JP2016086635A - 蓄電装置、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電荷の移動効率に優れた蓄電装置、スイッチの小型化が図られた蓄電装置及び温度上昇時の特性の変動が小さいスイッチを有する蓄電装置を提供する。【解決手段】複数の電池セル１０９を、放電電池セル群と、充電電池セル群と分け、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタ１１０、１１３を介して、放電電池セル群から充電電池セル群への電荷の移動を行う。充電電池セル群に印加する電圧は、放電電池セル群及び充電電池セル群の電池セルの個数に基づいて、昇圧又は降圧する構成とする。【選択図】図３

Description

本発明の一態様は、蓄電装置、及び電子機器に関する。

なお本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、撮像装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。

蓄電装置（バッテリ、二次電池ともいう）は、小型の電子機器から自動車に至るまで幅広い分野で利用されるようになっている。電池の応用範囲が広がるにつれて、複数の電池セルを直列に接続したマルチセル構成のバッテリスタックを使ったアプリケーションが増えている。

蓄電装置は、充電状態（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）を把握するため、電池制御回路（Ｂａｔｔｅｌｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ：ＢＭＵ）を有する。ＢＭＵは、マルチセル構成のバッテリスタックの場合、各電池セルのＳＯＣを揃えるために容量の均等化（セル・バランシング）を行う必要がある。

特許文献１は、セル・バランシングを行うためのセルバランス回路として、キャパシタ方式のセルバランス回路の一例が開示されている。

特開平１１−３５５９６６号公報

キャパシタ方式のセルバランス回路では、放電側の電池セルから移動させる電荷をキャパシタに一時的に蓄積する必要がある。そのため、電荷の移動効率が悪い。また電池セル毎の電荷の充放電を制御するためのスイッチをリレースイッチや、内部にダイオードが形成されるＦＥＴスイッチでは、スイッチの小型化が難しいといった問題や、温度上昇時の特性の変動が顕著になるといった問題がある。

本発明の一態様は、新規な蓄電装置、及び電子機器等を提供することを課題の一とする。

または、本発明の一態様は、電荷の移動効率に優れた、新規な構成の蓄電装置、及び電子機器等を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、スイッチの小型化が図られた、新規な構成の蓄電装置、及び電子機器等を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、温度上昇時の特性の変動が小さいスイッチを有する、新規な構成の蓄電装置、及び電子機器等を提供することを課題の一とする。

なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した記載、及び／又は他の課題のうち、少なくとも一つの課題を解決するものである。

本発明の一態様は、複数の電池セルと、第１の端子対と、第２の端子対と、第１の切り替え回路と、第２の切り替え回路と、切り替え制御回路と、変圧制御回路と、変圧回路と、を有する蓄電装置であって、複数の電池セルは、放電電池セル群と、充電電池セル群と、を有し、第１の端子対は、第１の配線と、第２の配線と、を有し、第１の配線は、第１の切り替え回路を介して、放電電池セル群の正極端子に電気的に接続され、第２の配線は、第１の切り替え回路を介して、放電電池セル群の負極端子に電気的に接続され、第２の端子対は、第３の配線と、第４の配線と、を有し、第３の配線は、第２の切り替え回路を介して、充電電池セル群の正極端子に電気的に接続され、第４の配線は、第２の切り替え回路を介して、充電電池セル群の負極端子に電気的に接続され、切り替え制御回路は、電池セル毎の電圧に基づいて、放電電池セル群及び充電電池セル群を決定し、第１の端子対と放電電池セル群とを第１の切り替え回路によって導通状態とする第１の制御信号と、第２の端子対と充電電池セル群とを第２の切り替え回路によって導通状態とする第２の制御信号と、を出力する機能を有し、変圧制御回路は、放電電池セル群に含まれる電池セルの個数と充電電池セル群に含まれる電池セルの個数とに基づく変圧信号を出力する機能を有し、変圧回路は、変圧信号に基づいて、第１端子対に印加される第１電圧を第２電圧に変換し、該変換された第２電圧を第２端子対に印加する機能を有し、第１の切り替え回路及び第２の切り替え回路は、トランジスタを有し、トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する、蓄電装置である。

本発明の一態様において、第１のスイッチと、第２のスイッチと、を有し、第１のスイッチは、直列に設けられた電池セルの間に設けられ、第２のスイッチは、電池セルの負極端子と基準電位との間に設けられ、切り替え制御回路は、電池セル毎の電圧に基づいて、第１のスイッチ及び第２のスイッチをオン状態又はオフ状態とする第３の制御信号を出力する機能を有する、蓄電装置が好ましい。

本発明の一態様において、変圧制御回路は、放電電池セルに含まれる電池セルの個数が、充電電池セルに含まれる電池セルの個数を超える場合は、変圧信号として、第１電圧を個数に基づき降圧させて第２電圧に変換する信号を生成し、放電電池セルに含まれる電池セルの個数が、充電電池セルに含まれる電池セルの個数以下である場合は、変圧信号として、第１電圧を個数に基づき昇圧させて第２電圧に変換する信号を生成する、蓄電装置が好ましい。

本発明の一態様において、変圧回路は、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータである、蓄電装置が好ましい。

本発明の一態様において、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチ部を有し、変圧制御回路は、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータのオン／オフを制御する信号を変圧信号として生成する、蓄電装置が好ましい。

本発明の一態様は、上記本発明の一態様の蓄電装置と、表示部と、を有する電子機器である。

なおその他の本発明の一態様については、以下で述べる実施の形態における説明、及び図面に記載されている。

本発明の一態様は、新規な半導体装置、新規な電子機器等を提供することができる。

または、本発明の一態様は、電荷の移動効率に優れた、新規な構成の蓄電装置、及び電子機器等を提供することができる。または、本発明の一態様は、スイッチの小型化が図られた、新規な構成の蓄電装置、及び電子機器等を提供することができる。または、本発明の一態様は、温度上昇時の特性の変動が小さいスイッチを有する、新規な構成の蓄電装置、及び電子機器等を提供することができる。

なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、及び／又は他の効果のうち、少なくとも一つの効果を有するものである。従って本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙した効果を有さない場合もある。

本発明の一態様を説明するブロック図。 本発明の一態様を説明する概念図。 本発明の一態様を説明する回路図。 本発明の一態様を説明する回路図。 本発明の一態様を説明する概念図。 本発明の一態様を説明するブロック図。 本発明の一態様を説明するフローチャート。 本発明の一態様の電気機器を説明する図。 本発明の一態様の電気機器を説明する図。 本発明の一態様の電気機器を説明する図。 電子部品の作製工程を示すフローチャート図及び斜視模式図。 本発明の一態様を説明するブロック図。 本発明の一態様を説明する概念図。 本発明の一態様を説明する概念図。 本発明の一態様を説明する概念図。 本発明の一態様を説明するブロック図。

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

なお本明細書等において、「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものである。従って、構成要素の数を限定するものではない。また、構成要素の順序を限定するものではない。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第１」に言及された構成要素が、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において「第２」に言及された構成要素とすることもありうる。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第１」に言及された構成要素を、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において省略して言及することもありうる。

なお図面において、同一の要素または同様な機能を有する要素、同一の材質の要素、あるいは同時に形成される要素等には同一の符号を付す場合があり、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

（実施の形態１）
蓄電装置の構成について、図１乃至図７を参照して説明する。

図１には、蓄電装置のブロック図の一例を示す。図１に示す蓄電装置１００は、端子対１０１と、端子対１０２と、切り替え制御回路１０３と、切り替え回路１０４と、切り替え回路１０５と、変圧制御回路１０６と、変圧回路１０７と、直列に接続された複数の電池セル１０９を含む電池部１０８と、を有する。

また、図１の蓄電装置１００において、端子対１０１と、端子対１０２と、切り替え制御回路１０３と、切り替え回路１０４と、切り替え回路１０５と、変圧制御回路１０６と、変圧回路１０７とにより構成される部分を、電池制御回路（ＢＭＵ）と呼ぶことができる。

切り替え制御回路１０３は、切り替え回路１０４及び切り替え回路１０５の動作を制御する。具体的には、切り替え制御回路１０３は、電池セル１０９毎に測定された電圧に基づいて、放電する電池セル（放電電池セル群）、及び充電する電池セル（充電電池セル群）を決定する。

さらに、切り替え制御回路１０３は、当該決定された放電電池セル群及び充電電池セル群に基づいて、制御信号Ｓ１及び制御信号Ｓ２を出力する。制御信号Ｓ１は、切り替え回路１０４へ出力される。この制御信号Ｓ１は、端子対１０１と放電電池セル群とを接続させるように切り替え回路１０４を制御する信号である。また、制御信号Ｓ２は、切り替え回路１０５へ出力される。この制御信号Ｓ２は、端子対１０２と充電電池セル群とを接続させるように切り替え回路１０５を制御する信号である。

また、切り替え制御回路１０３は、切り替え回路１０４、切り替え回路１０５、及び変圧回路１０７の構成を踏まえ、端子対１０２と充電電池セル群との間で、同じ極性の端子同士が接続されるように、制御信号Ｓ１及び制御信号Ｓ２を生成する。

切り替え制御回路１０３の動作の詳細について述べる。

まず、切り替え制御回路１０３は、複数の電池セル１０９毎の電圧を測定する。そして、切り替え制御回路１０３は、例えば、所定の閾値以上の電圧の電池セル１０９を高電圧の電池セル（高電圧セル）、所定の閾値未満の電圧の電池セル１０９を低電圧の電池セル（低電圧セル）と判断する。

なお、高電圧セル及び低電圧セルを判断する方法については、様々な方法を用いることができる。例えば、切り替え制御回路１０３は、複数の電池セル１０９の中で、最も電圧の高い、又は最も電圧の低い電池セル１０９の電圧を基準として、各電池セル１０９が高電圧セルか低電圧セルかを判断してもよい。この場合、切り替え制御回路１０３は、各電池セル１０９の電圧が基準となる電圧に対して所定の割合以上か否かを判定する等して、各電池セル１０９が高電圧セルか低電圧セルかを判断することができる。そして、切り替え制御回路１０３は、この判断結果に基づいて、放電電池セル群と充電電池セル群とを決定する。

なお、複数の電池セル１０９の中には、高電圧セルと低電圧セルが様々な状態で混在し得る。例えば、切り替え制御回路１０３は、高電圧セルと低電圧セルが混在する中で、高電圧セルが最も多く連続して直列に接続された部分を放電電池セル群とする。また、切り替え制御回路１０３は、低電圧セルが最も多く連続して直列に接続された部分を充電電池セル群とする。また、切り替え制御回路１０３は、過充電又は過放電に近い電池セル１０９を、放電電池セル群又は充電電池セル群として優先的に選択するようにしてもよい。

ここで、本実施形態における切り替え制御回路１０３の動作例を、図２を用いて説明する。図２は、切り替え制御回路１０３の動作例を説明するための図である。なお、説明の便宜上、図２では４個の電池セル１０９が直列に接続されている場合を例に説明する。

まず、図２（Ａ）の例では、電池セルａ乃至ｄの電圧を電圧Ｖａ乃至電圧Ｖｄとすると、Ｖａ＝Ｖｂ＝Ｖｃ＞Ｖｄの関係にある場合を示している。つまり、連続する３つの高電圧セルａ乃至ｃと、１つの低電圧セルｄとが直列に接続されている。この場合、切り替え制御回路１０３は、連続する３つの高電圧セルａ乃至ｃを放電電池セル群として決定する。また、切り替え制御回路１０３は、低電圧セルＤを充電電池セル群として決定する。

