JP6926287B2 - 蓄電装置の制御システム - Google Patents

Description

本発明は、物（プロダクト。機械（マシン）、製品（マニュファクチャ）、組成物（コン
ポジション・オブ・マター）を含む。）、及び方法（プロセス。単純方法及び生産方法を
含む。）に関する。特に本発明は、蓄電装置、蓄電装置の制御システム、蓄電システム、
電子回路、半導体装置、表示装置、発光装置、若しくはその他の電気機器、それらの駆動
方法、又はそれらの製造方法に関する。特に本発明は、酸化物半導体を有する蓄電装置、
蓄電装置の制御システム、蓄電システム、電子回路、半導体装置、表示装置、発光装置、
若しくはその他の電気機器、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法に関する。

近年、リチウムイオン二次電池等の二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電池等、
種々の蓄電装置の開発が盛んに行われている（例えば特許文献１）。特に高出力、高エネ
ルギー密度であるリチウムイオン二次電池は、携帯電話やスマートフォン、ノート型パー
ソナルコンピュータ等の携帯情報端末、携帯音楽プレーヤ、デジタルカメラ等の電気機器
、あるいは医療機器、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、又はプラグイン
ハイブリッド車（ＰＨＥＶ）等の次世代クリーンエネルギー自動車など、半導体産業の発
展に伴い急速にその需要が拡大し、充電可能なエネルギーの供給源として現代の情報化社
会に不可欠なものとなっている。

従来の蓄電装置の他の例としては、例えば複数のバッテリーセルを直列に接続した蓄電シ
ステムなども挙げられる（例えば特許文献２）。

国際公開第１０／１１３２６８号 特開２０１２−１３５１５４号公報

従来の蓄電装置では、充放電を繰り返すと徐々に劣化していき、容量の減少や抵抗の上昇
などが起こるといった問題があった。

例えば、リチウムイオン二次電池の場合、充電期間において、負極の抵抗が上昇する場合
がある。理由の一つとしては、例えば正極から負極にキャリアイオンが移動し、負極の電
位の値が許容値未満になるとキャリアイオンが負極に析出することが挙げられる。

又は、従来の複数のバッテリーセルを直列に接続した蓄電装置では、充電するときにそれ
ぞれのバッテリーセルの抵抗値が異なると抵抗値が一番高いバッテリーセルの電圧が基準
となって各バッテリーセルが充電されるため、複数のバッテリーセルの全てを十分に充電
できない可能性がある。

本発明の一態様では、蓄電装置などの劣化を抑制することを課題の一つとする。

又は、本発明の一態様では、充電又は放電による蓄電装置などの容量の低減を抑制するこ
とを課題の一つとする。

又は、本発明の一態様では、複数のバッテリーセルにおいて充電効率を高めることを課題
の一つとする。

又は、本発明の一態様では、蓄電装置などの制御を低消費電力で行うことを課題の一つと
する。

又は、本発明の一態様では、蓄電装置などの信頼性を向上させることを課題の一つとする
。

又は、本発明の一態様では、蓄電装置などの安全性を向上させることを課題の一つとする
。

又は、本発明の一態様では、新規な蓄電装置の制御システム又は蓄電装置などを提供する
ことを課題の一つとする。又は、本発明の一態様では、効率の良い蓄電装置の制御システ
ム又は蓄電装置などを提供することを課題の一つとする。

又は、本発明の一態様は、信頼性の高い半導体装置などを提供することを課題とする。

特に、本発明の一態様は、上記に掲げる課題のうち少なくとも一つを解決することができ
る場合がある。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないもの
とする。なお、上記に掲げる課題に含まれていない課題であっても、明細書、図面又は特
許請求の範囲等の記載から自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面又は特許請求の
範囲等などの記載から、課題として抽出することができる。

本願発明者は、複数の蓄電装置の接続を個別に制御するスイッチを設けることにより、各
蓄電装置の充電放電の切り換え、又は複数の蓄電装置の直列接続、並列接続の切り換えを
行うことを見いだした。

さらに、本願発明者は、蓄電装置に制御回路を実装して蓄電装置の制御システム又は蓄電
システムを構成することを見いだした。

本発明の一態様は、少なくとも第１の蓄電素子乃至第４の蓄電素子の充電及び放電を制御
する蓄電装置の制御システムであって、一対の第１のスイッチと、一対の第２のスイッチ
と、一対の第３のスイッチと、一対の第４のスイッチと、第５のスイッチと、エンコーダ
と、半導体回路と、電源と電気的に接続することができる一対の第１の接続端子と、負荷
と電気的に接続することができる一対の第２の接続端子と、を有し、一対の第１のスイッ
チは、第１の制御信号に従って第１の蓄電素子を、一対の第１の接続端子と電気的に接続
するか、一対の第２の接続端子の一方と電気的に接続するか選択する機能を有し、一対の
第２のスイッチは、第２の制御信号に従って第２の蓄電素子を、一対の第１の接続端子と
電気的に接続するか、一対の第２の接続端子の一方と電気的に接続するか選択する機能を
有し、一対の第３のスイッチは、第３の制御信号に従って第３の蓄電素子を、一対の第１
の接続端子と電気的に接続するか、一対の第２の接続端子と電気的に接続するか選択する
機能を有し、一対の第４のスイッチは、第４の制御信号に従って第４の蓄電素子を、一対
の第１の接続端子と電気的に接続するか、一対の第２の接続端子と電気的に接続するか選
択する機能を有し、第５のスイッチは、第１の制御信号乃至第４の制御信号の一つに従っ
て第１の蓄電素子及び第２の蓄電素子の少なくとも一つと、第３の蓄電素子及び第４の蓄
電素子の少なくとも一つと、を直列接続で電気的に接続するか否かを選択する機能を有し
、エンコーダは、入力される複数のデータ信号を符号化することにより第１の制御信号乃
至第４の制御信号を少なくとも生成して出力する機能を有し、半導体回路は、第１の蓄電
素子乃至第４の蓄電素子のそれぞれの充電又は放電を指示する命令を複数のデータ信号と
して出力する機能を有することを特徴とする蓄電装置の制御システムである。

上記蓄電装置の制御システムにおいて、半導体回路は、プロセッサと、プロセッサに電気
的に接続されるメモリと、プロセッサ及びメモリに電気的に接続されるコントローラと、
を有し、プロセッサは、レジスタを有し、レジスタは、プロセッサに電力が供給される期
間にデータを保持する機能を有する第１の記憶回路と、プロセッサに対する電力の供給が
停止する期間にデータを保持する機能を有する第２の記憶回路と、を有し、第２の記憶回
路は、データの書き込み及び保持を制御する機能を有するトランジスタを有し、トランジ
スタは、チャネル幅１μｍあたりのオフ電流が１００ｚＡ以下であってもよい。

本発明の一態様は、上記制御システムと、第１の蓄電素子乃至第４の蓄電素子と、を有す
る蓄電システムである。

本発明の一態様は、上記蓄電システムを有する電気機器である。

充電による蓄電装置の容量の低減を抑制することができる。又は、蓄電装置の制御を低消
費電力で行うことができる。又は、蓄電装置の信頼性を向上させることができる。又は、
蓄電装置の安全性を向上させることができる。又は、新規な蓄電装置を提供することがで
きる。又は、良い蓄電装置を提供することができる。又は、複数の蓄電装置に対する充電
効率を高めることができる。

又は、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

蓄電システムを説明するための図。 蓄電システムを説明するための図。 蓄電システムを説明するための図。 蓄電システムを説明するための図。 蓄電システムを説明するための図。 蓄電システムを説明するための図。 制御システムを説明するための図。 スイッチを説明するための図。 半導体回路を説明するための図。 レジスタを説明するための図。 メモリを説明するための図。 メモリを説明するための図。 メモリを説明するための図。 メモリを説明するための図。 トランジスタの構造例を説明するための図。 トランジスタの構造例を説明するための図。 正極を説明するための図。 負極を説明するための図。 蓄電装置を説明するための図。 蓄電装置を説明するための図。 蓄電システムを説明するための図。 蓄電システムを説明するための図。 電気機器を説明するための図。 電気機器を説明するための図。 電気機器を説明するための図。

本発明の実施形態について、図面を用いて以下、詳細に説明する。

ただし、本発明はこれらの説明に限定されず、その形態及び態様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、本発明は以下に示す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、本明細書で説明する各図において、膜や層、基板などの厚さや領域の大きさ等の各
構成要素の大きさは、個々に説明の明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、
必ずしも各構成要素はその大きさに限定されず、また各構成要素間での相対的な大きさに
限定されない。

また、本明細書等において、第１、第２などとして付される序数詞は、便宜上用いるもの
であって工程の順番や積層の順番などを示すものではない。また、本明細書等において発
明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。

また、本明細書等で説明する本発明の構成において、同一部分又は同様の機能を有する部
分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また
、同様の機能を有する部分を指す場合には、ハッチパターンを同じにし、特に符号を付さ
ない場合がある。

また、実際の製造工程において、エッチングなどの処理によりレジストマスクなどが意図
せずに目減りすることがあるが、理解を容易にするため、図面においては省略して示すこ
とがある。

また、本明細書等において、「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が「直上」又
は「直下」であることを限定するものではない。例えば、「ゲート絶縁層上のゲート電極
」の表現であれば、ゲート絶縁層とゲート電極との間に他の構成要素を含むものを除外し
ない。

また、電圧は、ある電位と、基準の電位（例えば接地電位ＧＮＤ又はソース電位）との電
位差のことを示す場合が多い。よって、電圧を電位と言い換えることが可能である。

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、「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や
、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため
、本明細書等においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることが
できるものとする。

また、本明細書等において接続とは、電気的に接続される場合、機能的に接続される場合
、及び直接接続される場合を含む。さらに、実施の形態に示す各構成要素の接続関係は、
図又は文章に示す接続関係のみに限定されない。

また、本明細書等においては、能動素子（トランジスタ、ダイオードなど）、受動素子（
容量素子、抵抗素子など）などが有するすべての端子について、その接続先を特定しなく
ても、当業者であれば、発明の一態様を構成することは可能な場合がある。つまり、接続
先を特定しなくても、発明の一態様が明確であり、本明細書等に記載されていると判断す
ることが可能な場合がある。特に、端子の接続先が複数考えられる場合には、その端子の
接続先を特定の箇所に限定する必要はない。従って、能動素子（トランジスタ、ダイオー
ドなど）、受動素子（容量素子、抵抗素子など）などが有する一部の端子についてのみ、
その接続先を特定することによって、発明の一態様を構成することが可能な場合がある。

また、本明細書等においては、ある回路について、少なくとも接続先を特定すれば、当業
者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。又は、ある回路について、少なく
とも機能を特定すれば、当業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。つま
り、機能を特定すれば、発明の一態様が明確であり、本明細書等に記載されていると判断
することが可能な場合がある。従って、ある回路について、機能を特定しなくても、接続
先を特定すれば、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成す
ることが可能である。又は、ある回路について、接続先を特定しなくても、機能を特定す
れば、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可
能である。

また、本明細書等において、二次電池用の正極及び負極の双方を併せて電極とよぶことが
あるが、この場合、電極は正極及び負極のうち少なくともいずれか一方を示すものとする
。

また、本明細書等において充電レートＣとは、二次電池を充電する際の速さを表す。例え
ば、容量１Ａｈの電池を１Ａで充電する場合の充電レートは１Ｃである。また、放電レー
トＣとは、二次電池を放電する際の速さを表す。例えば、容量１Ａｈの電池を１Ａで放電
する場合の放電レートは１Ｃである。

また、この発明を実施するための形態に記載の内容は、適宜組み合わせて用いることがで
きる。

［実施の形態１．蓄電システム］
蓄電装置及び蓄電システムの例について説明する。

［１．１．構成］
蓄電システムの回路構成例について、図１を参照して説明する。

図１に示す蓄電システムは、蓄電素子１０＿１と、蓄電素子１０＿２と、蓄電素子２０＿
１と、蓄電素子２０＿２と、一対のスイッチ１１（スイッチ１１ａ及びスイッチ１１ｂ）
と、一対のスイッチ１２（スイッチ１２ａ及びスイッチ１２ｂ）と、一対のスイッチ２１
（スイッチ２１ａ及びスイッチ２１ｂ）と、一対のスイッチ２２（スイッチ２２ａ及びス
イッチ２２ｂ）と、スイッチ５１と、スイッチ６１と、を有する。

スイッチ１１ａ及びスイッチ１１ｂは、例えば蓄電素子１０＿１を、一対の接続端子７１
（接続端子７１ａ及び接続端子７１ｂ）と接続するか、接続端子７２ａと接続するか選択
することができる機能を有する。または、スイッチ１１ａは、例えば蓄電素子１０＿１を
、一対の接続端子７１（接続端子７１ａ）と接続するか、接続しないかを選択する機能を
有する。または、スイッチ１１ａは、例えば蓄電素子１０＿１を、接続端子７２ａと接続
するか、接続しないかを選択する機能を有する。同様に、スイッチ１１ｂは、例えば蓄電
素子１０＿１を、一対の接続端子７１（接続端子７１ｂ）と接続するか、接続しないかを
選択する機能を有する。または、スイッチ１１ｂは、例えば蓄電素子１０＿１を、接続端
子７２ａと接続するか、接続しないかを選択する機能を有する。または、スイッチ１１ａ
は、例えば蓄電素子１０＿１を、どの端子とも接続しないようにする機能を有する。同様
に、スイッチ１１ｂは、例えば蓄電素子１０＿１を、どの端子とも接続しないようにする
機能を有する。

接続端子７１ａ及び接続端子７１ｂは、例えば電源に接続することができる端子である。

接続端子７２ａ及び接続端子７２ｂは、例えば負荷に接続することができる端子である。

スイッチ１２ａ及びスイッチ１２ｂは、例えば蓄電素子１０＿２を、接続端子７１ａ及び
接続端子７１ｂと接続するか、接続端子７２ａと接続するか選択することができる機能を
有する。

スイッチ２１ａ及びスイッチ２１ｂは、例えば蓄電素子２０＿１を、接続端子７１ａ及び
接続端子７１ｂと接続するか、接続端子７２ａ及び接続端子７２ｂと接続するか選択する
ことができる機能を有する。または、スイッチ２１ａは、例えば蓄電素子２０＿１を、接
続端子７１ａと接続するか、接続しないかを選択する機能を有する。または、スイッチ２
１ａは、例えば蓄電素子２０＿１を、接続端子７２ａと接続するか、接続しないかを選択
する機能を有する。同様に、スイッチ２１ｂは、例えば蓄電素子２０＿１を、接続端子７
１ｂと接続するか、接続しないかを選択する機能を有する。または、スイッチ２１ｂは、
例えば蓄電素子２０＿１を、接続端子７２ｂと接続するか、接続しないかを選択する機能
を有する。または、スイッチ２１ａは、例えば蓄電素子２０＿１を、どの端子とも接続し
ないようにする機能を有する。同様に、スイッチ２１ｂは、例えば蓄電素子２０＿１を、
どの端子とも接続しないようにする機能を有する。

スイッチ２２ａ及びスイッチ２２ｂは、例えば蓄電素子２０＿２を、接続端子７１ａ及び
接続端子７１ｂと接続するか、接続端子７２ａ及び接続端子７２ｂと接続するか選択する
ことができる機能を有する。または、スイッチ２２ａは、例えば蓄電素子２０＿２を、接
続端子７１ａと接続するか、接続しないかを選択する機能を有する。または、スイッチ２
２ａは、例えば蓄電素子２０＿２を、接続端子７２ａと接続するか、接続しないかを選択
する機能を有する。同様に、スイッチ２２ｂは、例えば蓄電素子２０＿２を、接続端子７
１ｂと接続するか、接続しないかを選択する機能を有する。または、スイッチ２２ｂは、
例えば蓄電素子２０＿２を、接続端子７２ａと接続するか、接続しないかを選択する機能
を有する。または、スイッチ２２ａは、例えば蓄電素子２０＿２を、どの端子とも接続し
ないようにする機能を有する。同様に、スイッチ２２ｂは、例えば蓄電素子２０＿２を、
どの端子とも接続しないようにする機能を有する。

なお、スイッチが、ＡとＢとを「接続する」「接続しない」という文言は、スイッチが、
ＡとＢとの間を「導通状態にする」「非導通状態にする」という意味で用いる場合がある
。または、スイッチが、ＡとＢとを「接続する」「接続しない」という文言は、スイッチ
が、「導通状態である（オン状態である）」「非導通状態である（オフ状態である）」と
いう意味で用いる場合がある。

スイッチ５１は、蓄電素子１０＿１及び蓄電素子１０＿２の少なくとも一つと、蓄電素子
２０＿１及び蓄電素子２０＿２の少なくとも一つと、を直列接続で接続するか否かを選択
することができる機能を有する。

スイッチ６１は、蓄電素子１０＿１及び蓄電素子１０＿２の少なくとも一つと、蓄電素子
２０＿１及び蓄電素子２０＿２の少なくとも一つと、を直列接続で接続するか否かを選択
することができる機能を有する。

なお、蓄電素子及びスイッチの数は、図１に限定されない。例えば図２に示すように、蓄
電素子及びスイッチの数を増やしてもよく、複数の蓄電素子を設け、該蓄電素子毎にスイ
ッチを設ければよい。図２に示す蓄電システムの構成について以下に説明する。なお、図
１及び図２に示す構成において、互いに共通する部分は、互いの説明を適宜援用すること
ができる。

図２に示す蓄電システムは、蓄電素子１０＿１乃至蓄電素子１０＿３と、蓄電素子２０＿
１乃至蓄電素子２０＿３と、蓄電素子３０＿１乃至蓄電素子３０＿３と、一対のスイッチ
１１（スイッチ１１ａ及びスイッチ１１ｂ）と、一対のスイッチ１２（スイッチ１２ａ及
びスイッチ１２ｂ）と、一対のスイッチ１３（スイッチ１３ａ及びスイッチ１３ｂ）と、
一対のスイッチ２１（スイッチ２１ａ及びスイッチ２１ｂ）と、一対のスイッチ２２（ス
イッチ２２ａ及びスイッチ２２ｂ）と、一対のスイッチ２３（スイッチ２３ａ及びスイッ
チ２３ｂ）と、一対のスイッチ３１（スイッチ３１ａ及びスイッチ３１ｂ）と、一対のス
イッチ３２（スイッチ３２ａ及びスイッチ３２ｂ）と、一対のスイッチ３３（スイッチ３
３ａ及びスイッチ３３ｂ）と、スイッチ５１と、スイッチ５２と、スイッチ６１、スイッ
チ６２と、一対の接続端子７１（接続端子７１ａ及び接続端子７１ｂ）と、一対の接続端
子７２（接続端子７２ａ及び接続端子７２ｂ）と、を有する。

蓄電素子１０＿１乃至蓄電素子１０＿３は、セル１００＿１に設けられる。蓄電素子２０
＿１乃至蓄電素子２０＿３は、セル１００＿２に設けられる。蓄電素子３０＿１乃至蓄電
素子３０＿３は、セル１００＿３に設けられる。蓄電素子とは、一対の電極と、電解質を
少なくとも有し、蓄電することができる機能を有する素子のことである。なお、蓄電素子
を蓄電装置としてもよい。又は、１つのセルを１つの蓄電装置、バッテリーセルとしても
よい。又は１つのセルを１つの組電池としてもよい。

蓄電素子１０＿１乃至蓄電素子１０＿３、蓄電素子２０＿１乃至蓄電素子２０＿３、及び
蓄電素子３０＿１乃至蓄電素子３０＿３としては、例えばリチウムイオン二次電池、鉛蓄
電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル水素蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電
池、ニッケル鉄蓄電池、ニッケル・亜鉛蓄電池、酸化銀・亜鉛蓄電池等の二次電池、レド
ックス・フロー電池、亜鉛・塩素電池、亜鉛臭素電池等の液循環型の二次電池、アルミニ
ウム・空気電池、空気亜鉛電池、空気・鉄電池等のメカニカルチャージ型の二次電池、ナ
トリウム・硫黄電池、リチウム・硫化鉄電池等の高温動作型の二次電池などを用いること
ができる。なお、これらに限定されず、例えばリチウムイオンキャパシタなどを用いて蓄
電素子１０＿１乃至蓄電素子１０＿３、蓄電素子２０＿１乃至蓄電素子２０＿３、及び蓄
電素子３０＿１乃至蓄電素子３０＿３を構成してもよい。

スイッチ１１ａ、スイッチ１１ｂ、スイッチ１２ａ、スイッチ１２ｂ、スイッチ１３ａ、
スイッチ１３ｂ、スイッチ２１ａ、スイッチ２１ｂ、スイッチ２２ａ、スイッチ２２ｂ、
スイッチ２３ａ、スイッチ２３ｂ、スイッチ３１ａ、スイッチ３１ｂ、スイッチ３２ａ、
スイッチ３２ｂ、スイッチ３３ａ、及びスイッチ３３ｂのそれぞれは、少なくとも３種の
端子（第１端子、第２端子、第３端子という）を有する。例えば、複数のトランジスタを
用いて３種の端子を有するスイッチを構成してもよい。また、その他微小電気機械システ
ム（ＭＥＭＳともいう）などを用いて３種の端子を有するスイッチを構成してもよい。又
はその他の電気的なスイッチ又は機械的なスイッチを用いてもよい。

スイッチ１１ａの第１端子は、蓄電素子１０＿１の正極に接続され、第２端子は、接続端
子７１ａに接続され、第３端子は、スイッチ１２ａの第３端子、スイッチ１３ａの第３端
子、及び接続端子７２ａに接続される。

スイッチ１１ｂの第１端子は、蓄電素子１０＿１の負極に接続され、第２端子は、接続端
子７１ｂに接続され、第３端子は、スイッチ１２ｂの第３端子及びスイッチ１３ｂの第３
端子に接続される。

スイッチ１１ａ及びスイッチ１１ｂは、例えば蓄電素子１０＿１を、接続端子７１ａ及び
接続端子７１ｂと接続するか、接続端子７２ａと接続するか選択することができる機能を
有する。

スイッチ１２ａの第１端子は、蓄電素子１０＿２の正極に接続され、第２端子は、接続端
子７１ａに接続され、第３端子は、スイッチ１１ａの第３端子、スイッチ１３ａの第３端
子、及び接続端子７２ａに接続される。

スイッチ１２ｂの第１端子は、蓄電素子１０＿２の負極に接続され、第２端子は、接続端
子７１ｂに接続され、第３端子は、スイッチ１１ｂの第３端子及びスイッチ１３ｂの第３
端子に接続される。

