JPWO2019048985A1 - 蓄電システム、車両、電子機器及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

優れた特性を有するセンサ素子を提供する。または、優れた特性を有する蓄電システムが搭載された電子機器を提供する。または、優れた特性を有する蓄電システムが搭載された車両を提供する。または、新規な半導体装置を提供する。蓄電池と、ニューラルネットワークと、センサ素子と、を有し、ニューラルネットワークは、入力層と、出力層と、入力層と出力層との間に配置される一または複数の中間層と、を有し、入力層には、センサ素子から出力される第１の信号に応じた値が与えられ、第１の信号はアナログ信号であり、センサ素子は、蓄電池の表面と接する領域を有し、センサ素子は、歪み、温度、のいずれか、または両方を測定する機能を有する蓄電システムである。

Description

本発明の一態様は、蓄電池、及びそれを用いた蓄電システムに関する。また、本発明の一態様は、蓄電池を用いた車両に関する。また、本発明の一態様は、蓄電池を用いた電子機器に関する。

また、本発明の一態様は半導体装置に関する。

また、本発明の一態様は、ニューラルネットワーク、及びそれを用いた蓄電システムに関する。また、本発明の一態様は、ニューラルネットワークを用いた車両に関する。また、本発明の一態様は、ニューラルネットワークを用いた電子機器に関する。

なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。表示装置、発光装置、記憶装置、電気光学装置、蓄電装置、半導体回路及び電子機器は、半導体装置を有する場合がある。

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。

ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いたセンサは、電子部品、センサ、アクチュエータ等に用いられる。特許文献１および特許文献２には、歪みを検知するＭＥＭＳセンサの例が述べられている。

また、近年、チャネル形成領域に酸化物半導体または金属酸化物を用いたトランジスタ（Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒトランジスタ、以下、ＯＳトランジスタと呼ぶ）が注目されている。ＯＳトランジスタはオフ電流が極めて小さい。そのことを利用して、ＯＳトランジスタを用いたアプリケーションが提案されている。例えば、特許文献３では、ニューラルネットワークの学習に、ＯＳトランジスタを用いた例が開示されている。

特開２００７−１４２３７２号公報 特開２００８−２７０７８７号公報 特開２０１６−２１９０１１号公報

本発明の一態様は、優れた特性を有するセンサ素子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、センサ素子を有するシステムの特性を高めることを課題の一とする。

または、本発明の一態様は、優れた特性を有する蓄電システム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、安全性の高い蓄電システム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、劣化の小さい蓄電システム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、優れた特性を有する蓄電システムが搭載された電子機器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、優れた特性を有する蓄電システムが搭載された車両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、新規な半導体装置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、新規なシステムを提供することを課題の一とする。

なお、複数の課題の記載は、互いの課題の存在を妨げるものではない。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。また、列記した以外の課題が、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、これらの課題も、本発明の一態様の課題となり得る。

本発明の一態様は、蓄電池と、ニューラルネットワークと、センサ素子と、を有し、ニューラルネットワークは、入力層と、出力層と、入力層と出力層との間に配置される一または複数の中間層と、を有し、入力層には、センサ素子から出力される第１の信号に応じた値が与えられ、第１の信号はアナログ信号であり、センサ素子は、蓄電池の表面と接する領域を有し、センサ素子は、歪み、温度、のいずれか、または両方を測定する機能を有する蓄電システムである。

または、本発明の一態様は、蓄電池と、ニューラルネットワークと、第１の回路と、センサ素子と、を有し、ニーラルネットワークは、入力層と、出力層と、入力層と出力層との間に配置される一または複数の中間層と、を有し、第１の回路には、センサ素子から出力される第１の信号が与えられ、第１の信号はアナログ信号であり、第１の回路は、第１の信号をデジタル信号に変換し、変換されたデジタル信号を入力層に与える機能を有し、センサ素子は、蓄電池の表面と接する領域を有し、センサ素子は、歪み、温度、のいずれか、または両方を測定する機能を有する蓄電システムである。

または、本発明の一態様は、蓄電池と、ニューラルネットワークと、第１の回路と、第２の回路と、センサ素子と、を有し、ニューラルネットワークは、入力層と、出力層と、入力層と出力層との間に配置される一または複数の中間層と、を有し、第１の回路には、センサ素子から出力される第１の信号が与えられ、第１の信号はアナログ信号であり、第１の回路は、第１の信号を、デジタル信号である第２の信号に変換する機能を有し、第１の回路は、第２の信号を変調し、無線通信により第２の回路に与える機能を有し、第２の回路は、無線通信により第１の回路から与えられた信号を復調し、入力層に与える機能を有し、センサ素子は、蓄電池の表面と接する領域を有し、センサ素子は、歪み、温度、のいずれか、または両方を測定する機能を有する蓄電システムである。

また、上記構成において、センサ素子は、蓄電池の充電電圧に応じて検知を開始することが好ましい。

また、上記構成において、センサ素子は、蓄電池の電流値の時間変化をニューラルネットワークにより解析した結果に応じて、検知を開始することが好ましい。

また、上記構成において、ニューラルネットワークは、第１のトランジスタと、容量と、第２のトランジスタと、を有し、第１のトランジスタのソース及びドレインの一方は、容量の一方の電極、及び、第２のトランジスタのゲートと電気的に接続され、第１のトランジスタのチャネル形成領域は金属酸化物を有し、金属酸化物はインジウムと、元素Ｍと、を有し、元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、スズ、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステンより選ばれる一以上であり、第１のトランジスタのソース及びドレインの一方には、アナログ信号に応じた電位が保持されることが好ましい。

または、本発明の一態様は、上記のいずれか一に記載の蓄電システムを有する車両である。

または、本発明の一態様は、上記のいずれか一に記載の蓄電システムを有する電子機器である。

または、本発明の一態様は、ニューラルネットワークと、第１の回路と、第２の回路と、を有し、ニューラルネットワークは、入力層と、出力層と、入力層と出力層との間に配置される一または複数の中間層と、を有し、第１の回路には、第１の信号として、歪み、および温度の一方または両方の測定値が与えられ、第１の信号はアナログ信号であり、第１の回路は、第１の信号をデジタル信号である第２の信号に変換する機能を有し、第１の回路は、第２の信号を変調し、無線通信により第２の回路に与える機能を有し、第２の回路は、無線通信により第１の回路から与えられた信号を復調し、入力層に与える機能を有する半導体装置である。

本発明の一態様により、優れた特性を有するセンサ素子を提供することができる。また、本発明の一態様により、センサ素子を有するシステムの特性を高めることができる。

また、本発明の一態様により、優れた特性を有する蓄電システムを提供することができる。また、本発明の一態様は、安全性の高い蓄電システムを提供することができる。また、本発明の一態様により、劣化の小さい蓄電システムを提供することができる。

また、本発明の一態様により、優れた特性を有する蓄電システムが搭載された電子機器を提供することができる。また、本発明の一態様により、優れた特性を有する蓄電システムが搭載された車両を提供することができる。また、本発明の一態様により、新規な半導体装置を提供することができる。また、本発明の一態様により、新規なシステムを提供することができる。

なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。

センサ素子を有するシステムの例。 センサ素子を有するシステムの例。 サンプルホールド回路の一例。 システムの動作を示すフロー図。 蓄電システムの例。 蓄電システムの例。 システムの動作を示すフロー図。 蓄電システムの一例。 蓄電システムの一例。 蓄電池およびセンサチップの上面図、および蓄電池の断面図。 複数の蓄電池およびセンサチップの斜視図。 複数の蓄電池およびセンサチップと筐体の斜視図。 筐体に収納された複数の蓄電池およびセンサチップの斜視図。 複数の蓄電池およびセンサチップと筐体の斜視図。 複数の蓄電池の接続を説明する断面図。 蓄電池およびセンサチップの上面図、および蓄電池の断面図。 複数の蓄電池およびセンサチップと筐体の斜視図。 複数の蓄電池の接続を説明する断面図。 蓄電池の一例。 蓄電池の断面図。 蓄電池の断面の一部を説明する図。 蓄電池の断面の一部を説明する図。 蓄電池の断面の一部を説明する図。 円筒形の蓄電池を説明する図、および蓄電池を用いたモジュールを説明する図。 ニューラルネットワークの構成例を示す図。 半導体装置の構成例を示す図。 メモリセルの構成例を示す図。 オフセット回路の構成例を示す図。 タイミングチャート。 ＮＯＳＲＡＭの構成例を示す機能ブロック図、およびメモリセルの構成例を示す回路図。 メモリセルアレイの構成例を示す回路図、およびメモリセルの構成例を示す回路図。 車両の例。 車両の一例。 電子機器の一例。 蓄電システムの適用例。 電子機器の例、および蓄電池の適用例。

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形態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。

また、図面において、大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状または値などに限定されない。

また、本明細書は、以下の実施の形態を適宜組み合わせることが可能である。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、構成例を適宜組み合わせることが可能である。

なお、本明細書においてニューラルネットワークとは、生物の神経回路網を模し、学習によってニューロンどうしの結合強度を決定し、問題解決能力を持たせるモデル全般を指す。ニューラルネットワークは入力層、中間層（隠れ層ともいう）、出力層を有する。

また、本明細書において、ニューラルネットワークについて述べる際に、既にある情報からニューロンとニューロンの結合強度（重み係数とも言う）を決定することを「学習」と呼ぶ場合がある。

また、本明細書において、学習によって得られた結合強度を用いてニューラルネットワークを構成し、そこから新たな結論を導くことを「推論」と呼ぶ場合がある。

また本明細書等において、チャネル形成領域に酸化物半導体または金属酸化物を用いたトランジスタをＯｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒトランジスタ、あるいはＯＳトランジスタと呼ぶ。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様として、センサを有するシステムを説明する。また、より具体的な例として、センサおよび蓄電池を有する蓄電システムについて説明する。

＜センサを有するシステム＞
図１（Ａ）、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）のそれぞれは、センサ素子１７４と、センサ素子１７４からの出力が与えられる制御システム１３１と、を有するシステムの一例を示す。

センサ素子１７４は、圧力センサ、温度センサ、加速度センサ、歪みセンサ、のうち一以上のセンサを有することが好ましい。

歪みセンサとして例えば、薄い絶縁物上に配線パターンを形成し、歪みによる抵抗変化を検出する歪みゲージを用いることができる。またホイートストンブリッジを介することにより、歪みによる抵抗変化を電圧の変化に変換することができる。

圧力センサとして例えば、圧電素子を用いることができる。圧電素子としては例えば、平行平板コンデンサを設けた電気容量式変位型感圧センサ、歪みによる抵抗の変化を検出する歪みゲージ式圧力センサ等がある。

歪みゲージ式圧力センサとして例えば、ｐ型シリコン結晶にｎ型不純物を熱拡散によりドープし、補償された高抵抗の真性半導体領域を歪みゲージとして用いるセンサがある。あるいは、ポリマーフィルムからなる圧電素子を用いてもよい。

加速度センサとして例えば、可動部と固定部の容量変化を検出する静電容量検出方式や、可動部と固定部を繋ぐ領域の歪みを検出するピエゾ抵抗方式、等を用いることができる。または加速度センサとして、熱検知方式を用いることができる。

加速度センサとしてジャイロセンサを用いることができる。振動式ジャイロセンサとして、静電容量方式や、ピエゾ抵抗方式を用いることができる。

温度センサとして例えば、サーミスタ（温度によって抵抗値の変化する抵抗体）や、バイメタルを用いるセンサ、等を用いることができる。

また温度センサとして例えば、ＩＣ化された半導体温度センサを用いることができる。例えば、ＮＰＮトランジスタのベース−エミッタ間の電圧の温度特性等を利用した温度センサを用いることができる。

また、温度特性の異なる２種類以上の半導体素子を用いて温度センサが構成されていてもよい。また、温度センサに酸化物半導体を用いた半導体素子と、シリコン半導体を用いた半導体素子と、が設けられる構成としても良い。酸化物半導体を用いた半導体素子は、従来のシリコンやゲルマニウム、及びその化合物を用いた半導体素子に比べて、温度依存性が小さい。酸化物半導体を用いた半導体素子を用いることにより、特性の優れる温度センサ等を実現することができる。