次に、図２（Ｂ）の例では、Ｖｃ＞Ｖａ＝Ｖｂ＞＞Ｖｄの関係にある場合を示している。つまり、連続する２つの低電圧セルａ、ｂと、１つの高電圧セルｃと、１つの過放電間近の低電圧セルｄとが直列に接続されている。この場合、切り替え制御回路１０３は、高電圧セルｃを放電電池セル群として決定する。また、切り替え制御回路１０３は、低電圧セルｄが過放電間近であるため、連続する２つの低電圧セルａ及びｂではなく、低電圧セルｄを充電電池セル群として優先的に決定する。

最後に、図２（Ｃ）の例では、Ｖａ＞Ｖｂ＝Ｖｃ＝Ｖｄの関係にある場合を示している。つまり、１つの高電圧セルａと、連続する３つの低電圧セルｂ乃至ｄとが直列に接続されている。この場合、切り替え制御回路１０３は、高電圧セルａを放電電池セル群と決定する。また、切り替え制御回路１０３は、連続する３つの低電圧セルｂ乃至ｄを充電電池セル群として決定する。

切り替え制御回路１０３は、上記図２（Ａ）乃至（Ｃ）の例のように決定された結果に基づいて、切り替え回路１０４の接続先である放電電池セル群を示す情報が設定された制御信号Ｓ１と、切り替え回路１０５の接続先である充電電池セル群を示す情報が設定された制御信号Ｓ２を、切り替え回路１０４及び切り替え回路１０５に対してそれぞれ出力する。

以上が、切り替え制御回路１０３の動作の詳細に関する説明である。

切り替え回路１０４は、切り替え制御回路１０３から出力される制御信号Ｓ１に応じて、端子対１０１の接続先を、切り替え制御回路１０３により決定された放電電池セル群に設定する。

端子対１０１は、対を成す端子Ａ１及びＡ２により構成される。切り替え回路１０４は、この端子Ａ１及びＡ２のうち、いずれか一方を放電電池セル群の中で最も上流（高電位側）に位置する電池セル１０９の正極端子と接続し、他方を放電電池セル群の中で最も下流（低電位側）に位置する電池セル１０９の負極端子と接続することにより、端子対１０１の接続先を設定する。なお、切り替え回路１０４は、制御信号Ｓ１に設定された情報を用いて放電電池セル群の位置を認識することができる。

切り替え回路１０５は、切り替え制御回路１０３から出力される制御信号Ｓ２に応じて、端子対１０２の接続先を、切り替え制御回路１０３により決定された充電電池セル群に設定する。

端子対１０２は、対を成す端子Ｂ１及びＢ２により構成される。切り替え回路１０５は、この端子Ｂ１及びＢ２のうち、いずれか一方を充電電池セル群の中で最も上流（高電位側）に位置する電池セル１０９の正極端子と接続し、他方を充電電池セル群の中で最も下流（低電位側）に位置する電池セル１０９の負極端子と接続することにより、端子対１０２の接続先を設定する。なお、切り替え回路１０５は、制御信号Ｓ２に設定された情報を用いて充電電池セル群の位置を認識することができる。

切り替え回路１０４及び切り替え回路１０５の構成例を示す回路図を図３及び図４に示す。

図３では、切り替え回路１０４は、複数のトランジスタ１１０と、バス１１１及び１１２とを有する。バス１１１は、端子Ａ１と接続されている。また、バス１１２は、端子Ａ２と接続されている。複数のトランジスタ１１０のソース又はドレインの一方は、それぞれ１つおきに交互に、バス１１１及び１１２と接続されている。また、複数のトランジスタ１１０のソース又はドレインの他方は、それぞれ隣接する２つの電池セル１０９の間に接続されている。

なお、複数のトランジスタ１１０のうち、最上流に位置するトランジスタ１１０のソース又はドレインの他方は、電池部１０８の最上流に位置する電池セル１０９の正極端子と接続されている。また、複数のトランジスタ１１０のうち、最下流に位置するトランジスタ１１０のソース又はドレインの他方は、電池部１０８の最下流に位置する電池セル１０９の負極端子と接続されている。

切り替え回路１０４は、複数のトランジスタ１１０のゲートに与える制御信号Ｓ１_１乃至Ｓ１_ｋ（ｋは自然数）に応じて、バス１１１に接続される複数のトランジスタ１１０のうちの１つと、バス１１２に接続される複数のトランジスタ１１０のうちの１つとをそれぞれ導通状態にすることにより、放電電池セル群と端子対１０１とを接続する。制御信号Ｓ１_１乃至Ｓ１_ｋは、制御信号Ｓ１として与えられる信号のうち、トランジスタ１１０のゲートに与える信号である。これにより、放電電池セル群の中で最も上流に位置する電池セル１０９の正極端子は、端子対の端子Ａ１又はＡ２のいずれか一方と接続される。また、放電電池セル群の中で最も下流に位置する電池セル１０９の負極端子は、端子対の端子Ａ１又はＡ２のいずれか他方、すなわち正極端子と接続されていない方の端子に接続される。

トランジスタ１１０には、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタ（ＯＳトランジスタ）を用いることが好ましい。ＯＳトランジスタはオフ電流が小さいため、放電電池セル群に属しない電池セルから漏洩する電荷量を減らし、時間の経過による容量の低下を抑制することができる。

またＯＳトランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタ（Ｓｉトランジスタ）に比べてバンドギャップが大きいため、高電圧を印加した際の絶縁破壊が生じにくい。そのため、直列に電池セルを接続することによって放電電池セル群の出力電圧が大きくても、非導通状態とするトランジスタ１１０が接続された電池セル１０９と端子対１０１とを絶縁状態とすることができる。

なおＯＳトランジスタ、及びチャネル形成領域に有する酸化物半導体については、後の実施の形態で詳述する。

また、図３では、切り替え回路１０５は、複数のトランジスタ１１３と、電流制御スイッチ１１４と、バス１１５と、バス１１６とを有する。バス１１５及び１１６は、複数のトランジスタ１１３と、電流制御スイッチ１１４との間に配置される。複数のトランジスタ１１３のソース又はドレインの一方は、それぞれ１つおきに交互に、バス１１５及び１１６と接続されている。また、複数のトランジスタ１１３のソース又はドレインの他方は、それぞれ隣接する２つの電池セル１０９の間に接続されている。

なお、複数のトランジスタ１１３のうち、最上流に位置するトランジスタ１１３のソース又はドレインの他方は、電池部１０８の最上流に位置する電池セル１０９の正極端子と接続されている。また、複数のトランジスタ１１３のうち、最下流に位置するトランジスタ１１３のソース又はドレインの他方は、電池部１０８の最下流に位置する電池セル１０９の負極端子と接続されている。

トランジスタ１１３には、トランジスタ１１０と同様に、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。ＯＳトランジスタはオフ電流が小さいため、充電電池セル群に属しない電池セルから漏洩する電荷量を減らし、時間の経過による容量の低下を抑制することができる。またＯＳトランジスタは高電圧を印加した際の絶縁破壊が生じにくい。そのため、充電電池セル群を充電するための電圧が大きくても、非導通状態とするトランジスタ１１３が接続された電池セル１０９と端子対１０２とを絶縁状態とすることができる。

電流制御スイッチ１１４は、スイッチ対１１７とスイッチ対１１８とを有する。スイッチ対１１７の一端は、端子Ｂ１に接続されている。また、スイッチ対１１７の他端は２つのスイッチで分岐しており、一方のスイッチはバス１１５に接続され、他方のスイッチはバス１１６に接続されている。スイッチ対１１８の一端は、端子Ｂ２に接続されている。また、スイッチ対１１８の他端は２つのスイッチで分岐しており、一方のスイッチはバス１１５に接続され、他方のスイッチはバス１１６に接続されている。

スイッチ対１１７及びスイッチ対１１８が有するスイッチは、トランジスタ１１０及びトランジスタ１１３と同様に、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。

切り替え回路１０５は、制御信号Ｓ２に応じて、トランジスタ１１３、及び電流制御スイッチ１１４のオン／オフ状態の組み合わせを制御することにより、充電電池セル群と端子対１０２とを接続する。

切り替え回路１０５は、一例として、以下のようにして充電電池セル群と端子対１０２とを接続する。

切り替え回路１０５は、複数のトランジスタ１１３のゲートに与える制御信号Ｓ２_１乃至Ｓ２_ｋに応じて、充電電池セル群の中で最も上流に位置する電池セル１０９の正極端子と接続されているトランジスタ１１３を導通状態にする。制御信号Ｓ２_１乃至Ｓ２_ｋは、制御信号Ｓ２として与えられる信号のうち、トランジスタ１１０のゲートに与える信号である。また、切り替え回路１０５は、複数のトランジスタ１１０のゲートに与える制御信号Ｓ２に応じて、充電電池セル群の中で最も下流に位置する電池セル１０９の負極端子に接続されているトランジスタ１１３を導通状態にする。

端子対１０２に印加される電圧の極性は、端子対１０１と接続される放電電池セル群、及び変圧回路１０７の構成によって変わり得る。また、充電電池セル群を充電する方向に電流を流すためには、端子対１０２と充電電池セル群との間で、同じ極性の端子同士を接続する必要がある。そこで、電流制御スイッチ１１４は、制御信号Ｓ２により、端子対１０２に印加される電圧の極性に応じてスイッチ対１１７及びスイッチ対１１８の接続先をそれぞれ切り替えるように制御される。

一例として、端子Ｂ１が正極、端子Ｂ２が負極となるような電圧が端子対１０２に印加されている状態を挙げて説明する。この時、電池部１０８の最下流の電池セル１０９が充電電池セル群である場合、スイッチ対１１７は、制御信号Ｓ２により、当該電池セル１０９の正極端子と接続されるように制御される。すなわち、スイッチ対１１７のバス１１６に接続されるスイッチがオン状態となり、スイッチ対１１７のバス１１５に接続されるスイッチがオフ状態となる。一方、スイッチ対１１８は、制御信号Ｓ２により、当該電池セル１０９の負極端子と接続されるように制御される。すなわち、スイッチ対１１８のバス１１５に接続されるスイッチがオン状態となり、スイッチ対１１８のバス１１６に接続されるスイッチがオフ状態となる。このようにして、端子対１０２と充電電池セル群との間で、同じ極性をもつ端子同士が接続される。そして、端子対１０２から流れる電流の方向が、充電電池セル群を充電する方向となるように制御される。

また、電流制御スイッチ１１４は、切り替え回路１０５ではなく、切り替え回路１０４に含まれていてもよい。この場合、電流制御スイッチ１１４、制御信号Ｓ１に応じて、端子対１０１に印加される電圧の極性を制御することにより、端子対１０２に印加される電圧の極性を制御する。そして、電流制御スイッチ１１４は、端子対１０２から充電電池セル群に流れる電流の向きを制御する。

図４は、図３とは異なる、切り替え回路１０４及び切り替え回路１０５の構成例を示す回路図である。

図４では、切り替え回路１０４は、複数のトランジスタ対１２１と、バス１２４及びバス１２５とを有する。バス１２４は、端子Ａ１と接続されている。また、バス１２５は、端子Ａ２と接続されている。複数のトランジスタ対１２１の一端は、それぞれトランジスタ１２２とトランジスタ１２３とにより分岐している。トランジスタ１２２のソース又はドレインの一方は、バス１２４と接続されている。また、トランジスタ１２３のソース又はドレインの一方は、バス１２５と接続されている。また、複数のトランジスタ対の他端は、それぞれ隣接する２つの電池セル１０９の間に接続されている。なお、複数のトランジスタ対１２１のうち、最上流に位置するトランジスタ対１２１の他端は、電池部１０８の最上流に位置する電池セル１０９の正極端子と接続されている。また、複数のトランジスタ対１２１のうち、最下流に位置するトランジスタ対１２１の他端は、電池部１０８の最下流に位置する電池セル１０９の負極端子と接続されている。