スイッチ１２ａ及びスイッチ１２ｂは、例えば蓄電素子１０＿２を、接続端子７１ａ及び
接続端子７１ｂと接続するか、接続端子７２ａと接続するか選択することができる機能を
有する。

スイッチ１３ａの第１端子は、蓄電素子１０＿３の正極に接続され、第２端子は、接続端
子７１ａに接続され、第３端子は、スイッチ１１ａの第３端子、スイッチ１２ａの第３端
子、及び接続端子７２ａに接続される。

スイッチ１３ｂの第１端子は、蓄電素子１０＿３の負極に接続され、第２端子は、接続端
子７１ｂに接続され、第３端子は、スイッチ１１ｂの第３端子及びスイッチ１２ｂの第３
端子に接続される。

スイッチ１３ａ及びスイッチ１３ｂは、例えば蓄電素子１０＿３を接続端子７１ａ及び接
続端子７１ｂと接続するか、接続端子７２ａと接続するか選択することができる機能を有
する。

スイッチ２１ａの第１端子は、蓄電素子２０＿１の正極に接続され、第２端子は、接続端
子７１ａに接続され、第３端子は、スイッチ２２ａの第３端子、スイッチ２３ａの第３端
子、及び接続端子７２ａに接続される。

スイッチ２１ｂの第１端子は、蓄電素子２０＿１の負極に接続され、第２端子は、接続端
子７１ｂに接続され、第３端子は、スイッチ２２ｂの第３端子及びスイッチ２３ｂの第３
端子に接続される。

スイッチ２１ａ及びスイッチ２１ｂは、例えば蓄電素子２０＿１を、接続端子７１ａ及び
接続端子７１ｂと接続するか、接続端子７２ａと接続するか選択することができる機能を
有する。

スイッチ２２ａの第１端子は、蓄電素子２０＿２の正極に接続され、第２端子は、接続端
子７１ａに接続され、第３端子は、スイッチ２１ａの第３端子、スイッチ２３ａの第３端
子、及び接続端子７２ａに接続される。

スイッチ２２ｂの第１端子は、蓄電素子２０＿２の負極に接続され、第２端子は、接続端
子７１ｂに接続され、第３端子は、スイッチ２１ｂの第３端子及びスイッチ２３ｂの第３
端子に接続される。

スイッチ２２ａ及びスイッチ２２ｂは、例えば蓄電素子２０＿２を、接続端子７１ａ及び
接続端子７１ｂと接続するか、接続端子７２ａと接続するか選択することができる機能を
有する。

スイッチ２３ａの第１端子は、蓄電素子２０＿３の正極に接続され、第２端子は、接続端
子７１ａに接続され、第３端子は、スイッチ２１ａの第３端子、スイッチ２２ａの第３端
子、及び接続端子７２ａに接続される。

スイッチ２３ｂの第１端子は、蓄電素子２０＿３の負極に接続され、第２端子は、接続端
子７１ｂに接続され、第３端子は、スイッチ２１ｂの第３端子及びスイッチ２２ｂの第３
端子に接続される。

スイッチ２３ａ及びスイッチ２３ｂは、例えば蓄電素子２０＿３を接続端子７１ａ及び接
続端子７１ｂと接続するか、接続端子７２ａと接続するか選択することができる機能を有
する。

スイッチ３１ａの第１端子は、蓄電素子３０＿１の正極に接続され、第２端子は、接続端
子７１ａに接続され、第３端子は、スイッチ３２ａの第３端子、スイッチ３３ａの第３端
子、及び接続端子７２ａに接続される。

スイッチ３１ｂの第１端子は、蓄電素子３０＿１の負極に接続され、第２端子は、接続端
子７１ｂに接続され、第３端子は、スイッチ３２ｂの第３端子、スイッチ３３ｂの第３端
子、及び接続端子７２ｂに接続される。

スイッチ３１ａ及びスイッチ３１ｂは、例えば蓄電素子３０＿１を、接続端子７１ａ及び
接続端子７１ｂと接続するか、接続端子７２ａ及び接続端子７２ｂと接続するか選択する
ことができる機能を有する。

スイッチ３２ａの第１端子は、蓄電素子３０＿２の正極に接続され、第２端子は、接続端
子７１ａに接続され、第３端子は、スイッチ３１ａの第３端子、スイッチ３３ａの第３端
子、及び接続端子７２ａに接続される。

スイッチ３２ｂの第１端子は、蓄電素子３０＿２の負極に接続され、第２端子は、接続端
子７１ｂに接続され、第３端子は、スイッチ３１ｂの第３端子、スイッチ３３ｂの第３端
子、及び接続端子７２ｂに接続される。

スイッチ３２ａ及びスイッチ３２ｂは、例えば蓄電素子３０＿２を、接続端子７１ａ及び
接続端子７１ｂと接続するか、接続端子７２ａ及び接続端子７２ｂと接続するか選択する
ことができる機能を有する。

スイッチ３３ａの第１端子は、蓄電素子３０＿３の正極に接続され、第２端子は、接続端
子７１ａに接続され、第３端子は、スイッチ３１ａの第３端子、スイッチ３２ａの第３端
子、及び接続端子７２ａに接続される。

スイッチ３３ｂの第１端子は、蓄電素子３０＿３の負極に接続され、第２端子は、接続端
子７１ｂに接続され、第３端子は、スイッチ３１ｂの第３端子、スイッチ３２ｂの第３端
子、及び接続端子７２ｂに接続される。

スイッチ３３ａ及びスイッチ３３ｂは、例えば蓄電素子３０＿３を接続端子７１ａ及び接
続端子７１ｂと接続するか、接続端子７２ａ及び接続端子７２ｂと接続するか選択するこ
とができる機能を有する。

スイッチ５１及びスイッチ５２のそれぞれは、２種の端子（第１端子及び第２端子という
）を少なくとも有する。例えば、トランジスタを用いて２種の端子を有するスイッチを構
成してもよい。また、その他、微小電気機械システムなどを用いて２種の端子を有するス
イッチを構成してもよい。

スイッチ５１の第１端子は、スイッチ１１ｂ乃至スイッチ１３ｂの第３端子に接続され、
第２端子は、スイッチ２１ａ乃至スイッチ２３ａの第３端子に接続される。

スイッチ５１は、蓄電素子１０＿１乃至蓄電素子１０＿３の少なくとも一つと、蓄電素子
２０＿１乃至蓄電素子３０＿３の少なくとも一つと、を直列接続で接続するか否かを選択
することができる機能を有する。

スイッチ５２の第１端子は、スイッチ２１ｂ乃至スイッチ２３ｂの第３端子に接続され、
第２端子は、スイッチ３１ａ乃至スイッチ３３ａの第３端子に接続される。

スイッチ５２は、蓄電素子２０＿１乃至蓄電素子２０＿３の少なくとも一つと、蓄電素子
３０＿１乃至蓄電素子３０＿３の少なくとも一つと、を直列接続で接続するか否かを選択
することができる機能を有する。

スイッチ６１及びスイッチ６２のそれぞれは、２種の端子（第１端子及び第２端子という
）を少なくとも有する。例えば、トランジスタを用いて２種の端子を有するスイッチを構
成してもよい。また、その他微小電気機械システムなどを用いて２種の端子を有するスイ
ッチを構成してもよい。

スイッチ６１の第１端子は、接続端子７２ａに接続され、第２端子は、スイッチ２１ａ乃
至スイッチ２３ａの第３端子に接続される。

スイッチ６１は、接続端子７２ａと、蓄電素子２０＿１乃至蓄電素子２０＿３の少なくと
も一つと、を接続するか否かを選択することができる機能を有する。

スイッチ６２の第１端子は、接続端子７２ａに接続され、第２端子は、スイッチ３１ａ乃
至スイッチ３３ａの第３端子に接続される。

スイッチ６２は、接続端子７２ａと、蓄電素子３０＿１乃至蓄電素子３０＿３の少なくと
も一つと、を接続するか否かを選択することができる機能を有する。

なお、一例として、複数の蓄電素子を設ける例を示したが、本発明の実施形態の一態様は
、これに限定されない。状況に応じて、又は、場合によっては、必ずしも蓄電素子を設け
なくてもよい。

［１．２．駆動方法］
次に、蓄電システムの駆動方法例として図２に示す蓄電システムの駆動方法例について図
３乃至図６を参照して説明する。なお、便宜のため、図３乃至図６では、接続端子７１ａ
及び接続端子７１ｂが電源９１に接続し、接続端子７２ａ及び接続端子７２ｂが負荷９２
に接続する場合について説明する。

［１．２．１．駆動方法１］
充電又は放電を行う場合の駆動方法例について、図３及び図４を参照して説明する。

蓄電素子１０＿１乃至蓄電素子１０＿３、蓄電素子２０＿１乃至蓄電素子２０＿３、及び
蓄電素子３０＿１乃至蓄電素子３０＿３を充電する場合、図３に示すように、スイッチ１
１ａ乃至スイッチ１３ａ、スイッチ１１ｂ乃至スイッチ１３ｂ、スイッチ２１ａ乃至スイ
ッチ２３ａ、スイッチ２１ｂ乃至スイッチ２３ｂ、スイッチ３１ａ乃至スイッチ３３ａ、
スイッチ３１ｂ乃至スイッチ３３ｂにより、蓄電素子１０＿１乃至蓄電素子１０＿３、蓄
電素子２０＿１乃至蓄電素子２０＿３、及び蓄電素子３０＿１乃至蓄電素子３０＿３と、
電源９１と、を並列接続で接続する。さらに、スイッチ５１及びスイッチ５２をオフ状態
にする。なお、スイッチ６１及びスイッチ６２はオン状態でもオフ状態でもよい。

このとき、蓄電素子１０＿１乃至蓄電素子１０＿３、蓄電素子２０＿１乃至蓄電素子２０
＿３、及び蓄電素子３０＿１乃至蓄電素子３０＿３のそれぞれが充電される。蓄電素子１
０＿１乃至蓄電素子１０＿３、蓄電素子２０＿１乃至蓄電素子２０＿３、及び蓄電素子３
０＿１乃至蓄電素子３０＿３のそれぞれは、並列接続で接続されているため、蓄電素子毎
に充電することができる。複数の蓄電素子を直列に接続した蓄電装置を充電する場合は、
それぞれの蓄電素子の抵抗値が異なると、抵抗値が一番高い蓄電素子の電圧が基準となっ
て各蓄電素子が充電され、複数の蓄電素子の全てを十分に充電できないという問題が生じ
るが、本実施の形態の駆動方法ではそのような問題が生じない。よって、例えば蓄電素子
の安全性を高めることができる。

蓄電素子１０＿１乃至蓄電素子１０＿３、蓄電素子２０＿１乃至蓄電素子２０＿３、及び
蓄電素子３０＿１乃至蓄電素子３０＿３を放電させる場合、図４に示すように、さらに、
スイッチ５１及びスイッチ５２をオン状態にし、スイッチ６１及びスイッチ６２をオフ状
態にする。さらに、スイッチ１１ａ乃至スイッチ１３ａ、スイッチ１１ｂ乃至スイッチ１
３ｂ、スイッチ２１ａ乃至スイッチ２３ａ、スイッチ２１ｂ乃至スイッチ２３ｂ、スイッ
チ３１ａ乃至スイッチ３３ａ、スイッチ３１ｂ乃至スイッチ３３ｂにより、蓄電素子１０
＿１乃至蓄電素子１０＿３、蓄電素子２０＿１乃至蓄電素子２０＿３、及び蓄電素子３０
＿１乃至蓄電素子３０＿３と、負荷９２と、を直列接続で接続する。

このとき、蓄電素子１０＿１乃至蓄電素子１０＿３、蓄電素子２０＿１乃至蓄電素子２０
＿３、及び蓄電素子３０＿１乃至蓄電素子３０＿３のそれぞれが放電され、負荷９２に電
流が流れる。蓄電素子１０＿１乃至蓄電素子１０＿３、蓄電素子２０＿１乃至蓄電素子２
０＿３、及び蓄電素子３０＿１乃至蓄電素子３０＿３は、直列接続で接続されているため
、負荷９２に供給する電流量を大きくすることができる。

［１．２．２．駆動方法２］
図４を参照して説明した放電させる際の駆動方法では、全ての蓄電素子を放電させる場合
について説明したが、これに限定されず、一部の蓄電素子のみ放電させてもよい。

例えば、図５に示すように、スイッチ５１をオフ状態にし、スイッチ５２をオン状態にし
、スイッチ６１をオン状態にし、スイッチ６２をオフ状態にする。さらに、スイッチ１１
ａ乃至スイッチ１３ａ、スイッチ１１ｂ乃至スイッチ１３ｂ、スイッチ２１ａ乃至スイッ
チ２３ａ、及びスイッチ２１ｂ乃至スイッチ２３ｂにより、蓄電素子１０＿１乃至蓄電素
子１０＿３を放電させず、スイッチ３１ａ乃至スイッチ３３ａ、スイッチ３１ｂ乃至スイ
ッチ３３ｂにより、蓄電素子２０＿１乃至蓄電素子２０＿３、及び蓄電素子３０＿１乃至
蓄電素子３０＿３を直列接続で電気的に接続させて放電させてもよい。これにより、コン
バータなどの電圧変換回路を設けなくても負荷９２に流れる電流を適宜変えることができ
る。

［１．２．３．駆動方法３］
図３及び図４を参照して説明した駆動方法では、全ての蓄電素子を充電又は放電させる場
合について説明したが、これに限定されず、一部の蓄電素子を充電し、残りの蓄電素子を
放電させてもよい。

例えば、図６に示すように、スイッチ１２ａ及びスイッチ１２ｂにより蓄電素子１０＿２
と、電源９１と、を並列接続で接続し、スイッチ２２ａ及びスイッチ２２ｂにより蓄電素
子２０＿２と、電源９１と、を並列接続で接続し、スイッチ３２ａ及びスイッチ３２ｂに
より蓄電素子３０＿２と、電源９１と、を並列接続で接続することにより、蓄電素子１０
＿２、蓄電素子２０＿２、及び蓄電素子３０＿２を充電する。一方、スイッチ５１及びス
イッチ５２をオン状態にし、スイッチ６１及びスイッチ６２をオフ状態にする。さらに、
スイッチ１１ａ、スイッチ１１ｂ、スイッチ１３ａ、スイッチ１３ｂ、スイッチ２１ａ、
スイッチ２１ｂ、スイッチ２３ａ、スイッチ２３ｂ、スイッチ３１ａ、スイッチ３１ｂ、
スイッチ３３ａ、及びスイッチ３３ｂにより、蓄電素子１０＿１、蓄電素子１０＿３、蓄
電素子２０＿１、蓄電素子２０＿３、蓄電素子３０＿１、及び蓄電素子３０＿３と、負荷
９２と、を直列接続で接続させ、蓄電素子１０＿１、蓄電素子１０＿３、蓄電素子２０＿
１、蓄電素子２０＿３、蓄電素子３０＿１、及び蓄電素子３０＿３を放電させてもよい。
なお、充電する蓄電素子は、蓄電素子１０＿２、蓄電素子２０＿２、及び蓄電素子３０＿
２に限定されず、例えばスイッチ１１ａ乃至スイッチ１３ａ、スイッチ１１ｂ乃至スイッ
チ１３ｂ、スイッチ２１ａ乃至スイッチ２３ａ、スイッチ２１ｂ乃至スイッチ２３ｂ、及
びスイッチ３１ａ乃至スイッチ３３ａ、スイッチ３１ｂ乃至スイッチ３３ｂにより、充電
する蓄電素子を順番に切り換えてもよい。

図６を参照して説明したように、一部の蓄電素子を放電させている間に他の蓄電素子を充
電することができるため、充電のために蓄電システムの動作停止期間を設ける必要がない
ため、動作を速くすることができる。

［実施の形態２．蓄電装置の制御システム］
本発明の一態様である蓄電システムに用いることができる蓄電装置の制御システムの例に
ついて説明する。なお、図１乃至図６を参照して説明した蓄電システムの説明と同じ部分
については該説明を適宜援用することができる。

［２．１．構成］
蓄電装置の制御システムの例について、図７を参照して説明する。

図７に示す回路２００は、一対のスイッチ１１（スイッチ１１ａ及びスイッチ１１ｂ）と
、一対のスイッチ１２（スイッチ１２ａ及びスイッチ１２ｂ）と、一対のスイッチ２１（
スイッチ２１ａ及びスイッチ２１ｂ）と、一対のスイッチ２２（スイッチ２２ａ及びスイ
ッチ２２ｂ）と、スイッチ５１と、スイッチ６１と、エンコーダ２４０と、電流検出回路
２４５と、半導体回路２４６と、一対の接続端子２０１（接続端子２０１ａ及び接続端子
２０１ｂ）、一対の接続端子２０２（接続端子２０２ａ及び接続端子２０２ｂ）一対の接
続端子２０３（接続端子２０３ａ及び接続端子２０３ｂ）一対の接続端子２０４（接続端
子２０４ａ及び接続端子２０４ｂ）一対の接続端子７１（接続端子７１ａ及び接続端子７
１ｂ）一対の接続端子７２（接続端子７２ａ及び接続端子７２ｂ）を有する。なお、回路
２００を制御システム、コントローラ、又は回路基板としてもよい。回路２００と蓄電素
子１０＿１、蓄電素子１０＿２、蓄電素子２０＿１、及び蓄電素子２０＿２と、を組み合
わせて蓄電システムとなる。また、接続端子７１ａ及び接続端子７１ｂを介して回路２０
０を電源に接続させてもよい。又は、接続端子７２ａ及び接続端子７２ｂを介して回路２
００を負荷に接続させてもよい。なお、負荷に出力した電圧を用いて電源電圧（ＶＤＤ−
ＶＳＳ）を生成して回路２００に入力してもよい。なお、回路２００では、４つの蓄電素
子を制御する例について説明するが、これに限定されず、例えば図２に示すように蓄電素
子の数を４つよりも多くしてもよい。

スイッチ１１ａ、スイッチ１１ｂ、スイッチ１２ａ、スイッチ１２ｂ、スイッチ２１ａ、
スイッチ２１ｂ、スイッチ２２ａ、及びスイッチ２２ｂのそれぞれの具体例を図８に示す
。

図８に示すスイッチは、３つの入出力端子（入出力端子ＩＯａ乃至入出力端子ＩＯｃとも
いう）と、２つの制御端子（制御端子ＣＴＬ＿１及び制御端子ＣＴＬ＿２ともいう）と、
を有する。

さらに、図８に示すスイッチは、トランジスタ２５１と、トランジスタ２５２と、を有す
る。

トランジスタ２５１のソース及びドレインの一方は、入出力端子ＩＯａに接続され、他方
は、入出力端子ＩＯｂに接続される。トランジスタ２５１のゲートは、制御端子ＣＴＬ＿
１に電気的に接続される。

トランジスタ２５２のソース及びドレインの一方は、入出力端子ＩＯａに接続され、他方
は、入出力端子ＩＯｃに接続される。トランジスタ２５２のゲートは、制御端子ＣＴＬ＿
２に電気的に接続される。

図８に示すスイッチは、制御信号に従って、トランジスタ２５１のソースとドレインの導
通状態、及びトランジスタ２５２のソースとドレインの導通状態を制御することにより、
入出力端子ＩＯａと入出力端子ＩＯｂとの接続、入出力端子ＩＯａと入出力端子ＩＯｃと
の接続を選択することができる。

なお、制御端子ＣＴＬ＿１と制御端子ＣＴＬ＿２との電位を制御することによって、トラ
ンジスタ２５１と、トランジスタ２５２とを、両方ともオフ状態にすることが可能である
。

なお、トランジスタ２５１と並列に、異なる極性のトランジスタを設けることによって、
ＣＭＯＳ構成にすることも可能である。同様に、トランジスタ２５２と並列に、異なる極
性のトランジスタを設けることによって、ＣＭＯＳ構成にすることも可能である。

以上がスイッチの具体例である。

スイッチ１１ａの制御端子ＣＴＬ＿１及びスイッチ１１ｂの制御端子ＣＴＬ＿１には、エ
ンコーダ２４０から制御信号ＣＴＬ１が入力され、制御端子ＣＴＬ＿２には、インバータ
２４１＿１から制御信号ＣＴＬ１の反転信号が入力される。

スイッチ１１ａの入出力端子ＩＯａは、接続端子２０１ａに接続される。これにより、ス
イッチ１１ａの入出力端子ＩＯａを、接続端子２０１ａを介して蓄電素子１０＿１の正極
に接続させることができる。スイッチ１１ａの入出力端子ＩＯｂは、接続端子７１ａに接
続され、入出力端子ＩＯｃは、抵抗素子２４４を介して接続端子７２ａに接続される。

スイッチ１１ｂの入出力端子ＩＯａは、接続端子２０１ｂに接続される。これにより、ス
イッチ１１ｂの入出力端子ＩＯａを、接続端子２０１ｂを介して蓄電素子１０＿１の負極
に接続させることができる。スイッチ１１ｂの入出力端子ＩＯｂは、接続端子７１ｂに接
続され、入出力端子ＩＯｃは、スイッチ５１が有するトランジスタのソース及びドレイン
の一方に接続される。

スイッチ１２ａの制御端子ＣＴＬ＿１及びスイッチ１２ｂの制御端子ＣＴＬ＿１には、エ
ンコーダ２４０から制御信号ＣＴＬ２が入力され、制御端子ＣＴＬ＿２には、インバータ
２４１＿２から制御信号ＣＴＬ２の反転信号が入力される。

スイッチ１２ａの入出力端子ＩＯａは、接続端子２０２ａに接続される。これにより、ス
イッチ１２ａの入出力端子ＩＯａを、接続端子２０２ａを介して蓄電素子１０＿２の正極
に接続させることができる。スイッチ１２ａの入出力端子ＩＯｂは、接続端子７１ａに接
続され、入出力端子ＩＯｃは、抵抗素子２４４を介して接続端子７２ａに接続される。

スイッチ１２ｂの入出力端子ＩＯａは、接続端子２０２ｂに接続される。これにより、ス
イッチ１２ｂの入出力端子ＩＯａを、接続端子２０２ｂを介して蓄電素子１０＿２の負極
に接続させることができる。スイッチ１２ｂの入出力端子ＩＯｂは、接続端子７１ｂに接
続され、入出力端子ＩＯｃは、スイッチ５１が有するトランジスタのソース及びドレイン
の一方に接続される。