本発明の一態様の半導体装置に搭載するセンサ素子として、ＭＥＭＳセンサを用いてもよい。例えば、歪みセンサの可動部の作製にＭＥＭＳ技術を用いることができる。また、圧力センサの圧電素子の作製にＭＥＭＳ技術を用いることができる。また、加速度センサとしてＭＥＭＳ技術を用いた振動式ジャイロセンサを用いることができる。ＭＥＭＳ技術を用いることにより微細な構造体を形成することができ、小型で低消費電力なセンサを作製することができる。例えば、小型で低消費電力なガスセンサを作製できる。

ＭＥＭＳ技術を用いた歪みセンサの可動部の例を説明する。ＭＥＭＳ技術を用いた歪みセンサは例えば、第１のフィルム上に、トランジスタを有する第１の層と、該第１の層上に設けられる機能層と、該機能層上の第２のフィルムと、を有し、該第１の層と該機能層との間に空間を有するセンサである。該機能層は例えば、歪み抵抗素子、圧電素子、振動子、等を有する。

制御システム１３１は、回路１８０と、制御回路１３４と、メモリ１３２と、を有する。制御回路１３４はニューラルネットワークＮＮを有する。ニューラルネットワークＮＮは入力層と、出力層と、該入力層と該出力層との間に配置される一または複数の中間層と、を有する。

ニューラルネットワークＮＮには例えば学習データとして、センサ素子１７４の入出力特性が与えられてもよい。センサ素子１７４の入出力特性は例えば、温度等の環境により変化する場合がある。センサ素子１７４から出力される値を、ニューラルネットワークＮＮを用いて補正することにより、より正確な検知を行うことができる場合がある。

回路１８０は例えば、センサ素子１７４より与えられた信号ＩＮ１を処理した後、処理した信号を信号ＯＵＴ１として制御回路１３４に出力する。

メモリ１３２は例えば、揮発性メモリおよび不揮発性メモリを有することが好ましい。揮発性メモリとして例えば、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、等を用いることができる。

メモリ１３２は例えば、制御回路１３４が有するＣＰＵの外部メモリとして機能する。

メモリ１３２として、後述するＯＳトランジスタを有するメモリを用いることができる。ＯＳトランジスタを有するメモリを用いることにより、本発明の一態様の制御システムの消費電力を低減できる場合がある。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）において、信号ＯＵＴ１はニューラルネットワークＮＮの入力層ＩＬに与えられる。本発明の一態様のニューラルネットワークは、アナログ演算を行う機能を有することが好ましい。例えば、ニューラルネットワークＮＮが積和演算回路を有し、該積和演算回路がアナログ演算を行う機能を有することが好ましい。ニューラルネットワークＮＮがアナログ演算を行う機能を有する場合において、ニューラルネットワークＮＮを構成する回路の面積を縮小できる場合がある。

図１（Ａ）には、センサ素子１７４から出力される信号がアナログ信号であり、信号ＩＮ１および信号ＯＵＴ１がアナログ信号である例を示す。ニューラルネットワークＮＮはアナログ演算を行う機能を有するため、センサ素子１７４からの信号をデジタル信号に変換せずにニューラルネットワークＮＮに与えて演算を行ってもよい。このような場合には例えばアナログデジタル変換回路が不要となり、制御システム１３１の回路面積を縮小できる場合がある。例えばセンサ素子１７４に与えられた信号に応じた値が、ニューラルネットワークＮＮに与えられる。与えられた信号に応じた値とは、ここでは、例えば与えられた信号が増幅された値である。あるいは例えば、与えられた信号からノイズが除去され、増幅された値である。センサ素子１７４に与えられた信号とは例えば、センサ素子１７４が検知した信号である。

図１（Ｂ）には、信号ＩＮ１および信号ＯＵＴ１がアナログ信号であり、回路１８０が回路１９０を有する例を示す。回路１９０は例えば、信号を増幅する機能を有する。図１（Ｂ）において、信号ＩＮ１が回路Ａ−Ｄによりアナログ信号からデジタル信号に変換された後、回路１９０に与えられ、回路１９０から出力されるデジタル信号が回路Ｄ−Ａによりアナログ信号に変換された後、信号ＯＵＴ１としてニューラルネットワークＮＮの入力層ＩＬに与えられる例を示す。

また、ニューラルネットワークＮＮの入力層ＩＬにデジタル信号が与えられてもよい。図１（Ｃ）には、信号ＩＮ１がアナログ信号、信号ＯＵＴ１がデジタル信号の例を示す。信号ＯＵＴ１がデジタル信号の場合には例えば、デジタル信号がニューラルネットワークＮＮの入力層ＩＬに与えられる。

図２（Ａ）は、センサ素子１７４と、センサ素子１７４からの出力が与えられる回路１８２と、回路１８２から出力される電気信号を無線信号に変換し、無線で信号の送受信を行う機能を有するアンテナ１８３と、アンテナ１８３からの無線信号を受信する制御システム１３１ａと、を有するシステムの一例を示す。電気信号の無線信号への変換は、回路１８２において行われてもよい。

図２（Ａ）において、制御システム１３１ａは、回路１８６と、アンテナ１８３からの無線信号を受信し、電気信号に変換して回路１８６に与えるアンテナ１８５と、制御回路１３４と、メモリ１３２と、を有する。無線信号の変換は、回路１８６において行われてもよい。

回路１８２から出力される信号に応じた信号は、無線による通信を経て、回路１８６に与えられる。また、回路１８６から出力される信号に応じた信号は、無線による通信を経て、回路１８２に与えられる。例えば、回路１８６から出力される電気信号は、アンテナ１８５により無線信号に変換され、無線による通信を経て、アンテナ１８３に与えられる。アンテナ１８３に与えられた信号は、電気信号に変換され、回路１８２に与えられる。制御回路１３４に供給される電力をアンテナ１８５およびアンテナ１８３を介して、センサ素子１７４および回路１８２へ無線給電により供給することができる。

図２（Ｂ）は、複数のセンサ素子１７４（センサ素子１７４＿１乃至センサ素子１７４＿ｍ、ｍは２以上の整数）と、複数のセンサ素子１７４のそれぞれに電気的に接続される複数の回路１８２（回路１８２＿１乃至回路１８２＿ｍ）と、複数の回路１８２のそれぞれに電気的に接続される複数のアンテナ１８３（アンテナ１８３＿１乃至アンテナ１８３＿ｍ）と、制御システム１３１ａと、を有する。

図２（Ｂ）に示すように、アンテナ１８３＿１乃至アンテナ１８３＿ｍは、アンテナ１８５と無線で通信する機能を有する。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）において、アンテナ１８５が受信する信号がデジタル信号の場合には例えば、該信号を回路１８６においてアナログ信号に変換した後、変換された該信号がニューラルネットワークＮＮの入力層ＩＬに与えられることが好ましい。

回路１８２および回路１８６は例えば、整流回路、復調回路、変調回路、定電圧回路、等を有する。

［サンプルホールド回路］
回路１８０および回路１８２は、センサ素子１７４から与えられる信号を保持する機能を有する回路（以下、サンプルホールド回路と呼ぶ）を有することが好ましい。

図３には、サンプルホールド回路の一例を示す。図３に示すサンプルホールド回路１０１の入力端子ＩＮには、アナログデータの電位（アナログ電位Ｖｉｎ）が与えられ、サンプルホールド回路１０１は、制御信号Ｓ１の制御に応じてアナログ電位Ｖｉｎに応じた電荷の保持を行うことができる機能を有する回路である。制御信号Ｓ１は、タイミングコントローラより与えられる信号である。

サンプルホールド回路１０１は、一例として、バッファ回路１１４、トランジスタ１１２、及び容量素子１１３を有する。サンプルホールド回路１０１の入力端子ＩＮは、トランジスタ１１２のソース又はドレインの一方に設けられる。図３では、入力端子ＩＮはトランジスタ１１２のソース又はドレインの一方に、バッファ回路１１４を介して設けられている。またサンプルホールド回路１０１の出力端子ＯＵＴは、トランジスタ１１２のソース又はドレインの他方に設けられる。なおトランジスタ１１２のソース又はドレインの他方にあるノードを、説明のため、ノードＮＤとする。

バッファ回路１１４は、サンプルホールド回路１０１に与えられるアナログデータ等の信号を増幅して出力する機能を有する。なお、図３ではバッファ回路１１４を、サンプルホールド回路１０１の入力端子ＩＮと、トランジスタ１１２のソース又はドレインの一方との間に設ける構成としたが、これに限らずトランジスタ１１２のゲートと接続される構成としてもよい。

トランジスタ１１２は、オフ状態でのソース−ドレイン間を流れる電流が極めて低いという特徴を有するトランジスタである。このような特徴を有するトランジスタとして、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）が好適である。ＯＳトランジスタについては、後述する実施の形態で詳述する。なお図面では、ＯＳトランジスタであることを明示するために、ＯＳトランジスタの回路記号に「ＯＳ」の記載を付している場合がある。トランジスタ１１２のソース又はドレインの一方は、サンプルホールド回路１０１の入力端子ＩＮに接続される。トランジスタ１１２のゲートは、制御信号Ｓ１を与える配線に接続される。トランジスタ１１２のソース又はドレインの他方は、サンプルホールド回路１０１の出力端子ＯＵＴ、又はノードＮＤに接続される。

容量素子１１３は、トランジスタ１１２をオフにすることで、アナログ電位Ｖｉｎに応じた電荷を保持する機能を有する。なお図３では、容量素子１１３をトランジスタ１１２のソース又はドレインの他方、すなわちノードＮＤ側に設ける構成を示しているが、容量素子１１３は必ずしも設ける必要はなく、アナログデジタル変換回路が有するコンパレータの入力端子におけるゲート容量等を利用することで省略することができる。

一つのサンプルホールド回路には例えば、一つのアナログ電位が与えられる。

回路１８０および回路１８２は、サンプルホールド回路を複数有してもよい。例えば、センサ素子１７４が有するそれぞれのセンサ、例えば、歪みセンサと温度センサであればそれぞれのセンサに対応する一つずつのサンプルホールド回路を有してもよい。あるいは一のセンサに対して、複数のサンプルホールド回路を設けてもよい。

＜システムの動作例＞
図２（Ａ）に示すシステムの動作例について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

まずステップＳ２００において、処理を開始する。

次にステップＳ２０１において、センサ素子１７４にＯＮ信号が与えられる。ＯＮ信号が与えられるとは例えば、電源信号として高電位信号が与えられることを指す。

次にステップＳ２０２において、センサ素子１７４に信号が与えられる。より具体的にはセンサ素子１７４が有するセンサによりセンシングされた信号が、センサ素子１７４が有する回路などに与えられる。

次にステップＳ２０３において、回路１８２が有するサンプルホールド回路にＯＮ信号が与えられる。ここで、図３に示すサンプルホールド回路において、ＯＮ信号が与えられる、とは例えば、制御信号Ｐ_ＳＷとして高電位信号が与えられることを指す。制御信号Ｐ_ＳＷとして高電位信号が与えられることにより、バッファ回路１１４に高電位Ｖ_ＶＤＤが与えられる。

次にステップＳ２０４において、センサ素子１７４に与えられた信号が、回路１８２が有するサンプルホールド回路に蓄積される。ここでは蓄積される信号を第１の信号と呼ぶ。

次にステップＳ２０５において、サンプルホールド回路にＯＦＦ信号が与えられる。ここで、図３に示すサンプルホールド回路において、ＯＦＦ信号が与えられる、とは例えば、制御信号Ｐ_ＳＷとして低電位信号、あるいは接地電位が与えられることを指す。

次にステップＳ２０６において、センサ素子１７４にＯＦＦ信号が与えられる。

次にステップＳ２０７において、サンプルホールド回路に蓄積された信号（第１の信号）が、回路１８２において変換される。例えば、第１の信号がアナログデジタル変換回路によりデジタル信号に変換された後、変調回路により変調される。

次にステップＳ２０８において、変換された信号がアンテナ１８３およびアンテナ１８５を介して回路１８６に与えられる。

次にステップＳ２０９において、回路１８６に与えられた信号が、回路１８６において変換される。例えば、整流回路により整流され、その後、復調回路により復調される。その後、デジタルアナログ変換回路によりアナログ信号に変換されてもよい。変換された信号は、制御回路１３４に与えられる。

最後に、ステップＳ２９９において処理を終了する。

＜蓄電システム＞
以下に、図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すシステムを、蓄電池に適用する例について説明する。