切り替え回路１０４は、制御信号Ｓ１_１乃至Ｓ１_ｋ、制御信号Ｓ１_１Ｂ至Ｓ１_ｋＢに応じてトランジスタ１２２及びトランジスタ１２３の導通／非導通状態を切り換えることにより、当該トランジスタ対１２１の接続先を、端子Ａ１又は端子Ａ２のいずれか一方に切り替える。詳細には、トランジスタ１２２が導通状態であれば、トランジスタ１２３は非導通状態となり、その接続先は端子Ａ１になる。一方、トランジスタ１２３が導通状態であれば、トランジスタ１２２は非導通状態となり、その接続先は端子Ａ２になる。トランジスタ１２２及びトランジスタ１２３のどちらが導通状態になるかは、制御信号Ｓ１によって決定される。制御信号Ｓ１_１乃至Ｓ１_ｋは、制御信号Ｓ１として与えられる信号のうち、トランジスタ１２２のゲートに与える信号である。制御信号Ｓ１_１Ｂ乃至Ｓ１_ｋＢは、制御信号Ｓ１として与えられる信号のうち、トランジスタ１２３のゲートに与える信号である。

端子対１０１と放電電池セル群とを接続するには、２つのトランジスタ対１２１が用いられる。詳細には、制御信号Ｓ１に基づいて、２つのトランジスタ対１２１の接続先がそれぞれ決定されることにより、放電電池セル群と端子対１０１とが接続される。２つのトランジスタ対１２１のそれぞれの接続先は、一方が端子Ａ１となり、他方が端子Ａ２となるように、制御信号Ｓ１によって制御される。

切り替え回路１０５は、複数のトランジスタ対１３１と、バス１３４及びバス１３５とを有する。バス１３４は、端子Ｂ１と接続されている。また、バス１３５は、端子Ｂ２と接続されている。複数のトランジスタ対１３１の一端は、それぞれトランジスタ１３２とトランジスタ１３３とにより分岐している。トランジスタ１３２により分岐する一端は、バス１３４と接続されている。また、トランジスタ１３３により分岐する一端は、バス１３５と接続されている。また、複数のトランジスタ対１３１の他端は、それぞれ隣接する２つの電池セル１０９の間に接続されている。なお、トランジスタ対１３１のうち、最上流に位置するトランジスタ対１３１の他端は、電池部１０８の最上流に位置する電池セル１０９の正極端子と接続されている。また、複数のトランジスタ対１３１のうち、最下流に位置するトランジスタ対１３１の他端は、電池部１０８の最下流に位置する電池セル１０９の負極端子と接続されている。

切り替え回路１０５は、制御信号Ｓ２に応じてトランジスタ１３２及びトランジスタ１３３の導通／非導通状態を切り換えることにより、当該トランジスタ対１３１の接続先を、端子Ｂ１又は端子Ｂ２のいずれか一方に切り替える。詳細には、トランジスタ１３２が導通状態であれば、トランジスタ１３３は非導通状態となり、その接続先は端子Ｂ１になる。逆に、トランジスタ１３３が導通状態であれば、トランジスタ１３２は非導通状態となり、その接続先は端子Ｂ２になる。トランジスタ１３２及びトランジスタ１３３のどちらが導通状態となるかは、制御信号Ｓ２によって決定される。

端子対１０２と充電電池セル群とを接続するには、２つのトランジスタ対１３１が用いられる。詳細には、制御信号Ｓ２に基づいて、２つのトランジスタ対１３１の接続先がそれぞれ決定されることにより、充電電池セル群と端子対１０２とが接続される。２つのトランジスタ対１３１のそれぞれの接続先は、一方が端子Ｂ１となり、他方が端子Ｂ２となるように、制御信号Ｓ２によって制御される。

また、２つのトランジスタ対１３１のそれぞれの接続先は、端子対１０２に印加される電圧の極性によって決定される。具体的には、端子Ｂ１が正極、端子Ｂ２が負極となるような電圧が端子対１０２に印加されている場合、上流側のトランジスタ対１３１は、トランジスタ１３２が導通状態となり、トランジスタ１３３が非導通状態となるように、制御信号Ｓ２によって制御される。一方、下流側のトランジスタ対１３１は、トランジスタ１３３が導通状態、トランジスタ１３２が非導通状態となるように、制御信号Ｓ２によって制御される。また、端子Ｂ１が負極、端子Ｂ２が正極となるような電圧が端子対１０２に印加されている場合は、上流側のトランジスタ対１３１は、トランジスタ１３３が導通状態となり、トランジスタ１３２が非導通状態となるように、制御信号Ｓ２によって制御される。一方、下流側のトランジスタ対１３１は、トランジスタ１３２が導通状態、トランジスタ１３３が非導通状態となるように、制御信号Ｓ２によって制御される。このようにして、端子対１０２と充電電池セル群との間で、同じ極性をもつ端子同士が接続される。そして、端子対１０２から流れる電流の方向が、充電電池セル群を充電する方向となるように制御される。

変圧制御回路１０６は、変圧回路１０７の動作を制御する。変圧制御回路１０６は、放電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数と、充電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数とに基づいて、変圧回路１０７の動作を制御する変圧信号Ｓ３を生成し、変圧回路１０７へ出力する。

なお、放電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数が充電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数よりも多い場合は、充電電池セル群に対して過剰に大きな充電電圧が印加されることを防止する必要がある。そのため、変圧制御回路１０６は、充電電池セル群を充電できる範囲で放電電圧（Ｖｄｉｓ）を降圧させるように変圧回路１０７を制御する変圧信号Ｓ３を出力する。

また、放電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数が、充電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数以下である場合は、充電電池セル群を充電するために必要な充電電圧を確保する必要がある。そのため、変圧制御回路１０６は、充電電池セル群に過剰な充電電圧が印加されない範囲で放電電圧（Ｖｄｉｓ）を昇圧させるように変圧回路１０７を制御する変圧信号Ｓ３を出力する。

なお、過剰な充電電圧とする電圧値は、電池部１０８で使用される電池セル１０９の製品仕様等に鑑みて決定することができる。また、変圧回路１０７により昇圧及び降圧された電圧は、充電電圧（Ｖｃｈａ）として端子対１０２に印加される。

ここで、本実施形態における変圧制御回路１０６の動作例を、図５（Ａ）乃至（Ｃ）を用いて説明する。図５（Ａ）乃至（Ｃ）は、図２（Ａ）乃至（Ｃ）で説明した放電電池セル群及び充電電池セル群に対応させた、変圧制御回路１０６の動作例を説明するための概念図である。なお図５（Ａ）乃至（Ｃ）は、電池制御回路１４１を図示している。電池制御回路１４１は、上述したように、端子対１０１と、端子対１０２と、切り替え制御回路１０３と、切り替え回路１０４と、切り替え回路１０５と、変圧制御回路１０６と、変圧回路１０７とにより構成される。

図５（Ａ）に示される例では、図２（Ａ）で説明したように、連続する３つの高電圧セルａ乃至ｃと、１つの低電圧セルｄとが直列に接続されている。この場合、図２（Ａ）を用いて説明したように、切り替え制御回路１０３は、高電圧セルａ乃至ｃを放電電池セル群として決定し、低電圧セルｄを充電電池セル群として決定する。そして、変圧制御回路１０６は、放電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数を基準とした時の、充電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数の比に基づいて、放電電圧（Ｖｄｉｓ）から充電電圧（Ｖｃｈａ）への変換比Ｎをを算出する。

なお放電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数が、充電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数よりも多い場合に、放電電圧を変圧せずに端子対１０２にそのまま印加すると、充電電池セル群に含まれる電池セル１０９に、端子対１０２を介して過剰な電圧が印加される可能性がある。そのため、図５（Ａ）に示されるような場合では、端子対１０２に印加される充電電圧（Ｖｃｈａ）を、放電電圧よりも降圧させる必要がある。さらに、充電電池セル群を充電するためには、充電電圧は、充電電池セル群に含まれる電池セル１０９の合計電圧より大きい必要がある。そのため、変圧制御回路１０６は、放電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数を基準とした時の、充電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数の比よりも、変換比Ｎを大きく設定する。

変圧制御回路１０６は、放電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数を基準とした時の、充電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数の比に対して、変換比Ｎを１乃至１０％程度大きくするのが好ましい。この時、充電電圧は充電電池セル群の電圧よりも大きくなるが、実際には充電電圧は充電電池セル群の電圧と等しくなる。ただし、変圧制御回路１０６は変換比Ｎに従い充電電池セル群の電圧を充電電圧と等しくするために、充電電池セル群を充電する電流を流すこととなる。この電流は変圧制御回路１０６に設定された値となる。

図５（Ａ）に示される例では、放電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数が３個で、充電電池セル群に含まれる電池セル１０９の数が１個であるため、変圧制御回路１０６は、１／３より少し大きい値を変換比Ｎとして算出する。そして、変圧制御回路１０６は、放電電圧を当該変換比Ｎに応じて降圧し、充電電圧に変換する変圧信号Ｓ３を変圧回路１０７に出力する。そして、変圧回路１０７は、変圧信号Ｓ３に応じて変圧された充電電圧を、端子対１０２に印加する。そして、端子対１０２に印加される充電電圧によって、充電電池セル群に含まれる電池セル１０９が充電される。

また、図５（Ｂ）や図５（Ｃ）に示される例でも、図５（Ａ）と同様に、変換比Ｎが算出される。図５（Ｂ）や図５（Ｃ）に示される例では、放電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数が、充電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数以下であるため、変換比Ｎは１以上となる。よって、この場合は、変圧制御回路１０６は、放電電圧を昇圧して受電電圧に変換する変圧信号Ｓ３を出力する。

変圧回路１０７は、変圧信号Ｓ３に基づいて、端子対１０１に印加される放電電圧を充電電圧に変換する。そして、変圧回路１０７は、変換された充電電圧を端子対１０２に印加する。ここで、変圧回路１０７は、端子対１０１と端子対１０２との間を電気的に絶縁している。これにより、変圧回路１０７は、放電電池セル群の中で最も下流に位置する電池セル１０９の負極端子の絶対電圧と、充電電池セル群の中で最も下流に位置する電池セル１０９の負極端子の絶対電圧との差異による短絡を防止する。さらに、変圧回路１０７は、上述したように、変圧信号Ｓ３に基づいて放電電池セル群の合計電圧である放電電圧を充電電圧に変換する。

また、変圧回路１０７は、例えば絶縁型ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）−ＤＣコンバータ等を用いることができる。この場合、変圧制御回路１０６は、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータのオン／オフ比（デューティー比）を制御する信号を変圧信号Ｓ３として出力することにより、変圧回路１０７で変換される充電電圧を制御する。

なお、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータには、フライバック方式、フォワード方式、ＲＣＣ（Ｒｉｎｇｉｎｇ Ｃｈｏｋｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）方式、プッシュプル方式、ハーフブリッジ方式、及びフルブリッジ方式等が存在するが、目的とする出力電圧の大きさに応じて適切な方式が選択される。

絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた変圧回路１０７の構成を図６に示す。絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１５１は、スイッチ部１５２とトランス部１５３とを有する。スイッチ部１５２は、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの動作のオン／オフを切り替えるスイッチであり、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やバイポーラ型トランジスタ等を用いて実現される。また、スイッチ部１５２は、変圧制御回路１０６から出力される、オン／オフ比を制御する変圧信号Ｓ３に基づいて、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１５１のオン状態とオフ状態を周期的に切り替える。なお、スイッチ部１５２は、使用される絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの方式によって様々な構成を取り得る。トランス部１５３は、端子対１０１から印加される放電電圧を充電電圧に変換する。詳細には、トランス部１５３は、スイッチ部１５２のオン／オフ状態と連動して動作し、そのオン／オフ比に応じて放電電圧を充電電圧に変換する。この充電電圧は、スイッチ部１５２のスイッチング周期において、オン状態となる時間が長いほど大きくなる。一方、充電電圧は、スイッチ部１５２のスイッチング周期において、オン状態となる時間が短いほど小さくなる。なお、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いる場合、トランス部１５３の内部で、端子対１０１と端子対１０２は互いに絶縁することができる。

本実施形態における蓄電装置１００の処理の流れを、図７を用いて説明する。図７は、蓄電装置１００の処理の流れを示すフローチャートである。

まず、蓄電装置１００は、複数の電池セル１０９毎に測定された電圧を取得する（ステップＳ００１）。そして、蓄電装置１００は、複数の電池セル１０９の電圧を揃える動作の開始条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ００２）。この開始条件は、例えば、複数の電池セル１０９毎に測定された電圧の最大値と最小値との差分が、所定の閾値以上か否か等とすることができる。この開始条件を満たさない場合は（ステップＳ００２：ＮＯ）、各電池セル１０９の電圧のバランスが取れている状態であるため、蓄電装置１００は、以降の処理を実行しない。一方、開始条件を満たす場合は（ステップＳ００２：ＹＥＳ）、蓄電装置１００は、各電池セル１０９の電圧を揃える処理を実行する。この処理において、蓄電装置１００は、測定されたセル毎の電圧に基づいて、各電池セル１０９が高電圧セルか低電圧セルかを判定する（ステップＳ００３）。そして、蓄電装置１００は、判定結果に基づいて、放電電池セル群及び充電電池セル群を決定する（ステップＳ００４）。さらに、蓄電装置１００は、決定された放電電池セル群を端子対１０１の接続先に設定する制御信号Ｓ１、及び決定された充電電池セル群を端子対１０２の接続先に設定する制御信号Ｓ２を生成する（ステップＳ００５）。蓄電装置１００は、生成された制御信号Ｓ１及び制御信号Ｓ２を、切り替え回路１０４及び切り替え回路１０５へそれぞれ出力する。そして、切り替え回路１０４により、端子対１０１と放電電池セル群とが接続され、切り替え回路１０５により、端子対１０２と放電電池セル群とが接続される（ステップＳ００６）。また、蓄電装置１００は、放電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数と、充電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数とに基づいて、変圧信号Ｓ３を生成する（ステップＳ００７）。そして、蓄電装置１００は、変圧信号Ｓ３に基づいて、端子対１０１に印加される放電電圧を充電電圧に変換し、端子対１０２に印加する（ステップＳ００８）。これにより、放電電池セル群の電荷が充電電池セル群へ移動される。

また、図７のフローチャートでは、複数のステップが順番に記載されているが、各ステップの実行順序は、その記載の順番に制限されない。

以上、本実施形態によれば、放電電池セル群から充電電池セル群へ電荷を移動させる際、キャパシタ方式のように、放電電池セル群からの電荷を一旦蓄積し、その後充電電池セル群へ放出させるような構成を必要としない。これにより、単位時間あたりの電荷移動効率を向上させることができる。また、切り替え回路１０４及び切り替え回路１０５により、放電電池セル群及び充電電池セル群のうち、変圧回路と接続する電池セルを、個別に切り替えられる。

さらに、変圧回路１０７により、放電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数と充電電池セル群に含まれる電池セル１０９群の個数とに基づいて、端子対１０１に印加される放電電圧が充電電圧に変換され、端子対１０２に印加される。これにより、放電側及び充電側の電池セル１０９がどのように選択されても、問題なく電荷の移動を実現できる。

さらに、トランジスタ１１０及びトランジスタ１１３にＯＳトランジスタを用いることにより、充電電池セル群及び放電電池セル群に属しない電池セル１０９から漏洩する電荷量を減らすことができる。これにより、充電及び放電に寄与しない電池セル１０９の容量の低下を抑制することができる。また、ＯＳトランジスタは、Ｓｉトランジスタに比べて熱に対する特性の変動が小さい。これにより、電池セル１０９の温度が上昇しても、制御信号Ｓ１、Ｓ２に応じた導通状態と非導通状態の切り替えといった、正常な動作をさせることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１とは異なる構成について、図１２乃至図１６を参照して説明する。なお上記実施の形態と繰り返しになる説明については、詳細について省略する。

図１２には、蓄電装置のブロック図の一例を示す。図１２に示す蓄電装置２００は、図１と同じ構成を有する。具体的に蓄電装置２００は、端子対１０１と、端子対１０２と、切り替え制御回路１０３と、切り替え回路１０４と、切り替え回路１０５と、変圧制御回路１０６と、変圧回路１０７と、直列に接続された複数の電池セル１０９を含む電池部１０８と、を有する。

図１２に示す蓄電装置２００が図１の蓄電装置１００と異なる点は、電池部１０８において、電池セル１０９の間にスイッチ２０１、及びスイッチ２０２を有する点にある。そこで以下では、電池部１０８におけるスイッチ２０１、及びスイッチ２０２の切り替えの動作について詳述する。

スイッチ２０１は、電池セル１０９間の接続状態を切り替えるために設けられるスイッチである。また、スイッチ２０２は、電池セル１０９の負極端子側を基準電位となるグラウンド電位に切り替えるために設けられるスイッチである。スイッチ２０１及びスイッチ２０２は、切り替え制御回路１０３から出力される制御信号Ｓ４によってオン状態又はオフ状態を制御される。

本実施の形態において、スイッチ２０１及びスイッチ２０２を設けることで、電池セル１０９間の直接接続の状態を切り離し、基準電位となるグラウンド電位に接続することができる。例えばスイッチ２０１をオン状態とし、スイッチ２０２をオフ状態とすることで、隣接する電池セル１０９を直接に接続することができる。また、スイッチ２０１をオフ状態とし、スイッチ２０２をオン状態とすることで、電池セル１０９の負極端子を基準電位となるグラウンド電位に接続することができる。

図１２の電池部１０８におけるスイッチ２０１、及びスイッチ２０２の切り替えについて、図１３の概念図を用いて説明を行う。なお、説明の便宜上、図１３では４個の電池セル１０９と、スイッチ２０１とが交互に直列に接続され、電池セル１０９の負極端子側にスイッチ２０２を介してグラウンド電位が接続される場合を例に説明する。

図１３（Ａ−１）では、電池セルａ乃至ｄの電圧を電圧Ｖａ乃至電圧Ｖｄとすると、Ｖａ＝Ｖｂ＝Ｖｃ＞Ｖｄの関係にある場合を示している。つまり、連続する３つの高電圧セルａ乃至ｃと、１つの低電圧セルｄとが直列に接続されている。この場合、切り替え制御回路１０３は、連続する３つの高電圧セルａ乃至ｃを放電電池セル群として決定する。また、切り替え制御回路１０３は、低電圧セルＤを充電電池セル群として決定する。

切り替え制御回路１０３は、放電電池セル群及び充電電池セル群と決定するとともに、制御信号Ｓ４によってスイッチ２０１及びスイッチ２０２のオン／オフ状態を切り替える。図１３（Ａ−１）の場合、図中「ＯＮ」、「ＯＦＦ」で示すようにスイッチ２０１及びスイッチ２０２の状態を切り替える。

図１３（Ａ−２）では、図１３（Ａ−１）で説明した放電電池セル群及び充電電池セル群に対応させた、電池制御回路１４１の動作例を説明するための概念図である。

図１３（Ａ−２）に示される例では、高電圧セルａ乃至ｃを放電電池セル群として決定し、低電圧セルｄを充電電池セル群として決定する。電池制御回路１４１は、図５（Ａ）と同様に、放電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数を基準とした時の、充電電池セル群に含まれる電池セル１０９の個数の比に基づいて、充電電池セル群を充電するための放電電圧（Ｖｄｉｓ）の昇降圧することができる。そして、放電電池セル群の電池セルから充電電池セル群の電池セルを充電し、容量の均等化を図ることができる。

図１３（Ｂ−１）では、電池セルａ乃至ｄの電圧を電圧Ｖａ乃至電圧Ｖｄとすると、Ｖａ＝Ｖｂ＝Ｖｄ＞Ｖｃの関係にある場合を示している。つまり、連続しない３つの高電圧セルａ、ｂ、ｄと、１つの低電圧セルｃとが直列に接続されている。この場合、切り替え制御回路１０３は、連続しない３つの高電圧セルａ、ｂ、ｄを放電電池セル群として決定する。また、切り替え制御回路１０３は、低電圧セルＤを充電電池セル群として決定する。

切り替え制御回路１０３は、放電電池セル群及び充電電池セル群と決定するとともに、制御信号Ｓ４によってスイッチ２０１及びスイッチ２０２のオン／オフ状態を切り替える。図１３（Ａ−２）の場合、図中「ＯＮ」、「ＯＦＦ」で示すようにスイッチ２０１及びスイッチ２０２の状態を切り替える。

図１３（Ｂ−２）では、図１３（Ｂ−１）で説明した放電電池セル群及び充電電池セル群に対応させた、電池制御回路１４１の動作例を説明するための概念図である。

図１３（Ｂ−２）に示される例では、高電圧セルａ、ｂ、ｄを放電電池セル群として決定し、低電圧セルｃを充電電池セル群として決定する。電池制御回路１４１は、並列に設けられる高電圧セルａ、ｂ、ｄの放電電圧（Ｖｄｉｓ）に基づいて、充電電池セル群を充電するための電圧の昇降圧することができる。そして、充電電池セル群の電池セル１０９を充電し、容量の均等化を図ることができる。

実施の形態１の構成では、同じ容量を有する複数の電池セルが直接に接続されていない場合、同じタイミングで双方を放電電池セル群、又は充電電池セル群に選ぶことが難しい。一方で本実施の形態のようにスイッチ２０１及びスイッチ２０２を設け、充電電池セル群及び放電電池セル群の決定に応じてスイッチのオン／オフ状態を切り替えることで、図１３（Ｂ−１）、（Ｂ−２）のように放電電池セル群に属する電池セルの個数を増やして容量の均等化を行うことができる。

また、電池部１０８の電池セル１０９を外部電源によって充電する際のスイッチ２０１、及びスイッチ２０２の切り替えについて、図１４の概念図を用いて説明を行う。なお、説明の便宜上、図１４では、図１２及び図１３と同様に、４個の電池セル１０９と、スイッチ２０１とが交互に直列に接続され、電池セル１０９の負極端子側にスイッチ２０２を介してグラウンド電位が接続される場合を例に説明する。

図１４（Ａ−１）では、連続する４つの電池セルａ乃至ｄが直列に接続されるようにスイッチ２０１及びスイッチ２０２のオン／オフ状態を切り替える。この場合、図１４（Ａ−２）に示すように、直列に接続された電池セルに対して外部電圧Ｖｓｅｒｉを印加して電流Ｉｃｈａを流し、充電を行うことができる。