スイッチ２１ａの制御端子ＣＴＬ＿１及びスイッチ２１ｂの制御端子ＣＴＬ＿１には、エ
ンコーダ２４０から制御信号ＣＴＬ３が入力され、制御端子ＣＴＬ＿２には、インバータ
２４１＿３から制御信号ＣＴＬ３の反転信号が入力される。

スイッチ２１ａの入出力端子ＩＯａは、接続端子２０３ａに接続される。これにより、ス
イッチ２１ａの入出力端子ＩＯａを、接続端子２０３ａを介して蓄電素子２０＿１の正極
に接続させることができる。スイッチ２１ａの入出力端子ＩＯｂは、接続端子７１ａに接
続され、入出力端子ＩＯｃは、抵抗素子２４４を介して接続端子７２ａに接続され、スイ
ッチ５１が有するトランジスタのソース及びドレインの他方に接続される。

スイッチ２１ｂの入出力端子ＩＯａは、接続端子２０３ｂに接続される。これにより、ス
イッチ２１ｂの入出力端子ＩＯａを、接続端子２０３ｂを介して蓄電素子２０＿１の負極
に接続させることができる。スイッチ２１ｂの入出力端子ＩＯｂは、接続端子７１ｂに接
続され、入出力端子ＩＯｃは、接続端子７２ｂに接続される。

スイッチ２２ａの制御端子ＣＴＬ＿１及びスイッチ２２ｂの制御端子ＣＴＬ＿１には、エ
ンコーダ２４０から制御信号ＣＴＬ４が入力され、制御端子ＣＴＬ＿２には、インバータ
２４１＿４から制御信号ＣＴＬ４の反転信号が入力される。

スイッチ２２ａの入出力端子ＩＯａは、接続端子２０４ａに接続される。これにより、ス
イッチ２２ａの入出力端子ＩＯａを、接続端子２０４ａを介して蓄電素子２０＿２の正極
に接続させることができる。スイッチ２２ａの入出力端子ＩＯｂは、接続端子７１ａに接
続され、入出力端子ＩＯｃは、抵抗素子２４４を介して接続端子７２ａに接続される。

スイッチ２２ｂの入出力端子ＩＯａは、接続端子２０４ｂに接続される。これにより、ス
イッチ２２ｂの入出力端子ＩＯａを、接続端子２０４ｂを介して蓄電素子２０＿２の負極
に接続させることができる。スイッチ２２ｂの入出力端子ＩＯｂは、接続端子７１ｂに接
続され、入出力端子ＩＯｃは、接続端子７２ｂに接続される。

スイッチ５１が有するトランジスタのソース及びドレインの一方は、スイッチ１１ｂの入
出力端子ＩＯｃ、及びスイッチ１２ｂの入出力端子ＩＯｃに接続され、他方は、スイッチ
２１ａの入出力端子ＩＯｃ、及びスイッチ２２ａの入出力端子ＩＯｃに接続される。スイ
ッチ５１が有するトランジスタのゲートの電位は、論理回路２４３により制御される。論
理回路２４３の出力は、制御信号ＣＴＬ１の電位と制御信号ＣＴＬ２の電位の論理和に相
当する。よって、制御信号ＣＴＬ１の電位と制御信号ＣＴＬ２の電位に応じてスイッチ５
１の導通状態が制御される。論理回路２４３は、例えばＯＲ回路を用いて構成される。

スイッチ６１が有するトランジスタのソース及びドレインの一方は、スイッチ１１ａの入
出力端子ＩＯｃ、及びスイッチ１２ａの入出力端子ＩＯｃに接続され、他方は、スイッチ
２１ａの入出力端子ＩＯｃ、及びスイッチ２２ａの入出力端子ＩＯｃに接続される。スイ
ッチ６１が有するトランジスタのゲートの電位は、論理回路２４７により制御される。論
理回路２４７の出力は、制御信号ＣＴＬ１の反転信号の電位と制御信号ＣＴＬ２の反転信
号の電位の論理和に相当する。よって、制御信号ＣＴＬ１の反転信号の電位と制御信号Ｃ
ＴＬ２の反転信号の電位に応じてスイッチ６１の導通状態が制御される。論理回路２４７
は、例えばＯＲ回路を用いて構成される。

エンコーダ２４０は、半導体回路２４６から入力される複数のデータ信号を符号化するこ
とにより、制御信号ＣＴＬ１乃至制御信号ＣＴＬ４を生成して出力することができる機能
を有する。

電流検出回路２４５は、抵抗素子２４４の両端の電位を検出し、それぞれの電位を検出信
号として比較回路に入力することにより、抵抗素子２４４に流れる電流が基準値よりも大
きいか否かを判定することができる機能を有する。

半導体回路２４６は、蓄電素子の充電又は放電を指示する命令を含む複数のデータ信号を
生成して出力することができる機能を有する。なお、半導体回路２４６は、例えば負荷な
ど外部回路と信号のやりとりを行ってもよい。半導体回路２４６を例えばマイクロコンピ
ュータ、マイクロプロセッサ（ＭＰＵともいう）、マイクロコントロールユニット（ＭＣ
Ｕともいう）、フィールド プログラマブル ゲート アレイ（ＦＰＧＡともいう）、中
央演算装置（ＣＰＵともいう）、又はバッテリマネジメントユニット（ＢＭＵともいう）
としてもよい。

なお、回路２００のスイッチ（例えばスイッチ１１ａ、スイッチ１１ｂ、スイッチ１２ａ
、スイッチ１２ｂ、スイッチ２１ａ、スイッチ２１ｂ、スイッチ２２ａ、スイッチ２２ｂ
、スイッチ５１、スイッチ６１）などに用いることができるトランジスタとしては、オフ
電流の低いトランジスタを適用してもよい。オフ電流の低いトランジスタとしては、例え
ばシリコンよりもバンドギャップの広い酸化物半導体を含むチャネル形成領域を有し、該
チャネル形成領域が実質的にｉ型であるトランジスタを適用することができる。なお、回
路２００に限定されず、例えば図２に示すスイッチ３１ａ、スイッチ３１ｂ、スイッチ３
２ａ、スイッチ３２ｂ、スイッチ３３ａ、スイッチ３３ｂ、スイッチ５２、スイッチ６２
などにも上記オフ電流の低いトランジスタを用いてもよい。これに限定されず、例えばシ
リコンを有する半導体を用いて上記スイッチを構成してもよい。

例えば、水素又は水などの不純物を可能な限り除去し、酸素を供給して酸素欠損を可能な
限り減らすことにより、上記酸化物半導体を含むトランジスタを作製することができる。
このとき、チャネル形成領域において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄ
ａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ））の測定値でドナー不純物とい
われる水素の量を１×１０^１９／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１８／ｃｍ^３以下に低
減することが好ましい。トランジスタのオフ電流は、２５℃でチャネル幅１μｍあたり１
×１０^−１９Ａ（１００ｚＡ）以下である。より好ましくは１×１０^−２２Ａ（１００ｙ
Ａ）以下である。トランジスタのオフ電流は、低ければ低いほどよいが、トランジスタの
オフ電流の下限値は、約１×１０^−３０Ａ／μｍであると見積もられる。

上記酸化物半導体としては、例えばＩｎ系金属酸化物、Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ系
金属酸化物、又はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物などを適用することができる。

ここで半導体回路２４６の例について図９を参照して説明する。

図９に示す半導体回路２４６は、プロセッサ７１０、バスブリッジ７１１、メモリ７１２
、メモリインターフェース７１３、コントローラ７２０、割り込みコントローラ７２１、
Ｉ／Ｏインターフェース（入出力インターフェース）７２２、及びパワーゲートユニット
７３０を有する。

さらに、半導体回路２４６は、水晶発振回路７４１、タイマー回路７４５、Ｉ／Ｏインタ
ーフェース７４６、Ｉ／Ｏポート７５０、コンパレータ７５１、Ｉ／Ｏインターフェース
７５２、バスライン７６１、バスライン７６２、バスライン７６３、及びデータバスライ
ン７６４を有する。さらに、半導体回路２４６は、外部装置との接続部として少なくとも
接続端子７７０乃至接続端子７７６を有する。なお、各接続端子７７０乃至接続端子７７
６は、１つの端子又は複数の端子でなる端子群を表す。また、水晶振動子７４３を有する
発振子７４２が、接続端子７７２、及び接続端子７７３を介して半導体回路２４６に接続
されている。

プロセッサ７１０はレジスタ７８５を有し、バスブリッジ７１１を介してバスライン７６
１乃至バスライン７６３、及びデータバスライン７６４に接続されている。

メモリ７１２は、プロセッサ７１０のメインメモリとして機能することができる記憶装置
であり、例えばランダムアクセスメモリが用いられる。メモリ７１２は、プロセッサ７１
０が実行する命令、命令の実行に必要なデータ、及びプロセッサ７１０の処理によるデー
タを記憶する装置である。プロセッサ７１０が処理する命令により、メモリ７１２へのデ
ータの書き込み、読み出しが行われる。例えば、半導体回路２４６は、各蓄電素子の接続
を指示する命令に従ってデータ信号を生成してＩ／Ｏポート７５０を介して出力してもよ
い。

半導体回路２４６では、低消費電力モードのときにメモリ７１２に対する電力供給が遮断
される。そのため、メモリ７１２は電源が供給されていない状態でもデータを保持するこ
とができるメモリで構成することが好ましい。

メモリインターフェース７１３は、外部記憶装置との入出力インターフェースである。プ
ロセッサ７１０が処理する命令により、メモリインターフェース７１３を介して、接続端
子７７６に接続される外部記憶装置へのデータの書き込み及び読み出しが行われる。

クロック生成回路７１５は、プロセッサ７１０で使用されるクロック信号ＭＣＬＫ（以下
、単に「ＭＣＬＫ」とも呼ぶ。）を生成する回路であり、ＲＣ発振器などを有する。ＭＣ
ＬＫはコントローラ７２０及び割り込みコントローラ７２１にも出力される。

コントローラ７２０は半導体回路２４６の制御を行う回路であり、例えば、半導体回路２
４６の電源制御、クロック生成回路７１５、水晶発振回路７４１の制御などを行うことが
できる。

接続端子７７０は、外部の割り込み信号入力用の端子であり、接続端子７７０を介してマ
スク不可能な割り込み信号ＮＭＩがコントローラ７２０に入力される。コントローラ７２
０にマスク不可能な割り込み信号ＮＭＩが入力されると、コントローラ７２０は直ちにプ
ロセッサ７１０にマスク不可能な割り込み信号ＮＭＩ２を出力し、プロセッサ７１０に割
り込み処理を実行させる。

また、割り込み信号ＩＮＴが、接続端子７７０を介して割り込みコントローラ７２１に入
力される。割り込みコントローラ７２１には、周辺回路からの割り込み信号（Ｔ０ＩＲＱ
、Ｐ０ＩＲＱ、Ｃ０ＩＲＱ）も、バス（７６１乃至７６４）を経由せずに入力される。

割り込みコントローラ７２１は割り込み要求の優先順位を割り当てる機能を有する。割り
込みコントローラ７２１は割り込み信号を検出すると、その割り込み要求が有効であるか
否かを判定する。有効な割り込み要求であれば、コントローラ７２０に割り込み信号ＩＲ
Ｑを出力する。

また、割り込みコントローラ７２１はＩ／Ｏインターフェース７２２を介して、バスライ
ン７６１及びデータバスライン７６４に接続されている。

コントローラ７２０は、割り込み信号ＩＮＴが入力されると、プロセッサ７１０に割り込
み信号ＩＮＴ２を出力し、プロセッサ７１０に割り込み処理を実行させる。

また、割り込み信号Ｔ０ＩＲＱが割り込みコントローラ７２１を介さず直接コントローラ
７２０に入力される場合がある。コントローラ７２０は、割り込み信号Ｔ０ＩＲＱが入力
されると、プロセッサ７１０にマスク不可能な割り込み信号ＮＭＩ２を出力し、プロセッ
サ７１０に割り込み処理を実行させる。

コントローラ７２０のレジスタ７８０は、コントローラ７２０内に設けられ、割り込みコ
ントローラ７２１のレジスタ７８６は、Ｉ／Ｏインターフェース７２２に設けられている
。

続いて、半導体回路２４６が有する周辺回路を説明する。半導体回路２４６は、周辺回路
として、タイマー回路７４５、Ｉ／Ｏポート７５０及びコンパレータ７５１を有する。こ
れらの周辺回路は一例であり、半導体回路２４６が使用される電気機器に応じて、必要な
回路を設けることができる。

タイマー回路７４５は、クロック生成回路７４０から出力されるクロック信号ＴＣＬＫ（
以下、単に「ＴＣＬＫ」とも呼ぶ。）を用いて、時間を計測することができる機能を有す
る。タイマー回路７４５には、複数のタイマー回路を設けてもよい。また、タイマー回路
７４５は、決められた時間間隔で、割り込み信号Ｔ０ＩＲＱを、コントローラ７２０及び
割り込みコントローラ７２１に出力することができる。タイマー回路７４５は、Ｉ／Ｏイ
ンターフェース７４６を介して、バスライン７６１及びデータバスライン７６４に接続さ
れている。例えば、タイマー回路７４５は、蓄電素子の充電時間又は放電時間を制御する
ことができる機能を有する。

ＴＣＬＫはＭＣＬＫよりも低い周波数のクロック信号である。例えば、ＭＣＬＫの周波数
を数ＭＨｚ程度（例えば、８ＭＨｚ）とし、ＴＣＬＫは、数十ｋＨｚ程度（例えば、３２
ｋＨｚ）とする。クロック生成回路７４０は、半導体回路２４６に内蔵された水晶発振回
路７４１と、接続端子７７２及び接続端子７７３に接続された発振子７４２を有する。発
振子７４２の振動子として、水晶振動子７４３が用いられている。なお、ＣＲ発振器など
でクロック生成回路７４０を構成することで、クロック生成回路７４０の全てのモジュー
ルを半導体回路２４６に内蔵することが可能である。

Ｉ／Ｏポート７５０は、接続端子７７４を介して接続された外部機器と情報の入出力を行
うためのインターフェースであり、デジタル信号の入出力インターフェースである。例え
ば、Ｉ／Ｏポート７５０は、入力されたデジタル信号に応じて、割り込み信号Ｐ０ＩＲＱ
を割り込みコントローラ７２１に出力する。Ｉ／Ｏポート７５０は、接続端子７７４を介
して図７に示すエンコーダ２４０及び電流検出回路２４５に接続される。これにより、エ
ンコーダ２４０にデータ信号を出力することができる。また、電流検出回路２４５から検
出信号が入力される。なお、接続端子７７４を複数設けてもよい。

コンパレータ７５１は、例えば接続端子７７５から入力されるアナログ信号の電位（又は
電流）と基準信号の電位（又は電流）との大小を比較でき、値が０又は１のデジタル信号
を生成することができる。さらに、コンパレータ７５１は、このデジタル信号に応じて、
割り込み信号Ｃ０ＩＲＱを生成することができる。割り込み信号Ｃ０ＩＲＱは、割り込み
コントローラ７２１に出力される。

Ｉ／Ｏポート７５０及びコンパレータ７５１は共通のＩ／Ｏインターフェース７５２を介
してバスライン７６１及びデータバスライン７６４に接続されている。ここでは、Ｉ／Ｏ
ポート７５０、コンパレータ７５１各々のＩ／Ｏインターフェースに共有することができ
る回路があるため、１つのＩ／Ｏインターフェース７５２で構成しているが、Ｉ／Ｏポー
ト７５０、コンパレータ７５１のＩ／Ｏインターフェースを別々に設けることもできる。

また、周辺回路のレジスタは、対応する入出力インターフェースに設けられている。タイ
マー回路７４５のレジスタ７８７はＩ／Ｏインターフェース７４６に設けられ、Ｉ／Ｏポ
ート７５０のレジスタ７８３及びコンパレータ７５１のレジスタ７８４は、それぞれ、Ｉ
／Ｏインターフェース７５２に設けられている。

半導体回路２４６は内部回路への電力供給を遮断するためのパワーゲートユニット７３０
を有する。パワーゲートユニット７３０により、動作に必要な回路のみに電力供給を行う
ことで、半導体回路２４６の消費電力を低くすることができる。

図９に示すように、半導体回路２４６内の２点鎖線で囲んだユニット７０１、ユニット７
０２、ユニット７０３、ユニット７０４の回路は、パワーゲートユニット７３０を介して
、接続端子７７１に接続されている。

本実施の形態では、ユニット７０１は、タイマー回路７４５、及びＩ／Ｏインターフェー
ス７４６を含み、ユニット７０２は、Ｉ／Ｏポート７５０、コンパレータ７５１、及びＩ
／Ｏインターフェース７５２を含み、ユニット７０３は、割り込みコントローラ７２１、
及びＩ／Ｏインターフェース７２２を含み、ユニット７０４は、プロセッサ７１０、メモ
リ７１２、バスブリッジ７１１、及びメモリインターフェース７１３を含む。

パワーゲートユニット７３０は、コントローラ７２０により制御される。パワーゲートユ
ニット７３０は、ユニット７０１乃至ユニット７０４への電源電圧の供給を遮断するため
のスイッチ７３１及びスイッチ７３２を有する。このときの電源電圧としては、例えば制
御システムの電源電圧などを用いることができる。

スイッチ７３１、スイッチ７３２のオン／オフはコントローラ７２０により制御される。
具体的には、コントローラ７２０は、プロセッサ７１０の要求によりパワーゲートユニッ
ト７３０が有するスイッチの一部又は全部をオフ状態とする信号を出力する（電力供給の
停止）。また、コントローラ７２０は、マスク不可能な割り込み信号ＮＭＩ、又はタイマ
ー回路７４５からの割り込み信号Ｔ０ＩＲＱをトリガーにして、パワーゲートユニット７
３０が有するスイッチをオン状態とする信号を出力する（電力供給の開始）。

なお、図９では、パワーゲートユニット７３０に、２つのスイッチ（スイッチ７３１、ス
イッチ７３２）を設ける構成を示しているが、これに限定されず、電源遮断に必要な数の
スイッチを設ければよい。

また、本実施の形態では、ユニット７０１に対する電力供給を独立して制御することがで
きるようにスイッチ７３１を設け、ユニット７０２乃至ユニット７０４に対する電力供給
を独立して制御することができるようにスイッチ７３２を設けているが、このような電力
供給経路に限定されるものではない。例えば、スイッチ７３２とは別のスイッチを設けて
、メモリ７１２の電力供給を独立して制御することができるようにしてもよい。また、１
つの回路に対して、複数のスイッチを設けてもよい。

また、コントローラ７２０には、パワーゲートユニット７３０を介さず、常時、接続端子
７７１から電源電圧が供給される。また、ノイズの影響を少なくするため、クロック生成
回路７１５の発振回路、水晶発振回路７４１には、それぞれ、電源電圧の電源回路と異な
る外部の電源回路から電源電位が供給される。

コントローラ７２０及びパワーゲートユニット７３０などを備えることにより、半導体回
路２４６を３種類の動作モードで動作させることが可能である。第１の動作モードは、通
常動作モードであり、半導体回路２４６の全ての回路がアクティブな状態である。ここで
は、第１の動作モードを「Ａｃｔｉｖｅモード」と呼ぶ。

第２、及び第３の動作モードは低消費電力モードであり、一部の回路をアクティブにする
モードである。第２の動作モードでは、コントローラ７２０、並びにタイマー回路７４５
とその関連回路（水晶発振回路７４１、Ｉ／Ｏインターフェース７４６）がアクティブで
ある。第３の動作モードでは、コントローラ７２０のみがアクティブである。ここでは、
第２の動作モードを「Ｎｏｆｆ１モード」と呼び、第３の動作モードを「Ｎｏｆｆ２モー
ド」と呼ぶことにする。Ｎｏｆｆ１モードでは、コントローラ７２０と周辺回路の一部（
タイマー動作に必要な回路）が動作し、Ｎｏｆｆ２モードでは、コントローラ７２０のみ
が動作している。

なお、クロック生成回路７１５の発振器、及び水晶発振回路７４１は、動作モードに関わ
らず、電源が常時供給される。クロック生成回路７１５及び水晶発振回路７４１を非アク
ティブ状態にするには、コントローラ７２０から又は外部からイネーブル信号を入力し、
クロック生成回路７１５及び水晶発振回路７４１の発振を停止させることにより行われる
。

また、Ｎｏｆｆ１、Ｎｏｆｆ２モードでは、パワーゲートユニット７３０により電力供給
が遮断されるため、Ｉ／Ｏポート７５０、Ｉ／Ｏインターフェース７５２は非アクティブ
状態になるが、接続端子７７４に接続されている外部機器を正常に動作させるために、Ｉ
／Ｏポート７５０、Ｉ／Ｏインターフェース７５２の一部には電力が供給される。具体的
には、Ｉ／Ｏポート７５０の出力バッファ、Ｉ／Ｏポート７５０用のレジスタ７８３であ
る。

なお、本明細書では、回路が非アクティブ状態とは、電力の供給が遮断されて回路が停止
している状態の他、Ａｃｔｉｖｅモード（通常動作モード）での主要な機能が停止してい
る状態や、Ａｃｔｉｖｅモードよりも省電力で動作している状態を含む。

上記構成にすることにより、例えばユーザーが蓄電装置の充電動作を強制的に終了させた
場合に、プロセッサ７１０の要求によりパワーゲートユニット７３０が有するスイッチの
一部又は全部をオフ状態とする信号を出力し、Ｎｏｆｆ１、Ｎｏｆｆ２モードに切り換え
、不要な回路ブロックに対する電力の供給を停止させることもできる。

［２．２．駆動方法］
さらに、制御システムの動作例について、上記蓄電システムの駆動方法例を参照して説明
する。

１以上の蓄電素子を充電する場合、エンコーダ２４０により制御信号ＣＴＬ１乃至制御信
号ＣＴＬ４の電位を設定することにより、充電する蓄電素子の正極、負極を接続端子７１
ａ及び接続端子７１ｂに接続する。

例えば、蓄電素子１０＿１、蓄電素子１０＿２、蓄電素子２０＿１、及び蓄電素子２０＿
２を充電する場合、制御信号ＣＴＬ１乃至制御信号ＣＴＬ４により、スイッチ１１ａ、ス
イッチ１１ｂ、スイッチ１２ａ、スイッチ１２ｂ、スイッチ２１ａ、スイッチ２１ｂ、ス
イッチ２２ａ、及びスイッチ２２ｂのそれぞれが有するトランジスタ２５１をオン状態に
し、トランジスタ２５２をオフ状態にする。さらに、スイッチ５１が有するトランジスタ
をオフ状態にする。

