but the same result is obtained in the case of the discharging operation.
  • FIG. 20A shows current that is supplied to a quantum battery when a plurality of quantum batteries are charged in parallel at the same time in the past
  • FIG. 20B shows that the charge / discharge device 2 of the second embodiment includes a plurality of charge / discharge devices 2.
  • the electric current supplied to a quantum cell when charging a quantum cell simultaneously in parallel is shown.
  • the charge / discharge test apparatus 2 of the second embodiment performs the charging operation by shifting the operation timing for each quantum cell 9, so that the current supplied to the quantum cell 9 is leveled as shown in FIG. Therefore, the charge / discharge test apparatus 2 does not require a high current supply capability.
  • the charge / discharge test apparatus 2 of the second embodiment since the operation timing of the charge / discharge operation is shifted, it is not necessary to set all the quantum batteries 9 at the beginning of the test, and the quantum after the test is completed.
  • the battery 9 can be removed, and the degree of freedom in parallel testing is improved. That is, the charge / discharge test apparatus 2 of the second embodiment is suitable when the quantum battery 9 is continuously manufactured.
  • the abnormality monitoring unit 214 in the control terminal 21 monitors whether or not an abnormality such as a failure has occurred in the quantum cell 9 in the same manner as in the first embodiment. In order to disconnect 9 from the power rail 24, all the switches SW25 to which the quantum battery 9 is connected are turned OFF.
  • the current supply capability from the power supply unit can be leveled optimally by supplying power in a time-sharing manner to a plurality of simultaneously in parallel.
  • the power supply in a time-sharing manner from the power rail can be controlled by ON / OFF of the switch unit by a control terminal such as a PC, so that the number of simultaneous parallel operations can be easily increased or decreased. it can.
  • the switch unit since a large number of batteries are fed in parallel from the power rail to the individual quantum batteries via the switch unit, there is a problem such as a failure in a certain quantum battery. However, if the failed quantum battery is disconnected by turning off the switch unit by control from a control terminal such as a PC, the operation can be continued without causing any trouble in the operation of other quantum batteries.
  • the degree of freedom in the parallel test can be improved.
  • the power of the current power source serving as a discharge load can be continuously regenerated.
  • one switch unit is associated with one secondary battery, and a group including a plurality of sets of these switch units and secondary batteries is defined as one group. Regardless, a plurality of groups may be operated simultaneously in parallel.
  • the present invention can also be applied to other combination methods such as a CC charging method and an R discharging method.
  • 1 conditioning device, 2 ... charge / discharge test device, 11 and 21 ... control terminal, 12 and 22 ... switch switching control unit, 13-1 to 13-4 and 23 ... power supply unit, 14 and 24 ... power rail, 15a to 15n and 25a to 25n ... switch unit, 26 ... load device, 9 (9a-9n): Quantum battery.