図５（Ａ）に示す蓄電システム１３０は、制御システム１３１と、蓄電池１３５と、センサ素子１７４と、を有する。

蓄電池として例えば、一次電池および二次電池を用いることができる。二次電池として例えば、リチウムイオン二次電池（リチウムイオン電池と呼ぶ場合がある）、ナトリウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池、等を用いることができ、好ましくはリチウムイオン二次電池を用いるとよい。あるいは、空気電池、燃料電池等を用いてもよい。あるいは電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、レドックスキャパシタ等の電気化学キャパシタ、等を用いてもよい。

図５（Ａ）に示す制御システム１３１は、制御回路１３４、回路１８０、メモリ１３２に加えて、保護回路１３７と、回路１７１と、を有する。

保護回路１３７は蓄電池１３５がある定められた条件を満たす場合に、蓄電池１３５の動作を停止する機能を有する。例えば、蓄電池１３５の電流がある値を超える場合に、その動作を停止する。また例えば、蓄電池１３５の電圧がある値以上、あるいはある値以下となる場合に、その動作を停止する。

保護回路１３７は、蓄電池１３５の電圧及び電流を測定する機能を有することが好ましい。あるいは、保護回路１３７は例えば、後述する回路１７１により測定される蓄電池１３５の電流及び電圧を用いて、蓄電池１３５の制御を行ってもよい。

保護回路１３７は、蓄電池１３５の動作を停止する場合に、蓄電池１３５の正極及び負極と接続し、正極と負極を短絡させる経路を有してもよい。該経路に、抵抗素子または容量素子を設けてもよい。

回路１７１は、蓄電池１３５の正極及び負極と電気的に接続される。回路１７１は、蓄電池１３５の電流及び電圧を測定する機能を有する。また回路１７１は、制御回路１３４と電気的に接続され、制御回路１３４から信号を与えられる。

また回路１７１は、クーロンカウンタＣＣを有することが好ましい。クーロンカウンタＣＣは、蓄電池１３５の電流の時間特性を用いて積算電荷量を算出する機能を有する。クーロンカウンタが有する電流計は、回路１７１が有する電流計と兼ねてもよい。

制御システム１３１は、トランジスタ１４７及びトランジスタ１４８を有してもよい。トランジスタ１４７及びトランジスタ１４８は、電流を遮断するスイッチとして機能し、保護回路１３７が蓄電池１３５を停止させると判断した場合に、スイッチを作動させる。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す例では、トランジスタ１４７及びトランジスタ１４８として寄生ダイオードを有するＭＯＳＦＥＴを示すが、トランジスタ１４７及びトランジスタ１４８として、ＯＳトランジスタを用いてもよい。ＯＳトランジスタの詳細については後述する。また制御システム１３１は、トランジスタ１４７及びトランジスタ１４８のいずれかを有さない構成としてもよい。

図５（Ａ）に示すように、制御システム１３１はヒューズ１７６を有してもよい。

図５（Ｂ）に示す蓄電システム１３０は、複数の蓄電池１３５（蓄電池１３５＿１乃至蓄電池１３５＿ｍ）を有する。また蓄電システム１３０は、複数の蓄電池１３５のそれぞれに対応する、複数のセンサ素子１７４（センサ素子１７４＿１乃至センサ素子１７４＿ｍ）を有する。

センサ素子１７４＿１乃至センサ素子１７４＿ｍからの出力信号はそれぞれ、回路１８０に与えられる。

＜蓄電システム２＞
図６（Ａ）は、図２（Ａ）に示すシステムを蓄電池に適用する例を示す。図６（Ａ）に示す蓄電システム１３０は、制御システム１３１ａと、蓄電池１３５と、センサ素子１７４と、回路１８２と、アンテナ１８３と、を有する。ここでセンサ素子１７４、回路１８２及びアンテナ１８３を含むチップをセンサチップ１８１と呼ぶ場合がある。センサチップ１８１において例えば、センサ素子１７４のセンシング部は、蓄電池１３５の表面上に位置することが好ましい。また、センサ素子１７４のセンシング部は、蓄電池１３５の表面上に接することが好ましい。

図６（Ａ）に示す制御システム１３１ａは、図２（Ａ）で述べた制御回路１３４、メモリ１３２、回路１８６、アンテナ１８５に加えて、保護回路１３７と、回路１７１と、を有する。

また図６（Ｂ）に示すように、センサ素子１７４が有する端子と、蓄電池１３５が有する端子が電気的に接続されてもよい。図６（Ｂ）に示す例では、蓄電池１３５の負極端子が、センサ素子１７４が有する端子に電気的に接続されている。

＜蓄電システムの動作例＞
本発明の一態様の蓄電システムの動作例について、図７に示すフローチャートを用いて説明する。図７に示すフローチャートは蓄電池の充電を行う際に、センサを有するシステムを駆動させる例を示すが、蓄電池の様々な状態、蓄電池のパラメータの値、等に合わせてシステムを駆動させてもよい。例えば、本発明の一態様の蓄電システムにおいて、蓄電池が有する保護回路の動作に合わせて蓄電システムを駆動させてもよい。より具体的には例えば、過充電、過放電、蓄電池の電圧上昇または降下、蓄電池のインピーダンスの上昇、等に合わせて蓄電システムを駆動させればよい。

まずステップＳ３００において、処理を開始する。

次にステップＳ３０１において、蓄電池の充電が行われる。

次にステップＳ３０２において、蓄電池の電圧がＬ［Ｖ］より大きい場合にはステップＳ３０３に進み、Ｌ［Ｖ］以下の場合にはステップＳ３０２に留まる。

次にステップＳ３０３において、図４に述べたステップＳ２０１乃至ステップＳ２０９を実行する。

次にステップＳ３０４において、回路１８６からニューラルネットワークＮＮに信号が与えられる。

次にステップＳ３０５において、ニューラルネットワークＮＮに与えられた信号に応じた結果が、ニューラルネットワークＮＮから出力される。

ここでニューラルネットワークＮＮに与えられる信号は、回路１８２、回路１８６等により変換されたセンサ素子１７４からの信号のみではなく、例えば、保護回路１３７、回路１７１等により測定された蓄電池の電圧、電流、インピーダンス、等の信号も合わせて与えられることが好ましい。例えば、蓄電池の外装体上に変位センサを配置し、変位センサにより外装体の膨らみが異常と判断される場合において、蓄電池の電流−電圧特性を解析し、その結果に応じて蓄電池の動作を決定する。例えば、蓄電池の充電を停止する。これらの解析は例えば、ニューラルネットワークＮＮにより行うことができる。

次にステップＳ３０６において、ニューラルネットワークＮＮから出力される値に応じて、保護回路１３７、回路１８２、等の動作が決定される。

最後に、ステップＳ３９９において処理を終了する。

＜蓄電システム３＞
図８は、図２（Ｂ）に示すシステムを蓄電池に適用する例を示す。図８に示す蓄電システム１３０は、制御システム１３１ａと、複数の蓄電池１３５（蓄電池１３５＿１乃至蓄電池１３５＿ｍ）と、複数の蓄電池１３５のそれぞれに対応する複数のセンサ素子１７４（センサ素子１７４＿１乃至センサ素子１７４＿ｍ）と、複数のセンサ素子１７４のそれぞれに電気的に接続される複数の回路１８２（回路１８２＿１乃至回路１８２＿ｍ）と、複数の回路１８２のそれぞれに電気的に接続される複数のアンテナ１８３（アンテナ１８３＿１乃至アンテナ１８３＿ｍ）と、を有する。図８において、複数の蓄電池１３５は電気的に直列に接続される。なお、蓄電池１３５のそれぞれに対応するとは例えば、蓄電池１３５が有する部位の歪み、温度、等のパラメータをセンシングすることを指す。

図８に示す制御システム１３１ａは、図２（Ｂ）で述べた制御回路１３４、メモリ１３２、回路１８６、アンテナ１８５に加えて、保護回路１３７と、回路１７１と、を有する。

図９は、蓄電システムにおいて、複数の蓄電池１３５が電気的に並列に接続される例を示す。図９に示す蓄電システム１３０において、複数の蓄電池１３５のそれぞれに対応する複数のセンサ素子１７４（センサ素子１７４＿１乃至センサ素子１７４＿ｍ）と、複数のセンサ素子１７４のそれぞれに電気的に接続される複数の回路１８２（回路１８２＿１乃至回路１８２＿ｍ）と、複数の回路１８２のそれぞれに電気的に接続される複数のアンテナ１８３（アンテナ１８３＿１乃至アンテナ１８３＿ｍ）と、を有する。

本実施の形態は、他の実施の形態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２）
本実施の形態では、本発明の一態様の蓄電システムが有する蓄電池、およびセンサチップについて説明する。

＜ラミネート型の蓄電池を用いたシステム＞
以下に、蓄電池１３５としてラミネート型の蓄電池を用いる例を示す。ラミネート型の蓄電池の詳細については後述する。なお、ラミネート型の蓄電池は、ラミネートセル、積層型ラミネートセル、等と呼ばれる場合がある。

ラミネート型の蓄電池は、可撓性を有する構成とすることにより、可撓性を有する部位を少なくとも一部有する電子機器に実装した場合に、電子機器の変形に合わせて蓄電池も曲げることができる。

図１０（Ａ）には、蓄電池１３５としてラミネート型の蓄電池を用いる例を示す。図１０（Ａ）は、蓄電池１３５の上面を示す。また、図１０（Ｂ）には図１０（Ａ）に示す蓄電池１３５の上面において一点鎖線Ｘ１−Ｘ２に対応する断面、図１０（Ｃ）には図１０（Ａ）に示す二点鎖線Ｙ１−Ｙ２に対応する断面、をそれぞれ示す。蓄電池１３５は、絶縁表面で覆われたシートから成る外装体５０９を有する。また、蓄電池１３５は正極リード電極５１０および負極リード電極５１１を有することが好ましい。正極リード電極５１０は正極に電気を与え、例えば、正極が有する集電体と電気的に接続される。負極リード電極５１１は負極に電気を与え、例えば、負極が有する集電体と電気的に接続される。蓄電池１３５の上面図において、外装体を構成するシートが重ねて設けられ、外周部分において、重ねられたシートが封止領域５０９ａにおいて封止されている。

また、蓄電池１３５が有する外装体５０９の表面に接するように、センサチップ１８１が配置される。センサチップ１８１は、センサ素子１７４、回路１８２およびアンテナ１８３を有する。図１０（Ａ）に示す例では、回路１８２とセンサ素子１７４が重なる部分を有し、センサ素子１７４は、回路１８２の外装体５０９側の面上に設けられる。図１０（Ａ）に示す例ではアンテナ１８３とセンサ素子１７４が重ならない例を示すが、それぞれが重なる部分を有してもよい。

センサチップ１８１は外装体５０９上に設けられる。センサチップ１８１は例えば、センサ素子１７４として、歪みセンサ、温度センサ、ガスセンサ、等から選ばれる一以上のセンサ素子を有する。

本発明の一態様の蓄電システムが歪みセンサを有することにより例えば、蓄電池１３５の内圧の上昇を検知することができる。また例えば、蓄電池１３５の内部におけるガスの発生による外装体５０９の膨張を検知することができる。歪みセンサは、外装体５０９において特に膨張しやすい領域の近傍に設けることが好ましい。例えば、図１０（Ａ）において、センサ素子１７４は封止領域５０９ａの近傍、例えば封止領域の５０９ａの内側の境界近傍に設けられる。

センサ素子１７４には駆動用の電位（例えば高電位と接地電位）が与えられる。センサ素子１７４に与えられる電位を、蓄電池１３５の正極、または負極のいずれかの電位と兼ねてもよい。例えば、センサ素子１７４に与えられる接地電位が、蓄電池１３５の負極電位と兼ねられてもよい。その場合には、図示しないが、配線を用いて、負極リード電極５１１とセンサ素子１７４の電位を与える電極と、を電気的に接続すればよい。

図１１には、図１０（Ａ）に示す蓄電池１３５を複数重ねる例を示す。

図１２には、複数重ねた蓄電池１３５の側面を筐体１９５ａに設けられたスリットに収納し、リード電極を筐体１９５ｂおよび筐体１９５ｃに設けられたスリットに通す例を示す。側面、およびリード電極をそれぞれの筐体に収納した例が図１３である。