また図１４（Ｂ−１）では、連続する４つの電池セルａ乃至ｄが並列に接続されるようにスイッチ２０１及びスイッチ２０２のオン／オフ状態を切り替える。この場合、図１４（Ｂ−２）に示すように、並列に接続された電池セルに対して外部電圧Ｖｐａｒａを印加して電流Ｉｃｈａを流し、充電を行うことができる。

本実施の形態のようにスイッチ２０１及びスイッチ２０２を設け、スイッチのオン／オフ状態を切り替えることで、充電する電池セルを直列又は並列とする接続を切り替えることができ、外部電圧に応じた充電方法を選択することができる。例えば、外部電源の電圧が、直列に接続された電池セルを充電する電圧より小さい場合には、電池セルを並列に接続し、外部電源の電圧が、直列に接続された電池セルを充電する電圧より大きい場合には、電池セルを並列に接続することができる。

また、電池部１０８の電池セル１０９の電圧を外部に印加する際のスイッチ２０１、及びスイッチ２０２の切り替えについて、図１５の概念図を用いて説明を行う。なお、説明の便宜上、図１５では、図１２乃至図１４と同様に、４個の電池セル１０９と、スイッチ２０１とが交互に直列に接続され、電池セル１０９の負極端子側にスイッチ２０２を介してグラウンド電位が接続される場合を例に説明する。

図１５（Ａ−１）では、連続する４つの電池セルａ乃至ｄが直列に接続されるようにスイッチ２０１及びスイッチ２０２のオン／オフ状態を切り替える。この場合、図１５（Ａ−２）に示すように、直列に接続された電池セルの電圧Ｖｏｕｔ＿ｓを端子ｏｕｔに印加することができる。

また図１５（Ｂ−１）では、連続する４つの電池セルａ乃至ｄが並列に接続されるようにスイッチ２０１及びスイッチ２０２のオン／オフ状態を切り替える。この場合、図１５（Ｂ−２）に示すように、並列に接続された電池セルの電圧Ｖｏｕｔ＿ｐを端子ｏｕｔに印加することができる。

本実施の形態のようにスイッチ２０１及びスイッチ２０２を設け、スイッチのオン／オフ状態を切り替えることで、放電する電池セルを直列又は並列とする接続を切り替えることができ、放電する電圧を選択することができる。例えば、外部に印加する電圧として、高い電圧を必要とする場合には、直列に接続された電池セルから電圧を印加し、低い電圧を必要とする場合には、並列に接続された電池セルから電圧を印加することができる。

なお図１３で図示したスイッチ２０１及びスイッチ２０２は、トランジスタであってもよい。この場合のブロック図を図１６に示す。図１６では、スイッチ２０１及びスイッチ２０２の代わりに、トランジスタ２０３及びトランジスタ２０４を示している。

トランジスタ２０３及びトランジスタ２０４には、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。ＯＳトランジスタはオフ電流が小さいため、電池セルから漏洩する電荷量を減らし、時間の経過による容量の低下を抑制することができる。またＯＳトランジスタは高電圧を印加した際の絶縁破壊が生じにくい。直列に接続される電池セル１０９間の絶縁状態を保つことができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したＯＳトランジスタについて説明する。

＜ＯＳトランジスタの特性＞
ＯＳトランジスタは、酸化物半導体中の不純物濃度を低減し、酸化物半導体を真性または実質的に真性にすることでオフ電流を低くすることができる。ここで、実質的に真性とは、酸化物半導体中のキャリア密度が、１×１０^１７／ｃｍ^３未満であること、好ましくは１×１０^１５／ｃｍ^３未満であること、さらに好ましくは１×１０^１３／ｃｍ^３未満であることを指す。酸化物半導体において、水素、窒素、炭素、シリコン、および主成分以外の金属元素は不純物となる。例えば、水素および窒素はドナー準位の形成に寄与し、キャリア密度を増大させてしまう。

真性または実質的に真性にした酸化物半導体を用いたトランジスタは、キャリア密度が低いため、閾値電圧がマイナスとなる電気特性になることが少ない。また、当該酸化物半導体を用いたトランジスタは、酸化物半導体のキャリアトラップが少ないため、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。また、当該酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ電流を非常に低くすることが可能となる。

なおオフ電流を低くしたＯＳトランジスタでは、室温（２５℃程度）にてチャネル幅１μｍあたりの規格化されたオフ電流が１×１０^−１８Ａ以下、好ましくは１×１０^−２１Ａ以下、更に好ましくは１×１０^−２４Ａ以下、又は８５℃にて１×１０^−１５Ａ以下、好ましくは１×１０^−１８Ａ以下、更に好ましくは１×１０^−２１Ａ以下とすることができる。

＜オフ電流＞
本明細書において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態（非導通状態、遮断状態、ともいう）にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態とは、特に断りがない場合、ｎチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低い状態、ｐチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも高い状態をいう。例えば、ｎチャネル型のトランジスタのオフ電流とは、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低いときのドレイン電流を言う場合がある。

トランジスタのオフ電流は、Ｖｇｓに依存する場合がある。従ってトランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇｓが存在するときに、トランジスタのオフ電流がＩ以下である、と言う場合がある。トランジスタのオフ電流は、Ｖｇｓが所定の値であるときのオフ電流、Ｖｇｓが所定の範囲内の値であるときのオフ電流、または、Ｖｇｓが十分に低減されたオフ電流が得られる値であるときのオフ電流を指す場合がある。

一例として、しきい値電圧Ｖｔｈが０．５Ｖであり、Ｖｇｓが０．５Ｖであるときのドレイン電流が１×１０^−９Ａであり、Ｖｇｓが０．１Ｖにおけるドレイン電流が１×１０^−１３Ａであり、Ｖｇｓがー０．５Ｖにおけるドレイン電流が１×１０^−１９Ａであり、Ｖｇｓがー０．８Ｖにおけるドレイン電流が１×１０^−２２Ａであるようなｎチャネル型トランジスタを想定する。当該トランジスタのドレイン電流は、Ｖｇｓが−０．５Ｖにおいて、または、Ｖｇｓが−０．５Ｖ乃至−０．８Ｖの範囲において、１×１０^−１９Ａ以下であるから、当該トランジスタのオフ電流は１×１０^−１９Ａ以下である、と言う場合がある。当該トランジスタのドレイン電流が１×１０^−２２Ａ以下となるＶｇｓが存在するため、当該トランジスタのオフ電流は１×１０^−２２Ａ以下である、と言う場合がある。

本明細書では、チャネル幅Ｗを有するトランジスタのオフ電流を、チャネル幅Ｗあたりの値で表す場合がある。また、所定のチャネル幅（例えば１μｍ）あたりの電流値で表す場合がある。後者の場合、オフ電流の単位は、電流／長さ（例えば、Ａ／μｍ）で表される場合がある。

トランジスタのオフ電流は、温度に依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、室温、６０℃、８５℃、９５℃、または１２５℃におけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証される温度、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度（例えば、５℃乃至３５℃のいずれか一の温度）におけるオフ電流、を表す場合がある。室温、６０℃、８５℃、９５℃、１２５℃、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証される温度、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度（例えば、５℃乃至３５℃のいずれか一の温度）、におけるトランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇｓが存在するときに、トランジスタのオフ電流がＩ以下である、と言う場合がある。

トランジスタのオフ電流は、ドレインとソースの間の電圧Ｖｄｓに依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、Ｖｄｓの絶対値が０．１Ｖ、０．８Ｖ、１Ｖ、１．２Ｖ、１．８Ｖ，２．５Ｖ，３Ｖ、３．３Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖ、１６Ｖ、または２０Ｖにおけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証されるＶｄｓ、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるＶｄｓにおけるオフ電流、を表す場合がある。Ｖｄｓが所定の値であるときに、トランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇｓが存在する場合、トランジスタのオフ電流がＩ以下である、と言うことがある。ここで、所定の値とは、例えば、０．１Ｖ、０．８Ｖ、１Ｖ、１．２Ｖ、１．８Ｖ，２．５Ｖ，３Ｖ、３．３Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖ、１６Ｖ、２０Ｖ、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証されるＶｄｓの値、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるＶｄｓの値である。

上記オフ電流の説明において、ドレインをソースと読み替えてもよい。つまり、オフ電流は、トランジスタがオフ状態にあるときのソースを流れる電流を言う場合もある。

本明細書では、オフ電流と同じ意味で、リーク電流と記載する場合がある。

本明細書において、オフ電流とは、例えば、トランジスタがオフ状態にあるときに、ソースとドレインとの間に流れる電流を指す場合がある。

＜酸化物半導体の組成＞
なおＯＳトランジスタの半導体層に用いる酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）又は亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎ及びＺｎを含むことが好ましい。また、それらに加えて、酸素を強く結びつけるスタビライザーを有することが好ましい。スタビライザーとしては、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）及びアルミニウム（Ａｌ）の少なくともいずれかを有すればよい。

また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）のいずれか一種又は複数種を有してもよい。

トランジスタの半導体層に用いる酸化物半導体としては、例えば、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｚｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｉ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｃ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物等がある。

例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３、あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：１：３の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。

＜酸化物半導体中の不純物＞
半導体層を構成する酸化物半導体膜に水素が多量に含まれると、酸化物半導体と結合することによって、水素の一部がドナーとなり、キャリアである電子を生じてしまう。これにより、トランジスタの閾値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。そのため、酸化物半導体膜の形成後において、脱水化処理（脱水素化処理）を行い酸化物半導体膜から、水素、又は水分を除去して不純物が極力含まれないように高純度化することが好ましい。

なお、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって、酸化物半導体膜から酸素が減少してしまうことがある。よって、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって増加した酸素欠損を補填するため酸素を酸化物半導体膜に加える処理を行うことが好ましい。

このように、酸化物半導体膜は、脱水化処理（脱水素化処理）により、水素又は水分が除去され、加酸素化処理により酸素欠損を補填することによって、ｉ型（真性）化又はｉ型に限りなく近く実質的にｉ型（真性）である酸化物半導体膜とすることができる。なお、実質的に真性とは、酸化物半導体膜中にドナーに由来するキャリアが極めて少なく（ゼロに近く）、キャリア密度が１×１０^１７／ｃｍ^３以下、１×１０^１６／ｃｍ^３以下、１×１０^１５／ｃｍ^３以下、１×１０^１４／ｃｍ^３以下、１×１０^１３／ｃｍ^３以下であることをいう。

＜酸化物半導体の構造＞
酸化物半導体の構造について説明する。

なお本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−３０°以上３０°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。

また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。

酸化物半導体膜は、非単結晶酸化物半導体膜と単結晶酸化物半導体膜とに分けられる。または、酸化物半導体は、例えば、結晶性酸化物半導体と非晶質酸化物半導体とに分けられる。

なお、非単結晶酸化物半導体としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体などがある。また、結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、ＣＡＡＣ−ＯＳ、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体などがある。

まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について説明する。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、ｃ軸配向した複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つである。

透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の明視野像および回折パターンの複合解析像（高分解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察することで複数の結晶部を確認することができる。一方、高分解能ＴＥＭ像によっても明確な結晶部同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。

試料面と略平行な方向から、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の断面の高分解能ＴＥＭ像を観察すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸を反映した形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面と平行に配列する。

一方、試料面と略垂直な方向から、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の平面の高分解能ＴＥＭ像を観察すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。

なお、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、不純物濃度の低い酸化物半導体膜である。不純物は、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリコンなどの、酸化物半導体膜を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不純物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜である。例えば、酸化物半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによってキャリア発生源となることがある。

不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い（酸素欠損の少ない）ことを、高純度真性または実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。したがって、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオンともいう。）になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。