このとき、蓄電素子１０＿１、蓄電素子１０＿２、蓄電素子２０＿１、及び蓄電素子２０
＿２と接続端子７１ａ及び接続端子７１ｂが導通状態になるため、接続端子７１ａ及び接
続端子７１ｂを介して蓄電素子１０＿１、蓄電素子１０＿２、蓄電素子２０＿１、及び蓄
電素子２０＿２が充電される。

１以上の蓄電素子を放電させる場合、エンコーダ２４０により制御信号ＣＴＬ１乃至制御
信号ＣＴＬ４の電位を設定することにより、放電する蓄電素子の正極、負極を接続端子７
２ａ及び接続端子７２ｂに接続する。

例えば、蓄電素子１０＿１、蓄電素子１０＿２、蓄電素子２０＿１、及び蓄電素子２０＿
２を放電させる場合、制御信号ＣＴＬ１乃至制御信号ＣＴＬ４により、スイッチ１１ａ、
スイッチ１１ｂ、スイッチ１２ａ、スイッチ１２ｂ、スイッチ２１ａ、スイッチ２１ｂ、
スイッチ２２ａ、及びスイッチ２２ｂのそれぞれが有するトランジスタ２５２をオン状態
にし、トランジスタ２５１をオフ状態にする。さらに、制御信号ＣＴＬ１又は制御信号Ｃ
ＴＬ２によりスイッチ５１が有するトランジスタをオン状態にし、スイッチ６１が有する
トランジスタをオフ状態にする。

このとき、蓄電素子１０＿１、蓄電素子１０＿２、蓄電素子２０＿１、及び蓄電素子２０
＿２と、接続端子７２ａ及び接続端子７２ｂが導通状態になるため、接続端子７２ａ及び
接続端子７２ｂを介して蓄電素子１０＿１、蓄電素子１０＿２、蓄電素子２０＿１、及び
蓄電素子２０＿２が放電する。

なお、電流検出回路２４５から出力された検出信号に応じて蓄電素子の充電を行うか否か
を切り換えることもできる。

例えば、電流検出回路２４５により抵抗素子２４４に流れる電流量が基準値以下と判定さ
れた場合、検出信号がハイレベルになるとする。このとき、半導体回路２４６は、蓄電素
子の充電が必要であると判断する。半導体回路２４６が低消費電力モードのときは割り込
み信号Ｐ０ＩＲＱをアクティブにしてプロセッサ７１０に対する電源供給を再開する。さ
らに、対応する蓄電素子の充電を指示する命令に従ってデータ信号を生成してＩ／Ｏポー
ト７５０を介して出力する。なお、図９に示す半導体回路２４６では、Ｉ／Ｏポート７５
０の接続端子７７４を１つしか図示していないが、これに限定されず、本駆動方法例のよ
うに、複数のデータ信号を生成して出力する場合には、複数の接続端子７７４を設けても
よい。

このとき、エンコーダ２４０は、入力されたデータ信号を符号化することにより制御信号
ＣＴＬ１乃至制御信号ＣＴＬ４の電位を設定する。これにより、蓄電素子１０＿１、蓄電
素子１０＿２、蓄電素子２０＿１、及び蓄電素子２０＿２のうち、充電したい蓄電素子を
接続端子７１ａ及び接続端子７１ｂに接続して該蓄電素子を充電することができる。

負荷に流す電流量を調整したい場合には、負荷に直列接続で接続する蓄電素子の数を変え
ればよい。このとき、所望の電流量に対応する蓄電素子１０＿１、蓄電素子１０＿２、蓄
電素子２０＿１、及び蓄電素子２０＿２の接続状態を設定するための命令を、データとし
てメモリ７１２に書き込んでおく。

例えば、負荷に流す電流量が最大電流よりも小さくてもよい場合、所望の電流量に設定す
る命令に従ってデータ信号を生成してＩ／Ｏポート７５０を介して出力する。

このとき、エンコーダ２４０は、入力されたデータ信号を符号化して制御信号ＣＴＬ１乃
至制御信号ＣＴＬ４の電位を設定する。これにより、スイッチ１１ａ、スイッチ１１ｂ、
スイッチ１２ａ、スイッチ１２ｂ、スイッチ２１ａ、スイッチ２１ｂ、スイッチ２２ａ、
及びスイッチ２２ｂのそれぞれが有するトランジスタ２５２、トランジスタ２５１、スイ
ッチ５１が有するトランジスタ、スイッチ６１が有するトランジスタを制御して直列接続
する蓄電素子の数を設定することができる。

蓄電装置の放電又は充電を行う場合、Ｉ／Ｏインターフェース７４６のレジスタ７８７に
基準値となる充電時間又は放電時間を設定するデータを書き込んでおく。そしてタイマー
回路７４５により時間を計測する。半導体回路２４６は、タイマー回路７４５の計測値が
予めレジスタ７８７に書き込まれた時間データの値に到達したら、タイマー回路７４５は
、Ｔ０ＩＲＱをアクティブにして割り込み信号を出力し、割り込みコントローラ７２１を
介してプロセッサ７１０に割り込み信号ＩＮＴ２を送信する。そしてプロセッサ７１０は
、充電又は放電に切り換える命令を実行し、データ信号を生成してＩ／Ｏポート７５０を
介して出力してもよい。

例えば、蓄電素子１０＿１を有する蓄電装置の放電又は充電を行う場合、半導体回路２４
６は、タイマー回路７４５での計測値が上記レジスタ７８７に書き込まれた時間データの
値を超えたら、プロセッサ７１０を用いて蓄電素子１０＿１の放電を実行するための命令
に従ってデータ信号を生成してＩ／Ｏポート７５０を介してエンコーダ２４０に出力する
。エンコーダ２４０は、入力された信号を符号化して制御信号ＣＴＬ１乃至制御信号ＣＴ
Ｌ４の電位を設定し、蓄電素子１０＿１と接続端子７２ａ及び接続端子７２ｂとを導通状
態にする。これにより、蓄電素子１０＿１は放電される。

このように、Ｉ／Ｏインターフェース７４６のレジスタ７８７に充電時間、放電時間を設
定することでタイマー回路７４５により充電期間、放電期間の長さを制御することにより
、放電又は充電を行うことができる。

以上のように、半導体回路２４６及びエンコーダ２４０を用いてスイッチを制御すること
により、蓄電素子の充電又は放電を制御することができる。

［実施の形態３．レジスタ］
半導体回路２４６の各回路ブロックに適用可能なレジスタの構成例について図１０を参照
して説明する。

［３．１．構成］
図１０（Ａ）に示すレジスタは、記憶回路６５１と、記憶回路６５２と、セレクタ６５３
と、を有する。

記憶回路６５１には、リセット信号ＲＳＴ、クロック信号ＣＬＫ、及びデータ信号Ｄが入
力される。記憶回路６５１は、入力されるデータ信号Ｄのデータをクロック信号ＣＬＫに
従って保持し、データ信号Ｑとして出力することができる機能を有する。記憶回路６５１
としては、例えばバッファレジスタや、汎用レジスタなどのレジスタを構成することがで
きる。又は、記憶回路６５１としては、Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍ
ｅｍｏｒｙ（ＳＲＡＭともいう）などからなるキャッシュメモリを設けることもできる。
これらのレジスタやキャッシュメモリは記憶回路６５２にデータを退避させることができ
る。

記憶回路６５２には、書き込み制御信号ＷＥ、読み出し制御信号ＲＤ、及びデータ信号が
入力される。

記憶回路６５２は、書き込み制御信号ＷＥに従って、入力されるデータ信号のデータを記
憶し、読み出し制御信号ＲＤに従って、記憶されたデータをデータ信号として出力するこ
とができる機能を有する。

セレクタ６５３は、読み出し制御信号ＲＤに従って、データ信号Ｄ又は記憶回路６５２か
ら出力されるデータ信号を選択して、記憶回路６５１に入力する。

記憶回路６５２には、トランジスタ６３１及び容量素子６３２が設けられている。

トランジスタ６３１は、ｎチャネル型トランジスタであり、選択トランジスタとしての機
能を有する。トランジスタ６３１のソース及びドレインの一方は、記憶回路６５１の出力
端子に接続されている。さらに、トランジスタ６３１のバックゲートには、電源電位が供
給される。トランジスタ６３１は、書き込み制御信号ＷＥに従って記憶回路６５１から出
力されるデータ信号の保持を制御することができる機能を有する。

トランジスタ６３１としては、例えばオフ電流の低いトランジスタを適用してもよい。

容量素子６３２の一対の電極の一方はトランジスタ６３１のソース及びドレインの他方に
接続され、他方には低電源電位ＶＳＳが供給される。容量素子６３２は、記憶するデータ
信号のデータに基づく電荷を保持することができる機能を有する。トランジスタ６３１の
オフ電流が非常に低いため、電源電圧の供給が停止しても容量素子６３２の電荷は保持さ
れ、データが保持される。電源電圧（ＶＤＤ−ＶＳＳ）は、例えば蓄電素子から供給され
る電力を用いて生成される。

トランジスタ６３３は、ｐチャネル型トランジスタである。トランジスタ６３３のソース
及びドレインの一方には高電源電位ＶＤＤが供給され、ゲートには、読み出し制御信号Ｒ
Ｄが入力される。

トランジスタ６３４は、ｎチャネル型トランジスタである。トランジスタ６３４のソース
及びドレインの一方は、トランジスタ６３３のソース及びドレインの他方に接続されてお
り、ゲートには、読み出し制御信号ＲＤが入力される。

トランジスタ６３５は、ｎチャネル型トランジスタである。トランジスタ６３５のソース
及びドレインの一方は、トランジスタ６３４のソース及びドレインの他方に接続されてお
り、ソース及びドレインの他方には、低電源電位ＶＳＳが供給される。

インバータ６３６の入力端子は、トランジスタ６３３のソース及びドレインの他方に接続
されている。また、インバータ６３６の出力端子は、セレクタ６５３の入力端子に接続さ
れる。

容量素子６３７の一対の電極の一方はインバータ６３６の入力端子に接続され、他方には
低電源電位ＶＳＳが供給される。容量素子６３７は、インバータ６３６に入力されるデー
タ信号のデータに基づく電荷を保持することができる機能を有する。

なお、上記に限定されず、例えば相変化型メモリ（ＰＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ−ｃｈａｎｇｅ
ＲＡＭ）又はＰＣＭ（Ｐｈａｓｅ Ｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｏｒｙ）ともいう）、抵抗変
化型メモリ（ＲｅＲＡＭ（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ＲＡＭ）ともいう）、磁気抵抗型メモ
リ（ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ＲＡＭ）ともいう）などを用いて記
憶回路６５２を構成してもよい。例えば、ＭＲＡＭとしては磁気トンネル接合素子（ＭＴ
Ｊ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｕｎｎｅｌ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）素子ともいう）を用いたＭＲ
ＡＭを適用することができる。

［３．２．駆動方法］
次に、図１０（Ａ）に示すレジスタの駆動方法例について説明する。

まず、通常動作期間において、電力となる電源電圧、リセット信号ＲＳＴ、クロック信号
ＣＬＫは、レジスタに供給された状態である。このとき、セレクタ６５３は、データ信号
Ｄのデータを記憶回路６５１に出力する。記憶回路６５１は、入力されたデータ信号Ｄの
データをクロック信号ＣＬＫに従って保持する。このとき、読み出し制御信号ＲＤにより
トランジスタ６３３がオン状態になり、トランジスタ６３４がオフ状態になる。

次に、電源電圧を停止させる直前のバックアップ期間において、書き込み制御信号ＷＥに
従って、トランジスタ６３１がオン状態になり、記憶回路６５２にデータ信号Ｄのデータ
が記憶され、トランジスタ６３１がオフ状態になる。その後レジスタに対するクロック信
号ＣＬＫの供給を停止させ、さらにその後レジスタに対するリセット信号ＲＳＴの供給を
停止させる。なお、トランジスタ６３１がオン状態のとき、トランジスタ６３１のバック
ゲートに正電源電位を供給してもよい。このとき、読み出し制御信号ＲＤによりトランジ
スタ６３３がオン状態になり、トランジスタ６３４がオフ状態になる。

次に、電源停止期間において、レジスタに対する電源電圧の供給を停止させる。このとき
、記憶回路６５２のトランジスタ６３１のオフ電流が低いため、記憶されたデータが保持
される。なお、高電源電位ＶＤＤの代わりに接地電位ＧＮＤを供給することにより、電源
電圧の供給を停止するとみなすこともできる。なお、トランジスタ６３１がオフ状態のと
き、トランジスタ６３１のバックゲートに負電源電位を供給してトランジスタ６３１のオ
フ状態を維持してもよい。

次に、通常動作期間に戻る直前のリカバリー期間において、レジスタに対する電源電圧の
供給を再開させ、その後クロック信号ＣＬＫの供給を再開させ、さらにその後リセット信
号ＲＳＴの供給を再開させる。このとき、クロック信号ＣＬＫが供給される配線を高電源
電位ＶＤＤにしておき、その後クロック信号ＣＬＫの供給を再開させる。さらに、読み出
し制御信号ＲＤに従ってトランジスタ６３３がオフ状態になり、トランジスタ６３４がオ
ン状態になり、記憶回路６５２に記憶された値のデータ信号がセレクタ６５３に出力され
る。セレクタ６５３は、読み出し制御信号ＲＤに従って上記データ信号を記憶回路６５１
に出力する。これにより、電源停止期間の直前の状態に記憶回路６５１を復帰させること
ができる。

その後、通常動作期間において、再び記憶回路６５１の通常動作を行う。

以上が図１０（Ａ）に示すレジスタの駆動方法例である。

なお、レジスタは、図１０（Ａ）に示す構成に限定されない。

例えば、図１０（Ｂ）に示すレジスタは、図１０（Ａ）に示すレジスタの構成と比較して
トランジスタ６３３、トランジスタ６３４、インバータ６３６、容量素子６３７が無く、
セレクタ６５４を有する構成である。図１０（Ａ）に示すレジスタと同じ部分については
、図１０（Ａ）に示すレジスタの説明を適宜援用する。

このとき、トランジスタ６３５のソース及びドレインの一方は、セレクタ６５３の入力端
子に接続される。

また、セレクタ６５４は、書き込み制御信号ＷＥ２に従って、データとなる低電源電位Ｖ
ＳＳ又は記憶回路６５１から出力されるデータ信号を選択して、記憶回路６５２に入力す
る。

次に、図１０（Ｂ）に示すレジスタの駆動方法例について説明する。

まず、通常動作期間において、電源電圧、リセット信号ＲＳＴ、クロック信号ＣＬＫは、
レジスタに供給された状態である。このとき、セレクタ６５３は、データ信号Ｄのデータ
を記憶回路６５１に出力する。記憶回路６５１は、入力されたデータ信号Ｄのデータをク
ロック信号ＣＬＫに従って保持する。また、書き込み制御信号ＷＥ２に従いセレクタ６５
４は、低電源電位ＶＳＳを記憶回路６５２に出力する。記憶回路６５２では、書き込み制
御信号ＷＥに従いトランジスタ６３１がオン状態になり、記憶回路６５２に低電源電位Ｖ
ＳＳがデータとして記憶される。

次に、電源電圧を停止する直前のバックアップ期間において、書き込み制御信号ＷＥ２に
従いセレクタ６５４により、低電源電位ＶＳＳの供給の代わりに記憶回路６５１の出力端
子とトランジスタ６３１のソース及びドレインの一方が導通状態になる。さらに、書き込
み制御信号ＷＥに従いトランジスタ６３１がオン状態になり、記憶回路６５２にデータ信
号Ｄのデータが記憶され、トランジスタ６３１がオフ状態になる。このとき、データ信号
Ｄの電位が高電源電位ＶＤＤと同じ値のときのみ、記憶回路６５２のデータが書き換わる
。さらに、レジスタに対するクロック信号ＣＬＫの供給を停止させ、レジスタに対するリ
セット信号ＲＳＴの供給を停止させる。なお、トランジスタ６３１がオン状態のとき、ト
ランジスタ６３１のバックゲートに正電源電位を供給してもよい。

次に、電源停止期間において、レジスタに対する電源電圧の供給を停止させる。このとき
、記憶回路６５２において、トランジスタ６３１のオフ電流が低いため、データの値が保
持される。なお、高電源電位ＶＤＤの代わりに接地電位ＧＮＤを供給することにより、電
源電圧の供給を停止させるとみなすこともできる。なお、マルチプレクサにより、トラン
ジスタ６３１がオフ状態のとき、トランジスタ６３１のバックゲートに負電源電位を供給
してトランジスタのオフ状態を維持してもよい。

次に、通常動作期間に戻る直前のリカバリー期間において、レジスタに対する電源電圧の
供給を再開し、その後クロック信号ＣＬＫの供給を再開させ、さらにその後リセット信号
ＲＳＴの供給を再開させる。このとき、クロック信号ＣＬＫが供給される配線を高電源電
位ＶＤＤにしておき、その後クロック信号ＣＬＫの供給を再開させる。セレクタ６５３は
、読み出し制御信号ＲＤに従って記憶回路６５２の記憶されたデータに応じた値のデータ
信号を記憶回路６５１に出力する。これにより、電源停止期間の直前の状態に記憶回路６
５１を復帰させることができる。

その後、通常動作期間において、再び記憶回路６５１の通常動作を行う。

以上が図１０（Ｂ）に示すレジスタの駆動方法例である。

図１０（Ｂ）に示す構成にすることにより、バックアップ期間における低電源電位ＶＳＳ
であるデータの書き込みを無くすことができるため、動作を速くすることができる。

上記レジスタをレジスタ７８４乃至７８７に用いた場合、ＡｃｔｉｖｅモードからＮｏｆ
ｆ１、Ｎｏｆｆ２モードへ移行する際は、電源遮断に先立って、レジスタ７８４乃至７８
７の記憶回路６５１のデータは記憶回路６５２に書き込まれ、記憶回路６５１のデータを
初期値にリセットし、電源が遮断される。

また、Ｎｏｆｆ１、又はＮｏｆｆ２モードからＡｃｔｉｖｅへ復帰する場合、レジスタ７
８４乃至７８７に電力供給が再開されると、まず記憶回路６５１のデータが初期値にリセ
ットされる。そして、記憶回路６５２のデータが記憶回路６５１に書き込まれる。

従って、低消費電力モードでも、半導体回路２４６の処理に必要なデータがレジスタ７８
４乃至７８７で保持されているため、半導体回路２４６を低消費電力モードからＡｃｔｉ
ｖｅモードへ直ちに復帰させることが可能になる。よって、半導体回路２４６の消費電力
を低減させることができる。

［実施の形態４．メモリ］
本発明の一態様に適用可能なメモリの例について説明する。該メモリは、例えば図９に示
すメモリ７１２に適用することもできる。

［４．１．ＳＲＡＭ］
ここでは、インバータの回路を応用したフリップフロップで構成するメモリである、ＳＲ
ＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）について説明する。

ＳＲＡＭはフリップフロップを用いてデータを保持するため、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ
Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）とは異なり、リフレッシュ動作が不要で
ある。そのため、データの保持時の消費電力を抑えることができる。また、容量素子を用
いないため、高速動作の求められる用途に好適である。

図１１は、本発明の一態様に係るＳＲＡＭのメモリセルに対応する回路図である。なお、
図１１には一つのメモリセルのみを示すが、当該メモリセルを複数配置したメモリセルア
レイに適用しても構わない。

図１１に示すメモリセルは、トランジスタＴｒ１ｅと、トランジスタＴｒ２ｅと、トラン
ジスタＴｒ３ｅと、トランジスタＴｒ４ｅと、トランジスタＴｒ５ｅと、トランジスタＴ
ｒ６ｅと、を有する。トランジスタＴｒ１ｅ及びトランジスタＴｒ２ｅはｐチャネル型ト
ランジスタであり、トランジスタＴｒ３ｅ及びトランジスタＴｒ４ｅはｎチャネル型トラ
ンジスタである。トランジスタＴｒ１ｅのゲートは、トランジスタＴｒ２ｅのドレイン、
トランジスタＴｒ３ｅのゲート、トランジスタＴｒ４ｅのドレイン、並びにトランジスタ
Ｔｒ６ｅのソース及びドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタＴｒ１ｅのソ
ースには高電源電位ＶＤＤが与えられる。トランジスタＴｒ１ｅのドレインは、トランジ
スタＴｒ２ｅのゲート、トランジスタＴｒ３ｅのドレイン及びトランジスタＴｒ５ｅのソ
ース及びドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタＴｒ２ｅのソースには高電
源電位ＶＤＤが与えられる。トランジスタＴｒ３ｅのソースには接地電位ＧＮＤが与えら
れる。トランジスタＴｒ３ｅのバックゲートはバックゲート線ＢＧＬに電気的に接続され
る。トランジスタＴｒ４ｅのソースには接地電位ＧＮＤが与えられる。トランジスタＴｒ
４ｅのバックゲートはバックゲート線ＢＧＬに電気的に接続される。トランジスタＴｒ５
ｅのゲートはワード線ＷＬに電気的に接続される。トランジスタＴｒ５ｅのソース及びド
レインの他方はビット線ＢＬＢに電気的に接続される。トランジスタＴｒ６ｅのゲートは
ワード線ＷＬに電気的に接続される。トランジスタＴｒ６ｅのソース及びドレインの他方
はビット線ＢＬに電気的に接続される。

なお、本実施形態では、トランジスタＴｒ５ｅ及びトランジスタＴｒ６ｅとしてｎチャネ
ル型トランジスタを適用した例を示す。ただし、トランジスタＴｒ５ｅ及びトランジスタ
Ｔｒ６ｅは、ｎチャネル型トランジスタに限定されず、ｐチャネル型トランジスタを適用
することもできる。その場合、後に示す書き込み、保持及び読み出しの方法も適宜変更す
ればよい。

このように、トランジスタＴｒ１ｅ及びトランジスタＴｒ３ｅを有するインバータと、ト
ランジスタＴｒ２ｅ及びトランジスタＴｒ４ｅを有するインバータとをリング接続するこ
とで、フリップフロップが構成される。

ｐチャネル型トランジスタとしては、例えばシリコンを用いたトランジスタを適用すれば
よい。ただし、ｐチャネル型トランジスタは、シリコンを用いたトランジスタに限定され
ない。また、ｎチャネル型トランジスタとしては、先の実施形態で示した酸化物半導体膜
を用いたトランジスタを用いればよい。