Abstract

【課題】非常に高い電流供給能力を持つ電源を用いずに、複数の二次電池を同時並列に充放電することができるようにする。 【解決手段】本発明は、複数の充放電体を同時並列に充電動作及び放電動作させる充放電装置において、電源手段と、電源手段から供給される電力を複数の充放電体に与える充電用電力線と、複数の充放電体が放電する電力を電源手段に与える放電用電力線と、充電用電力線及び放電用電力線と、複数の充放電体との間に介在し、充電用電力線及び放電用電力線と複数の充放電体との間の接続を切り替える複数の接続切替手段と、複数の充放電体の間で充電動作及び放電動作が重複しないように、複数の接続切替手段の接続を切替制御する切替制御手段とを備えることを特徴とする充放電装置である。

Description

充放電装置
　本発明は、充放電装置に関し、例えば、複数の充放電体の充放電動作を同時並列に実施させる充放電装置に適用し得るものである。
　例えば、二次電池の充放電動作、コンデンサ等への電荷の蓄電及び放出、又は、機器動作の実行のために電気機器への電力供給及び電力消費を行う電力装置がある。以下、上記のような電力供給及び電力消費を行う電力装置を、「充放電装置」と称して説明する。また、上記充放電装置が電力消費及び電力消費を行う対象を「充放電体」と称して説明する。
　例えば、上記の充放電装置が二次電池の充放電装置に用いられる場合、上記充放電装置は、二次電池に対して所定時間充電電圧を印加する充電動作と、蓄電した二次電池から所定時間放電電力を吸収する放電動作とを繰り返し行う。
　このように、上記充放電装置は二次電池の充放電動作をさせる電力装置として利用される場合、上記充放電装置は、例えば、二次電池の電池性能を活性化させるコンディショニング装置や、二次電池が所定の電池性能に達するまで繰り返し充放電動作を行うエージング装置や、二次電池の充放電試験装置や、二次電池の経時的な充放電サイクル特性を試験するサイクル試験装置等として利用することができる（特許文献１、特許文献２参照）。
　例えば、図２及び図３を用いて、充放電装置が二次電池のコンディショニング装置として利用される場合の動作を簡単に説明する。図２及び図３は、充放電装置が二次電池のコンディショニング装置として用いられる場合であり、二次電池が後述する量子電池とする場合を例示する。
　図２に示すように、充放電装置１００Ａは、電源部１０３が電力増幅器１０１に対して駆動電流を出力し、電力増幅器１０１が、電源部１０３からの駆動電流に基づいて、所定の電圧波形を二次電池１０４に対して印加する。
　電力増幅器１０１は、図３（Ａ）に示すように、量子電池である二次電池１０４を充電させるとき、二次電池１０４の活性化を図るために充電電圧Ｖ２よりも高い電圧Ｖ１を時間Ｔ１だけ瞬間的に二次電池１０４に印加し、その後所定時間Ｔ２だけ充電電圧Ｖ２を二次電池１０４に印加する。また、二次電池１０４を放電させるときも、二次電池１０４の活性化を図るために、電力増幅器１０１は、放電電圧Ｖ４よりも低い電圧Ｖ３を時間Ｔ３だけ瞬間的に二次電池１０４に印加し、その後所定時間Ｔ４だけ放電電圧Ｖ４を二次電池１０４に印加する。充放電装置１００は、二次電池１０４の充放電動作では、図３（Ａ）に示す動作を連続的に繰り返し行なう。
　また例えば、図４を用いて、充放電装置が二次電池の充放電試験装置として利用される場合の動作を簡単に説明する。
　図４に示すように、充放電装置は二次電池を充電させる場合、ＣＣ（Constant　Current）－ＣＶ（Constant　Voltage）充電方式を採用する。ＣＣ－ＣＶ充電方式は、過電圧を回避するために、定電流（ＣＣ）で充電を開始し、二次電池の電圧が所定電圧に達すると、定電圧（ＣＶ）に切り替える方式である。また、充放電装置が二次電池の放電を吸収する場合、定電流（ＣＣ）で放電させる。
　なお、二次電池の充放電方式は、図４のＣＣ－ＣＶ充電方式及びＣＣ放電方式の限定されるものではない。充電方式としては、ＣＣ－ＣＶ充電方式以外に、ＣＣ充電方式、ＣＶ充電方式等を採用することができる。また放電方式としては、ＣＣ放電方式以外に、抵抗負荷による放電（Ｒ放電）方式等も採用することができる。
　また上述したように、充放電装置は、二次電池のエージング装置、二次電池のサイクル試験装置等としても利用することができる。
　さらに、複数の二次電池を同時並列に充放電動作（例えばコンディショニング）させる場合、図５に例示するように、充放電装置１００Ｂは、必要な数（図５ではＮ個）の電力増幅器１０１を備え、各電力増幅器１０１が対応する二次電池１０４に対して同時並列に充放電動作を行う。
特開２００２－２０８４４０号公報 特開２０１０－２８７５１２号公報
　しかしながら、複数の二次電池を同時並列に充放電動作させる場合、電流のピーク値が同時に重なりあうため、電流供給能力の高い高価な電源部が必要となり得る。
　例えば、図２及び図３のように、充放電装置１００Ａが１個の二次電池１０４の充放電動作を行う場合、電源部１０３は、図３（Ｂ）のように、＋側の電源には電流ピーク値「Ｉ１」に相当する電流供給能力が必要であり、－側の電源には電流ピーク値「Ｉ３」に相当する電流供給能力が必要となる。
　一方、充放電装置１００ＢがＮ個の二次電池１０４を同時並列に充放電動作させる場合、電源部１０３は、図６に示すように、＋側の電源には電流ピーク値「Ｎ（個）×Ｉ１」に相当する電流供給能力が必要となり、－側の電源には電流ピーク値「Ｎ（個）×Ｉ３」に相当する電流供給能力が必要となる。例えば、＋側の電流ピーク値が最大で０．４Ａ、－側の電流ピークが最大１．４Ａであり、２０個の二次電池を同時並列に充放電動作させる場合、電源部１０３は、＋側が最大８Ａ、－側が最大２８Ａの電流供給能力が求められる。
　また例えば、充放電装置が、Ｎ個の二次電池に対して同時並列に図４の充放電動作を行う場合、ＣＣ－ＣＶ充電方式で充電動作を行うとき、Ｉ＜Ｉ０とすると電源部は「Ｎ（個）×Ｉ０」の電流供給能力が必要であり、ＣＣ放電方式で放電動作するとき、電源部は「Ｎ（個）×Ｉｄ」の電流供給能力が必要となる。
　さらに、図７の充放電装置１００Ｃのように、１個の電力増幅器１０１が複数の二次電池１０４に対して充放電動作（例えばコンディショニング）を行うことも可能であるが、この場合、動作途中に１個の二次電池１０４が故障した場合には、故障した二次電池１０４に接続する他の二次電池１０４は正しく充放電動作できないことがある。
　上記の課題は、充放電装置が、二次電池のコンディショニング装置として利用される場合だけでなく、二次電池のエージング装置や、二次電池の充放電試験装置や、二次電池のサイクル試験装置等として利用される場合にも共通に生じ得るものである。
　また、充放電装置が、二次電池の充放電動作に利用される場合以外に、コンデンサ等への電荷蓄電及び電荷放出や電気機器への電力供給及び電力消費を行う電力装置として利用される場合にも同様の課題が生じ得る。
　そのため、非常に高い電流供給能力の電源を用いずに、複数の充放電体に対して同時並列に充放電動作をさせることができる充放電装置が求められている。
　かかる課題を解決するために、本発明は、複数の充放電体を同時並列に充電動作及び放電動作させる充放電装置において、（１）電源手段と、（２）電源手段から供給される電力を複数の充放電体に与える充電用電力線と、（３）複数の充放電体が放電する電力を電源手段に与える放電用電力線と、（４）充電用電力線及び放電用電力線と、複数の充放電体との間に介在し、充電用電力線及び放電用電力線と複数の充放電体との間の接続を切り替える複数の接続切替手段と、（５）複数の充放電体の間で充電動作及び放電動作が重複しないように、複数の接続切替手段の接続を切替制御する切替制御手段と切替制御手段とを備えることを特徴とする充放電装置である。