さらに、図１４に示すように、蓄電池が扁平な形状を有する場合に、重ねられた複数の蓄電池１３５の広い面に面するように、筐体１９５ｅおよび筐体１９５ｆを設けてもよい。図１４に示す例では、筐体１９５ｅには先の実施の形態に示す制御システム１３１ａが設けられている。図１４においては、制御回路１３４およびアンテナ１８５が並んで設けられる例を示す。また、図１２乃至図１４に示す例では、アンテナ１８３は外装体５０９と重なる例を示すが、後述する図１６に例を示すように、それぞれの蓄電池１３５において、センサ素子１７４は外装体５０９上に設け、アンテナ１８３は外装体５０９と重ならない領域、例えば上面から見て外装体５０９の外側に設けられてもよい。上面から見て外装体５０９の外側にアンテナ１８３を設けることにより、外装体５０９の遮蔽の影響を小さくすることができる。

図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）には、図１４等において複数重ねられた蓄電池１３５の断面を示す。なお、簡略化のため、筐体１９５ｂ、筐体１９５ｃ等は図示しない。

図１５（Ａ）には、複数の蓄電池が電気的に並列に接続される例を示す。第ｋ番目の蓄電池が有する正極リード電極５１０を正極リード電極５１０＿ｋ（ｋは１以上ｍ以下の整数）、第ｋ番目の蓄電池が有する負極リード電極５１１を負極リード電極５１１＿ｋとする。図１５（Ａ）において、正極リード電極５１０＿１乃至正極リード電極５１０＿ｍは導電板１９６ａを介して電気的に接続される。負極リード電極５１１＿１乃至負極リード電極５１１＿ｍは導電板１９６ｂを介して電気的に接続される。

図１５（Ｂ）は、複数の蓄電池が電気的に直列に接続される例を示す。図１５（Ｂ）において、隣り合う蓄電池の正極リード電極５１０と負極リード電極５１１が交互に重なり、隣接する蓄電池１３５の正極リード電極５１０と負極リード電極５１１が導電体１９６ｃを介して電気的に接続され、蓄電池１３５＿１乃至蓄電池１３５＿ｍは電気的に直列に接続される。

図１０（Ａ）においては、蓄電池１３５の上面において、正極リード電極５１０と負極リード電極５１１が対する辺に設けられる例を示したが、図１６（Ａ）に示すように、同じ辺上に設けてもよい。図１６（Ａ）は、蓄電池１３５の上面を示す。また、図１６（Ｂ）には図１６（Ａ）に示す蓄電池１３５の上面において一点鎖線Ｘ１−Ｘ２に対応する断面、図１６（Ｃ）には図１６（Ａ）に示す二点鎖線Ｙ１−Ｙ２に対応する断面、をそれぞれ示す。

図１７は、図１６（Ａ）に示す蓄電池１３５を複数重ね、複数重ねた蓄電池１３５の側面を筐体１９５ａに設けられたスリットに収納し、リード電極を筐体１９５ｇに設けられたスリットに通し、重ねられた複数の蓄電池１３５の広い面に面するように、筐体１９５ｅおよび筐体１９５ｆを設ける例を示す。また筐体１９５ｇと概略向かい合う位置に筐体１９５ｈが設けられる。

図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）には、図１７において複数重ねた蓄電池の断面を示す。図１８（Ａ）は、複数の蓄電池が電気的に並列に接続される例を示す。図１８（Ａ）において、正極リード電極５１０＿１乃至正極リード電極５１０＿ｍは導電板１９７ａを介して電気的に接続される。負極リード電極５１１＿１乃至負極リード電極５１１＿ｍは導電板１９７ｂを介して電気的に接続される。

図１８（Ｂ）は、複数の蓄電池が電気的に直列に接続される例を示す。図１８（Ｂ）において、隣り合う蓄電池の正極リード電極５１０と負極リード電極５１１が交互に重なり、隣接する蓄電池１３５の正極リード電極５１０と負極リード電極５１１が導電体１９７ｃを介して電気的に接続され、蓄電池１３５＿１乃至蓄電池１３５＿ｍは電気的に直列に接続される。

筐体１９５ａ乃至筐体１９５ｈは例えば、絶縁材料で構成すればよい。あるいは、筐体１９５ａ乃至筐体１９５ｈは、金属材料で構成してもよい。

［ラミネート型の蓄電池］
以下に、ラミネート型の蓄電池の外装体の内部の構成の詳細等を説明する。

図１９はラミネート型の蓄電池である蓄電池５００の外観図を示す。また、図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）は、図１９に一点鎖線で示すＡ１−Ａ２断面およびＢ１−Ｂ２断面を示す。蓄電池５００は、正極集電体５０１および正極活物質層５０２を有する正極５０３と、負極集電体５０４および負極活物質層５０５を有する負極５０６と、セパレータ５０７と、電解液５０８と、外装体５０９と、を有する。外装体５０９内に設けられた正極５０３と負極５０６との間にセパレータ５０７が設置されている。また、外装体５０９内は、電解液５０８で満たされている。

電解液５０８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およ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、二次電池の薄型化およ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系ゲル、ポリプロピレンオキサイド系ゲル、フッ素系ポリマーのゲル等がある。

また、電解液の溶媒として、難燃性およ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。イオン液体は、カチオンとアニオンからなり、有機カチオンとアニオンとを含む。電解液に用いる有機カチオンとして、四級アンモニウムカチオン、三級スルホニウムカチオン、および四級ホスホニウムカチオン等の脂肪族オニウムカチオンや、イミダゾリウムカチオンおよびピリジニウムカチオン等の芳香族カチオンが挙げられる。また、電解液に用いるアニオンとして、１価のアミド系アニオン、１価のメチド系アニオン、フルオロスルホン酸アニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボレートアニオン、パーフルオロアルキルボレートアニオン、ヘキサフルオロホスフェートアニオン、またはパーフルオロアルキルホスフェートアニオン等が挙げられる。

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、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、Ｌｉ_２ＳＯ_４、Ｌｉ_２Ｂ_１０Ｃｌ_１０、Ｌｉ_２Ｂ_１２Ｃｌ_１２、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３、ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３、ＬｉＣ（Ｃ_２Ｆ_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および比率で用いることができる。

蓄電装置に用いる電解液は、粒状のごみや電解液の構成元素以外の元素（以下、単に「不純物」ともいう。）の含有量が少ない高純度化された電解液を用いることが好ましい。具体的には、電解液に対する不純物の重量比を１％以下、好ましくは０．１％以下、より好ましくは０．０１％以下とすることが好ましい。

また、電解液にビニレンカーボネート、プロパンスルトン（ＰＳ）、ｔｅｒｔ−ブチルベンゼン（ＴＢＢ）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、リチウムビス（オキサレート）ボレート（ＬｉＢＯＢ）、フルオロベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニルなどの添加剤を添加してもよい。添加剤の濃度は、例えば溶媒全体に対して０．１ｗｅｉｇｈｔ％以上５ｗｅｉｇｈｔ％以下とすればよい。

また、ポリマーを電解液で膨潤させたポリマーゲル電解質を用いてもよい。

ポリマーとしては、例えばポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）などのポリアルキレンオキシド構造を有するポリマーや、ＰＶＤＦ、およびポリアクリロニトリル等、およびそれらを含む共重合体等を用いることができる。例えばＰＶＤＦとヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）の共重合体であるＰＶＤＦ−ＨＦＰを用いることができる。また、形成されるポリマーは、多孔質形状を有してもよい。

また、電解液の代わりに、硫化物系や酸化物系等の無機物材料を有する固体電解質や、ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）系等の高分子材料を有する固体電解質を用いることができる。固体電解質を用いる場合には、セパレータやスペーサの設置が不要となる。また、電池全体を固体化できるため、漏液のおそれがなくなり安全性が飛躍的に向上する。

セパレータ５０７としては、例えば、紙、不織布、ガラス繊維、セラミックス、或いはナイロン（ポリアミド）、ビニロン（ポリビニルアルコール系繊維）、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリウレタンを用いた合成繊維等で形成されたものを用いることができる。

セパレータ５０７は袋状に加工し、正極５０３または負極５０６のいずれか一方を包むように配置することが好ましい。例えば、正極５０３を挟むようにセパレータ５０７を２つ折りにし、正極５０３と重なる領域よりも外側で封止することで、正極５０３をセパレータ５０７内に確実に担持することができる。そして、セパレータ５０７に包まれた正極５０３と負極５０６とを交互に積層し、これらを外装体５０９内に配置することで蓄電池５００を形成するとよい。

蓄電池５００において、外装体５０９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フィルムを用いることができる。

上記構成において、二次電池の外装体５０９は、最小の曲率半径が例えば、３ｍｍ以上３０ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように変形することができる。二次電池の外装体であるフィルムは、１枚または２枚で構成されており、積層構造の二次電池である場合、湾曲させた電池の断面構造は、外装体であるフィルムの２つの曲線で挟まれた構造となる。

正極集電体および負極集電体として、導電体シート、例えば、金属箔などを用いることができる。

正極活物質層は正極活物質を有する。また、正極活物質層は結着剤、導電助剤、等を有することが好ましい。

正極活物質として例えば、層状岩塩型の結晶構造、またはスピネル型の結晶構造を有する複合酸化物等を用いることができる。また、正極活物質として例えば、ポリアニオン系の正極材料を用いることができる。ポリアニオン系の正極材料として例えば、オリビン型の結晶構造を有する材料、ナシコン型の材料、等が挙げられる。また、正極活物質として例えば、硫黄を有する正極材料を用いることができる。

正極活物質として、様々な複合酸化物を用いることができる。例えば、ＬｉＦｅＯ_２、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_２ＭｎＯ_３、Ｖ_２Ｏ_５、Ｃｒ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２等の化合物を用いることができる。

層状岩塩型の結晶構造を有する材料として例えば、ＬｉＭＯ_２で表される複合酸化物を用いることができる。元素Ｍは、ＣｏまたはＮｉより選ばれる一以上であることが好ましい。ＬｉＣｏＯ_２は、容量が大きいこと、大気中で安定であること、熱的に比較的安定であること等の利点があるため、好ましい。また、元素Ｍとして、ＣｏおよびＮｉより選ばれる一以上に加えて、ＡｌおよびＭｎより選ばれる一以上を有してもよい。

スピネル型の結晶構造を有する材料として例えば、ＬｉＭ_２Ｏ_４で表される複合酸化物を用いることができる。元素ＭとしてＭｎを有することが好ましい。例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４を用いることができる。また元素Ｍとして、Ｍｎに加えてＮｉを有することにより、二次電池の放電電圧が向上し、エネルギー密度が向上する場合があり、好ましい。また、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等のマンガンを含むスピネル型の結晶構造を有するリチウム含有材料に、少量のニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２やＬｉＮｉ_１−ｘＭ_ｘＯ_２（Ｍ＝Ｃｏ、Ａｌ等））を混合することにより、二次電池の特性を向上させることができ好ましい。

正極活物質の表面に酸化物又はフッ化物の一以上を有する層を設けてもよい。酸化物は、正極活物質と異なる組成を有してもよい。また、酸化物は、正極活物質と同じ組成を有してもよい。

ポリアニオン系の正極材料として例えば、酸素と、元素Ｘと、金属Ａと、金属Ｍと、を有する複合酸化物を用いることができる。金属ＭはＦｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂの一以上であり、金属ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｍｇの一以上であり、元素ＸはＳ、Ｐ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｓ、Ｓｉの一以上である。

オリビン型の結晶構造を有する材料として例えば、複合材料（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、ＬｉＣｏＰＯ_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_ｅＰＯ_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用いることができる。

また、一般式Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭＳｉＯ_４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）の一以上、０≦ｊ≦２）等の複合材料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）}ＦｅＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＮｉＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＣｏＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭｎＳｉＯ_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）等のリチウム化合物を材料として用いることができる。

また、Ａ_ｘＭ_２（ＸＯ_４）_３（Ａ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｘ＝Ｓ、Ｐ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｓ、Ｓｉ）の一般式で表されるナシコン型化合物を用いることができる。ナシコン型化合物としては、Ｆｅ_２（ＭｎＯ_４）_３、Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３、Ｌｉ_３Ｆｅ_２（ＰＯ_４）_３等がある。また、正極活物質として、Ｌｉ_２ＭＰＯ_４Ｆ、Ｌｉ_２ＭＰ_２Ｏ_７、Ｌｉ_５ＭＯ_４（Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ）の一般式で表される化合物を用いることができる。