次に、微結晶酸化物半導体膜について説明する。

微結晶酸化物半導体膜は、高分解能ＴＥＭ像において、結晶部を確認することのできる領域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、または１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の大きさであることが多い。特に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の微結晶であるナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）を有する酸化物半導体膜を、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜と呼ぶ。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、例えば、高分解能ＴＥＭ像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。

ｎｃ−ＯＳ膜は、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、ｎｃ−ＯＳ膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きい径のＸ線を用いるＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子回折（制限視野電子回折ともいう。）を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径の電子線を用いるナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測される。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対しナノビーム電子回折を行うと、円を描くように（リング状に）輝度の高い領域が観測される場合がある。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対しナノビーム電子回折を行うと、リング状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある。

ｎｃ−ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも規則性の高い酸化物半導体膜である。そのため、ｎｃ−ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、ｎｃ−ＯＳ膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ−ＯＳ膜は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。

次に、非晶質酸化物半導体膜について説明する。

非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶部を有さない酸化物半導体膜である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体膜が一例である。

非晶質酸化物半導体膜は、高分解能ＴＥＭ像において結晶部を確認することができない。

非晶質酸化物半導体膜に対し、ＸＲＤ装置を用いた構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、非晶質酸化物半導体膜に対し、電子回折を行うと、ハローパターンが観測される。また、非晶質酸化物半導体膜に対し、ナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測されず、ハローパターンが観測される。

なお、酸化物半導体膜は、ｎｃ−ＯＳ膜と非晶質酸化物半導体膜との間の物性を示す構造を有する場合がある。そのような構造を有する酸化物半導体膜を、特に非晶質ライク酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜と呼ぶ。

ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ膜は、高分解能ＴＥＭ像において鬆（ボイドともいう。）が観察される場合がある。また、高分解能ＴＥＭ像において、明確に結晶部を確認することのできる領域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ膜は、ＴＥＭによる観察程度の微量な電子照射によって、結晶化が起こり、結晶部の成長が見られる場合がある。一方、良質なｎｃ−ＯＳ膜であれば、ＴＥＭによる観察程度の微量な電子照射による結晶化はほとんど見られない。

なお、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ膜およびｎｃ−ＯＳ膜の結晶部の大きさの計測は、高分解能ＴＥＭ像を用いて行うことができる。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶は層状構造を有し、Ｉｎ−Ｏ層の間に、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層を２層有する。ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の単位格子は、Ｉｎ−Ｏ層を３層有し、またＧａ−Ｚｎ−Ｏ層を６層有する、計９層がｃ軸方向に層状に重なった構造を有する。よって、これらの近接する層同士の間隔は、（００９）面の格子面間隔（ｄ値ともいう。）と同程度であり、結晶構造解析からその値は０．２９ｎｍと求められている。そのため、高分解能ＴＥＭ像における格子縞に着目し、格子縞の間隔が０．２８ｎｍ以上０．３０ｎｍ以下である箇所においては、それぞれの格子縞がＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶のａ−ｂ面に対応する。

また、酸化物半導体膜は、構造ごとに密度が異なる場合がある。例えば、ある酸化物半導体膜の組成がわかれば、該組成と同じ組成における単結晶の密度と比較することにより、その酸化物半導体膜の構造を推定することができる。例えば、単結晶の密度に対し、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ膜の密度は７８．６％以上９２．３％未満となる。また、例えば、単結晶の密度に対し、ｎｃ−ＯＳ膜の密度およびＣＡＡＣ−ＯＳ膜の密度は９２．３％以上１００％未満となる。なお、単結晶の密度に対し密度が７８％未満となる酸化物半導体膜は、成膜すること自体が困難である。

上記について、具体例を用いて説明する。例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体膜において、菱面体晶構造を有する単結晶ＩｎＧａＺｎＯ_４の密度は６．３５７ｇ／ｃｍ^３となる。よって、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体膜において、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ膜の密度は５．０ｇ／ｃｍ^３以上５．９ｇ／ｃｍ^３未満となる。また、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体膜において、ｎｃ−ＯＳ膜の密度およびＣＡＡＣ−ＯＳ膜の密度は５．９ｇ／ｃｍ^３以上６．３ｇ／ｃｍ^３未満となる。

なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合がある。その場合、任意の割合で組成の異なる単結晶を組み合わせることにより、所望の組成の単結晶に相当する密度を算出することができる。所望の組成の単結晶の密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせる割合に対して、加重平均を用いて算出すればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない種類の単結晶を組み合わせて算出することが好ましい。

なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ膜、微結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。

以上説明したようにＯＳトランジスタは、極めて優れたオフ電流特性を実現できる。

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態４）
本実施の形態では、上述の実施の形態で説明し電池制御回路を電子部品に適用する例について、図１１を用いて説明する。

図１１（Ａ）では上述の実施の形態で説明し電池制御回路を電子部品に適用する例について説明する。なお電子部品は、半導体パッケージ、又はＩＣ用パッケージともいう。この電子部品は、端子取り出し方向や、端子の形状に応じて、複数の規格や名称が存在する。そこで、本実施の形態では、その一例について説明することにする。

ＯＳトランジスタやＳｉトランジスタで構成される回路部は、組み立て工程（後工程）を経て、プリント基板に脱着可能な部品が複数合わさることで完成する。

後工程については、図１１（Ａ）に示す各工程を経ることで完成させることができる。具体的には、前工程で得られる素子基板が完成（ステップＳ１）した後、基板の裏面を研削する（ステップＳ２）。この段階で基板を薄膜化することで、前工程での基板の反り等を低減し、部品としての小型化を図るためである。

基板の裏面を研削して、基板を複数のチップに分離するダイシング工程を行う。そして、分離したチップを個々にピックアップしてリードフレーム上に搭載し接合する、ダイボンディング工程を行う（ステップＳ３）。このダイボンディング工程におけるチップとリードフレームとの接着は、樹脂による接着や、テープによる接着等、適宜製品に応じて適した方法を選択する。なお、ダイボンディング工程は、インターポーザ上に搭載し接合してもよい。

次いでリードフレームのリードとチップ上の電極とを、金属の細線（ワイヤー）で電気的に接続する、ワイヤーボンディングを行う（ステップＳ４）。金属の細線には、銀線や金線を用いることができる。また、ワイヤーボンディングは、ボールボンディングや、ウェッジボンディングを用いることができる。

ワイヤーボンディングされたチップは、エポキシ樹脂等で封止される、モールド工程が施される（ステップＳ５）。モールド工程を行うことで電子部品の内部が樹脂で充填され、機械的な外力による内蔵される回路部やワイヤーに対するダメージを低減することができ、また水分や埃による特性の劣化を低減することができる。

次いでリードフレームのリードをメッキ処理する。そしてリードを切断及び成形加工する（ステップＳ６）。このめっき処理によりリードの錆を防止し、後にプリント基板に実装する際のはんだ付けをより確実に行うことができる。

次いでパッケージの表面に印字処理（マーキング）を施す（ステップＳ７）。そして最終的な検査工程（ステップＳ８）を経てＰＬＤを含む回路部を有する電子部品が完成する（ステップＳ９）。

また、完成した電子部品の斜視模式図を図１１（Ｂ）に示す。図１１（Ｂ）では、電子部品の一例として、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）の斜視模式図を示している。図１１（Ｂ）に示す電子部品７００は、リード７０１及び回路部７０３を示している。図１１（Ｂ）に示す電子部品７００は、例えばプリント基板７０２に実装される。このような電子部品７００が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板７０２上で電気的に接続されることで電子機器の内部に搭載することができる。完成した回路基板７０４は、電子機器等の内部に設けられる。

（実施の形態５）
本発明の一態様である蓄電装置は、電力により駆動する様々な電気機器の電源として用いることができる。

本発明の一態様である蓄電装置を用いた電気機器の具体例として、表示装置、照明装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ブルーレイディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）などの記録媒体に記憶された静止画または動画を再生する画像再生装置、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、携帯型ゲーム機、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、エアコンディショナーなどの空調設備、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、ＤＮＡ保存用冷凍庫、透析装置などが挙げられる。また、蓄電装置からの電力を用いて電動機により推進する移動体なども、電気機器の範疇に含まれるものとする。上記移動体として、例えば、電気自動車、内燃機関と電動機を併せ持った複合型自動車（ハイブリッドカー）、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車などが挙げられる。

なお、上記電気機器は、消費電力の殆ど全てを賄うための蓄電装置（主電源と呼ぶ）として、本発明の一態様である蓄電装置を用いることができる。また、上記電気機器は、上記主電源や商用電源からの電力の供給が停止した場合に、電気機器への電力の供給を行うことができる蓄電装置（無停電電源と呼ぶ）として、本発明の一態様である蓄電装置を用いることができる。また、上記電気機器は、上記主電源や商用電源からの電気機器への電力の供給と並行して、電気機器への電力の供給を行うための蓄電装置（補助電源と呼ぶ）として、本発明の一態様である蓄電装置を用いることができる。

図８に上記電気機器の具体的な構成を示す。図８において、表示装置５０００は、蓄電装置５００４を用いた電気機器の一例である。具体的に、表示装置５０００は、ＴＶ放送受信用の表示装置に相当し、筐体５００１、表示部５００２、スピーカー部５００３、蓄電装置５００４等を有する。蓄電装置５００４は、筐体５００１の内部に設けられている。表示装置５０００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置５００４に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、蓄電装置５００４を無停電電源として用いることで、表示装置５０００の利用が可能となる。

表示部５００２には、液晶表示装置、有機ＥＬ素子などの発光素子を各画素に備えた発光装置、電気泳動表示装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの、半導体表示装置を用いることができる。

なお、表示装置には、ＴＶ放送受信用の他、パーソナルコンピュータ用、広告表示用など、全ての情報表示用表示装置が含まれる。

図８において、据え付け型の照明装置５１００は、蓄電装置５１０３を用いた電気機器の一例である。具体的に、照明装置５１００は、筐体５１０１、光源５１０２、蓄電装置５１０３等を有する。図８では、蓄電装置５１０３が、筐体５１０１および光源５１０２が据え付けられた天井５１０４の内部に設けられている場合を例示しているが、蓄電装置５１０３は、筐体５１０１の内部に設けられていても良い。照明装置５１００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置５１０３に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、蓄電装置５１０３を無停電電源として用いることで、照明装置５１００の利用が可能となる。

なお、図８では天井５１０４に設けられた据え付け型の照明装置５１００を例示しているが、本発明の一態様である蓄電装置は、天井５１０４以外、例えば側壁５１０５、床５１０６、窓５１０７等に設けられた据え付け型の照明装置に用いることもできるし、卓上型の照明装置などに用いることもできる。

また、光源５１０２には、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を用いることができる。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、ＬＥＤや有機ＥＬ素子などの発光素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。

図８において、室内機５２００および室外機５２０４を有するエアコンディショナーは、蓄電装置５２０３を用いた電気機器の一例である。具体的に、室内機５２００は、筐体５２０１、送風口５２０２、蓄電装置５２０３等を有する。図８では、蓄電装置５２０３が、室内機５２００に設けられている場合を例示しているが、蓄電装置５２０３は室外機５２０４に設けられていてもよい。或いは、室内機５２００と室外機５２０４の両方に、蓄電装置５２０３が設けられていてもよい。エアコンディショナーは、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置５２０３に蓄積された電力を用いることもできる。特に、室内機５２００と室外機５２０４の両方に蓄電装置５２０３が設けられている場合、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様である蓄電装置５２０３を無停電電源として用いることでエアコンディショナーの利用が可能となる。