　本発明によれば、高い電流供給能力を持つ電源を用いずに、複数の充放電体を同時並列に充放電動作させることができる。
第１の実施形態のコンディショニング装置の構成を示す構成図である。 従来の二次電池のコンディショニングを行なうコンディショニング装置の構成を示す構成図である。 従来の二次電池のコンディショニング動作を説明する説明図である。 従来のＣＣ－ＣＶ充電方式及びＣＣ放電方式を採用して、二次電池の充放電試験を行なうときの充放電動作を示す図である。 従来の複数の二次電池を同時並列に充放電動作を行う充放電装置の構成を示す構成図である（その１）。 従来の複数の二次電池を同時にコンディショニングするときの電流波形である。 従来の複数の二次電池を同時並列に充放電動作を行う充放電装置の構成を示す構成図である（その２）。 実施形態に係る量子電池の構成を示す断面図である。 第１の実施形態の制御端末により実現されるコンディショニング動作の制御機能を示す機能ブロック図である。 第１の実施形態のコンディショニング装置による量子電池のコンディショニング処理の動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態のスイッチ部の切替タイミングを説明する図である。 第１の実施形態の量子電池をコンディショニングする際にＶ１－ｆｏｒｃｅ線に流れる電流波形を示す図である。 第１の実施形態の量子電池をコンディショニングする際にＶ３－ｆｏｒｃｅ線に流れる電流波形を示す図である。 第２の実施形態の充放電試験装置の構成を示す構成図である。 ＣＣ－ＣＶ充電方式及びＣＣ充電方式を説明する説明図である。 ＣＣ放電方式及びＲ放電方式を説明する説明図である。 第２の実施形態の制御端末により実現される充放電動作の制御機能を示す機能ブロック図である。 第２の実施形態の充放電試験装置による量子電池の充放電試験処理の動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態のスイッチ部の切替タイミングを説明する説明図である。 第２の実施形態の充放電動作装置による充電動作と従来の充電動作とを比較する図である。
（Ａ）量子電池について
　以下で説明する実施形態では、本発明の充放電装置が複数の二次電池を同時並列に充放電動作させる場合を例示する。
　充放電動作させる二次電池は、リチウムイオン二次電池、電解質が固体で形成された全固体リチウムイオン電池、量子電池等に広く適用することができるが、この実施形態では、二次電池の一例として量子電池とする場合を例示する。そこで、以下では、各実施形態の説明に先立ち、量子電池について図面を参照しながら簡単に説明する。
　量子電池は、金属酸化物の光励起構造変化を利用して、バンドギャップ中に新たなエネルギー準位を形成して電子を捕獲する動作原理に基づく二次電池である。
　量子電池は、全固体型の二次電池であり、単独の二次電池として機能する構成は上述した図８で表すことができる。図８に示すように、量子電池９は、負極層９３と正極層９１との間に固体の充電層９２を有するものである。図８では、正極層９１及び負極層９３には正極端子９４及び負極端子９５が取り付けられている状態を示す。
　充電層９２は、充電動作で電子を蓄え、放電動作で蓄電している電子を放出し、充放電がなされていない状態で電子を保持（蓄電）している層であり、光励起構造変化技術が適用されて形成されている。
　ここで、光励起構造変化は、例えば、国際公開ＷＯ／２００８／０５３５６１に記載されており、その出願の発明者である中澤明氏が見出した現象（技術）である。すなわち、中澤明氏は、所定値以上のバンドギャップを持つ半導体であって透光性をもつ金属酸化物が、絶縁被覆された状態で有効な励起エネルギーを与えられると、バンドギャップ内に電子不在のエネルギー準位が多数発生することを見出した。量子電池９は、これらのエネルギー準位に電子を捕獲させることで充電し、捕獲した電子を放出させることで放電するものである。
　充電層９２は、絶縁被膜で覆われたｎ型金属酸化物半導体の微粒子が、負極層９３に対して薄膜状に付着され、ｎ型金属酸化物半導体が紫外線照射によって光励起構造変化を起こし、電子を蓄えることができるように変化したものである。
　量子電池９の場合、正極層９１は、電極本体層９１Ａと、充電層９２に接するように形成されたｐ型金属酸化物半導体層９１Ｂとを有する。ｐ型金属酸化物半導体層９１Ａは、電極本体層９１Ａから充電層９２への電子の注入を防止するために設けられている。
　負極層９３と正極層９１の電極本体層９１Ｂとは、導電層として形成されたものであれば良い。
　図８に示すように、正極層９１、充電層９２及び負極層９３を有して二次電池の機能を発揮するものを単層と呼ぶ。量子電池９は、単層で形成されるものであってもよいし、複数の単層を積層して形成されたものであってもよい。量子電池９の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、矩形、円形、楕円形、六角形等の他の形状であってもよい。また、量子電池９の面積（大きさ）も特に限定されるものではない。さらに、量子電池９における正極層９１及び負極層９３の膜厚は１０ｎｍ～１μｍ程度にでき、充電層９２の膜厚は５０ｎｍ～１０μｍ程度にできる。
（Ｂ）第１の実施形態
　以下では、本発明の充放電装置の第１の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
　第１の実施形態では、複数の量子電池を同時並列にコンディショニングを行うコンディショニング装置に、本発明の充放電装置を適用する場合を例示する。
（Ｂ－１）第１の実施形態の構成
　図１は、第１の実施形態のコンディショニング装置の構成を示す構成図である。
　図１において、第１の実施形態のコンディショニング装置１は、制御端末１１、スイッチ切替制御部１２、電源部１３－１～１３－４、パワーレール１４、スイッチ部ＳＷ１５ａ～ＳＷ１５ｎを有して構成されるものである。
　コンディショニング装置１は、複数の量子電池９（９ａ～９ｎ）のコンディショニングを行う装置である。コンディションニング装置１がコンディショニングを行う電池（量子電池）の数は、特に限定されるものではない。図１では、コンディショニング装置１が、量子電池９ａ～９ｎのコンディショニングを同時並列に行なう場合を例示する。
　電源部１３－１～１３－４は、それぞれ電力線（以下、電圧ラインともいう）と接続しており、後述するスイッチ部ＳＷ１５ａ～ＳＷ１５ｎを介して、各量子電池９と接続する。電源部１３－１及び１３－３は、所定の電圧値の電圧を出力し、量子電池９に対してコンディショニングに必要なピーク電流値に相当する電流値を供給する。
　ここで、量子電池９のコンディショニングは、図３に例示する充電動作及び放電動作をさせる。すなわち、量子電池９を充電及び放電させる直前に、順方向に瞬間的に高い電圧を印加し、逆方向に瞬間的に大きい電流を量子電池９に流すことが有効である。そこで、電源部１３－１は電圧値Ｖ１の電圧を出力し、電源部１３－２は電圧値Ｖ２の電圧を出力し、電源部１３－３は電圧値Ｖ３の電圧を出力し、電源部１３－４は電圧値Ｖ４の電圧値を出力する（図３参照）。すなわち、電源部１３－１及び１３－２は、量子電池９の充電動作に係る電圧を出力するものであり、電源部１３－３及び１３－４は、量子電池９の放電動作に係る電圧を出力するものである。