本実施形態では、トランジスタＴｒ３ｅ及びトランジスタＴｒ４ｅとして、先の実施形態
で示した酸化物半導体膜を用いたトランジスタを適用する。当該トランジスタは、オフ電
流が極めて小さいため、貫通電流も極めて小さくなる。

なお、トランジスタＴｒ１ｅ及びトランジスタＴｒ２ｅとして、ｐチャネル型トランジス
タに代えて、ｎチャネル型トランジスタを適用することもできる。トランジスタＴｒ１ｅ
及びトランジスタＴｒ２ｅとしてｎチャネル型トランジスタを用いる場合、デプレッショ
ン型トランジスタを適用すればよい。

図１１に示したメモリセルの書き込み、保持及び読み出しについて以下に説明する。

書き込み時は、まずビット線ＢＬ及びビット線ＢＬＢにデータ０又はデータ１に対応する
電位を印加する。

例えば、データ１を書き込みたい場合、ビット線ＢＬを高電源電位ＶＤＤ、ビット線ＢＬ
Ｂを接地電位ＧＮＤとする。次に、ワード線ＷＬにトランジスタＴｒ５ｅ、トランジスタ
Ｔｒ６ｅのしきい値電圧に高電源電位ＶＤＤを加えた電位以上の電位（ＶＨ）を印加する
。

次に、ワード線ＷＬの電位をトランジスタＴｒ５ｅ、トランジスタＴｒ６ｅのしきい値電
圧未満とすることで、フリップフロップに書き込んだデータ１が保持される。ＳＲＡＭの
場合、データの保持で流れる電流はトランジスタのリーク電流のみとなる。ここで、ＳＲ
ＡＭを構成するトランジスタの一部に上記オフ電流の低いトランジスタを適用することに
より、データ保持のための待機電力を小さくすることができる。

読み出し時は、あらかじめビット線ＢＬ及びビット線ＢＬＢを高電源電位ＶＤＤとする。
次に、ワード線ＷＬにＶＨを印加することで、ビット線ＢＬは高電源電位ＶＤＤのまま変
化しないが、ビット線ＢＬＢはトランジスタＴｒ５ｅ及びトランジスタＴｒ３ｅを介して
放電し、接地電位ＧＮＤとなる。このビット線ＢＬとビット線ＢＬＢとの電位差をセンス
アンプ（図示せず）にて増幅することにより保持されたデータ１を読み出すことができる
。

なお、データ０を書き込みたい場合は、ビット線ＢＬを接地電位ＧＮＤ、ビット線ＢＬＢ
を高電源電位ＶＤＤとし、その後にワード線ＷＬにＶＨを印加すればよい。次に、ワード
線ＷＬの電位をトランジスタＴｒ５ｅ、トランジスタＴｒ６ｅのしきい値電圧未満とする
ことで、フリップフロップに書き込んだデータ０が保持される。読み出し時は、あらかじ
めビット線ＢＬ及びビット線ＢＬＢを高電源電位ＶＤＤとし、ワード線ＷＬにＶＨを印加
することで、ビット線ＢＬＢは高電源電位ＶＤＤのまま変化しないが、ビット線ＢＬはト
ランジスタＴｒ６ｅ及びトランジスタＴｒ４ｅを介して放電し、接地電位ＧＮＤとなる。
このビット線ＢＬとビット線ＢＬＢとの電位差をセンスアンプにて増幅することにより保
持されたデータ０を読み出すことができる。

以上の態様により、待機電力の小さいＳＲＡＭを提供することができる。

［４．２．ＤＯＳＲＡＭ］
酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、オフ電流を極めて小さくすることができる。す
なわち、当該トランジスタを介した電荷のリークが起こりにくい電気特性を有する。以下
では、既知のメモリと比べ、機能的に優れたメモリとして、このような電気特性を有する
トランジスタを適用したＤＯＳＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）について説明する。ＤＯＳＲ
ＡＭとは、上記オフ電流の低いトランジスタを、メモリセルの選択トランジスタ（スイッ
チング素子としてのトランジスタ）に用いたメモリを指す。

まず、メモリについて、図１２を参照して説明する。ここで、図１２（Ａ）はメモリのメ
モリセルアレイを示す回路図である。図１２（Ｂ）はメモリセルの回路図である。

図１２（Ａ）に示すメモリセルアレイは、メモリセル１０５０と、ビット線１０５１と、
ワード線１０５２と、容量線１０５３と、センスアンプ１０５４と、をそれぞれ複数有す
る。

なお、ビット線１０５１及びワード線１０５２がグリッド状に設けられ、各メモリセル１
０５０はビット線１０５１及びワード線１０５２の交点に付き一つずつ配置される。ビッ
ト線１０５１はセンスアンプ１０５４と接続され、ビット線１０５１の電位をデータとし
て読み出す機能を有する。

図１２（Ｂ）より、メモリセル１０５０は、トランジスタ１０５５と、キャパシタ１０５
６と、を有する。また、トランジスタ１０５５のゲートはワード線１０５２と電気的に接
続される。トランジスタ１０５５のソースはビット線１０５１と電気的に接続される。ト
ランジスタ１０５５のドレインはキャパシタ１０５６の一端と電気的に接続される。キャ
パシタ１０５６の他端は容量線１０５３に電気的に接続される。

図１３は、メモリの斜視図である。図１３に示すメモリは上部に記憶回路としてメモリセ
ルを複数含む、メモリセルアレイ（メモリセルアレイ３４００ａ乃至メモリセルアレイ３
４００ｎ（ｎは２以上の整数））を複数層有し、下部にメモリセルアレイ３４００ａ乃至
メモリセルアレイ３４００ｎを動作させるために必要な論理回路３００４を有する。

キャパシタ１０５６に保持された電圧は、トランジスタ１０５５のリークによって時間が
経つと徐々に低減していく。当初Ｖ０からＶ１まで充電された電圧は、時間が経過すると
ｄａｔａ１を読み出す限界点であるＶＡまで低減する。この期間を保持期間Ｔ＿１とする
。すなわち、２値メモリセルの場合、保持期間Ｔ＿１の間にリフレッシュをする必要があ
る。

例えば、トランジスタ１０５５のオフ電流が十分小さくない場合、キャパシタ１０５６に
保持された電圧の時間変化が大きいため、保持期間Ｔ＿１が短くなる。従って、頻繁にリ
フレッシュをする必要がある。リフレッシュの頻度が高まると、メモリの消費電力が高ま
ってしまう。

本実施形態では、トランジスタ１０５５のオフ電流が極めて小さいため、保持期間Ｔ＿１
を極めて長くすることができる。すなわち、リフレッシュの頻度を少なくすることが可能
となるため、消費電力を低減することができる。例えば、オフ電流が１×１０^−２１Ａか
ら１×１０^−２５Ａであるトランジスタ１０５５でメモリセルを構成すると、電力を供給
せずに数日間から数十年間に渡ってデータを保持することが可能となる。

以上のように、本発明の一態様によって、集積度が高く、消費電力の小さいメモリを得る
ことができる。

［４．３．ＮＯＳＲＡＭ］
次に、図１１及び図１３に示すメモリとは異なるメモリとして、ＮＯＳＲＡＭ（Ｎｏｎ−
ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅ
ｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）について説明する。ＮＯＳＲＡＭとは、上記オフ電流の低いトラン
ジスタを、メモリセルの選択トランジスタ（スイッチング素子としてのトランジスタ）に
用い、シリコン材料などを用いたトランジスタをメモリセルの出力トランジスタに用いた
メモリを指す。

図１４（Ａ）はメモリを構成するメモリセル及び配線を含む回路図である。また、図１４
（Ｂ）は図１４（Ａ）に示すメモリセルの電気特性を示す図である。

図１４（Ａ）より、メモリセルは、トランジスタ１０７１と、トランジスタ１０７２と、
キャパシタ１０７３とを有する。ここで、トランジスタ１０７１のゲートはワード線１０
７６と電気的に接続される。トランジスタ１０７１のソースはソース線１０７４と電気的
に接続される。トランジスタ１０７１のドレインはトランジスタ１０７２のゲート及びキ
ャパシタ１０７３の一端と電気的に接続され、この部分をノード１０７９とする。トラン
ジスタ１０７２のソースはソース線１０７５と電気的に接続される。トランジスタ１０７
２のドレインはドレイン線１０７７と電気的に接続される。キャパシタ１０７３の他端は
容量線１０７８と電気的に接続される。

なお、図１４に示すメモリは、ノード１０７９の電位に応じて、トランジスタ１０７２の
見かけ上のしきい値電圧が変動することを利用したものである。例えば、図１４（Ｂ）は
容量線１０７８の電圧Ｖ_ＣＬと、トランジスタ１０７２を流れるドレイン電流Ｉ_ｄ＿２と
の関係を説明する図である。

なお、トランジスタ１０７１を介してノード１０７９の電位を調整することができる。例
えば、ソース線１０７４の電位を高電源電位ＶＤＤとする。このとき、ワード線１０７６
の電位をトランジスタ１０７１のしきい値電圧Ｖｔｈに高電源電位ＶＤＤを加えた電位以
上とすることで、ノード１０７９の電位をＨＩＧＨにすることができる。また、ワード線
１０７６の電位をトランジスタ１０７１のしきい値電圧Ｖｔｈ以下とすることで、ノード
１０７９の電位をＬＯＷにすることができる。

そのため、トランジスタ１０７２は、ＬＯＷで示したＶ_ＣＬ−Ｉ_ｄ＿２カーブと、ＨＩＧ
Ｈで示したＶ_ＣＬ−Ｉ_ｄ＿２カーブのいずれかの電気特性となる。すなわち、ＬＯＷでは
、Ｖ_ＣＬ＝０ＶにてＩ_ｄ＿２が小さいため、データ０となる。また、ＨＩＧＨでは、Ｖ_Ｃ
Ｌ＝０ＶにてＩ_ｄ＿２が大きいため、データ１となる。このようにして、データを記憶す
ることができる。

トランジスタ１０７１としてオフ電流の低いトランジスタを用いることにより、データの
保持時間を長くすることができる。トランジスタ１０７２を用いることにより、データを
読み出す際にデータが失われないため、繰り返しデータを読み出すことができる。

［実施の形態５．半導体装置の構造例］
制御システム、蓄電システムなどに用いられる半導体装置の構造例について説明する。

［５．１．トランジスタの構造］
まず、半導体装置に適用可能なトランジスタの構造例について説明する。

トランジスタの構造は、特に限定されず任意の構造とすることができる。トランジスタの
構造として、例えば、以下に説明するボトムゲート構造のスタガ型やプレーナ型などを用
いることができる。また、トランジスタはチャネル形成領域が１つ形成されるシングルゲ
ート構造でも、２つ形成されるダブルゲート構造若しくは３つ形成されるトリプルゲート
構造などのマルチゲート構造であってもよい。また、チャネル形成領域の上下にゲート絶
縁膜を介して配置された２つのゲート電極を有する構造（本明細書においては、これをデ
ュアルゲート構造という）でもよい。また、チャネルエッチ型、チャネル保護型のトラン
ジスタとしてもよい。

［５．１．１．ボトムゲート構造］
図１５に、ボトムゲート型トランジスタの一種であるボトムゲートトップコンタクト構造
のトランジスタ４２１の構成例を示す。図１５（Ａ）は、トランジスタ４２１の平面図で
あり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）中の一点鎖線Ａ１−Ａ２における断面図であり、図
１５（Ｃ）は、図１５（Ａ）中の一点鎖線Ｂ１−Ｂ２における断面図である。

トランジスタ４２１は、絶縁表面を有する基板４００上に設けられたゲート電極４０１と
、ゲート電極４０１上に設けられたゲート絶縁膜４０２と、ゲート絶縁膜４０２を介して
ゲート電極４０１と重畳する酸化物膜４０４と、酸化物膜４０４と接して設けられたソー
ス電極４０５ａ及びドレイン電極４０５ｂと、を有する。また、ソース電極４０５ａ及び
ドレイン電極４０５ｂを覆い、酸化物膜４０４と接するように絶縁膜４０６が設けられて
いる。なお、基板４００は、他の素子が形成された被素子形成基板であってもよい。

なお、酸化物膜４０４のうち、ソース電極４０５ａ及びドレイン電極４０５ｂに接する領
域にｎ型化領域４０３を有していてもよい。

［５．１．２．トップゲート構造］
図１６（Ａ）に、トップゲート構造のトランジスタ４２２を示す。

トランジスタ４２２は、絶縁表面を有する基板４００上に設けられた絶縁膜４０８と、絶
縁膜４０８上に設けられた酸化物膜４０４と、酸化物膜４０４に接して設けられたソース
電極４０５ａ及びドレイン電極４０５ｂと、酸化物膜４０４、ソース電極４０５ａ及びド
レイン電極４０５ｂ上に設けられたゲート絶縁膜４０９と、ゲート絶縁膜４０９を介して
酸化物膜４０４と重畳するゲート電極４１０と、を有する。

なお、酸化物膜４０４のうち、ソース電極４０５ａ及びドレイン電極４０５ｂに接する領
域にｎ型化領域４０３を有していてもよい。

［５．１．３．デュアルゲート構造］
図１６（Ｂ）に、チャネル形成領域の上下にゲート絶縁膜を介して配置された２つのゲー
ト電極を有する、デュアルゲート構造のトランジスタ４２３を示す。

トランジスタ４２３は、絶縁表面を有する基板４００上に設けられたゲート電極４０１と
、ゲート電極４０１上に設けられたゲート絶縁膜４０２と、ゲート絶縁膜４０２を介して
ゲート電極４０１と重畳する酸化物膜４０４と、酸化物膜４０４と接して設けられたソー
ス電極４０５ａ及びドレイン電極４０５ｂと、ソース電極４０５ａ及びドレイン電極４０
５ｂを覆い、酸化物膜４０４と接するゲート絶縁膜４０９と、ゲート絶縁膜４０９を介し
て酸化物膜４０４と重畳するゲート電極４１０と、を有する。

なお、酸化物膜４０４のうち、ソース電極４０５ａ及びドレイン電極４０５ｂに接する領
域にｎ型化領域４０３を有していてもよい。

［５．２．トランジスタの構成要素］
トランジスタの各構成要素について説明する。

［５．２．１．導電膜］
ゲート電極４０１及びゲート電極４１０としては、例えばＡｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ
、Ｍｏ、Ｗなどを有する層を用いることができる。

ソース電極４０５ａ及びドレイン電極４０５ｂとしては、例えばＡｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ
、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどを有する層を用いることができる。

［５．２．２．絶縁膜］
ゲート絶縁膜４０２、絶縁膜４０６、ゲート絶縁膜４０９としては、例えば酸化シリコン
膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化ガリウム膜、酸化
アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、又は酸化窒化アルミニウム膜を用いることができ
る。

また、酸素が多く含まれる成膜条件で絶縁膜を成膜することにより、過剰酸素を含む絶縁
膜を形成できる。また、より多くの過剰酸素を絶縁膜に含ませたい場合には、イオン注入
法やイオンドーピング法やプラズマ処理によって酸素を添加すればよい。これにより、酸
化物膜に酸素を供給することができる。

［５．２．３．酸化物膜］
さらに、酸化物膜４０４に適用可能な材料について説明する。

酸化物膜４０４としては、例えばＩｎ系金属酸化物、Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ系金
属酸化物、又はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物などの膜を適用することができる。

Ｉｎは、例えば酸化物膜４０４の導電性を高める機能を有していてもよい。例えば、Ｉｎ
を入れることにより、酸化物膜４０４のキャリア移動度を向上させることができる。

又は、上記Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物に含まれるＧａの一部若しくは全部の代わりに
他の金属元素を含む金属酸化物を用いてもよい。上記他の金属元素としては、例えばガリ
ウムよりも多くの酸素原子と結合が可能な金属元素を用いればよく、例えばチタン、ジル
コニウム、ハフニウム、ゲルマニウム、及び錫のいずれか一つ又は複数の元素を用いれば
よい。また、上記他の金属元素としては、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム
、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム
、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムのいずれか一つ又は複数の元
素を用いればよい。これらの金属元素は、スタビライザーとしての機能を有し、酸化物膜
中での酸素欠損の発生を抑制する機能を有していてもよい。なお、これらの金属元素の添
加量は、金属酸化物が半導体として機能することが可能な量である。ガリウムよりも多く
の酸素原子と結合が可能な金属元素を用い、さらには金属酸化物中に酸素を供給すること
により、金属酸化物中の酸素欠陥を少なくすることができる。

Ｚｎは、例えば酸化物膜を結晶化させやすくする機能を有していてもよい。

酸化物膜中の水素濃度は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ
Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）において、２×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以
下、好ましくは５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１９ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすること
ができる。

また、酸化物膜中の窒素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未
満、好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１８ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすること
ができる。

また、酸化物膜中の炭素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未
満、好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１８ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすること
ができる。

また、酸化物膜中のシリコン濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ
^３未満、好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１８
ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする
ことができる。

また、酸化物膜中のナトリウム濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０^１６ｃｍ^−３以下、
好ましくは１×１０１６ｃｍ^−３以下、さらに好ましくは１×１０^１５ｃｍ^−３以下とす
ることができる。また、酸化物膜中のリチウム濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０^１５
ｃｍ^−３以下、好ましくは１×１０^１５ｃｍ^−３以下とすることができる。また、酸化物
膜中のカリウム濃度は、５×１０^１５ｃｍ^−３以下、好ましくは１×１０^１５ｃｍ^−３以
下とすることができる。

また、酸化物膜では、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉ
ｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析によるｍ／ｚが２（水素分子など）である気体分
子（原子）、ｍ／ｚが１８である気体分子（原子）、ｍ／ｚが２８である気体分子（原子
）及びｍ／ｚが４４である気体分子（原子）の放出量が、それぞれ１×１０^１９個／ｃｍ
^３以下、好ましくは１×１０^１８個／ｃｍ^３以下であることが好ましい。

酸化物膜４０４には、例えば酸化物半導体膜を用いることができる。

酸化物半導体膜は、例えば非単結晶を有してもよい。非単結晶は、例えば、ＣＡＡＣ（Ｃ
Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、多結晶、微結晶、非晶質部を有する。
非晶質部は、微結晶、ＣＡＡＣよりも欠陥準位密度が高い。また、微結晶は、ＣＡＡＣよ
りも欠陥準位密度が高い。なお、ＣＡＡＣを有する酸化物半導体を、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ
Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒ）と呼ぶ。

酸化物半導体膜は、例えばＣＡＡＣ−ＯＳを有してもよい。ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、
ｃ軸配向し、ａ軸又は／及びｂ軸はマクロに揃っていない酸化物半導体を有している。

［実施の形態６．蓄電装置］
蓄電装置の一例として、以下にリチウムイオン二次電池に代表される非水系二次電池につ
いて説明する。

［６．１．正極］
まず、蓄電装置の正極について、図１７を参照して説明する。

正極６０００は、正極集電体６００１と、正極集電体６００１上に塗布法、ＣＶＤ法、又
はスパッタリング法等により形成された正極活物質層６００２などにより構成される。図
１７（Ａ）においては、シート状（又は帯状）の正極集電体６００１の両面に正極活物質
層６００２を設けた例を示しているが、これに限られず、正極活物質層６００２は、正極
集電体６００１の一方の面にのみ設けてもよい。また、図１７（Ａ）においては、正極活
物質層６００２は、正極集電体６００１上の全域に設けているが、これに限られず、正極
集電体６００１の一部上に設けても良い。例えば、正極集電体６００１と正極タブとが接
続する部分には、正極活物質層６００２を設けない構成とするとよい。

正極集電体６００１には、ステンレス、金、白金、亜鉛、鉄、銅、アルミニウム、チタン
等の金属、及びこれらの合金など、導電性の高く、リチウム等のキャリアイオンと合金化
しない材料を用いることができる。また、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、
モリブデンなどの耐熱性を向上させる元素が添加されたアルミニウム合金を用いることが
できる。また、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素で形成してもよい。シ
リコンと反応してシリサイドを形成する金属元素としては、ジルコニウム、チタン、ハフ
ニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト
、ニッケル等がある。正極集電体６００１は、箔状、板状（シート状）、網状、パンチン
グメタル状、エキスパンドメタル状等の形状を適宜用いることができる。正極集電体６０
０１は、厚みが１０μｍ以上３０μｍ以下のものを用いるとよい。

図１７（Ｂ）は、正極活物質層６００２の縦断面を示した模式図である。正極活物質層６
００２は、粒状の正極活物質６００３と、導電助剤としてのグラフェン６００４と、バイ
ンダ６００５（結着剤）とを含む。

導電助剤としては、後述するグラフェンの他、アセチレンブラック（ＡＢ）やケッチェン
ブラック、グラファイト（黒鉛）粒子、カーボンナノチューブなどを用いることができる
が、ここでは一例として、グラフェン６００４を用いた正極活物質層６００２について説
明する。

正極活物質６００３は、原料化合物を所定の比率で混合し焼成した焼成物を、適当な手段
により粉砕、造粒及び分級した、平均粒径や粒径分布を有する二次粒子からなる粒状の正
極活物質である。このため、図１７（Ｂ）においては、正極活物質６００３を模式的に球
で示しているが、この形状に限られるものではない。

正極活物質６００３としては、リチウムイオン等のキャリアイオンの挿入及び脱離が可能
な材料であればよい。

例えば、オリビン型構造のリチウム含有複合リン酸塩（一般式ＬｉＭＰＯ_４（Ｍは、Ｆｅ
（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）の一以上））を用いることができ
る。一般式ＬｉＭＰＯ_４の代表例としては、ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＮｉＰＯ_４、ＬｉＣｏ
ＰＯ_４、ＬｉＭｎＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＮｉ_ｂＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＣｏ_ｂＰＯ_４、ＬｉＦｅ
_ａＭｎ_ｂＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ａＣｏ_ｂＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ａＭｎ_ｂＰＯ_４（ａ＋ｂは１以下、
０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１）、ＬｉＦｅ_ｃＮｉ_ｄＣｏ_ｅＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ｃＮｉ_ｄＭｎ_ｅＰ
Ｏ_４、ＬｉＮｉ_ｃＣｏ_ｄＭｎ_ｅＰＯ_４（ｃ＋ｄ＋ｅは１以下、０＜ｃ＜１、０＜ｄ＜１、
０＜ｅ＜１）、ＬｉＦｅ_ｆＮｉ_ｇＣｏ_ｈＭｎ_ｉＰＯ_４（ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉは１以下、０＜ｆ
＜１、０＜ｇ＜１、０＜ｈ＜１、０＜ｉ＜１）等のリチウム化合物を正極活物質として用
いることができる。