なお、図８では、室内機と室外機で構成されるセパレート型のエアコンディショナーを例示しているが、室内機の機能と室外機の機能とを１つの筐体に有する一体型のエアコンディショナーに、本発明の一態様である蓄電装置を用いることもできる。

図８において、電気冷凍冷蔵庫５３００は、蓄電装置５３０４を用いた電気機器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫５３００は、筐体５３０１、冷蔵室用扉５３０２、冷凍室用扉５３０３、蓄電装置５３０４等を有する。図８では、蓄電装置５３０４が、筐体５３０１の内部に設けられている。電気冷凍冷蔵庫５３００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置５３０４に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、蓄電装置５３０４を無停電電源として用いることで電気冷凍冷蔵庫５３００の利用が可能となる。

なお、上述した電気機器のうち、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器などの電気機器は、短時間で高い電力を必要とする。よって、商用電源では賄いきれない電力を補助するための補助電源として、本発明の一態様である蓄電装置を用いることで電気機器の使用時に商用電源の規定電力量を超えることを抑制することができる。

また、電気機器が使用されない時間帯、特に商用電源の供給元が供給可能な総電力量のうち、実際に使用される電力量の割合（電力使用率と呼ぶ）が低い時間帯において、蓄電装置に電力を蓄えておくことで、上記時間帯以外において電力使用率が高まるのを抑えることができる。例えば、電気冷凍冷蔵庫５３００の場合、気温が低く、冷蔵室用扉５３０２、冷凍室用扉５３０３の開閉が行われない夜間において、蓄電装置５３０４に電力を蓄える。そして、気温が高くなり、冷蔵室用扉５３０２、冷凍室用扉５３０３の開閉が行われる昼間において、蓄電装置５３０４を補助電源として用いることで昼間の電力使用率を低く抑えることができる。

（実施の形態６）
次に、本発明の一態様である蓄電装置を備えた電気機器の一例として、携帯情報端末について説明する。

図９（Ａ）に携帯情報端末６５０の表側の模式図を示す。図９（Ｂ）に携帯情報端末６５０の裏側の模式図を示す。携帯情報端末６５０は、筐体６５１、表示部６５２（表示部６５２ａおよび表示部６５２ｂを含む。）、電源スイッチ６５３、光センサ６５４、カメラ用レンズ６５５、スピーカー６５６、マイクロフォン６５７および電源６５８を有する。

表示部６５２ａおよび表示部６５２ｂはタッチパネルであり、文字入力を行うためのキーボードボタンは必要に応じて表示させることでき、当該キーボードボタンに指やスタイラスなどでふれることにより文字入力を行うことができる。また、当該キーボードボタンを表示させず、指やスタイラスなどを用いて表示部６５２ａに直接文字や図をかくことで表示部６５２ａにその文字や図を表示させることができる。

また、表示部６５２ｂには携帯情報端末６５０で行うことができる機能が表示されており、所望の機能を示すマーカーを指やスタイラスでふれることにより、携帯情報端末６５０は当該機能を実行する。例えば、マーカー６５９にふれることで電話としての機能を行うことができるようになり、スピーカー６５６およびマイクロフォン６５７用いて通話することができる。

携帯情報端末６５０はジャイロ、加速度センサなど傾きを検出する検出装置（図示せず）を内蔵している。そのため、筐体６５１を縦または横にすることで、表示部６５２ａおよび表示部６５２ｂにおいて縦表示または横表示などの表示方向を切り替えることができる。

また、携帯情報端末６５０には光センサ６５４が設けられており、携帯情報端末６５０は、光センサ６５４で検出される外光の光量に応じて表示部６５２ａおよび表示部６５２ｂの輝度を最適に制御することができる。

携帯情報端末６５０には電源６５８が設けられており、電源６５８は太陽電池６６０、および充放電制御回路６７０を有する。なお、図９（Ｃ）では充放電制御回路６７０の一例としてバッテリー６７１、ＤＣＤＣコンバータ６７２、コンバータ６７３を有する構成について示しており、バッテリー６７１は、上記実施の形態で説明した蓄電装置を有している。

また、携帯情報端末６５０はこの他に、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付または時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作または編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有することができる。

携帯情報端末６５０に装着された太陽電池６６０によって、電力を表示部または映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池６６０は、筐体６５１の片面又は両面に設けることができ、バッテリー６７１の充電を効率的に行う構成とすることができる。なおバッテリー６７１としては、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いると、小型化を図ることができるなどの利点がある。

また、図９（Ｂ）に示す充放電制御回路６７０の構成、および動作について図９（Ｃ）に示したブロック図を用いて説明する。図９（Ｃ）には、太陽電池６６０、バッテリー６７１、ＤＣＤＣコンバータ６７２、コンバータ６７３、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部６５２について示しており、バッテリー６７１、ＤＣＤＣコンバータ６７２、コンバータ６７３、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が、図９（Ｂ）に示す充放電制御回路６７０に対応する箇所となる。

まず、外光により太陽電池６６０により発電がされる場合の動作の例について説明する。太陽電池６６０で発電した電力は、バッテリー６７１を充電するための電圧となるようＤＣＤＣコンバータ６７２で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部６５２の動作に太陽電池６６０からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ６７３で表示部６５２に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部６５２での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにしてバッテリー６７１の充電を行う構成とすればよい。

なお、太陽電池６６０については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず、圧電素子（ピエゾ素子）や熱電変換素子（ペルティエ素子）などの他の発電手段によるバッテリー６７１の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線（非接触）で電力を送受信して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構成としてもよい。

また、本発明の一態様は、上記実施の形態で説明した蓄電装置を具備していれば、図９に示した携帯情報端末に限定されないことは言うまでもない。

（実施の形態７）
さらに、電気機器の一例である移動体の例について、図１０を用いて説明する。

先の実施の形態で説明した蓄電装置を制御用のバッテリーに用いることができる。制御用のバッテリーは、プラグイン技術や非接触給電による外部からの電力供給により充電をすることができる。なお、移動体が鉄道用電気車両の場合、架線や導電軌条からの電力供給により充電をすることができる。

図１０は、電気自動車の一例を示している。電気自動車６８０には、バッテリー６８１が搭載されている。バッテリー６８１の電力は、制御回路６８２により出力が調整されて、駆動装置６８３に供給される。制御回路６８２は、図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等を有する処理装置６８４によって制御される。

駆動装置６８３は、直流電動機若しくは交流電動機単体、または電動機と内燃機関と、を組み合わせて構成される。処理装置６８４は、電気自動車６８０の運転者の操作情報（加速、減速、停止など）や走行時の情報（上り坂や下り坂等の情報、駆動輪にかかる負荷情報など）の入力情報に基づき、制御回路６８２に制御信号を出力する。制御回路６８２は、処理装置６８４の制御信号により、バッテリー６８１から供給される電気エネルギーを調整して駆動装置６８３の出力を制御する。交流電動機を搭載している場合は、図示していないが、直流を交流に変換するインバータも内蔵される。

バッテリー６８１は、プラグイン技術による外部からの電力供給により充電することができる。例えば、商用電源から電源プラグを通じてバッテリー６８１に充電する。充電は、ＡＣ／ＤＣコンバータ等の変換装置を介して、一定の電圧値を有する直流定電圧に変換して行うことができる。バッテリー６８１として、本発明の一態様に係る蓄電装置を搭載することで、電池の高容量化などに寄与することができ、利便性を向上させることができる。また、バッテリー６８１の特性の向上により、バッテリー６８１自体を小型軽量化することができれば、車両の軽量化に寄与するため、燃費を向上させることができる。

なお、本発明の一態様は、上記実施の形態で説明した蓄電装置を具備していれば、図１０で示した電気自動車に限定されないことは言うまでもない。なお、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（本明細書等の記載に関する付記）
以上の実施の形態、及び実施の形態における各構成の説明について、以下に付記する。
＜実施の形態で述べた本発明の一態様に関する付記＞

各実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて、本発明の一態様とすることができる。また、１つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、互い構成例を適宜組み合わせることが可能である。

なお、ある一つの実施の形態の中で述べる内容（一部の内容でもよい）は、その実施の形態で述べる別の内容（一部の内容でもよい）、及び／又は、一つ若しくは複数の別の実施の形態で述べる内容（一部の内容でもよい）に対して、適用、組み合わせ、又は置き換えなどを行うことが出来る。

なお、実施の形態の中で述べる内容とは、各々の実施の形態において、様々な図を用いて述べる内容、又は明細書に記載される文章を用いて述べる内容のことである。

なお、ある一つの実施の形態において述べる図（一部でもよい）は、その図の別の部分、その実施の形態において述べる別の図（一部でもよい）、及び／又は、一つ若しくは複数の別の実施の形態において述べる図（一部でもよい）に対して、組み合わせることにより、さらに多くの図を構成させることが出来る。

なお、本実施の形態において、本発明の一態様について述べた。または、他の実施の形態において、本発明の一態様について述べる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。つまり、本実施の形態および他の実施の形態では、様々な発明の態様が記載されているため、本発明の一態様は、特定の態様に限定されない。例えば、本発明の一態様として、トランジスタのチャネル形成領域が、酸化物半導体を有する場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における様々なトランジスタは、様々な半導体を有していてもよい。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における様々なトランジスタは、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素、アルミニウムガリウムヒ素、インジウムリン、窒化ガリウム、または、有機半導体などの少なくとも一つを有していてもよい。または例えば、場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における様々なトランジスタは、酸化物半導体を有していなくてもよい。

＜図面を説明する記載に関する付記＞

本明細書等において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化する。そのため、配置を示す語句は、明細書で説明した記載に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。

また、「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上または直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層Ａ上の電極Ｂ」の表現であれば、絶縁層Ａの上に電極Ｂが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Ａと電極Ｂとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。

また本明細書等において、ブロック図では、構成要素を機能毎に分類し、互いに独立したブロックとして示している。しかしながら実際の回路等においては、構成要素を機能毎に切り分けることが難しく、一つの回路に複数の機能が係わる場合や、複数の回路にわたって一つの機能が関わる場合があり得る。そのため、ブロック図のブロックは、明細書で説明した構成要素に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。

また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、説明の便宜上任意の大きさに示したものである。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は明確性を期すために模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。例えば、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、又は、タイミングのずれによる信号、電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。

また、図面において、上面図（平面図、レイアウト図ともいう）や斜視図などにおいて、図面の明確性を期すために、一部の構成要素の記載を省略している場合がある。

＜言い換え可能な記載に関する付記＞

本明細書等において、トランジスタの接続関係を説明する際、ソースとドレインとの一方を、「ソース又はドレインの一方」（又は第１電極、又は第１端子）と表記し、ソースとドレインとの他方を「ソース又はドレインの他方」（又は第２電極、又は第２端子）と表記している。これは、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるためである。なおトランジスタのソースとドレインの呼称については、ソース（ドレイン）端子や、ソース（ドレイン）電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。

また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。

また、本明細書等において、電圧と電位は、適宜言い換えることができる。電圧は、基準となる電位からの電位差のことであり、例えば基準となる電位をグラウンド電位（接地電位）とすると、電圧を電位に言い換えることができる。グラウンド電位は必ずしも０Ｖを意味するとは限らない。なお電位は相対的なものであり、基準となる電位によっては、配線等に与える電位を変化させる場合がある。

なお本明細書等において、「膜」、「層」などの語句は、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。

＜語句の定義に関する付記＞
以下では、上記実施の形態中で言及したかった語句の定義について説明する。
＜＜スイッチについて＞＞
本明細書等において、スイッチとは、導通状態（オン状態）、または、非導通状態（オフ状態）になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有するものをいう。または、スイッチとは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有するものをいう。