　パワーレール１４は、各電源部１３－１～１３－４が接続する複数の電力線の束である。パワーレール１４は、電源部１３－１に接続するＶ１－ｆｏｒｃｅ線と、電源部１３－２に接続するＶ２－ｆｏｒｃｅ線と、電源部１３－３に接続するＶ３－ｆｏｒｃｅ線と、電源部１３－４に接続するＶ４－ｆｏｒｃｅ線と、Ｖ１－ｓｅｎｓｅ線と、Ｖ３－ｓｅｎｓｅ線とを有する。
　Ｖ１－ｆｏｒｃｅ線及びＶ２－ｆｏｒｃｅ線は、電源部１３－１及び１３－２から量子電池９に対して充電動作させる電圧を与える充電用電力線であり、Ｖ３－ｆｏｒｃｅ線及びＶ４－ｆｏｒｃｅ線は、電源部１３－３及び１３－４から量子電池９に対して放電動作させる電圧を与える放電用電力線である。
　Ｖ１－ｓｅｎｓｅ線及びＶ３－ｓｅｎｓｅ線は、量子電池９との接点電圧を検知する電力線である。電圧値Ｖ１、Ｖ３のように比較的大きな電圧を印加する場合、電圧ライン（Ｖ１－ｆｏｒｃｅ線、Ｖ３－ｆｏｒｃｅ線）の他に、電圧センス線（Ｖ１－ｓｅｎｓｅ線、Ｖ３－ｓｅｎｓｅ線）も量子電池９に接続される。これは、量子電池９に印加した電圧値を電源部１３－１及び１３－３にフィードバックさせ、電源部１３－１及び１３－３が出力する電圧を一定とすることで、スイッチ部ＳＷ１５ａ～ＳＷ１５ｎやＶ１－ｆｏｒｃｅ線、Ｖ３－ｆｏｒｃｅ線に電流が流れて発生する電圧降下分を補償することができるので、量子電池９に対して電圧値Ｖ１、Ｖ３を正確に印加することができる。
　なお、電圧値Ｖ２及びＶ４のように比較的小さい電圧を印加するときにもスイッチ部ＳＷ１５ａ～ＳＷ１５ｎ等に電流は流れるが、流れる電流は大きくないので、電圧降下分は誤差範囲と考えられる（例えば、０．１Ωに１０ｍＡの電流が流れたとしても１ｍＶ程度）。そのため、この実施形態では、電圧値Ｖ２及びＶ４の電圧を出力したときの量子電池９の接点電圧を検知する電圧センス線を設けていない。しかし、電源部１３－１～１３－４から電圧ラインを通じて印加される電圧値をフィードバックさせる必要がある場合には、必要に応じて、各電圧ラインにそれぞれ電圧センス線を設けるようにしてもよい。
　スイッチ部ＳＷ１５ａ～ＳＷ１５ｎは、パワーレール１４を構成する全ての電圧ラインと、コンディショニングを行う各量子電池９との間に設けられ、スイッチ切替制御部１２の制御により、各電圧ラインと量子電池９との接続切り替えを行うものである。
　スイッチ部ＳＷ１５ａ～ＳＷ１５ｎは、各電圧ラインと量子電池９との接続切り替えるスイッチを有する。例えば、スイッチ部ＳＷ１５ａは、Ｖ１－ｆｏｒｃｅ線と接続するスイッチＳａ１ｆ、Ｖ１－ｓｅｎｓｅ線と接続するスイッチＳａ１ｓ、Ｖ２－ｆｏｒｃｅ線と接続するスイッチＳａ２ｆ、Ｖ３－ｆｏｒｃｅ線と接続するスイッチＳａ３ｆ、Ｖ３－ｓｅｎｓｅ線と接続するスイッチＳａ３ｓ、Ｖ４－ｆｏｒｃｅ線と接続するＳａ４ｆを有する。
　制御端末１１は、コンディショニング装置１のコンディショニング動作を制御するものである。制御端末１１は、量子電池９に対するコンディショニングの動作条件の設定や、後述するスイッチ切替制御部１２に対するスイッチ切替指示や、コンディショニング結果の表示等を行なうものである。
　例えば、制御端末１１は、電源部１３－１～１３－４及びスイッチ切替制御部１２とネットワーク（例えばＬＡＮ（登録商標）等）を通じて接続するパーソナルコンピュータを適用するようにしても良いし、図１に示す各構成要素を１ユニットの装置とする場合には、コンディショニング装置１のコンポーネント（構成要素）としての制御手段としても良い。
　また、制御端末１１におけるコンディショニング動作の制御機能は、いわゆるソフトウェア処理により実現することができる。制御端末１１のハードウェア構成は既存コンピュータの構成と同様であり、例えば、制御端末１１はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、入出力インターフェース等を有する。ＣＰＵがＲＯＭに格納される処理プログラムを実行することにより、制御端末１１の制御機能は実現される。
　図９は、制御端末１１により実現されるコンディショニング動作の制御機能を示す機能ブロック図である。図９において、制御端末１１は、主として、動作条件設定部１１１、切替タイミング決定部１１２、スイッチ切替指示部１１３、異常監視部１１４を有する。
　動作条件設定部１１１は、利用者操作を受けて、コンディショニング動作に係る動作条件を設定するものである。なお、動作条件の設定は、利用者操作により入力された情報に基づいて動作条件の設定を行なうようにしても良いし、又はあらかじめ複数の動作条件が設定されており、複数の動作条件の中から選択設定されるようにしても良い。
　コンディショニング動作の動作条件として、例えば、電源部１３（１３－１～１３－４）が出力する電圧波形のパターン等がある。電圧波形のパターンは、量子電池９を充電と放電させるための、各出力電圧値の設定及び各出力電圧値の出力時間の設定である。
　ここで、量子電池９のコンディショニングでは、図３に示すように、量子電池９に印加する電圧値はＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４であり、それぞれの電圧を印加する時間はそれぞれ時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４である。このＴ１～Ｔ４までの工程を１サイクルとし、コンディショニングは、所定時間連続して、上記Ｔ１～Ｔ４のサイクル動作を繰り返し行なう。
　また、動作条件として、コンディショニング数（すなわち、コンディショニングを行なう量子電池９の数）や、コンディショニング時間等を含むようにしてもよい。
　切替タイミング決定部１１２は、動作条件設定部１１１により設定された動作条件に基づいて、スイッチ切替制御部１２が切り替えるスイッチの切替タイミングを決定するものである。例えば、切替タイミング決定部１１２は、コンディショニング動作の１サイクルの時間を所定数に分割し、その分割した時間毎に各スイッチ部ＳＷ１５ａ～１５ｎのＯＮ／ＯＦＦを決定する。
　スイッチ切替指示部１１３は、切替タイミング決定部１１２により決定された切替タイミングに基づいて、スイッチ切替制御部１２に対してスイッチの切り替え指示を行なうものである。
　異常監視部１１４は、コンディショニングを行なっている量子電池９の故障等の異常の有無を監視し、異常が発生した場合には、その異常が生じた量子電池９が接続するスイッチ部ＳＷ１５の全てＯＦＦにさせるものである。
　上述したように、電源部１３－１及び１３－３は、Ｖ１、Ｖ３の電圧印加時に、電圧センス線（Ｖ１－ｓｅｎｓｅ線、Ｖ３－ｓｅｎｓｅ線）を通じて電圧を監視することができる。量子電池９に異常が生じた場合には、電圧センス線の電圧が変化するため、電源部１３－１及び１３－３は電圧センス線の電圧をモニタすることで、量子電池９の異常を検出する。
　異常監視部１１４は、電源部１３－１又は１３－３からの監視結果に基づいて、異常が発生した量子電池９を特定することができる。
　ここで、異常発生した量子電池９の特定方法は、スイッチ部ＳＷ１５ａ～ＳＷ１５ｎの切替タイミングと異常発生時刻とに基づいて行なうことができる。例えば、異常監視部１１４は、電源部１３－１又は１３－３から異常発生の通知を受けると、異常発生時刻を確認する。そして、スイッチ部ＳＷ１５ａ～ＳＷ１５ｎの切替タイミングを参照して、異常発生時刻に、Ｖ１－ｆｏｒｃｅ又はＶ３－ｆｏｒｃｅと接続している量子電池９を割り出すことで、異常発生した量子電池９を特定できる。
　さらに、異常監視部１１４は、スイッチ切替制御部１２に対して、異常発生した量子電池９のスイッチ部ＳＷ１５の全てのスイッチをＯＦＦとするように指示する。これにより、異常発生した量子電池９をパワーレールから切り離すことができる。
　スイッチ切替制御部１２は、制御端末２１からの指示に従って、スイッチ部ＳＷ１５ａ～１５ｎに対してスイッチの切替制御を行なうものである。