また、Ｖを有するポリアニオン系正極材料を用いることができる。

また、正極活物質として、ＮａＦｅＦ_３、ＦｅＦ_３等のペロブスカイト型フッ化物、ＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２等の金属カルコゲナイド（硫化物、セレン化物、テルル化物）、ＬｉＭＶＯ_４等の逆スピネル型の結晶構造を有する酸化物、バナジウム酸化物系（Ｖ_２Ｏ_５、Ｖ_６Ｏ_１３、ＬｉＶ_３Ｏ_８等）、マンガン酸化物、有機硫黄化合物等の材料を用いることができる。

また、正極活物質として、一般式ＬｉＭＢＯ_３（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ））で表されるホウ酸塩系正極材料を用いることができる。

負極活物質層は負極活物質を有する。また、負極活物質層は結着剤、導電助剤、等を有することが好ましい。

負極活物質として、例えば炭素系材料や合金系材料等を用いることができる。炭素系材料としては、黒鉛、易黒鉛化性炭素（ソフトカーボン）、難黒鉛化性炭素（ハードカーボン）、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンブラック等を用いればよい。黒鉛としては、人造黒鉛や、天然黒鉛等が挙げられる。人造黒鉛としては例えば、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、コークス系人造黒鉛、ピッチ系人造黒鉛等が挙げられる。ここで人造黒鉛として、球状の形状を有する球状黒鉛を用いることができる。例えば、ＭＣＭＢは球状の形状を有する場合があり、好ましい。また、ＭＣＭＢはその表面積を小さくすることが比較的容易であり、好ましい場合がある。天然黒鉛としては例えば、鱗片状黒鉛、球状化天然黒鉛等が挙げられる。

負極活物質として、リチウムとの合金化・脱合金化反応により充放電反応を行うことが可能な元素を用いることができる。例えば、シリコン、スズ、ガリウム、アルミニウム、ゲルマニウム、鉛、アンチモン、ビスマス、銀、亜鉛、カドミウム、インジウム等のうち少なくとも一つを含む材料を用いることができる。このような元素は炭素と比べて容量が大きく、特にシリコンは理論容量が４２００ｍＡｈ／ｇと高い。このため、負極活物質にシリコンを用いることが好ましい。また、これらの元素を有する化合物を用いてもよい。例えば、ＳｉＯ、Ｍｇ_２Ｓｉ、Ｍｇ_２Ｇｅ、ＳｎＯ、ＳｎＯ_２、Ｍｇ_２Ｓｎ、ＳｎＳ_２、Ｖ_２Ｓｎ_３、ＦｅＳｎ_２、ＣｏＳｎ_２、Ｎｉ_３Ｓｎ_２、Ｃｕ_６Ｓｎ_５、Ａｇ_３Ｓｎ、Ａｇ_３Ｓｂ、Ｎｉ_２ＭｎＳｂ、ＣｅＳｂ_３、ＬａＳｎ_３、Ｌａ_３Ｃｏ_２Ｓｎ_７、ＣｏＳｂ_３、ＩｎＳｂ、ＳｂＳｎ等がある。ここで、リチウムとの合金化・脱合金化反応により充放電反応を行うことが可能な元素、および該元素を有する化合物等を合金系材料と呼ぶ場合がある。

また、本発明の一態様の負極活物質は、シリコンとリチウムと、酸素と、を有してもよい。例えば、シリコンと、該シリコンの外側に位置するリチウムシリコン酸化物と、を有してもよい。

また、負極活物質として、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、リチウムチタン酸化物（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、リチウム−黒鉛層間化合物（Ｌｉ_ｘＣ_６）、五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化タングステン（ＷＯ_２）、酸化モリブデン（ＭｏＯ_２）等の酸化物を用いることができる。

また、コンバージョン反応が生じる材料を負極活物質として用いることもできる。例えば、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化鉄（ＦｅＯ）等の、リチウムとの合金を作らない遷移金属酸化物を負極活物質に用いてもよい。コンバージョン反応が生じる材料としては、さらに、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、Ｃｕ_２Ｏ、ＲｕＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３等の酸化物、ＣｏＳ_０．８９、ＮｉＳ、ＣｕＳ等の硫化物、Ｚｎ_３Ｎ_２、Ｃｕ_３Ｎ、Ｇｅ_３Ｎ_４等の窒化物、ＮｉＰ_２、ＦｅＰ_２、ＣｏＰ_３等のリン化物、ＦｅＦ_３、ＢｉＦ_３等のフッ化物でも起こる。

次に、正極、負極およびセパレータの積層の様々な例を示す。

図２１（Ａ）には、正極１１１及び負極１１５を６層ずつ積層する例について示す。正極１１１が有する正極集電体１２１の片面に正極活物質層１２２が設けられている。また、負極１１５が有する負極集電体１２５の片面に負極活物質層１２６が設けられている。

また、図２１（Ａ）に示す構成では、正極１１１の正極活物質層１２２を有さない面同士が接し、負極１１５の負極活物質層１２６を有さない面同士が接するように、正極１１１及び負極１１５が積層される。このような積層順とすることで、正極１１１の正極活物質層１２２を有さない面同士、負極１１５の負極活物質層１２６を有さない面同士という、金属同士の接触面をつくることができる。金属同士の接触面は、活物質とセパレータとの接触面と比較して摩擦係数を小さくすることができる。

そのため、二次電池を湾曲したとき、正極１１１の正極活物質層１２２を有さない面同士、負極１１５の負極活物質層１２６を有さない面同士が滑ることで、湾曲の内径と外径の差により生じる応力を逃がすことができる。ここで湾曲の内径とは例えば、蓄電池５００を湾曲させる場合に、蓄電池５００の外装体５０９において、湾曲部の内側に位置する面が有する曲率半径を指す。そのため、蓄電池５００の劣化を抑制することができる。また、信頼性の高い蓄電池５００とすることができる。

また、図２１（Ｂ）に、図２１（Ａ）と異なる正極１１１と負極１１５の積層の例を示す。図２１（Ｂ）に示す構成では、正極集電体１２１の両面に正極活物質層１２２を設けている点において、図２１（Ａ）に示す構成と異なる。図２１（Ｂ）のように正極集電体１２１の両面に正極活物質層１２２を設けることで、蓄電池５００の単位体積あたりの容量を大きくすることができる。

また、図２１（Ｃ）に、図２１（Ｂ）と異なる正極１１１と負極１１５の積層の例を示す。図２１（Ｃ）に示す構成では、負極集電体１２５の両面に負極活物質層１２６を設けている点において、図２１（Ｂ）に示す構成と異なる。図２１（Ｃ）のように負極集電体１２５の両面に負極活物質層１２６を設けることで、蓄電池５００の単位体積あたりの容量をさらに大きくすることができる。

また、図２１に示す構成では、セパレータ１２３が正極１１１を袋状に包む構成であったが、本発明はこれに限られるものではない。ここで、図２２（Ａ）に、図２１（Ａ）と異なる構成のセパレータ１２３を有する例を示す。図２２（Ａ）に示す構成では、正極活物質層１２２と負極活物質層１２６との間にシート状のセパレータ１２３を１枚ずつ設けている点において、図２１（Ａ）に示す構成と異なる。図２２（Ａ）に示す構成では、正極１１１及び負極１１５を６層ずつ積層しており、セパレータ１２３を６層設けている。

また、図２２（Ｂ）に図２２（Ａ）とは異なるセパレータ１２３を設けた例を示す。図２２（Ｂ）に示す構成では、１枚のセパレータ１２３が正極活物質層１２２と負極活物質層１２６の間に挟まれるように複数回折り返されている点において、図２２（Ａ）に示す構成と異なる。また、図２２（Ｂ）の構成は、図２２（Ａ）に示す構成の各層のセパレータ１２３を延長して層間をつなぎあわせた構成ということもできる。図２２（Ｂ）に示す構成では、正極１１１及び負極１１５を６層ずつ積層しており、セパレータ１２３を少なくとも５回以上折り返せばよい。また、セパレータ１２３は、正極活物質層１２２と負極活物質層１２６の間に挟まれるように設けるだけでなく、延長して複数の正極１１１と負極１１５を一まとめに結束するようにしてもよい。

また図２３に示すように正極、負極およびセパレータを積層してもよい。図２３（Ａ）は第１の電極組立体１２８、図２３（Ｂ）は第２の電極組立体１２９の断面図である。図２３（Ｃ）は、図１９（Ａ）の一点鎖線Ａ１−Ａ２における断面図である。なお、図２３（Ｃ）では図を明瞭にするため、第１の電極組立体１２８、第２の電極組立体１２９およびセパレータ１２３を抜粋して示す。

図２３（Ｃ）に示すように、蓄電池５００は、複数の第１の電極組立体１２８および複数の第２の電極組立体１２９を有する。

図２３（Ａ）に示すように、第１の電極組立体１２８では、正極集電体１２１の両面に正極活物質層１２２を有する正極１１１ａ、セパレータ１２３、負極集電体１２５の両面に負極活物質層１２６を有する負極１１５ａ、セパレータ１２３、正極集電体１２１の両面に正極活物質層１２２を有する正極１１１ａがこの順に積層されている。また図２３（Ｂ）に示すように、第２の電極組立体１２９では、負極集電体１２５の両面に負極活物質層１２６を有する負極１１５ａ、セパレータ１２３、正極集電体１２１の両面に正極活物質層１２２を有する正極１１１ａ、セパレータ１２３、負極集電体１２５の両面に負極活物質層１２６を有する負極１１５ａがこの順に積層されている。

さらに図２３（Ｃ）に示すように、複数の第１の電極組立体１２８および複数の第２の電極組立体１２９は、捲回したセパレータ１２３によって覆われている。

＜電池缶に収納された蓄電池を用いたシステム＞
次に円筒型の蓄電池の例について図２４を参照して説明する。円筒型の蓄電池４００は、図２４（Ａ）に示すように、上面に正極キャップ（電池蓋）４０１を有し、側面および底面に電池缶（外装缶）４０２を有している。これら正極キャップ４０１と電池缶（外装缶）４０２とは、ガスケット（絶縁パッキン）４１０によって絶縁されている。

図２４（Ｂ）は、円筒型の蓄電池４００の断面を模式的に示した図である。内部構造を説明するために電池缶４０２は底面のみ示している。中空円柱状の電池缶４０２の内側には、帯状の正極４０４と負極４０６とがセパレータ４０５を間に挟んで捲回された電池素子が設けられている。電池缶４０２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。また、電池素子が設けられた電池缶４０２の内部は、非水電解液（図示せず）が注入されている。非水電解液、正極、負極、セパレータ、についてはラミネート型の蓄電池における記載を参照すればよい。

円筒型の蓄電池に用いる正極および負極は捲回するため、集電体の両面に活物質を形成することが好ましい。正極４０４には正極端子（正極集電リード）４０３が接続され、負極４０６には負極端子（負極集電リード）４０７が接続される。正極端子４０３および負極端子４０７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。負極端子４０７は電池缶４０２の底に溶接される。正極端子４０３は導電板４１９に溶接され、防爆板４１２およびＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子４１１を介して正極キャップ４０１と電気的に接続されている。また、防爆板４１２上にはセンサチップ１８１が設けられる。センサチップ１８１が有するセンサ素子１７４により、防爆板４１２の変形が検知される。防爆板４１２は例えば、円筒型の蓄電池４００の内部におけるガス発生により内圧が上昇し、変形する場合がある。ＰＴＣ素子４１１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４１１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。また、ＰＴＣ素子４１１に炭素を有する材料、例えば導電性炭素とポリエチレン等の高分子を混合した材料を用いてもよい。なお、ＰＴＣ素子４１１はセンサ素子１７４に設けられてもよい。

また、図２４（Ｃ）のように複数の蓄電池４００を、導電板４１３および導電板４１４の間に挟んでモジュール４１５を構成してもよい。複数の蓄電池４００は、配線４１６により導電板４１３および導電板４１４と電気的に接続される。複数の蓄電池４００は、並列接続されていてもよいし、直列接続されていてもよいし、並列に接続された後さらに直列に接続されていてもよい。複数の蓄電池４００を有するモジュール４１５を構成することで、大きな電力を取り出すことができる。