又は、一般式Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭＳｉＯ_４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（Ｉ
Ｉ）、Ｎｉ（ＩＩ）の一以上、０≦ｊ≦２）等のリチウム含有複合ケイ酸塩を用いること
ができる。一般式Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭＳｉＯ_４の代表例としては、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＦｅＳｉ
Ｏ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＮｉＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＣｏＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｍｎ
ＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＮｉ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＣｏ_ｌＳｉＯ_４
、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＭｎ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｋＣｏ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（
２−ｊ）}Ｎｉ_ｋＭｎ_ｌＳｉＯ_４（ｋ＋ｌは１以下、０＜ｋ＜１、０＜ｌ＜１）、Ｌｉ_{（２
−ｊ）}Ｆｅ_ｍＮｉ_ｎＣｏ_ｑＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｍＮｉ_ｎＭｎ_ｑＳｉＯ_４、Ｌｉ
_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｍＣｏ_ｎＭｎ_ｑＳｉＯ_４（ｍ＋ｎ＋ｑは１以下、０＜ｍ＜１、０＜ｎ＜１
、０＜ｑ＜１）、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｒＮｉ_ｓＣｏ_ｔＭｎ_ｕＳｉＯ_４（ｒ＋ｓ＋ｔ＋ｕは
１以下、０＜ｒ＜１、０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１、０＜ｕ＜１）等の化合物を正極活物質と
して用いることができる。

また、層状岩塩型の結晶構造を有する、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、ＬｉＮｉ
Ｏ_２、ＬｉＭｎＯ_２、Ｌｉ_２ＭｎＯ_３、ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．２Ｏ_２等のＮｉＣｏ系（
一般式は、ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_１−ｘＯ_２（０＜ｘ＜１））、ＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_０．５Ｏ_２
等のＮｉＭｎ系（一般式は、ＬｉＮｉ_ｘＭｎ_１−ｘＯ_２（０＜ｘ＜１））、ＬｉＮｉ_１／
３Ｍｎ_１／３Ｃｏ_１／３Ｏ_２等のＮｉＭｎＣｏ系（ＮＭＣともいう。一般式は、ＬｉＮｉ
_ｘＭｎ_ｙＣｏ_{１−ｘ−ｙ}Ｏ_２（ｘ＞０、ｙ＞０、ｘ＋ｙ＜１））などのリチウム含有材料
を用いることができる。

また、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等のスピネル型の結晶構造を有する活物質、ＬｉＭＶＯ_４等の逆ス
ピネル型の結晶構造を有する活物質等、その他種々の化合物を用いることができる。

なお、キャリアイオンが、リチウムイオン以外のアルカリ金属イオンや、アルカリ土類金
属イオンの場合、正極活物質６００３として、上記化合物や酸化物において、リチウムの
代わりに、アルカリ金属（例えば、ナトリウムやカリウム等）、アルカリ土類金属（例え
ば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ベリリウム、マグネシウム等）を用いても
よい。

なお、図示しないが、正極活物質６００３の表面に炭素層を設けてもよい。炭素層を設け
ることで、電極の導電性を向上させることができる。正極活物質６００３への炭素層の被
覆は、正極活物質の焼成時にグルコース等の炭水化物を混合することで形成することがで
きる。

また、導電助剤として正極活物質層６００２に添加するグラフェン６００４は、酸化グラ
フェンに還元処理を行うことによって形成することができる。

ここで、本明細書においてグラフェンは、単層のグラフェン、又は２層以上１００層以下
の多層グラフェンを含むものである。単層グラフェンとは、π結合を有する１原子層の炭
素分子のシートのことをいう。また、酸化グラフェンとは、上記グラフェンが酸化された
化合物のことをいう。なお、酸化グラフェンを還元してグラフェンを形成する場合、酸化
グラフェンに含まれる酸素は全て脱離されずに、一部の酸素はグラフェンに残存する。グ
ラフェンに酸素が含まれる場合、酸素の割合は、ＸＰＳで測定した場合にグラフェン全体
の２ａｔｏｍｉｃ％以上２０ａｔｏｍｉｃ％以下、好ましくは３ａｔｏｍｉｃ％以上１５
ａｔｏｍｉｃ％以下である。

ここで、グラフェンが多層グラフェンである場合、酸化グラフェンを還元したグラフェン
を有することで、グラフェンの層間距離は０．３４ｎｍ以上０．５ｎｍ以下、好ましくは
０．３８ｎｍ以上０．４２ｎｍ以下、さらに好ましくは０．３９ｎｍ以上０．４１ｎｍ以
下である。通常のグラファイトは、単層グラフェンの層間距離が０．３４ｎｍであり、本
発明の一態様に係る蓄電装置に用いるグラフェンの方が、その層間距離が長いため、多層
グラフェンの層間におけるキャリアイオンの移動が容易となる。

酸化グラフェンは、例えばＨｕｍｍｅｒｓ法とよばれる酸化法を用いて作製することがで
きる。

Ｈｕｍｍｅｒｓ法は、グラファイト粉末に、過マンガン酸カリウムの硫酸溶液、過酸化水
素水等を加えて酸化反応させて酸化グラファイトを含む分散液を作製する。酸化グラファ
イトは、グラファイトの炭素の酸化により、エポキシ基、カルボニル基、カルボキシル基
、ヒドロキシル基等の官能基が結合する。このため、複数のグラフェンの層間距離がグラ
ファイトと比較して長くなり、層間の分離による薄片化が容易となる。次に、酸化グラフ
ァイトを含む混合液に、超音波振動を加えることで、層間距離が長い酸化グラファイトを
劈開し、酸化グラフェンを分離するとともに、酸化グラフェンを含む分散液を作製するこ
とができる。そして、酸化グラフェンを含む分散液から溶媒を取り除くことで、粉末状の
酸化グラフェンを得ることができる。

なお、酸化グラフェンの作製は過マンガン酸カリウムの硫酸溶液を用いたＨｕｍｍｅｒｓ
法に限られず、例えば硝酸、塩素酸カリウム、硝酸ナトリウム、過マンガン酸カリウム等
を使用するＨｕｍｍｅｒｓ法、又はＨｕｍｍｅｒｓ法以外の酸化グラフェンの作製方法を
適宜用いてもよい。

また、酸化グラファイトの薄片化は、超音波振動の付加の他、マイクロ波やラジオ波、又
は熱プラズマの照射や、物理的応力の付加により行ってもよい。

作製した酸化グラフェンは、エポキシ基、カルボニル基、カルボキシル基、ヒドロキシル
基等を有する。酸化グラフェンはＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン、１−メチル−２−ピロ
リドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどともいう。）に代表される極性溶媒の中におい
ては、官能基中の酸素がマイナスに帯電するため、ＮＭＰと相互作用する一方で異なる酸
化グラフェンどうしとは反発し、凝集しにくい。このため、極性溶媒中においては、酸化
グラフェンが均一に分散しやすい。

また、酸化グラフェンの一辺の長さ（フレークサイズともいう。）は一辺の長さが５０ｎ
ｍ以上１００μｍ以下、好ましくは８００ｎｍ以上２０μｍ以下とするとよい。

図１７（Ｂ）に示す正極活物質層６００２の断面図のように、複数の粒状の正極活物質６
００３は、複数のグラフェン６００４によって被覆されている。一枚のシート状のグラフ
ェン６００４は、複数の粒状の正極活物質６００３と接続する。特に、グラフェン６００
４がシート状であるため、粒状の正極活物質６００３の表面の一部を包むように面接触す
ることができる。正極活物質と点接触するアセチレンブラック等の粒状の導電助剤と異な
り、グラフェン６００４は接触抵抗の低い面接触を可能とするものであるから、導電助剤
の量を増加させることなく、粒状の正極活物質６００３とグラフェン６００４との電子伝
導性を向上させることができる。

また、複数のグラフェン６００４どうしも面接触している。これはグラフェン６００４の
形成に、極性溶媒中での分散性が極めて高い酸化グラフェンを用いるためである。均一に
分散した酸化グラフェンを含有する分散媒から溶媒を揮発除去し、酸化グラフェンを還元
してグラフェンとするため、正極活物質層６００２に残留するグラフェン６００４は部分
的に重なり合い、互いに面接触する程度に分散していることで電子伝導の経路を形成して
いる。

また、グラフェン６００４の一部は複数の正極活物質６００３の間に設けられ、三次元的
に配置されるように形成されている。また、グラフェン６００４は炭素分子の単層又はこ
れらの積層で構成される極めて薄い膜（シート）であるため、個々の粒状の正極活物質６
００３の表面をなぞるようにその表面の一部を覆って接触しており、正極活物質６００３
と接していない部分は複数の粒状の正極活物質６００３の間で撓み、皺となり、あるいは
引き延ばされて張った状態を呈する。

従って、複数のグラフェン６００４により正極６０００中に電子伝導のネットワークを形
成している。このため正極活物質６００３どうしの電気伝導の経路が維持されている。以
上のことから、塗布法であれば、均一に分散した酸化グラフェンを含有する分散媒を塗布
、乾燥後に還元して得られるグラフェンを導電助剤として用いることで、高い電子伝導性
を有する正極活物質層６００２を形成することができる。

また、正極活物質６００３とグラフェン６００４との接触点を増やすために、導電助剤の
添加量を増加させなくてもよいため、正極活物質６００３の正極活物質層６００２におけ
る比率を増加させることができる。これにより、二次電池の放電容量を増加させることが
できる。

粒状の正極活物質６００３の一次粒子の平均粒径は、５００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎ
ｍ以上５００ｎｍ以下のものを用いるとよい。この粒状の正極活物質６００３の複数と面
接触するために、グラフェン６００４は一辺の長さが５０ｎｍ以上１００μｍ以下、好ま
しくは８００ｎｍ以上２０μｍ以下であると好ましい。

また、正極活物質層６００２に含まれるバインダ（結着剤）には、代表的なポリフッ化ビ
ニリデン（ＰＶＤＦ）の他、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルクロ
ライド、エチレンプロピレンジエンポリマー、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニト
リル−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリ
エチレン、ニトロセルロース等を用いることができる。

以上に示した正極活物質層６００２は、正極活物質６００３、導電助剤としてのグラフェ
ン６００４及びバインダを、正極活物質層６００２の総量に対して、それぞれ正極活物質
を９０ｗｔ％以上９４ｗｔ％以下、グラフェンを１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、バインダを
１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下の割合で含有することが好ましい。

［６．２．負極］
次に、蓄電装置の負極について、図１８を参照して説明する。

負極６１００は、負極集電体６１０１と、負極集電体６１０１上に塗布法、ＣＶＤ法、又
はスパッタリング法等により形成された負極活物質層６１０２などにより構成される。図
１８（Ａ）においては、シート状（又は帯状）の負極集電体６１０１の両面に負極活物質
層６１０２を設けた例を示しているが、これに限られず、負極活物質層６１０２は、負極
集電体６１０１の一方の面にのみ設けてもよい。また、図１８（Ａ）においては、負極活
物質層６１０２は、負極集電体６１０１上の全域に設けているが、これに限られず、負極
集電体６１０１の一部上に設けても良い。例えば、負極集電体６１０１と負極タブとが接
続する部分には、負極活物質層６１０２を設けない構成とするとよい。

負極集電体６１０１には、ステンレス、金、白金、亜鉛、鉄、銅、チタン等の金属、及び
これらの合金など、導電性の高く、リチウム等のキャリアイオンと合金化しない材料を用
いることができる。また、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素で形成して
もよい。シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素としては、ジルコニウム、チ
タン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン
、コバルト、ニッケル等がある。負極集電体６１０１は、箔状、板状（シート状）、網状
、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状等の形状を適宜用いることができる。負極
集電体６１０１は、厚みが１０μｍ以上３０μｍ以下のものを用いるとよい。

図１８（Ｂ）は、負極活物質層６１０２の一部の断面を模式的に示した図である。ここで
は負極活物質層６１０２に、負極活物質６１０３とバインダ６１０５（結着剤）を有する
例を示すが、これに限られず、少なくとも負極活物質６１０３を有していればよい。

負極活物質６１０３は、金属の溶解・析出、又は金属イオンの挿入・脱離が可能な材料で
あれば、特に限定されない。負極活物質６１０３の材料としては、リチウム金属の他、蓄
電分野に一般的な炭素材である黒鉛を用いることができる。黒鉛は、低結晶性炭素として
軟質炭素や硬質炭素等が挙げられ、高結晶性炭素として、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、熱分
解炭素、液晶ピッチ系炭素繊維、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、液晶ピッチ
、石油又は石炭系コークス等が挙げられる。

また、負極活物質６１０３には上述の材料の他、キャリアイオンとの合金化、脱合金化反
応により充放電反応を行うことが可能な合金系材料を用いることができる。キャリアイオ
ンがリチウムイオンである場合、合金系材料としては、例えば、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ
、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ及びＩｎ等のう
ちの少なくとも一つを含む材料を用いることができる。このような金属は黒鉛に対して容
量が大きく、特にシリコンは理論容量が４２００ｍＡｈ／ｇと飛躍的に高い。このため、
負極活物質６１０３にシリコンを用いることが好ましい。

図１８（Ｂ）においては、負極活物質６１０３を粒状の物質として表しているが、これに
限られず、負極活物質６１０３の形状としては、例えば板状、棒状、円柱状、粉状、鱗片
状等任意の形状とすることができる。また、板状の表面に凹凸形状を有するものや、表面
に微細な凹凸形状を有するもの、多孔質形状を有するものなど立体形状を有するものであ
ってもよい。

塗布法を用いて負極活物質層６１０２を形成する場合は、負極活物質６１０３に、導電助
剤（図示せず）やバインダ６１０５を添加して、負極ペーストを作製し、負極集電体６１
０１上に塗布して乾燥させればよい。

なお、負極活物質層６１０２にリチウムをプレドープしてもよい。プレドープの方法とし
ては、スパッタリング法により負極活物質層６１０２表面にリチウム層を形成してもよい
。また、負極活物質層６１０２の表面にリチウム箔を設けることで、負極活物質層６１０
２にリチウムをプレドープすることもできる。

また、負極活物質６１０３の表面に、グラフェン（図示せず）を形成することが好ましい
。例えば、負極活物質６１０３をシリコンとした場合、充放電サイクルにおけるキャリア
イオンの吸蔵・放出に伴う体積の変化が大きいため、負極集電体６１０１と負極活物質層
６１０２との密着性が低下し、充放電により電池特性が劣化してしまう。そこで、シリコ
ンを含む負極活物質６１０３の表面にグラフェンを形成すると、充放電サイクルにおいて
、シリコンの体積が変化したとしても、負極集電体６１０１と負極活物質層６１０２との
密着性の低下を抑制することができ、電池特性の劣化が低減されるため好ましい。

負極活物質６１０３の表面に形成するグラフェンは、正極の作製方法と同様に、酸化グラ
フェンを還元することによって形成することができる。該酸化グラフェンは、上述した酸
化グラフェンを用いることができる。

また、負極活物質６１０３の表面に、酸化物等の被膜６１０４を形成してもよい。充電時
において電解液の分解等により形成される皮膜（Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ
Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ）は、その形成時に消費された電荷量を放出することができず、不
可逆容量を形成する。これに対し、酸化物等の被膜６１０４をあらかじめ負極活物質６１
０３の表面に設けておくことで、不可逆容量の発生を抑制又は防止することができる。

このような負極活物質６１０３を被覆する被膜６１０４には、ニオブ、チタン、バナジウ
ム、タンタル、タングステン、ジルコニウム、モリブデン、ハフニウム、クロム、アルミ
ニウム若しくはシリコンのいずれか一の酸化膜、又はこれら元素のいずれか一とリチウム
とを含む酸化膜を用いることができる。このような被膜６１０４は、従来の電解液の分解
生成物により負極表面に形成される被膜に比べ、十分緻密な膜である。

例えば、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）は、電気伝導度が１０^−９Ｓ／ｃｍと低く、高い絶縁
性を示す。このため、酸化ニオブ膜は負極活物質と電解液との電気化学的な分解反応を阻
害する。一方で、酸化ニオブのリチウム拡散係数は１０^−９ｃｍ^２／ｓｅｃであり、高い
リチウムイオン伝導性を有する。このため、リチウムイオンを透過させることが可能であ
る。

負極活物質６１０３を被覆する被膜６１０４の形成には、例えばゾル−ゲル法を用いるこ
とができる。ゾル−ゲル法とは、金属アルコキシドや金属塩等からなる溶液を、加水分解
反応・重縮合反応により流動性を失ったゲルとし、このゲルを焼成して薄膜を形成する方
法である。ゾル−ゲル法は液相から薄膜を形成する方法であるから、原料を分子レベルで
均質に混合することができる。このため、溶媒の段階の金属酸化膜の原料に、黒鉛等の負
極活物質を加えることで、容易にゲル中に活物質を分散させることができる。このように
して、負極活物質６１０３の表面に被膜６１０４を形成することができる。

当該被膜６１０４を用いることで、蓄電装置の容量の低下を防止することができる。

［６．３．電解液］
蓄電装置に用いる電解液の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましく、例えば、エ
チレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート
、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレ
ロラクトン、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチ
ルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ギ酸メチル、酢酸メチル、酪酸メチル、１，３−ジオ
キサン、１，４−ジオキサン、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、ジメチルスルホキシド、ジ
エチルエーテル、メチルジグライム、アセトニトリル、ベンゾニトリル、テトラヒドロフ
ラン、スルホラン、スルトン等の１種、又はこれらのうちの２種以上を任意の組み合わせ
及び比率で用いることができる。

また、電解液の溶媒としてゲル化される高分子材料を用いることで、漏液性等に対する安
全性が高まる。また、蓄電装置の薄型化及び軽量化が可能である。ゲル化される高分子材
料の代表例としては、シリコーンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリエチ
レンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、フッ素系ポリマー等がある。

また、電解液の溶媒として、難燃性及び難揮発性であるイオン液体（常温溶融塩）を一つ
又は複数用いることで、蓄電装置の内部短絡や、過充電等によって内部温度が上昇しても
、蓄電装置の破裂や発火などを防ぐことができる。

また、上記の溶媒に溶解させる電解質としては、キャリアにリチウムイオンを用いる場合
、例えばＬｉＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＡｌＣｌ_４、Ｌｉ
ＳＣＮ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、Ｌｉ_２ＳＯ_４、Ｌｉ_２Ｂ_１０Ｃｌ_１０、Ｌｉ_２Ｂ_１２Ｃｌ_１
２、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３、ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３、ＬｉＣ（Ｃ_２
Ｆ_５ＳＯ_２）_３、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（Ｃ_４Ｆ_９ＳＯ_２）（ＣＦ_３ＳＯ_２
）、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２等のリチウム塩を一種、又はこれらのうちの二種以上を
任意の組み合わせ及び比率で用いることができる。

［６．４．セパレータ］
蓄電装置のセパレータには、セルロースや、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（Ｐ
Ｅ）、ポリブテン、ナイロン、ポリエステル、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポ
リフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等の多孔性絶縁体を用いることができる。
また、ガラス繊維等の不織布や、ガラス繊維と高分子繊維を複合した隔膜を用いてもよい
。

［６．５．非水系二次電池］
次に、非水系二次電池の構造について、図１９及び図２０を参照して説明する。

［６．５．１．コイン型二次電池］
図１９（Ａ）は、コイン型（単層偏平型）のリチウムイオン二次電池の外観図であり、部
分的にその断面構造を併せて示した図である。

コイン型の二次電池９５０は、正極端子を兼ねた正極缶９５１と負極端子を兼ねた負極缶
９５２とが、ポリプロピレン等で形成されたガスケット９５３で絶縁シールされている。
正極９５４は、正極集電体９５５と、これと接するように設けられた正極活物質層９５６
により形成される。また、負極９５７は、負極集電体９５８と、これに接するように設け
られた負極活物質層９５９により形成される。正極活物質層９５６と負極活物質層９５９
との間には、セパレータ９６０と、電解液（図示せず）とを有する。

負極９５７は負極集電体９５８上に負極活物質層９５９を有し、正極９５４は正極集電体
９５５上に正極活物質層９５６を有する。

正極９５４、負極９５７、セパレータ９６０、電解液には、それぞれ上述した部材を用い
ることができる。

正極缶９５１、負極缶９５２には、電解液に対して耐腐食性のあるニッケル、アルミニウ
ム、チタン等の金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金（例えば、ステンレ
ス鋼等）を用いることができる。また、電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアルミ
ニウム等を被覆することが好ましい。正極缶９５１は正極９５４と、負極缶９５２は負極
９５７とそれぞれ電気的に接続する。

これら負極９５７、正極９５４及びセパレータ９６０を電解液に含浸させ、図１９（Ａ）
に示すように、正極缶９５１を下にして正極９５４、セパレータ９６０、負極９５７、負
極缶９５２をこの順で積層し、正極缶９５１と負極缶９５２とをガスケット９５３を介し
て圧着してコイン型の二次電池９５０を製造する。

［６．５．２．薄型二次電池］
次に、薄型の二次電池の一例について、図１９（Ｂ）を参照して説明する。図１９（Ｂ）
では、説明の便宜上、部分的にその内部構造を露出して記載している。

図１９（Ｂ）に示す薄型の二次電池９７０は、正極集電体９７１及び正極活物質層９７２
を有する正極９７３と、負極集電体９７４及び負極活物質層９７５を有する負極９７６と
、セパレータ９７７と、電解液（図示せず）と、外装体９７８と、を有する。外装体９７
８内に設けられた正極９７３と負極９７６との間にセパレータ９７７が設置されている。
また、外装体９７８内は、電解液で満たされている。なお、図１９（Ｂ）においては、正
極９７３、負極９７６、セパレータ９７７をそれぞれ一枚ずつ用いているが、これらを交
互に積層した積層型の二次電池としてもよい。

正極、負極、セパレータ、電解液（電解質及び溶媒）には、それぞれ上述した部材を用い
ることができる。

図１９（Ｂ）に示す薄型の二次電池９７０において、正極集電体９７１及び負極集電体９
７４は、外部との電気的接触を得る端子（タブ）の役割も兼ねている。そのため、正極集
電体９７１及び負極集電体９７４の一部は、外装体９７８から外側に露出するように配置
される。