（Ｂ－２）第１の実施形態の動作
　次に、第１の実施形態のコンディショニング装置１による量子電池９のコンディショニング処理の動作を、図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１０は、第１の実施形態のコンディショニング装置１による量子電池９のコンディショニング処理の動作を示すフローチャートである。
　まず、コンディショニングを行なう量子電池９は、コンディショニング装置１における対応するスイッチ部ＳＷ１５の接続端子に接続される。
　量子電池９のコンディショニングを行なう際、制御端末１１は利用者の操作により動作条件が入力され、動作条件設定部１１１は、動作条件を設定され（Ｓ１０１）、１サイクルの動作時間を分割する（Ｓ１０２）。
　例えば、コンディショニングの動作条件として、電源部１３－１～１３－４が出力する電圧値Ｖ１～Ｖ４が、それぞれ「＋５Ｖ」、「＋２．５Ｖ」、「－５Ｖ」、「－３Ｖ」と設定される。
　また、例えば、コンディショニングする電池数を１０個とする。この例の場合、１サイクルの動作時間を１０分割とする。１サイクルの動作時間が２０秒であるとすると、１分割スロットは２秒となるため、Ｖ１の印加時間Ｔ１は「２秒」、Ｖ２の印加時間Ｔ２は「８秒」、Ｖ３の印加時間Ｔ３は「２秒」、Ｖ４の印加時間Ｔ４は「８秒」となる。
　次に、制御端末１１において、切替タイミング決定部１１２は、設定された動作条件に基づいて、コンディショニングを行なう１０個の量子電池９ａ～９ｊの各スイッチ部ＳＷ１５ａ～ＳＷ１５ｊの切替タイミングを決定する（Ｓ１０３）。
　なお、切替タイミング決定部１１２は、コンディショニング動作の１サイクル時間を量子電池９の総数で分割する場合を例示するが、これに限定されるものではない。例えば、２個の量子電池９を１グループとして、各グループの量子電池９を同時に充放電させるようにしてもよい。この場合、切替タイミング決定部１１２は、１サイクルの動作時間を５分割として切替タイミングを決定するようにしてもよい。なおこの場合、電源部１３－１～１３－４は、１グループの量子電池９の数に応じた電流供給能力を必要とする。
　図１１は、各スイッチ部ＳＷ１５ａ～ＳＷ１５ｊの切替タイミングを説明する図である。図１１は、１サイクルの動作時間を１０分割した場合の切替タイミングを示す。
　図１１示すように、切替タイミング決定部１１２は、スイッチ部ＳＷ１５ａ～ＳＷ１５ｊ毎に切替タイミングを決定する。１サイクルの動作時間を１０分割しているので、切替タイミング決定部１１２は、分割スロット毎に、どのスイッチをＯＮとするかを決定する。
　例えば、切替タイミング決定部１１２は、スイッチ部ＳＷ１５ａについて、時間Ｔ１に相当する第１番目の分割スロットでは、電圧値Ｖ１の電圧を量子電池９ａに印加させるために、スイッチｓａ１ｆ及びｓａ１ｓをＯＮとし、これ以外のスイッチを全てＯＦＦとする（図１参照）。
　次に、時間Ｔ２に相当する第２番目～第５番目の分割スロットでは、電圧値Ｖ２の電圧を量子電池９ａに印加させるため、切替タイミング決定部１１２は、スイッチｓａ２ｆをＯＮとし、これ以外のスイッチを全てＯＦＦとする（図１参照）。
　さらに、時間Ｔ３に相当する第６番目の分割スロットでは、電圧値Ｖ３の電圧を量子電池９ａに印加させるために、スイッチｓａ３ｆ及びｓａ３ｓをＯＮとし、これ以外のスイッチを全てＯＦＦとする（図１参照）。
　次に、時間Ｔ４に相当する第７番目～第１０番目の分割スロットでは、電圧値Ｖ４の電圧を量子電池９ａに印加させるため、切替タイミング決定部１１２は、スイッチｓａ４ｆをＯＮとし、これ以外のスイッチを全てＯＦＦとする（図１参照）。
　上記のように、切替タイミング決定部１１２は、スイッチ部ＳＷ１５ｂ～スイッチ部ＳＷ１５ｊについても１サイクルのスイッチ切替タイミングを決定する。但し、切替タイミング決定部１１２は、スイッチ部ＳＷ１５ａ～スイッチ部ＳＷ１５ｊの接続が時間的にずれるように１分割スロット分だけずれるタイミングでスイッチ切替を行なうようにする。
　その後、スイッチ切替指示部１１３は、切替タイミング決定部１１２により決定された各スイッチ部ＳＷ１５ａ～ＳＷ１５ｊの切替タイミングに基づく切替指示を、スイッチ切替制御部１２に行なう。そして、スイッチ切替制御部１２は、スイッチ部ＳＷ１５ａ～ＳＷ１５ｊに対してスイッチ切替を行なうことで、量子電池９ａ～９ｊのコンディショニング動作が開始する（Ｓ１０４）。
　量子電池９ａ～９ｊのコンディショニング動作の終了時間に達するまで（Ｓ１０５）、制御端末１１のスイッチ切替指示部１１３は、各スイッチ部ＳＷ１５ａ～ＳＷ１５ｊのスイッチ切替指示をスイッチ切替制御部１２に行ない、スイッチ切替制御部１２がスイッチ切替を行なう。
　まず、スイッチ切替制御部１２は、量子電池９ａに電圧値Ｖ１の電圧を印加するために、時間Ｔ１の間、スイッチ部ＳＷ１５ａのスイッチＳａ１ｆ及びＳａ１ｓをＯＮとする。このとき、スイッチ切替制御部１２は、スイッチ部ＳＷ１５ａのスイッチＳａ１ｆ及びＳａ１ｓ以外のスイッチをすべてＯＦＦとする。
　次に、スイッチＳａ１ｆ及びＳａ１ｓをＯＮとした後、時間Ｔ１が経過すると、スイッチ切替制御部１２は、スイッチ部ＳＷ１５ａのスイッチＳａ１ｆ及びＳａ１ｓをＯＦＦとする。同時に、スイッチ切替制御部１２は、量子電池９ａに電圧値Ｖ２の電圧を印加するため、時間Ｔ２の間、スイッチ部ＳＷ１５ａのスイッチＳａ２ｆをＯＮとすると共に、スイッチ切替制御部１２は、量子電池９ｂに電圧値Ｖ１を印加するために、時間Ｔ１の間、スイッチ部ＳＷ１５ｂのスイッチＳｂ１ｆ及びＳｂ１ｓをＯＮとする。
　さらに、スイッチＳｂ１ｆ及びＳｂ１ｓをＯＮとした後、時間Ｔ１が経過すると、スイッチ切替制御部１２は、スイッチ部ＳＷ１５ｂのスイッチＳｂ１ｆ及びＳｂ１ｓをＯＦＦとする。同時に、スイッチ切替制御部１２は、量子電池９ｂに電圧値Ｖ２の電圧を印加するため、時間Ｔ２の間、スイッチ部ＳＷ１５ｂのスイッチＳｂ２ｆをＯＮとすると共に、スイッチ切替制御部１２は、図１１では図示しないが、次の量子電池９ｃに電圧値Ｖ１を印加するために、時間Ｔ１の間、スイッチ部ＳＷ１５ｃのスイッチＳｃ１ｆ及びＳｃ１ｓをＯＮとする。
　また、スイッチ部ＳＷ１５ａについて、スイッチＳａ２ｆをＯＮにした後、時間Ｔ２が経過すると、スイッチ切替制御部１２は、スイッチ部ＳＷ１５ａのスイッチＳａ２ｆをＯＦＦとする。同時に、スイッチ切替制御部１２は、量子電池９ａに電圧値Ｖ３を印加するために、スイッチ部１５ａのスイッチＳａ３ｆ及びＳａ３ｓをＯＮとする。
　そして、スイッチ部１５ａのスイッチＳａ３ｆ及びＳａ３ｓをＯＮとした後、時間Ｔ３が経過すると、スイッチ切替制御部１２は、スイッチ部ＳＷ１５ａのスイッチＳａ３ｆ及びＳａ３ｓをＯＦＦとする。同時に、スイッチ切替制御部１２は、量子電池９ａに電圧値Ｖ４を印加するために、スイッチ部１５ａのスイッチＳａ４ｆをＯＮとすると共に、スイッチ切替制御部１２は、量子電池９ｂに電圧値Ｖ３を印加するために、時間Ｔ３の間、スイッチ部ＳＷ１５ｂのスイッチＳｂ３ｆ及びＳｂ３ｓをＯＮとする。
　また、スイッチ部１５ａのスイッチＳａ４ｆをＯＮとした後、時間Ｔ４が経過すると、スイッチ切替制御部１２は、量子電池９ａに電圧値Ｖ１の電圧を印加するために、時間Ｔ１の間、スイッチ部ＳＷ１５ａのスイッチＳａ１ｆ及びＳａ１ｓをＯＮとする。
　このように、スイッチ切替制御部１２は、各スイッチ部ＳＷ１５ａ～ＳＷ１５ｊの１サイクルの切替タイミングが終了すると、コンディショニング動作の終了時間に達するまで、続けて１サイクルの切替タイミングを循環的に行う。
　図１１には、量子電池９ａ～９ｊに印加される電圧及び電圧印加により流れる電流を示している。Ｖｘは、ｘ番目の量子電池９に印加される電圧で、Ｉｘは、そこに流れる電流を表している。