図２４（Ｄ）はモジュール４１５の上面図である。図を明瞭にするために導電板４１３を点線で示した。図２４（Ｄ）に示すように、複数の蓄電池４００の間に温度制御装置４１７を有していてもよい。蓄電池４００が過熱されたときは、温度制御装置４１７により冷却し、蓄電池４００が冷えすぎているときは温度制御装置４１７により加熱することができる。そのためモジュール４１５の性能が外気温に影響されにくくなる。また、複数の蓄電池４００同士の間、および温度制御装置４１７と蓄電池４００との間に、緩衝材４１８を設けることができる。緩衝材４１８を設けることで、蓄電池４００同士が接触、または温度制御装置４１７と蓄電池４００が接触して、電池缶４０２および温度制御装置４１７等に傷がつくことを防止できる。

正極４０４に、先の実施の形態で説明した正極活物質を用いることで、高容量でサイクル特性に優れた円筒型の蓄電池４００とすることができる。

なお、図２４においては蓄電池が円筒型の電池缶に収納される例を示すが、本発明の一態様の蓄電池は角型、コイン型、等の形状を有する電池缶に収納されてもよい。

本実施の形態は、他の実施の形態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３）
本実施の形態では、上記の実施の形態で説明したニューラルネットワークに用いることが可能な半導体装置の構成例について説明する。

図２５（Ａ）に示すように、ニューラルネットワークＮＮは入力層ＩＬ、出力層ＯＬ、中間層（隠れ層）ＨＬによって構成することができる。入力層ＩＬ、出力層ＯＬ、中間層ＨＬはそれぞれ、１又は複数のニューロン（ユニット）を有する。なお、中間層ＨＬは１層であってもよいし２層以上であってもよい。２層以上の中間層ＨＬを有するニューラルネットワークはＤＮＮ（ディープニューラルネットワーク）と呼ぶこともでき、ディープニューラルネットワークを用いた学習は深層学習と呼ぶこともできる。

入力層ＩＬの各ニューロンには入力データが入力され、中間層ＨＬの各ニューロンには前層又は後層のニューロンの出力信号が入力され、出力層ＯＬの各ニューロンには前層のニューロンの出力信号が入力される。なお、各ニューロンは、前後の層の全てのニューロンと結合されていてもよいし（全結合）、一部のニューロンと結合されていてもよい。

図２５（Ｂ）に、ニューロンによる演算の例を示す。ここでは、ニューロンＮと、ニューロンＮに信号を出力する前層の２つのニューロンを示している。ニューロンＮには、前層のニューロンの出力ｘ_１と、前層のニューロンの出力ｘ_２が入力される。そして、ニューロンＮにおいて、出力ｘ_１と重みｗ_１の乗算結果（ｘ_１ｗ_１）と出力ｘ_２と重みｗ_２の乗算結果（ｘ_２ｗ_２）の総和ｘ_１ｗ_１＋ｘ_２ｗ_２が計算された後、必要に応じてバイアスｂが加算され、値ａ＝ｘ_１ｗ_１＋ｘ_２ｗ_２＋ｂが得られる。そして、値ａは活性化関数ｈによって変換され、ニューロンＮから出力信号ｙ＝ｈ（ａ）が出力される。

このように、ニューロンによる演算には、前層のニューロンの出力と重みの積を足し合わせる演算、すなわち積和演算が含まれる（上記のｘ_１ｗ_１＋ｘ_２ｗ_２）。この積和演算は、プログラムを用いてソフトウェア上で行ってもよいし、ハードウェアによって行われてもよい。積和演算をハードウェアによって行う場合は、積和演算回路を用いることができる。この積和演算回路としては、デジタル回路を用いてもよいし、アナログ回路を用いてもよい。積和演算回蕗にアナログ回路を用いる場合、積和演算回路の回路規模の縮小、又は、メモリへのアクセス回数の減少による処理速度の向上及び消費電力の低減を図ることができる。

積和演算回路は、チャネル形成領域にシリコン（単結晶シリコンなど）を含むトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタともいう）によって構成してもよいし、チャネル形成領域に酸化物半導体を含むトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタともいう）によって構成してもよい。特に、ＯＳトランジスタはオフ電流が極めて小さいため、積和演算回路のメモリを構成するトランジスタとして好適である。なお、ＳｉトランジスタとＯＳトランジスタの両方を用いて積和演算回路を構成してもよい。以下、積和演算回路の機能を備えた半導体装置の構成例について説明する。

＜半導体装置の構成例＞
図２６に、ニューラルネットワークの演算を行う機能を有する半導体装置ＭＡＣの構成例を示す。半導体装置ＭＡＣは、ニューロン間の結合強度（重み）に対応する第１のデータと、入力データに対応する第２のデータの積和演算を行う機能を有する。なお、第１のデータ及び第２のデータはそれぞれ、アナログデータ又は多値のデジタルデータ（離散的なデータ）とすることができる。また、半導体装置ＭＡＣは、積和演算によって得られたデータを活性化関数によって変換する機能を有する。

半導体装置ＭＡＣは、セルアレイＣＡ、電流源回路ＣＳ、カレントミラー回路ＣＭ、回路ＷＤＤ、回路ＷＬＤ、回路ＣＬＤ、オフセット回路ＯＦＳＴ、及び活性化関数回路ＡＣＴＶを有する。

セルアレイＣＡは、複数のメモリセルＭＣ及び複数のメモリセルＭＣｒｅｆを有する。図２６には、セルアレイＣＡがｍ行ｎ列（ｍ，ｎは１以上の整数）のメモリセルＭＣ（ＭＣ［１，１］乃至［ｍ，ｎ］）と、ｍ個のメモリセルＭＣｒｅｆ（ＭＣｒｅｆ［１］乃至［ｍ］）を有する構成例を示している。メモリセルＭＣは、第１のデータを格納する機能を有する。また、メモリセルＭＣｒｅｆは、積和演算に用いられる参照データを格納する機能を有する。なお、参照データはアナログデータ又は多値のデジタルデータとすることができる。

メモリセルＭＣ［ｉ，ｊ］（ｉは１以上ｍ以下の整数、ｊは１以上ｎ以下の整数）は、配線ＷＬ［ｉ］、配線ＲＷ［ｉ］、配線ＷＤ［ｊ］、及び配線ＢＬ［ｊ］と接続されている。また、メモリセルＭＣｒｅｆ［ｉ］は、配線ＷＬ［ｉ］、配線ＲＷ［ｉ］、配線ＷＤｒｅｆ、配線ＢＬｒｅｆと接続されている。ここで、メモリセルＭＣ［ｉ，ｊ］と配線ＢＬ［ｊ］間を流れる電流をＩ_{ＭＣ［ｉ，ｊ］}と表記し、メモリセルＭＣｒｅｆ［ｉ］と配線ＢＬｒｅｆ間を流れる電流をＩ_{ＭＣｒｅｆ［ｉ］}と表記する。

メモリセルＭＣ及びメモリセルＭＣｒｅｆの具体的な構成例を、図２７に示す。図２７には代表例としてメモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］及びメモリセルＭＣｒｅｆ［１］、［２］を示しているが、他のメモリセルＭＣ及びメモリセルＭＣｒｅｆにも同様の構成を用いることができる。メモリセルＭＣ及びメモリセルＭＣｒｅｆはそれぞれ、トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２、容量素子Ｃ１１を有する。ここでは、トランジスタＴｒ１１及びトランジスタＴｒ１２がｎチャネル型のトランジスタである場合について説明する。

メモリセルＭＣにおいて、トランジスタＴｒ１１のゲートは配線ＷＬと接続され、ソース又はドレインの一方はトランジスタＴｒ１２のゲート、及び容量素子Ｃ１１の第１の電極と接続され、ソース又はドレインの他方は配線ＷＤと接続されている。トランジスタＴｒ１２のソース又はドレインの一方は配線ＢＬと接続され、ソース又はドレインの他方は配線ＶＲと接続されている。容量素子Ｃ１１の第２の電極は、配線ＲＷと接続されている。配線ＶＲは、所定の電位を供給する機能を有する配線である。ここでは一例として、配線ＶＲから低電源電位（接地電位など）が供給される場合について説明する。

トランジスタＴｒ１１のソース又はドレインの一方、トランジスタＴｒ１２のゲート、及び容量素子Ｃ１１の第１の電極と接続されたノードを、ノードＮＭとする。また、メモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］のノードＮＭを、それぞれノードＮＭ［１，１］、［２，１］と表記する。

メモリセルＭＣｒｅｆも、メモリセルＭＣと同様の構成を有する。ただし、メモリセルＭＣｒｅｆは配線ＷＤの代わりに配線ＷＤｒｅｆと接続され、配線ＢＬの代わりに配線ＢＬｒｅｆと接続されている。また、メモリセルＭＣｒｅｆ［１］、［２］において、トランジスタＴｒ１１のソース又はドレインの一方、トランジスタＴｒ１２のゲート、及び容量素子Ｃ１１の第１の電極と接続されたノードを、それぞれノードＮＭｒｅｆ［１］、［２］と表記する。

ノードＮＭとノードＮＭｒｅｆはそれぞれ、メモリセルＭＣとメモリセルＭＣｒｅｆの保持ノードとして機能する。ノードＮＭには第１のデータが保持され、ノードＮＭｒｅｆには参照データが保持される。また、配線ＢＬ［１］からメモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］のトランジスタＴｒ１２には、それぞれ電流Ｉ_{ＭＣ［１，１］}、Ｉ_{ＭＣ［２，１］}が流れる。また、配線ＢＬｒｅｆからメモリセルＭＣｒｅｆ［１］、［２］のトランジスタＴｒ１２には、それぞれ電流Ｉ_{ＭＣｒｅｆ［１］}、Ｉ_{ＭＣｒｅｆ［２］}が流れる。

トランジスタＴｒ１１は、ノードＮＭ又はノードＮＭｒｅｆの電位を保持する機能を有するため、トランジスタＴｒ１１のオフ電流は小さいことが好ましい。そのため、トランジスタＴｒ１１としてオフ電流が極めて小さいＯＳトランジスタを用いることが好ましい。これにより、ノードＮＭ又はノードＮＭｒｅｆの電位の変動を抑えることができ、演算精度の向上を図ることができる。また、ノードＮＭ又はノードＮＭｒｅｆの電位をリフレッシュする動作の頻度を低く抑えることが可能となり、消費電力を削減することができる。

トランジスタＴｒ１２は特に限定されず、例えばＳｉトランジスタ又はＯＳトランジスタなどを用いることができる。トランジスタＴｒ１２にＯＳトランジスタを用いる場合、トランジスタＴｒ１１と同じ製造装置を用いて、トランジスタＴｒ１２を作製することが可能となり、製造コストを抑制することができる。なお、トランジスタＴｒ１２はｎチャネル型であってもｐチャネル型であってもよい。

電流源回路ＣＳは、配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］及び配線ＢＬｒｅｆと接続されている。電流源回路ＣＳは、配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］及び配線ＢＬｒｅｆに電流を供給する機能を有する。なお、配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］に供給される電流値と配線ＢＬｒｅｆに供給される電流値は異なっていてもよい。ここでは、電流源回路ＣＳから配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］に供給される電流をＩ_Ｃ、電流源回路ＣＳから配線ＢＬｒｅｆに供給される電流をＩ_Ｃｒｅｆと表記する。

カレントミラー回路ＣＭは、配線ＩＬ［１］乃至［ｎ］及び配線ＩＬｒｅｆを有する。配線ＩＬ［１］乃至［ｎ］はそれぞれ配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］と接続され、配線ＩＬｒｅｆは、配線ＢＬｒｅｆと接続されている。ここでは、配線ＩＬ［１］乃至［ｎ］と配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］の接続箇所をノードＮＰ［１］乃至［ｎ］と表記する。また、配線ＩＬｒｅｆと配線ＢＬｒｅｆの接続箇所をノードＮＰｒｅｆと表記する。

カレントミラー回路ＣＭは、ノードＮＰｒｅｆの電位に応じた電流Ｉ_ＣＭを配線ＩＬｒｅｆに流す機能と、この電流Ｉ_ＣＭを配線ＩＬ［１］乃至［ｎ］にも流す機能を有する。図２６には、配線ＢＬｒｅｆから配線ＩＬｒｅｆに電流Ｉ_ＣＭが排出され、配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］から配線ＩＬ［１］乃至［ｎ］に電流Ｉ_ＣＭが排出される例を示している。また、カレントミラー回路ＣＭから配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］を介してセルアレイＣＡに流れる電流を、Ｉ_Ｂ［１］乃至［ｎ］と表記する。また、カレントミラー回路ＣＭから配線ＢＬｒｅｆを介してセルアレイＣＡに流れる電流を、Ｉ_Ｂｒｅｆと表記する。