薄型の二次電池９７０において、外装体９７８には、例えばポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリカーボネート、アイオノマー、ポリアミド等の材料からなる膜上に、アルミニウ
ム、ステンレス、銅、ニッケル等の可撓性に優れた金属薄膜を設け、さらに該金属薄膜上
に外装体の外面としてポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の絶縁性合成樹脂膜を設
けた三層構造の積層フィルムを用いることができる。このような三層構造とすることで、
電解液や気体の透過を遮断するとともに、絶縁性を確保し、併せて耐電解液性を有する。

［６．５．３．円筒型二次電池］
次に、円筒型の二次電池の一例について、図２０を参照して説明する。円筒型の二次電池
９８０は図２０（Ａ）に示すように、上面に正極キャップ（電池蓋）９８１を有し、側面
及び底面に電池缶（外装缶）９８２を有している。これら正極キャップと電池缶（外装缶
）９８２とは、ガスケット（絶縁パッキン）９９０によって絶縁されている。

図２０（Ｂ）は、円筒型の二次電池の断面を模式的に示した図である。中空円柱状の電池
缶９８２の内側には、帯状の正極９８４と負極９８６とがセパレータ９８５を間に挟んで
捲回された電池素子が設けられている。図示しないが、電池素子はセンターピンを中心に
捲回されている。電池缶９８２は、一端が閉じられ、他端が開いている。

正極９８４、負極９８６、セパレータ９８５には、上述した部材を用いることができる。

電池缶９８２には、電解液に対して耐腐食性のあるニッケル、アルミニウム、チタン等の
金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金（例えば、ステンレス鋼等）を用い
ることができる。また、電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアルミニウム等を被覆
することが好ましい。電池缶９８２の内側において、正極、負極及びセパレータが捲回さ
れた電池素子は、対向する一対の絶縁板９８８、９８９により挟まれている。

また、電池素子が設けられた電池缶９８２の内部は、電解液（図示せず）が注入されてい
る。電解液には、上述した電解質及び溶媒を用いることができる。

円筒型の二次電池に用いる正極９８４及び負極９８６は捲回するため、集電体の両面に活
物質層を形成する。正極９８４には正極端子（正極集電リード）９８３が接続され、負極
９８６には負極端子（負極集電リード）９８７が接続される。正極端子９８３及び負極端
子９８７は、ともにアルミニウムなどの金属材料を用いることができる。正極端子９８３
は安全弁機構９９２に、負極端子９８７は電池缶９８２の底にそれぞれ抵抗溶接される。
安全弁機構９９２は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆ
ｉｃｉｅｎｔ）素子９９１を介して正極キャップ９８１と電気的に接続されている。安全
弁機構９９２は電池の内圧の上昇が所定の閾値を超えた場合に、正極キャップ９８１と正
極９８４との電気的な接続を切断するものである。また、ＰＴＣ素子９９１は温度が上昇
した場合に抵抗が増大する熱感抵抗素子であり、抵抗の増大により電流量を制限して異常
発熱を防止するものである。ＰＴＣ素子には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）系半導
体セラミックス等を用いることができる。

［６．５．４．角型二次電池］
次に、角型の二次電池の一例について、図１９（Ｃ）を参照して説明する。図１９（Ｃ）
に示す捲回体９９３は、負極９９４と、正極９９５と、セパレータ９９６と、を有する。
捲回体９９３は、セパレータ９９６を挟んで負極９９４と、正極９９５とが重なり合って
積層され、該積層シートを捲回したものである。この捲回体９９３を角型の封止缶などで
覆うことにより角型の二次電池が形成される。なお、負極９９４、正極９９５及びセパレ
ータ９９６からなる積層の積層数は、必要な容量と素子体積に応じて適宜設計すればよい
。

円筒型の二次電池と同様に、負極９９４は端子９９７及び端子９９８の一方を介して負極
タブ（図示せず）に接続され、正極９９５は端子９９７及び端子９９８の他方を介して正
極タブ（図示せず）に接続される。その他、安全弁機構等の周辺構造は、円筒型の二次電
池に準ずる。

以上のように二次電池として、コイン型、薄型（ラミネート型とも呼ばれる）、円筒型及
び角型の二次電池を示したが、その他様々な形状の二次電池を用いることができる。また
、正極と負極とセパレータとが複数積層された構造や、正極と負極とセパレータとが捲回
された構造であってもよい。

［６．６．リチウムイオンキャパシタ］
次に、蓄電装置の一例であるリチウムイオンキャパシタについて説明する。

リチウムイオンキャパシタは、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ。Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄ
ｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒの略）の正極に、炭素材料を用いたリチウ
ムイオン二次電池の負極を組み合わせたハイブリッドキャパシタであり、正極と負極の蓄
電原理が異なる非対称キャパシタである。正極が電気二重層を形成し物理的作用により充
放電を行うのに対して、負極はリチウムの化学的作用により充放電を行う。この負極活物
質である炭素材料等に予めリチウムを吸蔵させた負極を用いることで、従来の負極に活性
炭を用いた電気二重層キャパシタに比べ、エネルギー密度を飛躍的に向上させている。

リチウムイオンキャパシタは、リチウムイオン二次電池の正極活物質層に代えて、リチウ
ムイオン及びアニオンの少なくとも一つを可逆的に担持することができる材料を用いれば
よい。このような材料として、例えば活性炭、導電性高分子、ポリアセン系有機半導体（
ＰＡＳ。ＰｏｌｙＡｃｅｎｉｃ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒの略）等が挙げられる。

リチウムイオンキャパシタは、充放電の効率が高く、急速充放電が可能であり、繰り返し
利用による寿命も長い。

このようなリチウムイオンキャパシタを、本発明の一態様に係る蓄電装置に用いることが
できる。これにより不可逆容量の発生を抑制し、サイクル特性を向上させた蓄電装置を作
製することができる。

［実施の形態７．蓄電システム］
蓄電システムの構造例について説明する。

蓄電システムの構造例を図２１に示す。図２１（Ａ）に示す蓄電システムは、複数の蓄電
素子８１０と、回路基板８５０と、を筐体８００内に有する。

蓄電素子８１０としては、例えば図１７乃至図２０を参照して説明した蓄電装置を適用す
ることができる。

回路基板８５０には、例えばチップ８５１を含む図７を参照して説明した制御システムを
有する。チップ８５１としては、例えば図７に示す半導体回路２４６などが挙げられる。
さらに、回路基板８５０は、外部機器と接続するコネクタ８５２に接続される。回路基板
８５０は、コネクタ８５２により例えば電源又は負荷に接続される。

回路基板８５０としては、例えばプリント基板（ＰＣＢ）を用いることができる。プリン
ト基板を回路基板８５０として用いた場合、プリント基板上に抵抗素子、コンデンサ等の
容量素子、コイル（インダクタ）、半導体集積回路（ＩＣ）などの電子部品を実装し結線
して制御システムを形成することができる。電子部品としてはこれらの他に、サーミスタ
等の温度検出素子、ヒューズ、フィルタ、水晶発振器、ＥＭＣ対策部品等、種々の部品を
実装することができる。

ここで、上記の半導体集積回路（ＩＣ）には、トランジスタを有する回路を用いることが
できる。これにより、制御システムの消費電力を大幅に低減することが可能となる。

さらに、図２１（Ｂ）に示すように、回路基板８５０は、複数の接続端子８１１ａと、複
数の接続端子８１１ｂと、を有する。接続端子８１１ａ及び接続端子８１１ｂは、蓄電素
子８１０毎に設けられる。接続端子８１１ａは、対応する蓄電素子８１０の接続端子８１
２ａに接続される。接続端子８１１ｂは、対応する蓄電素子８１０の接続端子８１２ｂに
接続される。このとき、蓄電素子８１０は、接続端子８１１ａ及び接続端子８１１ｂを介
して回路基板８５０に設けられた制御システムに接続される。

なお、図２２に示すように、筐体８００にアンテナ８６０を設けてもよい。

アンテナ８６０は、例えば外部から複数の蓄電素子８１０への電力の授受、信号の授受を
行うために用いることができる。アンテナ８６０を回路基板８５０に電気的に接続するこ
とで、電気回路により外部との電力の授受又は信号の授受を制御することができる。

なお、アンテナは複数種設けてもよく、あるいはアンテナを設けない構成としてもよい。

図２２では、アンテナ８６０がコイル形状である場合を示すが、これに限られず、例えば
線状、平板状であってもよい。また、平面アンテナ、開口面アンテナ、進行波アンテナ、
ＥＨアンテナ、磁界アンテナ、誘電体アンテナ等のアンテナを用いてもよい。

なお、無線による電力の授受（非接触電力伝送、無接点電力伝送あるいはワイヤレス給電
などともいう）には、電磁誘導方式、磁界共鳴方式、電波方式等を用いることができる。

また、筐体８００を蓄電素子８１０による電界又は磁界の遮蔽を防止することができる機
能を有する構成にしてもよい。この場合、筐体８００には、例えば磁性体を用いることが
できる。

図２１及び図２２に示すように蓄電システムを構成することができる。これにより、例え
ば蓄電システムに用いられる蓄電装置の劣化を防止することができる。

［実施の形態８．電気機器］
本発明の一態様に係る蓄電装置は、様々な電気機器に用いることができる。

［８．１．電気機器の範疇］
ここで電気機器とは、電気の力によって作用する部分を含む工業製品をいう。電気機器は
、家電等の民生用に限られず、業務用、産業用、軍事用等、種々の用途のものを広くこの
範疇とする。

［８．２．電気機器の一例］
本発明の一態様に係る蓄電装置を用いた電気機器としては、例えば、テレビやモニタ等の
表示装置、照明装置、デスクトップ型やノート型等のパーソナルコンピュータ、ワードプ
ロセッサ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などの記録媒体に
記憶された静止画又は動画を再生する画像再生装置、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）
プレーヤやデジタルオーディオプレーヤ等の携帯型又は据置型の音響再生機器、携帯型又
は据置型のラジオ受信機、テープレコーダやＩＣレコーダ（ボイスレコーダ）等の録音再
生機器、ヘッドホンステレオ、ステレオ、リモートコントローラ、置き時計や壁掛け時計
等の時計、コードレス電話子機、トランシーバ、携帯電話機、自動車電話、携帯型又は据
置型のゲーム機、歩数計、電卓、携帯情報端末、電子手帳、電子書籍、電子翻訳機、マイ
クロフォン等の音声入力機器、スチルカメラやビデオカメラ等の写真機、玩具、電気シェ
ーバ、電動歯ブラシ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃
除機、温水器、扇風機、毛髪乾燥機、加湿器や除湿器やエアコンディショナ等の空気調和
設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電
気冷凍冷蔵庫、ＤＮＡ保存用冷凍庫、懐中電灯、電動工具、煙感知器、補聴器、心臓ペー
スメーカ、携帯型Ｘ線撮影装置、放射線測定器、電気マッサージ器や透析装置等の健康機
器や医療機器などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ガスメータや水道メータ等の
計量器、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、自動販売機、自動券売機、現金自
動支払機（ＣＤ。Ｃａｓｈ Ｄｉｓｐｅｎｓｅｒの略）や現金自動預金支払機（ＡＴＭ。
ＡｕｔｏＭａｔｅｄ Ｔｅｌｌｅｒ Ｍａｃｈｉｎｅの略）、デジタルサイネージ（電子
看板）、産業用ロボット、無線用中継局、携帯電話の基地局、電力貯蔵システム、電力の
平準化やスマートグリッドのための蓄電装置等の産業機器が挙げられる。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（輸送体）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（ＥＶ）、内燃機関と電動機
を併せ持ったハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）、これ
らのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、農業機械、電動アシスト自転車を含む原動
機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、電動カート、小型又は大型船舶、潜水艦、固定翼
機や回転翼機等の航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査機、宇宙船などが
挙げられる。

なお、上記電気機器は、消費電力のほぼ全てを賄うための主電源として、本発明の一態様
に係る蓄電装置を用いることができる。また、上記電気機器は、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無停電電源と
して、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることができる。あるいは上記電気機器は、
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
行うための補助電源として、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることができる。

［８．３．電力系のネットワークの一例］
上述した電気機器は、個々に蓄電装置を搭載する場合に限らず、複数の電気機器と蓄電装
置とこれらの電力系を制御する制御装置とを有線又は無線で接続した電力系のネットワー
ク（電力網）を形成してもよい。電力系のネットワークを制御装置により制御することに
よって、ネットワーク全体における電力の使用効率を向上させることができる。

図２３（Ａ）に、複数の家電機器、制御装置、及び蓄電装置等を住宅内で接続したＨＥＭ
Ｓ（家庭内エネルギー管理システム。Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
Ｓｙｓｔｅｍの略）の例を示す。このようなシステムによって、家全体の電力消費量を容
易に把握することが可能になる。また、複数の家電機器の運転を遠隔操作することができ
る。また、センサや制御装置を用いて家電機器を自動制御する場合には、電力の節約にも
貢献することができる。

住宅８０００に設置された分電盤８００３は、引込み線８００２を介して電力系統８００
１に接続される。分電盤８００３は、引込み線８００２から供給される商用電力である交
流電力を、複数の家電機器それぞれに供給するものである。制御装置８００４は分電盤８
００３と接続されるとともに、複数の家電機器や蓄電システム８００５、太陽光発電シス
テム８００６等と接続される。また制御装置８００４は、住宅８０００の屋外などに駐車
され、分電盤８００３とは独立した電気自動車８０１２とも接続することができる。

制御装置８００４は、分電盤８００３と複数の家電機器とを繋ぎネットワークを構成する
ものであり、ネットワークに接続された複数の家電機器を制御するものである。

また、制御装置８００４は、インターネット８０１１に接続され、インターネット８０１
１を経由して、管理サーバ８０１３と接続することができる。管理サーバ８０１３は、使
用者の電力の使用状況を受信してデータベースを構築することができ、当該データベース
に基づき、種々のサービスを使用者に提供することができる。また、管理サーバ８０１３
は、例えば時間帯に応じた電力の料金情報を使用者に随時提供することができ、当該情報
に基づいて、制御装置８００４は住宅８０００内における最適な使用形態を設定すること
もできる。

複数の家電機器は、例えば、図２３（Ａ）に示す表示装置８００７、照明装置８００８、
空気調和設備８００９、電気冷蔵庫８０１０であるが、勿論これに限られず、上述した電
気機器など住宅内に設置可能なあらゆる電気機器を指す。

例えば、表示装置８００７は、表示部に液晶表示装置、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕ
ｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）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（Ｐｌ
ａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄ
ｉｓｐｌａｙ）などの半導体表示装置が組み込まれ、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、情報表示用表示装置として機能するものが含まれる。

また、照明装置８００８は、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を含むものであり
、人工光源としては、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉ
ｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や有機ＥＬ素子などの発光素子を用いることができる。図２３
（Ａ）に示す照明装置８００８は天井に設置されたものであるが、この他、壁面、床、窓
等に設けられた据付け型であってもよく、卓上型であってもよい。

また、空気調和設備８００９は、温度、湿度、空気清浄度等の室内環境の調整を行う機能
を有する。図２３（Ａ）では、一例としてエアコンディショナを示す。エアコンディショ
ナは、圧縮機や蒸発器を一体とした室内機と、凝縮器を内蔵した室外機（図示せず）を備
えるものや、これらを一体としたもの等で構成される。

また、電気冷蔵庫８０１０は、食料品等を低温で保管するための電気機器であり、０℃以
下で凍らせる目的の冷凍庫を含む。圧縮器により圧縮したパイプ内の冷媒が気化する際に
熱を奪うことにより、電気冷蔵庫８０１０内を冷却するものである。

これら複数の家電機器は、それぞれに蓄電装置を有していてもよく、また蓄電装置を有さ
ずに、蓄電システム８００５の電力や商用電源からの電力を利用してもよい。家電機器が
蓄電装置を内部に有する場合には、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられな
い場合であっても、蓄電装置を無停電電源として用いることで、当該家電機器の利用が可
能となる。

以上のような家電機器のそれぞれの電源供給端子の近傍に、電流センサ等の電力検出手段
を設けることができる。電力検出手段により検出した情報を制御装置８００４に送信する
ことによって、使用者が家全体の電力使用量を把握することができる他、該情報に基づい
て、制御装置８００４が複数の家電機器への電力の配分を設定し、住宅８０００内におい
て効率的なあるいは経済的な電力の使用を行うことができる。

また、商用電源の供給元が供給可能な総電力量のうち電力使用率が低い時間帯において、
商用電源から蓄電システム８００５に充電することができる。また、太陽光発電システム
８００６によって、日中に蓄電システム８００５に充電することができる。なお、充電す
る対象は、蓄電システム８００５に限られず、制御装置８００４に接続された電気自動車
８０１２に搭載された蓄電装置でもよく、複数の家電機器が有する蓄電装置であってもよ
い。

このようにして、種々の蓄電装置に充電された電力を制御装置８００４が効率的に配分し
て使用することで、住宅８０００内において効率的なあるいは経済的な電力の使用を行う
ことができる。

以上のように、電力系をネットワーク化して制御する例として、家庭内規模の電力網を示
したがこれに限らず、スマートメーター等の制御機能や通信機能を組み合わせた都市規模
、国家規模の電力網（スマートグリッドという）を構築することもできる。また、工場や
事業所の規模で、エネルギー供給源と消費施設を構成単位とするマイクログリッドを構築
することもできる。

［８．４．電気機器の一例（電気自動車の例）］
次に、電気機器の一例として移動体の例について、図２３（Ｂ）及び図２３（Ｃ）を参照
して説明する。本発明の一態様に係る蓄電装置を、移動体の制御用の蓄電装置に用いるこ
とができる。

図２３（Ｂ）は、電気自動車の内部構造の一例を示している。電気自動車８０２０には、
充放電の可能な蓄電装置８０２４が搭載されている。蓄電装置８０２４の電力は、電子制
御ユニット８０２５（ＥＣＵともいう。Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉ
ｔの略）により出力が調整されて、インバータユニット８０２６を介して走行モータユニ
ット８０２７に供給される。インバータユニット８０２６は、蓄電装置８０２４から入力
された直流電力を３相交流電力に変換するとともに、変換した交流電力の電圧、電流及び
周波数を調整して走行モータユニット８０２７に出力することができる。

従って、運転者がアクセルペダル（図示せず）を踏むと、走行モータユニット８０２７が
作動し、走行モータユニット８０２７で生じたトルクが出力軸８０２８及び駆動軸８０２
９を介して後輪（駆動輪）８０３０に伝達される。これに追従して前輪８０２３も併せて
駆動することで、電気自動車８０２０を駆動走行させることができる。

各ユニットには、例えば電圧センサ、電流センサ、温度センサ等の検出手段が設けられ、
電気自動車８０２０の各部位における物理量が適宜監視される。

電子制御ユニット８０２５は、図示しないＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリやＣＰＵを有する処
理装置である。電子制御ユニット８０２５は、電気自動車８０２０の加速、減速、停止等
の操作情報、走行環境や各ユニットの温度情報、制御情報、蓄電装置の充電状態（ＳＯＣ
）などの入力情報に基づき、インバータユニット８０２６や走行モータユニット８０２７
、蓄電装置８０２４に制御信号を出力する。当該メモリには、各種のデータやプログラム
が格納される。

走行モータユニット８０２７は、交流電動機の他、直流電動機やこれらの電動機と内燃機
関とを組み合わせて用いることができる。

なお、本発明の一態様に係る蓄電装置を具備していれば、上記で示した移動体に特に限定
されないことは言うまでもない。

電気自動車８０２０に搭載された蓄電装置８０２４は、プラグイン方式や非接触給電方式
等により外部の充電設備から電力供給を受けて、充電することができる。図２３（Ｃ）に
、地上設置型の充電装置８０２１から電気自動車８０２０に搭載された蓄電装置８０２４
に、ケーブル８０２２を介して充電を行っている状態を示す。充電に際しては、充電方法
やコネクタの規格等はＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）等の所定の方式で適宜行えばよい。充
電装置８０２１は、商用施設に設けられた充電ステーションでもよく、また家庭の電源で
あってもよい。例えば、図２３（Ｂ）に示す、蓄電装置８０２４と接続する接続プラグ８
０３１を充電装置８０２１と電気的に接続させるプラグイン技術によって、外部からの電
力供給により電気自動車８０２０に搭載された蓄電装置８０２４を充電することができる
。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。

また、図示しないが、受電装置を移動体に搭載し、地上の送電装置から電力を非接触で供
給して充電することもできる。この非接触給電方式の場合には、道路や外壁に送電装置を
組み込むことで、停車中に限らず走行中に充電を行うこともできる。また、この非接触給
電の方式を利用して、移動体どうしで電力の送受信を行ってもよい。さらに、移動体の外
装部に太陽電池を設け、停車時や走行時に蓄電装置８０２４の充電を行ってもよい。この
ような非接触での電力の供給には、電磁誘導方式や磁界共鳴方式を用いることができる。

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、搭載する
蓄電装置に充電することができる。

蓄電装置８０２４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、蓄電装置の
サイクル特性が良好となり、利便性を向上させることができる。また、蓄電装置８０２４
の特性の向上により、蓄電装置８０２４自体を小型軽量化できれば、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。また、移動体に搭載した蓄電装置８０２４が
比較的大容量であることから、屋内等の電力供給源として用いることもできる。この場合
、電力需要のピーク時に商用電源を用いることを回避することができる。

［８．５．電気機器の一例（携帯情報端末の例）］
さらに、電気機器の一例として携帯情報端末の例について、図２４を参照して説明する。

図２４（Ａ）は、携帯情報端末８０４０の正面及び側面を示した斜視図である。携帯情報
端末８０４０は、一例として、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、イ
ンターネット通信、コンピュータゲーム等の種々のアプリケーションの実行が可能である
。携帯情報端末８０４０は、筐体８０４１の正面に表示部８０４２、カメラ８０４５、マ
イクロフォン８０４６、スピーカ８０４７を有し、筐体８０４１の左側面には操作用のボ
タン８０４３、底面には接続端子８０４８を有する。

表示部８０４２には、表示モジュール又は表示パネルが用いられる。表示モジュール又は
表示パネルとして、有機発光素子（ＯＬＥＤ）に代表される発光素子を各画素に備えた発
光装置、液晶表示装置、電気泳動方式や電子粉流体方式等により表示を行う電子ペーパ、
ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓ
ｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓ
ｐｌａｙ）、ＳＥＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍ
ｉｔｔｅｒ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）
ディスプレイ、カーボンナノチューブディスプレイ、ナノ結晶ディスプレイ、量子ドット
ディスプレイ等が用いることができる。