　図１１において、Ｔ１のタイミングでは、Ｖ１の電圧が量子電池９に印加され、Ｉ１（Ｉ１ｐｅａｋ＝Ｖｇｂ０／Ｒｇｂ）の電流が流れる。Ｔ３のタイミングでは、Ｖ３の電圧が量子電池９に印加され、Ｉ３（Ｉ３ｐｅａｋ＝（Ｖｇｂ０－Ｖ３）／Ｒｇｂ）の電流が流れる。
　図１１では、動作の理解を容易にするために、Ｔ２及びＴ４のタイミングの状態ではＩｘは０アンペアとしているが、実際には、Ｔ１の期間で充電仕切らなかった分、又は、Ｔ３の期間で放電仕切らなかった分によって、小さい電流が引き続き流れている。しかし、通常、この電流はＩ１やＩ３に比べて十分に小さく、又、量子電池９への電圧印加は時分割されているため、ある一定値に平準化されることになる。そのため、ここでは、Ｉ２とＩ４を０アンペアとしている。
　図１２は、Ｖ１－ｆｏｒｃｅ線に流れる電流波形を示す図である。図１３は、Ｖ３－ｆｏｒｃｅ線に流れる電流波形を示す図である。
　図１２及び図１３に示すように、複数の量子電池９に対して時分割で電圧印加することにより、Ｖ１－ｆｏｒｃｅ線及びＶ３－ｆｏｒｃｅ線に流れる電流ピーク位置をずらすことができるため、同時並列処理で複数の量子電池９をコンディショニングしても、電流ピークは１個の量子電池９の場合に流れるものと同等とすることができる。その結果、電源部（Ｖ１）１３－１及び電源部（Ｖ３）１３－３には、Ｉ１及びＩ３の電流供給能力が有ればよい。
　量子電池９に対してコンディショニングが行なわれている間、制御端末１１の異常監視部１１４は、電源部１３－１又は１３－３からの監視結果に基づいて、異常が発生したか否かを監視する。
　そして、異常が発生した場合、異常監視部１１４は、スイッチ部ＳＷ１５ａ～ＳＷ１５ｎの切替タイミングを参照して、異常発生時刻に、Ｖ１－ｆｏｒｃｅ線又はＶ３－ｆｏｒｃｅ線と接続している量子電池９を割り出し、異常発生した量子電池９を特定する。
　異常監視部１１４は、異常が生じた量子電池９をパワーレール１４から切り離すため、スイッチ切替制御部１２に対して、異常発生した量子電池９のスイッチ部ＳＷ１５の全てのスイッチをＯＦＦとする。
（Ｂ－３）第１の実施形態の効果
　以上のように、第１の実施形態によれば、パワーレールを通じて、複数の二次電池（量子電池）を時間的に異なるタイミングで充放電動作させることができるので、電流供給能力の高い電源部を備えなくても、同時並列に複数の二次電池の充放電動作をさせることができる。
　その結果、高価な電源部を必要としないで、複数の二次電池を同時並列に充放電動作させることができるので、量子電池１個当たりに必要な回路が安価に構成できる。
　また、第１の実施形態によれば、複数個の同時並列に時分割で電力を供給することにより、電源部からの電流供給能力を最適に平準化することができる。
　さらに、第１の実施形態によれば、パワーレールからの時分割での給電を、例えばＰＣ等の制御端末によるスイッチ部のＯＮ／ＯＦＦをタイミング制御できるので、同時並列動作させる個数を容易に増減できる。
　また、第１の実施形態によれば、同時並列に多数個の二次電池を、パワーレールからスイッチ部を介して個別の二次電池に給電しているので、ある二次電池に故障等の不具合があっても、ＰＣ等の制御端末からのコントロールによってスイッチ部をＯＦＦとして故障した量子電池を切り離せば、他の量子電池に支障をきたすことなく、動作を続行させることができる。
（Ｃ）第２の実施形態
　次に、第２の実施形態の充放電装置の第２の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
　第２の実施形態では、複数の量子電池を同時並列に充放電試験を行う充放電試験装置に、本発明の充放電装置を適用する場合を例示する。
（Ｃ－１）第２の実施形態の構成
　図１４は、第２の実施形態の充放電試験装置の構成を示す構成図である。図１４において、第２の実施形態の充放電試験装置２は、制御端末２１、スイッチ切替制御部２２、電源部２３、パワーレール２４、スイッチ部ＳＷ２５ａ～２５ｎ、負荷装置２６を有して構成されるものである。
　充放電試験装置２は、複数個の量子電池９（９ａ～９ｂ）に対して充放電試験動作を行なうものである。充放電試験に係る被試験物の数は、特に限定されるものではない。この実施形態では、充放電試験装置２が、量子電池９ａ～９ｎの充放電試験を同時並列に行なう場合を例示する。
　電源部２３は、量子電池９ａ～９ｎを充電させるものである。電源部２３は、制御端末２１と接続しており、制御端末２１からの制御を受けて、パワーレール２４を介して、量子電池９ａ～９ｎに充電させるものである。
　ここで、電源部２３の充電方式としては、例えば、ＣＣ充電方式、ＣＣ－ＣＶ充電方式、ＣＶ充電方式等のいずれかの方式を適用することができる。ＣＣ充電方式は、図１５（Ａ）に示すように、量子電池９に供給する電流値を一定にして、時間経過に応じて電圧を上げる方式であり、所定時間が経過するまで充電する方式である。また、ＣＣ－ＣＶ充電方式は、図１５（Ｂ）に示すように、電流値を一定にして電圧が上がっていき、ある電圧値に達すると電圧値を一定にして、所定時間又は電流値がある値以下となるまで充電する方式である。
　負荷装置２６は、例えば、電流源や摺動抵抗器や電子負荷回路等を適用することができ、パワーレール２４を介して、放電する量子電池９ａ～９ｎから電力を取り込むものである。
　また、負荷装置２６は、電流負荷ラインを通じて量子電池９が放電した放電電力を吸収し、その放電電力を電源部２３に回生する回生機能を有する。
　図１４に示すように、被試験物である全ての量子電池９は、電流負荷ライン及び抵抗負荷ラインに接続しており、負荷装置２６は、電流負荷ラインを介して、いずれの量子電池９が出力する直流電流を吸収し、この直流電流を用いて放電電力を回生することができる。つまり、充放電試験装置２は、放電電力を回生するにあたり、被試験物である複数の量子電池９の間で放電電力を融通することができる。
　例えば、従来、２個の被試験物（例えば、リチウムイオン二次電池等）を同時並列に充放電試験を行う充放電試験装置は、２個の被試験物をペアとしてそのペア間で放電電力を融通するものがあるが、この実施形態の充放電試験装置２は、ある特定の量子電池との間で放電電力を融通するというものではなく、電流負荷ラインを介して、全ての量子電池９との間で放電電力を融通することができる。
　また、負荷装置２６は、量子電池９が出力した直流電流をそのまま回生することができるので、従来の充放電試験装置のように、交流電流に変換するインバータを備える必要がない。
　ここで、負荷装置２６の放電方式としては、例えば、ＣＣ放電方式、Ｒ放電方式等のいずれかの方式を適用することができる。ＣＣ放電方式は、図１６（Ａ）に示すように、量子電池９から放電される電流値を一定にして、電圧がある値以下となると放電を終了する方式である。Ｒ放電方式は、図１６（Ｂ）に示すように、負荷装置２６の抵抗値を一定として、量子電池９から電力を吸収する方式である。
　パワーレール２４は、電源部２３及び負荷装置２６が接続する複数の電力線の束である。パワーレール２４は、電源部２３に接続する電流供給ラインと供給側の電圧センス線と電圧供給ラインと、負荷装置２６に接続する電流負荷ラインと負荷側の電圧センス線と抵抗負荷ラインとを有する。
　電流供給ライン及び電圧供給ラインは、電源部２３から量子電池９に対して充電動作させる電圧を与える充電用電力線であり、電流負荷ライン及び抵抗負荷ラインは、量子電池９が放電する放電電力を負荷装置２６に与える放電用電力線である。
　供給側の電圧センス線及び負荷側の電圧センス線は、量子電池９との接点電圧を検知する電力線である。