回路ＷＤＤは、配線ＷＤ［１］乃至［ｎ］及び配線ＷＤｒｅｆと接続されている。回路ＷＤＤは、メモリセルＭＣに格納される第１のデータに対応する電位を、配線ＷＤ［１］乃至［ｎ］に供給する機能を有する。また、回路ＷＤＤは、メモリセルＭＣｒｅｆに格納される参照データに対応する電位を、配線ＷＤｒｅｆに供給する機能を有する。回路ＷＬＤは、配線ＷＬ［１］乃至［ｍ］と接続されている。回路ＷＬＤは、データの書き込みを行うメモリセルＭＣ又はメモリセルＭＣｒｅｆを選択するための信号を、配線ＷＬ［１］乃至［ｍ］に供給する機能を有する。回路ＣＬＤは、配線ＲＷ［１］乃至［ｍ］と接続されている。回路ＣＬＤは、第２のデータに対応する電位を、配線ＲＷ［１］乃至［ｍ］に供給する機能を有する。

オフセット回路ＯＦＳＴは、配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］及び配線ＯＬ［１］乃至［ｎ］と接続されている。オフセット回路ＯＦＳＴは、配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］からオフセット回路ＯＦＳＴに流れる電流量、及び／又は、配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］からオフセット回路ＯＦＳＴに流れる電流の変化量を検出する機能を有する。また、オフセット回路ＯＦＳＴは、検出結果を配線ＯＬ［１］乃至［ｎ］に出力する機能を有する。なお、オフセット回路ＯＦＳＴは、検出結果に対応する電流を配線ＯＬに出力してもよいし、検出結果に対応する電流を電圧に変換して配線ＯＬに出力してもよい。セルアレイＣＡとオフセット回路ＯＦＳＴの間を流れる電流を、Ｉ_α［１］乃至［ｎ］と表記する。

オフセット回路ＯＦＳＴの構成例を図２８に示す。図２８に示すオフセット回路ＯＦＳＴは、回路ＯＣ［１］乃至［ｎ］を有する。また、回路ＯＣ［１］乃至［ｎ］はそれぞれ、トランジスタＴｒ２１、トランジスタＴｒ２２、トランジスタＴｒ２３、容量素子Ｃ２１、及び抵抗素子Ｒ１を有する。各素子の接続関係は図２８に示す通りである。なお、容量素子Ｃ２１の第１の電極及び抵抗素子Ｒ１の第１の端子と接続されたノードを、ノードＮａとする。また、容量素子Ｃ２１の第２の電極、トランジスタＴｒ２１のソース又はドレインの一方、及びトランジスタＴｒ２２のゲートと接続されたノードを、ノードＮｂとする。

配線ＶｒｅｆＬは電位Ｖｒｅｆを供給する機能を有し、配線ＶａＬは電位Ｖａを供給する機能を有し、配線ＶｂＬは電位Ｖｂを供給する機能を有する。また、配線ＶＤＤＬは電位ＶＤＤを供給する機能を有し、配線ＶＳＳＬは電位ＶＳＳを供給する機能を有する。ここでは、電位ＶＤＤが高電源電位であり、電位ＶＳＳが低電源電位である場合について説明する。また、配線ＲＳＴは、トランジスタＴｒ２１の導通状態を制御するための電位を供給する機能を有する。トランジスタＴｒ２２、トランジスタＴｒ２３、配線ＶＤＤＬ、配線ＶＳＳＬ、及び配線ＶｂＬによって、ソースフォロワ回路が構成される。

次に、回路ＯＣ［１］乃至［ｎ］の動作例を説明する。なお、ここでは代表例として回路ＯＣ［１］の動作例を説明するが、回路ＯＣ［２］乃至［ｎ］も同様に動作させることができる。まず、配線ＢＬ［１］に第１の電流が流れると、ノードＮａの電位は、第１の電流と抵抗素子Ｒ１の抵抗値に応じた電位となる。また、このときトランジスタＴｒ２１はオン状態であり、ノードＮｂに電位Ｖａが供給される。その後、トランジスタＴｒ２１はオフ状態となる。

次に、配線ＢＬ［１］に第２の電流が流れると、ノードＮａの電位は、第２の電流と抵抗素子Ｒ１の抵抗値に応じた電位に変化する。このときトランジスタＴｒ２１はオフ状態であり、ノードＮｂはフローティング状態となっているため、ノードＮａの電位の変化に伴い、ノードＮｂの電位は容量結合により変化する。ここで、ノードＮａの電位の変化をΔＶ_Ｎａとし、容量結合係数を１とすると、ノードＮｂの電位はＶａ＋ΔＶ_Ｎａとなる。そして、トランジスタＴｒ２２のしきい値電圧をＶ_ｔｈとすると、配線ＯＬ［１］から電位Ｖａ＋ΔＶ_Ｎａ−Ｖ_ｔｈが出力される。ここで、Ｖａ＝Ｖ_ｔｈとすることにより、配線ＯＬ［１］から電位ΔＶ_Ｎａを出力することができる。

電位ΔＶ_Ｎａは、第１の電流から第２の電流への変化量、抵抗素子Ｒ１の抵抗値、及び電位Ｖｒｅｆに応じて定まる。ここで、抵抗素子Ｒ１の抵抗値と電位Ｖｒｅｆは既知であるため、電位ΔＶ_Ｎａから配線ＢＬに流れる電流の変化量を求めることができる。

上記のようにオフセット回路ＯＦＳＴによって検出された電流量、及び／又は電流の変化量に対応する信号は、配線ＯＬ［１］乃至［ｎ］を介して活性化関数回路ＡＣＴＶに入力される。

活性化関数回路ＡＣＴＶは、配線ＯＬ［１］乃至［ｎ］、及び、配線ＮＩＬ［１］乃至［ｎ］と接続されている。活性化関数回路ＡＣＴＶは、オフセット回路ＯＦＳＴから入力された信号を、あらかじめ定義された活性化関数に従って変換するための演算を行う機能を有する。活性化関数としては、例えば、シグモイド関数、ｔａｎｈ関数、ｓｏｆｔｍａｘ関数、ＲｅＬＵ関数、しきい値関数などを用いることができる。活性化関数回路ＡＣＴＶによって変換された信号は、出力データとして配線ＮＩＬ［１］乃至［ｎ］に出力される。

＜半導体装置の動作例＞
上記の半導体装置ＭＡＣを用いて、第１のデータと第２のデータの積和演算を行うことができる。以下、積和演算を行う際の半導体装置ＭＡＣの動作例を説明する。

図２９に半導体装置ＭＡＣの動作例のタイミングチャートを示す。図２９には、図２７における配線ＷＬ［１］、配線ＷＬ［２］、配線ＷＤ［１］、配線ＷＤｒｅｆ、ノードＮＭ［１，１］、ノードＮＭ［２，１］、ノードＮＭｒｅｆ［１］、ノードＮＭｒｅｆ［２］、配線ＲＷ［１］、及び配線ＲＷ［２］の電位の推移と、電流Ｉ_Ｂ［１］−Ｉ_α［１］、及び電流Ｉ_Ｂｒｅｆの値の推移を示している。電流Ｉ_Ｂ［１］−Ｉ_α［１］は、配線ＢＬ［１］からメモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］に流れる電流の総和に相当する。

なお、ここでは代表例として図２７に示すメモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］及びメモリセルＭＣｒｅｆ［１］、［２］に着目して動作を説明するが、他のメモリセルＭＣ及びメモリセルＭＣｒｅｆも同様に動作させることができる。

［第１のデータの格納］
まず、時刻Ｔ０１−Ｔ０２において、配線ＷＬ［１］の電位がハイレベルとなり、配線ＷＤ［１］の電位が接地電位（ＧＮＤ）よりもＶ_ＰＲ−Ｖ_{Ｗ［１，１］}大きい電位となり、配線ＷＤｒｅｆの電位が接地電位よりもＶ_ＰＲ大きい電位となる。また、配線ＲＷ［１］、及び配線ＲＷ［２］の電位が基準電位（ＲＥＦＰ）となる。なお、電位Ｖ_{Ｗ［１，１］}はメモリセルＭＣ［１，１］に格納される第１のデータに対応する電位である。また、電位Ｖ_ＰＲは参照データに対応する電位である。これにより、メモリセルＭＣ［１，１］及びメモリセルＭＣｒｅｆ［１］が有するトランジスタＴｒ１１がオン状態となり、ノードＮＭ［１，１］の電位がＶ_ＰＲ−Ｖ_{Ｗ［１，１］}、ノードＮＭｒｅｆ［１］の電位がＶ_ＰＲとなる。

このとき、配線ＢＬ［１］からメモリセルＭＣ［１，１］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流Ｉ_{ＭＣ［１，１］，０}は、次の式で表すことができる。ここで、ｋはトランジスタＴｒ１２のチャネル長、チャネル幅、移動度、及びゲート絶縁膜の容量などで決まる定数である。また、Ｖ_ｔｈはトランジスタＴｒ１２のしきい値電圧である。

また、配線ＢＬｒｅｆからメモリセルＭＣｒｅｆ［１］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流Ｉ_{ＭＣｒｅｆ［１］，０}は、次の式で表すことができる。

次に、時刻Ｔ０２−Ｔ０３において、配線ＷＬ［１］の電位がローレベルとなる。これにより、メモリセルＭＣ［１，１］及びメモリセルＭＣｒｅｆ［１］が有するトランジスタＴｒ１１がオフ状態となり、ノードＮＭ［１，１］及びノードＮＭｒｅｆ［１］の電位が保持される。

なお、前述の通り、トランジスタＴｒ１１としてＯＳトランジスタを用いることが好ましい。これにより、トランジスタＴｒ１１のリーク電流を抑えることができ、ノードＮＭ［１，１］及びノードＮＭｒｅｆ［１］の電位を正確に保持することができる。

次に、時刻Ｔ０３−Ｔ０４において、配線ＷＬ［２］の電位がハイレベルとなり、配線ＷＤ［１］の電位が接地電位よりもＶ_ＰＲ−Ｖ_{Ｗ［２，１］}大きい電位となり、配線ＷＤｒｅｆの電位が接地電位よりもＶ_ＰＲ大きい電位となる。なお、電位Ｖ_{Ｗ［２，１］}はメモリセルＭＣ［２，１］に格納される第１のデータに対応する電位である。これにより、メモリセルＭＣ［２，１］及びメモリセルＭＣｒｅｆ［２］が有するトランジスタＴｒ１１がオン状態となり、ノードＮＭ［２，１］の電位がＶ_ＰＲ−Ｖ_{Ｗ［２，１］}、ノードＮＭｒｅｆ［２］の電位がＶ_ＰＲとなる。

このとき、配線ＢＬ［１］からメモリセルＭＣ［２，１］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流Ｉ_{ＭＣ［２，１］，０}は、次の式で表すことができる。

また、配線ＢＬｒｅｆからメモリセルＭＣｒｅｆ［２］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流Ｉ_{ＭＣｒｅｆ［２］，０}は、次の式で表すことができる。

次に、時刻Ｔ０４−Ｔ０５において、配線ＷＬ［２］の電位がローレベルとなる。これにより、メモリセルＭＣ［２，１］及びメモリセルＭＣｒｅｆ［２］が有するトランジスタＴｒ１１がオフ状態となり、ノードＮＭ［２，１］及びノードＮＭｒｅｆ［２］の電位が保持される。

以上の動作により、メモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］に第１のデータが格納され、メモリセルＭＣｒｅｆ［１］、［２］に参照データが格納される。

ここで、時刻Ｔ０４−Ｔ０５において、配線ＢＬ［１］及び配線ＢＬｒｅｆに流れる電流を考える。配線ＢＬｒｅｆには、電流源回路ＣＳから電流が供給される。また、配線ＢＬｒｅｆを流れる電流は、カレントミラー回路ＣＭ、メモリセルＭＣｒｅｆ［１］、［２］へ排出される。電流源回路ＣＳから配線ＢＬｒｅｆに供給される電流をＩ_Ｃｒｅｆ、配線ＢＬｒｅｆからカレントミラー回路ＣＭへ排出される電流をＩ_ＣＭ，０とすると、次の式が成り立つ。