図２４（Ａ）に示す携帯情報端末８０４０は、筐体８０４１に表示部８０４２を一つ設け
た例であるが、これに限らず、表示部８０４２を携帯情報端末８０４０の背面に設けても
よいし、折り畳み型の携帯情報端末として、二以上の表示部を設けてもよい。

また、表示部８０４２には、指やスタイラス等の指示手段により情報の入力が可能なタッ
チパネルが入力手段として設けられている。これにより、表示部８０４２に表示されたア
イコン８０４４を指示手段により簡単に操作することができる。また、タッチパネルの配
置により携帯情報端末８０４０にキーボードを配置する領域が不要となるため、広い領域
に表示部を配置することができる。また、指やスタイラスで情報の入力が可能となること
から、ユーザフレンドリなインターフェースを実現することができる。タッチパネルとし
ては、抵抗膜方式、静電容量方式、赤外線方式、電磁誘導方式、表面弾性波方式等、種々
の方式を採用することができるが、表示部８０４２は湾曲するものであるため、特に抵抗
膜方式、静電容量方式を用いることが好ましい。また、このようなタッチパネルは、上述
の表示モジュール又は表示パネルと一体として組み合わされた、いわゆるインセル方式の
ものであってもよい。

また、タッチパネルは、イメージセンサとして機能させることができるものであってもよ
い。この場合、例えば、表示部８０４２に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで
、本人認証を行うことができる。また、表示部８０４２に近赤外光を発光するバックライ
ト又は近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像する
こともできる。

また、表示部８０４２にタッチパネルを設けずにキーボードを設けてもよく、さらにタッ
チパネルとキーボードの双方を設けてもよい。

操作用のボタン８０４３には、用途に応じて様々な機能を持たせることができる。例えば
、ボタン８０４３をホームボタンとし、ボタン８０４３を押すことで表示部８０４２にホ
ーム画面を表示する構成としてもよい。また、ボタン８０４３を所定の時間押し続けるこ
とで、携帯情報端末８０４０の主電源をオフするようにしてもよい。また、スリープモー
ドの状態に移行している場合、ボタン８０４３を押すことで、スリープモード状態から復
帰させるようにしてもよい。その他、押し続ける期間や、他のボタンと同時に押す等によ
り、種々の機能を起動させるスイッチとして用いることができる。

また、ボタン８０４３を音量調整ボタンやミュートボタンとし、音出力のためのスピーカ
８０４７の音量の調整等を行う機能を持たせてもよい。スピーカ８０４７からは、オペレ
ーティングシステム（ＯＳ）の起動音等特定の処理時に設定した音、音楽再生アプリケー
ションソフトからの音楽等各種アプリケーションにおいて実行される音ファイルによる音
、電子メールの着信音等様々な音を出力する。なお、図示しないが、スピーカ８０４７と
ともに、あるいはスピーカ８０４７に替えて、ヘッドフォン、イヤフォン、ヘッドセット
等の装置に音を出力するためのコネクタを設けてもよい。

このようにボタン８０４３には、種々の機能を与えることができる。図２４（Ａ）では、
左側面にボタン８０４３を２つ設けた携帯情報端末８０４０を図示しているが、勿論、ボ
タン８０４３の数や配置位置等はこれに限定されず、適宜設計することができる。

マイクロフォン８０４６は、音声入力や録音に用いることができる。また、カメラ８０４
５により取得した画像を表示部８０４２に表示させることができる。

携帯情報端末８０４０の操作には、上述した表示部８０４２に設けられたタッチパネルや
ボタン８０４３の他、カメラ８０４５や携帯情報端末８０４０に内蔵されたセンサ等を用
いて使用者の動作（ジェスチャー）を認識させて操作を行うこともできる（ジェスチャー
入力という）。あるいは、マイクロフォン８０４６を用いて、使用者の音声を認識させて
操作を行うこともできる（音声入力という）。このように、人間の自然な振る舞いにより
電気機器に入力を行うＮＵＩ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）技術を
実装することで、携帯情報端末８０４０の操作性をさらに向上させることができる。

接続端子８０４８は、外部機器との通信のための信号や電力供給のための電力の入力端子
である。例えば、携帯情報端末８０４０に外部メモリドライブするために、接続端子８０
４８を用いることができる。外部メモリドライブとして、例えば外付けＨＤＤ（ハードデ
ィスクドライブ）やフラッシュメモリドライブ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔ
ｉｌｅ Ｄｉｓｋ）ドライブやＤＶＤ−Ｒ（ＤＶＤ−Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）ドライブ、
ＤＶＤ−ＲＷ（ＤＶＤ−ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）ドライブ、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉ
ｓｃ）ドライブ、ＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）ドライ
ブ、ＣＤ−ＲＷ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）ドライブ、ＭＯ（
Ｍａｇｎｅｔｏ− Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｃ）ドライブ、ＦＤＤ（Ｆｌｏｐｐｙ Ｄｉ
ｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、又は他の不揮発性のソリッドステートドライブ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔ
ａｔｅ Ｄｒｉｖｅ：ＳＳＤ）デバイスなどの記録メディアドライブが挙げられる。また
、携帯情報端末８０４０は表示部８０４２上にタッチパネルを有しているが、これに替え
て筐体８０４１上にキーボードを設けてもよく、またキーボードを外付けしてもよい。

図２４（Ａ）では、底面に接続端子８０４８を１つ設けた携帯情報端末８０４０を図示し
ているが、接続端子８０４８の数や配置位置等はこれに限定されず、適宜設計することが
できる。

図２４（Ｂ）は、携帯情報端末８０４０の背面及び側面を示した斜視図である。携帯情報
端末８０４０は、筐体８０４１の表面に太陽電池８０４９とカメラ８０５０を有し、また
、充放電制御回路８０５１、蓄電装置８０５２、ＤＣＤＣコンバータ８０５３等を有する
。なお、図２４（Ｂ）では充放電制御回路８０５１の一例として蓄電装置８０５２、ＤＣ
ＤＣコンバータ８０５３を有する構成について示しており、蓄電装置８０５２には、上記
実施の形態で説明した本発明の一態様に係る蓄電装置を用いる。

携帯情報端末８０４０の背面に装着された太陽電池８０４９によって、電力を表示部、タ
ッチパネル、又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８０４９は
、筐体８０４１の片面又は両面に設けることができる。携帯情報端末８０４０に太陽電池
８０４９を搭載させることで、屋外などの電力の供給手段がない場所においても、携帯情
報端末８０４０の蓄電装置８０５２の充電を行うことができる。

また、太陽電池８０４９としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、
非晶質シリコン又はこれらの積層からなるシリコン系の太陽電池や、ＩｎＧａＡｓ系、Ｇ
ａＡｓ系、ＣＩＳ系、Ｃｕ_２ＺｎＳｎＳ_４、ＣｄＴｅ−ＣｄＳ系の太陽電池、有機色素を
用いた色素増感太陽電池、導電性ポリマーやフラーレン等を用いた有機薄膜太陽電池、ｐ
ｉｎ構造におけるｉ層中にシリコン等による量子ドット構造を形成した量子ドット型太陽
電池等を用いることができる。

ここで、図２４（Ｂ）に示す充放電制御回路８０５１の構成、及び動作についての一例を
、図２４（Ｃ）に示すブロック図を参照して説明する。

図２４（Ｃ）には、太陽電池８０４９、蓄電装置８０５２、ＤＣＤＣコンバータ８０５３
、コンバータ８０５７、スイッチ８０５４、スイッチ８０５５、スイッチ８０５６、表示
部８０４２について示しており、蓄電装置８０５２、ＤＣＤＣコンバータ８０５３、コン
バータ８０５７、スイッチ８０５４、スイッチ８０５５、スイッチ８０５６が、図２４（
Ｂ）に示す充放電制御回路８０５１に対応する箇所となる。

外光により太陽電池８０４９で発電した電力は、蓄電装置８０５２を充電するために必要
な電圧とするために、ＤＣＤＣコンバータ８０５３で昇圧又は降圧される。そして、表示
部８０４２の動作に太陽電池８０４９からの電力が用いられる際には、スイッチ８０５４
をオンにし、コンバータ８０５７で表示部８０４２に必要な電圧に昇圧又は降圧する。ま
た、表示部８０４２での表示を行わない際には、スイッチ８０５４をオフにし、スイッチ
８０５５をオンにして蓄電装置８０５２の充電を行う。

なお、発電手段の一例として太陽電池８０４９を示したが、これに限定されず、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を用いて蓄電装置
８０５２の充電を行ってもよい。また、携帯情報端末８０４０の蓄電装置８０５２への充
電方法はこれに限られず、例えば上述した接続端子８０４８と電源とを接続して充電を行
ってもよい。また、無線で電力を送受信して充電する非接触電力伝送モジュールを用いて
もよく、以上の充電方法を組み合わせてもよい。

ここで、蓄電装置８０５２の充電状態（ＳＯＣ。Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅの略）
が、表示部８０４２の左上（破線枠内）に表示される。これにより、使用者は、蓄電装置
８０５２の充電状態を把握することができ、これに応じて携帯情報端末８０４０を節電モ
ードと選択することもできる。使用者が省電力モードを選択する場合には、例えば上述し
たボタン８０４３やアイコン８０４４を操作し、携帯情報端末８０４０に搭載される表示
モジュール又は表示パネルや、ＣＰＵ等の演算装置、メモリ等の構成部品を省電力モード
に切り換えることができる。具体的には、これらの構成部品のそれぞれにおいて停止する
ことで、任意の機能の使用頻度を低減する。省電力モードでは、また、充電状態に応じて
設定によって自動的に省電力モードに切り替わる構成とすることもできる。また、携帯情
報端末８０４０に光センサ等の検出手段を設け、携帯情報端末８０４０の使用時における
外光の光量を検出して表示輝度を最適化することで、蓄電装置８０５２の電力の消費を抑
えることができる。

また、太陽電池８０４９等による充電時には、図２４（Ｂ）に示すように、表示部８０４
２の左上（破線枠内）にそれを示す画像等の表示を行ってもよい。

また、本発明の一態様に係る蓄電装置を具備していれば、図２４に示した電気機器に限定
されないことは言うまでもない。

［８．６．電気機器の一例（蓄電システムの例）］
さらに、電気機器の一例として蓄電システムの例について、図２５を参照して説明する。
ここで説明する蓄電システム８１００は、上述した蓄電システム８００５として家庭で用
いることができる。また、ここでは一例として家庭用の蓄電システムについて説明するが
、これに限られず、業務用として又はその他の用途で用いることができる。

図２５に示すように、蓄電システム８１００は、系統電源８１０３と電気的に接続するた
めのプラグ８１０１を有する。また、蓄電システム８１００は、家庭内に設けられた分電
盤８１０４と電気的に接続する。

また、蓄電システム８１００は、動作状態等を示すための表示パネル８１０２などを有し
ていてもよい。表示パネルはタッチスクリーンを有していてもよい。また、表示パネルの
他、主電源のオンオフを行うためのスイッチや蓄電システムの操作を行うためのスイッチ
等を有していてもよい。

なお、図示しないが、蓄電システム８１００を操作するために、蓄電システム８１００と
は別に、例えば室内の壁に操作スイッチを設けてもよい。あるいは、蓄電システム８１０
０と家庭内に設けられたパーソナルコンピュータ、サーバ等と接続し、間接的に蓄電シス
テム８１００を操作してもよい。さらに、スマートフォン等の情報端末機やインターネッ
ト等を用いて蓄電システム８１００を遠隔操作してもよい。これらの場合、蓄電システム
８１００とその他の機器とは有線により又は無線により通信を行う機構を、蓄電システム
８１００に設ければよい。

蓄電システム８１００は、例えば図２１に示す複数の蓄電素子と、制御システムと、を有
する。

制御システムは、複数の蓄電素子の状態を監視及び制御し、また蓄電素子を保護すること
ができる機能を有する。具体的には、制御システムは、蓄電素子のセル電圧、セル温度デ
ータ収集、過充電及び過放電の監視、過電流の監視、セルバランサ制御、電池劣化状態の
管理、電池残量（（充電率）Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）の算出演算、駆
動用蓄電装置の冷却ファンの制御、又は故障検出の制御等を行う。

なお、蓄電システム８１００への充電は上述する系統電源８１０３からに限らず、例えば
屋外に設置した太陽発電システムから電力を供給してもよいし、電気自動車に搭載した蓄
電システムから供給してもよい。

１０＿１ 蓄電素子
１０＿２ 蓄電素子
１０＿３ 蓄電素子
１１ スイッチ
１１ａ スイッチ
１１ｂ スイッチ
１２ スイッチ
１２ａ スイッチ
１２ｂ スイッチ
１３ スイッチ
１３ａ スイッチ
１３ｂ スイッチ
２０＿１ 蓄電素子
２０＿２ 蓄電素子
２０＿３ 蓄電素子
２１ スイッチ
２１ａ スイッチ
２１ｂ スイッチ
２２ スイッチ
２２ａ スイッチ
２２ｂ スイッチ
２３ スイッチ
２３ａ スイッチ
２３ｂ スイッチ
３０＿１ 蓄電素子
３０＿２ 蓄電素子
３０＿３ 蓄電素子
３１ スイッチ
３１ａ スイッチ
３１ｂ スイッチ
３２ スイッチ
３２ａ スイッチ
３２ｂ スイッチ
３３ スイッチ
３３ａ スイッチ
３３ｂ スイッチ
５１ スイッチ
５２ スイッチ
６１ スイッチ
６２ スイッチ
７１ 接続端子
７１ａ 接続端子
７１ｂ 接続端子
７２ 接続端子
７２ａ 接続端子
７２ｂ 接続端子
９１ 電源
９２ 負荷
１００＿１ セル
１００＿２ セル
１００＿３ セル
２００ 回路
２０１ 接続端子
２０１ａ 接続端子
２０１ｂ 接続端子
２０２ 接続端子
２０２ａ 接続端子
２０２ｂ 接続端子
２０３ 接続端子
２０３ａ 接続端子
２０３ｂ 接続端子
２０４ 接続端子
２０４ａ 接続端子
２０４ｂ 接続端子
２４０ エンコーダ
２４１＿１ インバータ
２４１＿２ インバータ
２４１＿３ インバータ
２４１＿４ インバータ
２４３ 論理回路
２４４ 抵抗素子
２４５ 電流検出回路
２４６ 半導体回路
２４７ 論理回路
２５１ トランジスタ
２５２ トランジスタ
４００ 基板
４０１ ゲート電極
４０２ ゲート絶縁膜
４０３ ｎ型化領域
４０４ 酸化物膜
４０５ａ ソース電極
４０５ｂ ドレイン電極
４０６ 絶縁膜
４０８ 絶縁膜
４０９ ゲート絶縁膜
４１０ ゲート電極
４２１ トランジスタ
４２２ トランジスタ
４２３ トランジスタ
６３１ トランジスタ
６３２ 容量素子
６３３ トランジスタ
６３４ トランジスタ
６３５ トランジスタ
６３６ インバータ
６３７ 容量素子
６５１ 記憶回路
６５２ 記憶回路
６５３ セレクタ
６５４ セレクタ
７０１ ユニット
７０２ ユニット
７０３ ユニット
７０４ ユニット
７１０ プロセッサ
７１１ バスブリッジ
７１２ メモリ
７１３ メモリインターフェース
７１５ クロック生成回路
７２０ コントローラ
７２１ コントローラ
７２２ Ｉ／Ｏインターフェース
７３０ パワーゲートユニット
７３１ スイッチ
７３２ スイッチ
７４０ クロック生成回路
７４１ 水晶発振回路
７４２ 発振子
７４３ 水晶振動子
７４５ タイマー回路
７４６ Ｉ／Ｏインターフェース
７５０ Ｉ／Ｏポート
７５１ コンパレータ
７５２ Ｉ／Ｏインターフェース
７６１ バスライン
７６２ バスライン
７６３ バスライン
７６４ データバスライン
７７０ 接続端子
７７１ 接続端子
７７２ 接続端子
７７３ 接続端子
７７４ 接続端子
７７５ 接続端子
７７６ 接続端子
７８０ レジスタ
７８３ レジスタ
７８４ レジスタ
７８５ レジスタ
７８６ レジスタ
７８７ レジスタ
８００ 筐体
８１０ 蓄電素子
８１１ａ 接続端子
８１１ｂ 接続端子
８１２ａ 接続端子
８１２ｂ 接続端子
８５０ 回路基板
８５１ チップ
８５２ コネクタ
８６０ アンテナ
９９３ 捲回体
９５０ 二次電池
９５１ 正極缶
９５２ 負極缶
９５３ ガスケット
９５４ 正極
９５５ 正極集電体
９５６ 正極活物質層
９５７ 負極
９５８ 負極集電体
９５９ 負極活物質層
９６０ セパレータ
９７０ 二次電池
９７１ 正極集電体
９７２ 正極活物質層
９７３ 正極
９７４ 負極集電体
９７５ 負極活物質層
９７６ 負極
９７７ セパレータ
９７８ 外装体
９８０ 二次電池
９８１ 正極キャップ
９８２ 電池缶
９８３ 正極端子
９８４ 正極
９８５ セパレータ
９８６ 負極
９８７ 負極端子
９８８ 絶縁板
９８９ 絶縁板
９９１ ＰＴＣ素子
９９２ 安全弁機構
９９４ 負極
９９５ 正極
９９６ セパレータ
９９７ 端子
９９８ 端子
３００４ 論理回路
３４００ａ メモリセルアレイ
３４００ｎ メモリセルアレイ
６０００ 正極
６００１ 正極集電体
６００２ 正極活物質層
６００３ 正極活物質
６００４ グラフェン
６００５ バインダ
６１００ 負極
６１０１ 負極集電体
６１０２ 負極活物質層
６１０３ 負極活物質
６１０４ 被膜
６１０５ バインダ
８０００ 住宅
８００１ 電力系統
８００２ 線
８００３ 分電盤
８００４ 制御装置
８００５ 蓄電システム
８００６ 太陽光発電システム
８００７ 表示装置
８００８ 照明装置
８００９ 空気調和設備
８０１０ 電気冷蔵庫
８０１１ インターネット
８０１２ 電気自動車
８０１３ 管理サーバ
８０２０ 電気自動車
８０２１ 充電装置
８０２２ ケーブル
８０２３ 前輪
８０２４ 蓄電装置
８０２５ 電子制御ユニット
８０２６ インバータユニット
８０２７ 走行モータユニット
８０２８ 出力軸
８０２９ 駆動軸
８０３１ 接続プラグ
８０４０ 携帯情報端末
８０４１ 筐体
８０４２ 表示部
８０４３ ボタン
８０４４ アイコン
８０４５ カメラ
８０４６ マイクロフォン
８０４７ スピーカ
８０４８ 接続端子
８０４９ 太陽電池
８０５０ カメラ
８０５１ 充放電制御回路
８０５２ 蓄電装置
８０５３ ＤＣＤＣコンバータ
８０５４ スイッチ
８０５５ スイッチ
８０５６ スイッチ
８０５７ コンバータ
８１００ 蓄電システム
８１０１ プラグ
８１０２ 表示パネル
８１０３ 系統電源
８１０４ 分電盤

Claims (3)

1. 第１の蓄電素子乃至第４の蓄電素子と、第１のスイッチ乃至第１０のスイッチと、を有し、
   前記第１のスイッチ乃至前記第８のスイッチの各々は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、を有し、
   前記第１のスイッチ乃至前記第８のスイッチの各々において、前記第１のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第２のトランジスタのソース及びドレインの一方と電気的に接続され、
   前記第１のスイッチの第１のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第１の蓄電素子の正極と電気的に接続され、
   前記第２のスイッチの第１のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第１の蓄電素子の負極と電気的に接続され、
   前記第３のスイッチの第１のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第２の蓄電素子の正極と電気的に接続され、
   前記第４のスイッチの第１のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第２の蓄電素子の負極と電気的に接続され、
   前記第５のスイッチの第１のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第３の蓄電素子の正極と電気的に接続され、
   前記第６のスイッチの第１のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第３の蓄電素子の負極と電気的に接続され、
   前記第７のスイッチの第１のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第４の蓄電素子の正極と電気的に接続され、
   前記第８のスイッチの第１のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第４の蓄電素子の負極と電気的に接続され、
   前記第１のスイッチ、前記第３のスイッチ、前記第５のスイッチ、前記第７のスイッチの各々は、前記第１のトランジスタのソース及びドレインの他方が第１の接続端子と電気的に接続され、
   前記第２のスイッチ、前記第４のスイッチ、前記第６のスイッチ、前記第８のスイッチの各々は、前記第１のトランジスタのソース及びドレインの他方が第２の接続端子と電気的に接続され、
   前記第１のスイッチ及び前記第３のスイッチの各々は、前記第２のトランジスタのソース及びドレインの他方が、前記第１０のスイッチの第１の端子及び第３の接続端子と電気的に接続され、
   前記第２のスイッチ及び前記第４のスイッチの各々は、前記第２のトランジスタのソース及びドレインの他方が、前記第９のスイッチの第１の端子と電気的に接続され、
   前記第５のスイッチ及び前記第７のスイッチの各々は、前記第２のトランジスタのソース及びドレインの他方が、前記第９のスイッチの第２の端子及び前記第１０のスイッチの第２の端子と電気的に接続され、
   前記第６のスイッチ及び前記第８のスイッチの各々は、前記第２のトランジスタのソース及びドレインの他方が、第４の接続端子と電気的に接続され、
   前記第１のスイッチ乃至前記第１０のスイッチは、前記第１の蓄電素子乃至前記第４の蓄電素子を、並列接続とするか、直列接続にするか選択する機能を有し、
   前記第１の蓄電素子乃至前記第４の蓄電素子の充電は、前記並列接続で行われ、
   前記第１の蓄電素子乃至前記第４の蓄電素子の放電は、前記直列接続で行われる蓄電装置の制御システム。
2. 請求項１において、
   前記第１のスイッチ乃至前記第８のスイッチの各々は、前記第１のトランジスタと並列に接続された第３のトランジスタと、前記第２のトランジスタと並列に接続された第４のトランジスタと、を有し、
   前記第３のトランジスタは、前記第１のトランジスタと異なる極性を有し、
   前記第４のトランジスタは、前記第２のトランジスタと異なる極性を有する蓄電装置の制御システム。
3. 請求項２において、
   前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタは、酸化物半導体を有する蓄電装置の制御システム。

Images