　スイッチ部ＳＷ２５ａ～２５ｎは、パワーレール２４を構成する電力ラインと、被試験物である量子電池９ａ～９ｎとの間に設けられ、スイッチ切替制御部２２の制御によりスイッチを切り替えるものである。スイッチ部ＳＷ２５ａ～２５ｎは、６個のスイッチを有しており、例えばスイッチ部ＳＷ２５ａが有するスイッチは、スイッチｓａ１～ｓａ６等と表示する。
　制御端末２１は、充放電試験の動作を制御するものであり、試験動作の設定や、スイッチ切替制御部２２に対してスイッチ切替指示や、充放電試験の試験結果等の表示などを行なうものである。また、制御端末２１は、第１の実施形態と同様に、パーソナルコンピュータを適用できるようにしても良いし、充放電装置２を１ユニットの装置とする場合には、充放電装置２のコンポーネントとしての制御手段としても良い。
　図１７は、制御端末２１により実現される充放電動作の制御機能を示す機能ブロック図である。図１７は、制御端末２１は、主として、試験条件設定部２１１、切替タイミグ決定部２１２、スイッチ切替指示部２１３、異常監視部２１４を有する。
　試験条件設定部２１１は、利用者操作を受けて、充放電試験動作に係る試験条件を設定するものである。
　ここで、試験条件は、例えば、充電方式及び放電方式の設定、充放電試験に係る電圧値や電流値等の設定、充放電試験に係る充電時間及び放電時間の設定、被試験物の数等がある。
　切替タイミング決定部２１２は、試験条件設定部２１１により設定された動作条件に基づいて、スイッチ切替制御部１２が切り替えるスイッチの切替タイミングを決定するものである。
　切替タイミング決定部２１２が決定するスイッチの切替タイミングは、被試験物である量子電池９の充電動作及び放電動作と、他の量子電池９の充電動作及び放電動作とが、時間的に異なるタイミングでなされるようにする。
　スイッチ切替指示部２１３は、切替タイミング決定部２１２により決定された切替タイミングに基づいて、スイッチ切替制御部２２に対してスイッチの切り替え指示を行なうものである。
　異常監視部２１４は、第１の実施形態と同様に、供給側の電圧センス線及び負荷側の電圧センス線を通じて電圧を監視し、量子電池９の故障等の異常の有無を監視し、異常が発生した場合には、その異常が生じた量子電池９が接続するスイッチ部ＳＷ１５の全てＯＦＦにさせるものである。これにより、異常発生した量子電池９をパワーレール２４から切り離すことができる。
（Ｃ－２）第２の実施形態の動作
　次に、第２の実施形態の充放電試験装置２による量子電池９の充放電試験動作を、図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１８は、第２の実施形態の充放電試験装置２による量子電池９の充放電試験処理の動作を示すフローチャートである。
　まず、被試験物である量子電池９は、充放電試験装置２の対応するスイッチ部ＳＷ１５の接続端子に接続される。
　量子電池９の充放電試験を行なう場合、利用者は制御端末２１を操作して試験条件を入力する。制御端末２１では、試験条件設定部２１１が、入力された試験条件を設定する（Ｓ２０１）。
　試験条件としては、充電方式及び放電方式の設定がある。この実施形態では、ＣＣ－ＣＶ充電方式及びＣＣ放電方式を設定する場合を例示する。勿論、充放電方式は、ＣＣ－ＣＶ充電方式及びＣＣ放電方式に限定されるものではなく、例えば、ＣＣ充電方式及びＲ放電方式を採用する場合など他の充放電試験に用いられる充電方式及び放電方式に広く適用することができる。また、試験条件として、定電流設定値、定電圧設定値が設定される。
　また、量子電池９の充放電試験の開始順序は、予め定めておくようにしても良いし、又は利用者操作により順番を決定するようにしても良い。この実施形態では、説明便宜上、量子電池９ａ→量子電池９ｂ→量子電池９ｃ→…の順で充放電試験を行なうものとする。
　さらに、試験条件としては、充放電試験の動作モードの設定を行なう。ここで、充放電試験の動作モードとしては、充放電同期モードと、充放電非同期モードとがある。
　充放電同期モードは、ある量子電池９の充電動作が終了した後に放電動作を行ない、充放電動作を完了させるモードであり、上記量子電池９の充電動作が終了したときに他の量子電池９の充電動作を開始する動作モードである。
　充放電非同期モードは、充電時間及び放電時間が予め決められており、ある量子電池９の充電時間が終了すると、当該量子電池９を放電させると共に、他の量子電池９の充電動作を開始するという動作モードである。充放電非同期モードの場合、充電時間及び放電時間の設定が必要である。なお、充電時間と放電時間は同じ時間であることが望ましいが、充電動作の後、放電動作に切り替えるときに自然放電が生じ得るため、充電時間と放電時間とが多少異なっていても試験結果に影響は出ないと考えられる。
　この実施形態の充放電試験動作は、ある量子電池９の充電（若しくは放電）と、他の量子電池の充電（若しくは放電）を異なるタイミングで動作させるものである。上述したように、この実施形態では、動作モードとして、充放電同期モード及び充放電非同期モードを例示するが、複数の量子電池９の間で充電（若しくは放電）を異なるタイミングで行なう動作モードであればこれらに限定されるものではない。
　制御端末２１において、切替タイミング決定部２１２は、試験条件の設定に基づいて、スイッチ部ＳＷ２５ａ～ＳＷ２５ｎにおけるスイッチの切替タイミングを決定する（Ｓ２０２）。その後、充放電試験装置２は、充放電試験を開始すると（Ｓ２０３）、スイッチ切替指示部２１３がスイッチ切替制御部２２に対してスイッチ切替指示を行ない、全ての量子電池９の充放電試験が終了するまで、充放電試験がなされる（Ｓ２０４）。
　図１９は、スイッチ部ＳＷ２５ａ～ＳＷ２５ｃの切替タイミングを説明する説明図である。図１９では、充放電方式がＣＣ－ＣＶ充電方式及びＣＣ放電方式であり、動作モードが充放電非同期モードである場合を例示する。
　図１９において、充電方式は、ＣＣ－ＣＶ充電方式であるから、定電流設定値Ｉ０で電圧を上げていき、電圧が定電圧設定値Ｖ０に達すると電圧を一定にして所定時間充電を行なう。例えば、量子電池９ａの充電動作を行なう場合、スイッチ部ＳＷ２５ａのスイッチは、電源部２３に接続されるスイッチｓａ１、ｓａ２、ｓａ３がＯＮとなっており、それ以外のスイッチがＯＦＦとなっている。
　その後、量子電池９ａの充電動作が終了すると、次の被試験物の量子電池９ｂについて充電動作に切り替えられると共に、量子電池９ａについてはＣＣ放電方式の放電動作に切り替えられる。ＣＣ放電方式の定電流設定値はＶｄとする。このとき、量子電池９ａのスイッチ部ＳＷ２５ａは、スイッチｓａ１、ｓａ２、ｓａ３がＯＦＦとなり、スイッチｓａ４、ｓａ５、ｓａ６がＯＮとなる。また、量子電池９ｂのスイッチ部ＳＷ２５ｂは、スイッチｓｂ１、ｓｂ２、ｓｂ３がＯＮとなり、それ以外のスイッチはＯＦＦとなる。
　このように、ある量子電池９ａの充電動作が終了すると、他の量子電池９ｂの充電動作を開始する等のように、充放電動作の動作タイミングを異なるタイミングで行なうことで、充放電試験装置２は高い電流供給能力を持たなくても、複数の量子電池９を同時並列に充放電試験することができる。
　図２０は、第２の実施形態の充放電動作装置２による充電動作と従来の充電動作とを比較する図である。なお、図２０は、充電動作の場合を例示するが、放電動作の場合も同様の結果を得る。
　図２０（Ａ）は、従来、複数の量子電池を同時並列に充電する場合に量子電池に供給する電流を示し、図２０（Ｂ）は、第２の実施形態の充放電装置２が複数の量子電池を同時並列に充電する場合に量子電池に供給する電流を示す。