一例としては、電気的スイッチ又は機械的なスイッチなどを用いることができる。つまり、スイッチは、電流を制御できるものであればよく、特定のものに限定されない。

電気的なスイッチの一例としては、トランジスタ（例えば、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタなど）、ダイオード（例えば、ＰＮダイオード、ＰＩＮダイオード、ショットキーダイオード、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）ダイオード、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ダイオード、ダイオード接続のトランジスタなど）、又はこれらを組み合わせた論理回路などがある。

なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、トランジスタの「導通状態」とは、トランジスタのソースとドレインが電気的に短絡されているとみなせる状態をいう。また、トランジスタの「非導通状態」とは、トランジスタのソースとドレインが電気的に遮断されているとみなせる状態をいう。なおトランジスタを単なるスイッチとして動作させる場合には、トランジスタの極性（導電型）は特に限定されない。

機械的なスイッチの一例としては、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）のように、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）技術を用いたスイッチがある。そのスイッチは、機械的に動かすことが可能な電極を有し、その電極が動くことによって、導通と非導通とを制御して動作する。

＜＜チャネル長について＞＞
本明細書等において、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲートとが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとの間の距離をいう。

なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。

＜＜チャネル幅について＞＞
本明細書等において、チャネル幅とは、例えば、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。

なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。

なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅（以下、実効的なチャネル幅と呼ぶ。）と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅（以下、見かけ上のチャネル幅と呼ぶ。）と、が異なる場合がある。例えば、立体的な構造を有するトランジスタでは、実効的なチャネル幅が、トランジスタの上面図において示される見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつ立体的な構造を有するトランジスタでは、半導体の側面に形成されるチャネル領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、上面図において示される見かけ上のチャネル幅よりも、実際にチャネルの形成される実効的なチャネル幅の方が大きくなる。

ところで、立体的な構造を有するトランジスタにおいては、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。

そこで、本明細書では、トランジスタの上面図において、半導体とゲート電極とが重なる領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さである見かけ上のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅（ＳＣＷ：Ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｗｉｄｔｈ）」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチャネル幅などは、断面ＴＥＭ像などを取得して、その画像を解析することなどによって、値を決定することができる。

なお、トランジスタの電界効果移動度や、チャネル幅当たりの電流値などを計算して求める場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。

＜＜接続について＞＞
本明細書等において、ＡとＢとが接続されている、とは、ＡとＢとが直接接続されているものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、ＡとＢとが電気的に接続されているとは、ＡとＢとの間で、何らかの電気的作用を有する対象物が存在するとき、ＡとＢとの電気信号の授受を可能とするものをいう。

なお、例えば、トランジスタのソース（又は第１の端子など）が、Ｚ１を介して（又は介さず）、Ｘと電気的に接続され、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）が、Ｚ２を介して（又は介さず）、Ｙと電気的に接続されている場合や、トランジスタのソース（又は第１の端子など）が、Ｚ１の一部と直接的に接続され、Ｚ１の別の一部がＸと直接的に接続され、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）が、Ｚ２の一部と直接的に接続され、Ｚ２の別の一部がＹと直接的に接続されている場合では、以下のように表現することが出来る。

例えば、「ＸとＹとトランジスタのソース（又は第１の端子など）とドレイン（又は第２の端子など）とは、互いに電気的に接続されており、Ｘ、トランジスタのソース（又は第１の端子など）、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）、Ｙの順序で電気的に接続されている。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース（又は第１の端子など）は、Ｘと電気的に接続され、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）はＹと電気的に接続され、Ｘ、トランジスタのソース（又は第１の端子など）、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）、Ｙは、この順序で電気的に接続されている」と表現することができる。または、「Ｘは、トランジスタのソース（又は第１の端子など）とドレイン（又は第２の端子など）とを介して、Ｙと電気的に接続され、Ｘ、トランジスタのソース（又は第１の端子など）、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）、Ｙは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トランジスタのソース（又は第１の端子など）と、ドレイン（又は第２の端子など）とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。

または、別の表現方法として、例えば、「トランジスタのソース（又は第１の端子など）は、少なくとも第１の接続経路を介して、Ｘと電気的に接続され、前記第１の接続経路は、第２の接続経路を有しておらず、前記第２の接続経路は、トランジスタを介した、トランジスタのソース（又は第１の端子など）とトランジスタのドレイン（又は第２の端子など）との間の経路であり、前記第１の接続経路は、Ｚ１を介した経路であり、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）は、少なくとも第３の接続経路を介して、Ｙと電気的に接続され、前記第３の接続経路は、前記第２の接続経路を有しておらず、前記第３の接続経路は、Ｚ２を介した経路である。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース（又は第１の端子など）は、少なくとも第１の接続経路によって、Ｚ１を介して、Ｘと電気的に接続され、前記第１の接続経路は、第２の接続経路を有しておらず、前記第２の接続経路は、トランジスタを介した接続経路を有し、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）は、少なくとも第３の接続経路によって、Ｚ２を介して、Ｙと電気的に接続され、前記第３の接続経路は、前記第２の接続経路を有していない。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース（又は第１の端子など）は、少なくとも第１の電気的パスによって、Ｚ１を介して、Ｘと電気的に接続され、前記第１の電気的パスは、第２の電気的パスを有しておらず、前記第２の電気的パスは、トランジスタのソース（又は第１の端子など）からトランジスタのドレイン（又は第２の端子など）への電気的パスであり、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）は、少なくとも第３の電気的パスによって、Ｚ２を介して、Ｙと電気的に接続され、前記第３の電気的パスは、第４の電気的パスを有しておらず、前記第４の電気的パスは、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）からトランジスタのソース（又は第１の端子など）への電気的パスである。」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続経路について規定することにより、トランジスタのソース（又は第１の端子など）と、ドレイン（又は第２の端子など）とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。

なお、これらの表現方法は、一例であり、これらの表現方法に限定されない。ここで、Ｘ、Ｙ、Ｚ１、Ｚ２は、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など）であるとする。

Ｓ１ 制御信号
Ｓ２ 制御信号
Ｓ３ 変圧信号
１００ 蓄電装置
１０１ 端子対
１０２ 端子対
１０３ 切り替え制御回路
１０４ 切り替え回路
１０５ 切り替え回路
１０６ 変圧制御回路
１０７ 変圧回路
１０８ 電池部
１０９ 電池セル
１１０ トランジスタ
１１１ バス
１１２ バス
１１３ トランジスタ
１１４ 電流制御スイッチ
１１５ バス
１１６ バス
１１７ スイッチ対
１１８ スイッチ対
１２１ トランジスタ対
１２２ トランジスタ
１２３ トランジスタ
１２４ バス
１２５ バス
１３１ トランジスタ対
１３２ トランジスタ
１３３ トランジスタ
１３４ バス
１３５ バス
１４１ 電池制御回路
１５１ 絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ
１５２ スイッチ部
１５３ トランス部
Ｓ００１ ステップ
Ｓ００２ ステップ
Ｓ００３ ステップ
Ｓ００４ ステップ
Ｓ００５ ステップ
Ｓ００６ ステップ
Ｓ００７ ステップ
Ｓ００８ ステップ
６５０ 携帯情報端末
６５１ 筐体
６５２ 表示部
６５２ａ 表示部
６５２ｂ 表示部
６５３ 電源スイッチ
６５４ 光センサ
６５５ カメラ用レンズ
６５６ スピーカー
６５７ マイクロフォン
６５８ 電源
６５９ マーカー
６６０ 太陽電池
６７０ 充放電制御回路
６７１ バッテリー
６７２ ＤＣＤＣコンバータ
６７３ コンバータ
６８０ 電気自動車
６８１ バッテリー
６８２ 制御回路
６８３ 駆動装置
６８４ 処理装置
５０００ 表示装置
５００１ 筐体
５００２ 表示部
５００３ スピーカー部
５００４ 蓄電装置
５１００ 照明装置
５１０１ 筐体
５１０２ 光源
５１０３ 蓄電装置
５１０４ 天井
５１０５ 側壁
５１０６ 床
５１０７ 窓
５２００ 室内機
５２０１ 筐体
５２０２ 送風口
５２０３ 蓄電装置
５２０４ 室外機
５３００ 電気冷凍冷蔵庫
５３０１ 筐体
５３０２ 冷蔵室用扉
５３０３ 冷凍室用扉
５３０４ 蓄電装置

Claims (6)

1. 複数の電池セルと、第１の端子対と、第２の端子対と、第１の切り替え回路と、第２の切り替え回路と、切り替え制御回路と、変圧制御回路と、変圧回路と、を有する蓄電装置であって、
   前記複数の電池セルは、放電電池セル群と、充電電池セル群と、を有し、
   前記第１の端子対は、第１の配線と、第２の配線と、を有し、
   前記第１の配線は、前記第１の切り替え回路を介して、前記放電電池セル群の正極端子に電気的に接続され、
   前記第２の配線は、前記第１の切り替え回路を介して、前記放電電池セル群の負極端子に電気的に接続され、
   前記第２の端子対は、第３の配線と、第４の配線と、を有し、
   前記第３の配線は、前記第２の切り替え回路を介して、前記充電電池セル群の正極端子に電気的に接続され、
   前記第４の配線は、前記第２の切り替え回路を介して、前記充電電池セル群の負極端子に電気的に接続され、
   前記切り替え制御回路は、前記電池セル毎の電圧に基づいて、前記放電電池セル群及び前記充電電池セル群を決定し、前記第１の端子対と前記放電電池セル群とを前記第１の切り替え回路によって導通状態とする第１の制御信号と、前記第２の端子対と前記充電電池セル群とを前記第２の切り替え回路によって導通状態とする第２の制御信号と、を出力する機能を有し、
   前記変圧制御回路は、前記放電電池セル群に含まれる前記電池セルの個数と前記充電電池セル群に含まれる前記電池セルの個数とに基づく変圧信号を出力する機能を有し、
   前記変圧回路は、前記変圧信号に基づいて、前記第１端子対に印加される第１電圧を第２電圧に変換し、該変換された第２電圧を前記第２端子対に印加する機能を有し、
   前記第１の切り替え回路及び前記第２の切り替え回路は、トランジスタを有し、
   前記トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する、蓄電装置。
2. 請求項１において、
   第１のスイッチと、第２のスイッチと、を有し、
   前記第１のスイッチは、直列に設けられた前記電池セルの間に設けられ、
   前記第２のスイッチは、前記電池セルの負極端子と基準電位との間に設けられ、
   前記切り替え制御回路は、前記電池セル毎の電圧に基づいて、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチをオン状態又はオフ状態とする第３の制御信号を出力する機能を有する、蓄電装置。
3. 請求項１において、
   前記変圧制御回路は、前記放電電池セルに含まれる前記電池セルの個数が、前記充電電池セルに含まれる前記電池セルの個数を超える場合は、前記変圧信号として、前記第１電圧を前記個数に基づき降圧させて前記第２電圧に変換する信号を生成し、
   前記放電電池セルに含まれる前記電池セルの個数が、前記充電電池セルに含まれる前記電池セルの個数以下である場合は、前記変圧信号として、前記第１電圧を前記個数に基づき昇圧させて前記第２電圧に変換する信号を生成する、
   蓄電装置。
4. 請求項１又は３において、
   前記変圧回路は、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータである、蓄電装置。
5. 請求項４において、
   前記絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチ部を有し、
   前記変圧制御回路は、前記絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータのオン／オフを制御する信号を前記変圧信号として生成する、蓄電装置。
6. 請求項１乃至４のいずれか一に記載の蓄電装置と、
   表示部と、を有する電子機器。

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