　図２０（Ａ）の従来の場合、Ｎ個の量子電池９を同時並列に充電する場合、定電流設定値がＩ０であるとすると、充放電試験装置は、Ｎ×Ｉ０の電流供給力が必要となる。一方、第２の実施形態の充放電試験装置２は、量子電池９毎に充電動作の動作タイミングをずらして行なうため、図２０（Ｂ）に示すように、量子電池９に供給する電流は平準化されるから、充放電試験装置２は高い電流供給力が不要となる。
　また、図２０（Ａ）の場合、Ｎ個の量子電池９を全て同時に充電するため、充電時間はＴ０となる。これに対して、図２０（Ｂ）の場合、従来の場合よりも充電時間が長くなっている。従って、Ｎ個の量子電池９を充電するまでの総合的な電流供給能力を検討する。従来の場合、Ｎ個の量子電池９を同時に充電するため、電流の供給時間はＴ０であるから電流供給能力はＮ×Ｉ０×Ｔ０となる。これに対して、第２の実施形態の場合、図２０（Ｂ）での他の量子電池９の充電動作との時間的な重なりをＴａとすると、Ｎ×Ｔ０×（Ｔ０－Ｔａ）である。ここで、（Ｔ０－Ｔａ）≦Ｔ０であるから、総合的な電流供給能力は従来の場合と同等であると考えられる。
　また、従来の充放電試験は、複数の量子電池９を同時並列に行なう場合、被試験物とする全ての量子電池９を同時に充放電試験装置にセットすることが必要である。しかし、第２の実施形態の充放電試験装置２の場合、充放電動作の動作タイミングをずらしているため、試験開始当初に全ての量子電池９をセットする必要がなく、又試験完了後の量子電池９の取り外しも可能であり、並列試験の自由度が向上する。つまり、第２の実施形態の充放電試験装置２は、量子電池９を連続製造するときに好適である。
　なお、制御端末２１における異常監視部２１４は、第１の実施形態と同様にして、量子電池９に故障等の異常が生じていないか否かを監視し、異常が生じた場合、当該量子電池９をパワーレール２４から切り離すため、当該量子電池９が接続するスイッチ部ＳＷ２５の接続を全てのＯＦＦとする。
（Ｃ－３）第２の実施形態の効果
　以上のように、第２の実施形態によれば、パワーレールからスイッチ部を介して量子電池に給電することができるので、量子電池１個当たりに必要な回路が安価に構成できる。
　また、第２の実施形態によれば、複数個の同時並列に時分割で電力を供給することにより、電源部からの電流供給能力を最適に平準化することができる。
　さらに、第２の実施形態によれば、パワーレールからの時分割での給電を、例えばＰＣ等の制御端末によるスイッチ部のＯＮ／ＯＦＦをタイミング制御できるので、同時並列動作させる個数を容易に増減できる。
　また、第２の実施形態によれば、同時並列に多数個の電池を、パワーレールからスイッチ部を介して個別の量子電池に給電しているので、ある量子電池に故障等の不具合があっても、ＰＣ等の制御端末からのコントロールによってスイッチ部をＯＦＦとし故障した量子電池を切り離せば、他の量子電池の動作に支障をきたすことなく、動作を続行させることができる。
　第２の実施形態によれば、複数の量子電池の間で、充放電動作を時間的にずらすため、並列試験での自由度を向上させることができる。
　さらに、第２の実施形態によれば、放電負荷となる電流電源のパワーを、連続的に回生できる。
（Ｄ）他の実施形態
　上述した第１及び第２の実施形態において、複数個の二次電池を同じ極性で接続したグループを１つの単位とみなして、電力の供給及び消費を行なうようにしても良い。
　また、上述した第１及び第２の実施形態において、１個の二次電池に１個のスイッチ部を対応付けて、これらスイッチ部及び二次電池の組を複数個有するものを１つのグループとみなし、複数のグループ同士で同時並列に動作させるようにしてもよい。
　上述した第２の実施形態では、ＣＣ－ＣＶ充電方式及びＣＣ放電方式を採用する場合を例示したが、充電方式と放電方式の組み合わせはこれに限定されるものではなく、電源部又は負荷装置の供給電流の重畳を防止することができれば、例えば、ＣＣ充電方式及びＲ放電方式等の他の組み合わせ方式にも適用することができる。
　１…コンディショニング装置、２…充放電試験装置、
　１１及び２１…制御端末、１２及び２２…スイッチ切替制御部、
　１３－１～１３－４及び２３…電源部、１４及び２４…パワーレール、
　１５ａ～１５ｎ及び２５ａ～２５ｎ…スイッチ部、２６…負荷装置、
　９（９ａ～９ｎ）…量子電池。

Claims (9)

  1. 　複数の充放電体を同時並列に充電動作及び放電動作させる充放電装置において、
    　電源手段と、
    　上記電源手段から供給される電力を上記複数の充放電体に与える充電用電力線と、
    　上記複数の充放電体が放電する電力を上記電源手段に与える放電用電力線と、
    　上記充電用電力線及び上記放電用電力線と、上記複数の充放電体との間に介在し、上記充電用電力線及び上記放電用電力線と上記複数の充放電体との間の接続を切り替える複数の接続切替手段と、
    　上記複数の充放電体の間で充電動作及び放電動作が重複しないように、上記複数の接続切替手段の接続を切替制御する切替制御手段と
    　を備えることを特徴とする充放電装置。
  2. 　上記切替制御手段が、上記複数の接続切替手段の接続を時間的に異なるタイミングで切り替えるものであることを特徴とする請求項１に記載の充放電装置。
  3. 　上記電源手段が、複数の上記充電用電力線及び複数の上記放電用電力線を通じて、それぞれ異なる複数の電圧値の電圧を印加するものであり、
    　上記切替制御手段は、上記各充放電体が、上記複数の充電用電力線及び上記複数の放電用電力線と所定順序で循環して接続するように、上記複数の接続切替手段の接続を切り替えるものである
    　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の充放電装置。
  4. 　上記切替制御手段が、上記複数の充電用電力線及び上記複数の放電用電力線と循環して接続する１サイクル時間を、上記複数の充放電体の総数に応じて按分した時間で、上記複数の接続切替手段の接続を切り替えることを特徴とする請求項３に記載の充放電装置。
  5. 　上記充電用電力線及び上記放電用電力線が、上記各充放電体との接点の電圧値を感知する充電用電圧感知線及び放電用電圧感知線を有し、
    　上記電源手段が、上記充電用電圧感知線及び上記放電用電圧感知線を通じて、上記各充放電体との接点電圧をモニタし、上記各充放電体との接点電圧に基づいて電圧調整するものである
    　ことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の充放電装置。
  6. 　上記充電用電力線及び上記放電用電力線は、
    　　上記電源手段から大電流が流れるものには上記充電用電圧感知線及び上記放電用電圧感知線を有し、
    　　上記電源手段から小電流が流れるものには上記充電用電圧感知線及び上記放電用電圧感知線を有さない
    　ことを特徴とする請求項４に記載の充放電装置。
  7. 　上記切替制御手段が、上記各充放電体の異常を検知すると、その異常検知タイミングに基づいて、異常発生した上記充放電体を特定し、特定された上記充放電体との接続を全てオフにすることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の充放電装置。
  8. 　上記放電用電力線を通じて、上記複数の充放電体が放電する電力を吸収する負荷手段を備えることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の充放電装置。
  9. 　上記負荷手段が、上記放電用電力線を通じて、上記複数の充放電体からの放電電力を、上記電源手段に回生するものであることを特徴とする請求項８に記載の充放電装置。
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