配線ＢＬ［１］には、電流源回路ＣＳからの電流が供給される。また、配線ＢＬ［１］を流れる電流は、カレントミラー回路ＣＭ、メモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］へ排出される。また、配線ＢＬ［１］からオフセット回路ＯＦＳＴに電流が流れる。電流源回路ＣＳから配線ＢＬ［１］に供給される電流をＩ_Ｃ，０、配線ＢＬ［１］からオフセット回路ＯＦＳＴに流れる電流をＩ_α，０とすると、次の式が成り立つ。

［第１のデータと第２のデータの積和演算］
次に、時刻Ｔ０５−Ｔ０６において、配線ＲＷ［１］の電位が基準電位よりもＶ_Ｘ［１］大きい電位となる。このとき、メモリセルＭＣ［１，１］、及びメモリセルＭＣｒｅｆ［１］のそれぞれの容量素子Ｃ１１には電位Ｖ_Ｘ［１］が供給され、容量結合によりトランジスタＴｒ１２のゲートの電位が上昇する。なお、電位Ｖ_Ｘ［１］はメモリセルＭＣ［１，１］及びメモリセルＭＣｒｅｆ［１］に供給される第２のデータに対応する電位である。

トランジスタＴｒ１２のゲートの電位の変化量は、配線ＲＷの電位の変化量に、メモリセルの構成によって決まる容量結合係数を乗じた値となる。容量結合係数は、容量素子Ｃ１１の容量、トランジスタＴｒ１２のゲート容量、及び寄生容量などによって算出される。以下では便宜上、配線ＲＷの電位の変化量とトランジスタＴｒ１２のゲートの電位の変化量が同じ、すなわち容量結合係数が１であるとして説明する。実際には、容量結合係数を考慮して電位Ｖ_Ｘを決定すればよい。

メモリセルＭＣ［１，１］及びメモリセルＭＣｒｅｆ［１］の容量素子Ｃ１１に電位Ｖ_Ｘ［１］が供給されると、ノードＮＭ［１，１］及びノードＮＭｒｅｆ［１］の電位がそれぞれＶ_Ｘ［１］上昇する。

ここで、時刻Ｔ０５−Ｔ０６において、配線ＢＬ［１］からメモリセルＭＣ［１，１］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流Ｉ_{ＭＣ［１，１］，１}は、次の式で表すことができる。

すなわち、配線ＲＷ［１］に電位Ｖ_Ｘ［１］を供給することにより、配線ＢＬ［１］からメモリセルＭＣ［１，１］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流は、ΔＩ_{ＭＣ［１，１］}＝Ｉ_{ＭＣ［１，１］，１}−Ｉ_{ＭＣ［１，１］，０}増加する。

また、時刻Ｔ０５−Ｔ０６において、配線ＢＬｒｅｆからメモリセルＭＣｒｅｆ［１］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流Ｉ_{ＭＣｒｅｆ［１］，１}は、次の式で表すことができる。

すなわち、配線ＲＷ［１］に電位Ｖ_Ｘ［１］を供給することにより、配線ＢＬｒｅｆからメモリセルＭＣｒｅｆ［１］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流は、ΔＩ_{ＭＣｒｅｆ［１］}＝Ｉ_{ＭＣｒｅｆ［１］，１}−Ｉ_{ＭＣｒｅｆ［１］，０}増加する。

また、配線ＢＬ［１］及び配線ＢＬｒｅｆに流れる電流について考える。配線ＢＬｒｅｆには、電流源回路ＣＳから電流Ｉ_Ｃｒｅｆが供給される。また、配線ＢＬｒｅｆを流れる電流は、カレントミラー回路ＣＭ、メモリセルＭＣｒｅｆ［１］、［２］へ排出される。配線ＢＬｒｅｆからカレントミラー回路ＣＭへ排出される電流をＩ_ＣＭ，１とすると、次の式が成り立つ。

配線ＢＬ［１］には、電流源回路ＣＳから電流Ｉ_Ｃが供給される。また、配線ＢＬ［１］を流れる電流は、カレントミラー回路ＣＭ、メモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］へ排出される。さらに、配線ＢＬ［１］からオフセット回路ＯＦＳＴにも電流が流れる。配線ＢＬ［１］からオフセット回路ＯＦＳＴに流れる電流をＩ_α，１とすると、次の式が成り立つ。

そして、式（Ｅ１）乃至式（Ｅ１０）から、電流Ｉ_α，０と電流Ｉ_α，１の差（差分電流ΔＩ_α）は次の式で表すことができる。

このように、差分電流ΔＩ_αは、電位Ｖ_{Ｗ［１，１］}とＶ_Ｘ［１］の積に応じた値となる。

その後、時刻Ｔ０６−Ｔ０７において、配線ＲＷ［１］の電位は基準電位となり、ノードＮＭ［１，１］及びノードＮＭｒｅｆ［１］の電位は時刻Ｔ０４−Ｔ０５と同様になる。

次に、時刻Ｔ０７−Ｔ０８において、配線ＲＷ［１］の電位が基準電位よりもＶ_Ｘ［１］大きい電位となり、配線ＲＷ［２］の電位が基準電位よりもＶ_Ｘ［２］大きい電位となる。これにより、メモリセルＭＣ［１，１］、及びメモリセルＭＣｒｅｆ［１］のそれぞれの容量素子Ｃ１１に電位Ｖ_Ｘ［１］が供給され、容量結合によりノードＮＭ［１，１］及びノードＮＭｒｅｆ［１］の電位がそれぞれＶ_Ｘ［１］上昇する。また、メモリセルＭＣ［２，１］、及びメモリセルＭＣｒｅｆ［２］のそれぞれの容量素子Ｃ１１に電位Ｖ_Ｘ［２］が供給され、容量結合によりノードＮＭ［２，１］及びノードＮＭｒｅｆ［２］の電位がそれぞれＶ_Ｘ［２］上昇する。

ここで、時刻Ｔ０７−Ｔ０８において、配線ＢＬ［１］からメモリセルＭＣ［２，１］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流Ｉ_{ＭＣ［２，１］，１}は、次の式で表すことができる。

すなわち、配線ＲＷ［２］に電位Ｖ_Ｘ［２］を供給することにより、配線ＢＬ［１］からメモリセルＭＣ［２，１］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流は、ΔＩ_{ＭＣ［２，１］}＝ΔＩ_{ＭＣ［２，１］，１}−Ｉ_{ＭＣ［２，１］，０}増加する。

また、時刻Ｔ０７−Ｔ０８において、配線ＢＬｒｅｆからメモリセルＭＣｒｅｆ［２］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流Ｉ_{ＭＣｒｅｆ［２］，１}は、次の式で表すことができる。

すなわち、配線ＲＷ［２］に電位Ｖ_Ｘ［２］を供給することにより、配線ＢＬｒｅｆからメモリセルＭＣｒｅｆ［２］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流は、ΔＩ_{ＭＣｒｅｆ［２］}＝Ｉ_{ＭＣｒｅｆ［２］，１}−Ｉ_{ＭＣｒｅｆ［２］，０}増加する。

また、配線ＢＬ［１］及び配線ＢＬｒｅｆに流れる電流について考える。配線ＢＬｒｅｆには、電流源回路ＣＳから電流Ｉ_Ｃｒｅｆが供給される。また、配線ＢＬｒｅｆを流れる電流は、カレントミラー回路ＣＭ、メモリセルＭＣｒｅｆ［１］、［２］へ排出される。配線ＢＬｒｅｆからカレントミラー回路ＣＭへ排出される電流をＩ_ＣＭ，２とすると、次の式が成り立つ。

配線ＢＬ［１］には、電流源回路ＣＳから電流Ｉ_Ｃが供給される。また、配線ＢＬ［１］を流れる電流は、カレントミラー回路ＣＭ、メモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］へ排出される。さらに、配線ＢＬ［１］からオフセット回路ＯＦＳＴにも電流が流れる。配線ＢＬ［１］からオフセット回路ＯＦＳＴに流れる電流をＩ_α，２とすると、次の式が成り立つ。

そして、式（Ｅ１）乃至式（Ｅ８）、及び、式（Ｅ１２）乃至式（Ｅ１５）から、電流Ｉ_α，０と電流Ｉ_α，２の差（差分電流ΔＩ_α）は次の式で表すことができる。

このように、差分電流ΔＩ_αは、電位Ｖ_{Ｗ［１，１］}と電位Ｖ_Ｘ［１］の積と、電位Ｖ_{Ｗ［２，１］}と電位Ｖ_Ｘ［２］の積と、を足し合わせた結果に応じた値となる。

その後、時刻Ｔ０８−Ｔ０９において、配線ＲＷ［１］、［２］の電位は基準電位となり、ノードＮＭ［１，１］、［２，１］及びノードＮＭｒｅｆ［１］、［２］の電位は時刻Ｔ０４−Ｔ０５と同様になる。

式（Ｅ１１）及び式（Ｅ１６）に示されるように、オフセット回路ＯＦＳＴに入力される差分電流ΔＩ_αは、第１のデータ（重み）に対応する電位Ｖ_Ｗと、第２のデータ（入力データ）に対応する電位Ｖ_Ｘの積の項を有する式から算出することができる。すなわち、差分電流ΔＩ_αをオフセット回路ＯＦＳＴで計測することにより、第１のデータと第２のデータの積和演算の結果を得ることができる。

なお、上記では特にメモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］及びメモリセルＭＣｒｅｆ［１］、［２］に着目したが、メモリセルＭＣ及びメモリセルＭＣｒｅｆの数は任意に設定することができる。メモリセルＭＣ及びメモリセルＭＣｒｅｆの行数ｍを任意の数ｉとした場合の差分電流ΔＩαは、次の式で表すことができる。

また、メモリセルＭＣ及びメモリセルＭＣｒｅｆの列数ｎを増やすことにより、並列して実行される積和演算の数を増やすことができる。

以上のように、半導体装置ＭＡＣを用いることにより、第１のデータと第２のデータの積和演算を行うことができる。なお、メモリセルＭＣ及びメモリセルＭＣｒｅｆとして図２７に示す構成を用いることにより、少ないトランジスタ数で積和演算回路を構成することができる。そのため、半導体装置ＭＡＣの回路規模の縮小を図ることができる。

半導体装置ＭＡＣをニューラルネットワークにおける演算に用いる場合、メモリセルＭＣの行数ｍは一のニューロンに供給される入力データの数に対応させ、メモリセルＭＣの列数ｎはニューロンの数に対応させることができる。例えば、図２５（Ａ）に示す中間層ＨＬにおいて半導体装置ＭＡＣを用いた積和演算を行う場合を考える。このとき、メモリセルＭＣの行数ｍは、入力層ＩＬから供給される入力データの数（入力層ＩＬのニューロンの数）に設定し、メモリセルＭＣの列数ｎは、中間層ＨＬのニューロンの数に設定することができる。

なお、半導体装置ＭＡＣを適用するニューラルネットワークの構造は特に限定されない。例えば半導体装置ＭＡＣは、畳み込みニューラルネットワーク（ＣＮＮ）、再帰型ニューラルネットワーク（ＲＮＮ）、オートエンコーダ、ボルツマンマシン（制限ボルツマンマシンを含む）などに用いることもできる。

以上のように、半導体装置ＭＡＣを用いることにより、ニューラルネットワークの積和演算を行うことができる。さらに、セルアレイＣＡに図２７に示すメモリセルＭＣ及びメモリセルＭＣｒｅｆを用いることにより、演算精度の向上、消費電力の削減、又は回路規模の縮小を図ることが可能な集積回路を提供することができる。

本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。

（実施の形態４）
本実施の形態は、本発明の一態様のＯＳトランジスタ、およびそれを用いた不揮発性メモリについて説明する。

以下に、ＯＳトランジスタについて説明する。

ＯＳトランジスタのチャネル形成領域は、金属酸化物を有することが好ましい。チャネル形成領域が有する金属酸化物はインジウム（Ｉｎ）を含むことが好ましい。チャネル形成領域が有する金属酸化物がインジウムを含む金属酸化物の場合、ＯＳトランジスタのキャリア移動度（電子移動度）が高くなる。また、チャネル形成領域が有する金属酸化物は、元素Ｍを含む酸化物半導体であると好ましい。元素Ｍは、好ましくは、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）またはスズ（Ｓｎ）などとする。そのほかの元素Ｍに適用可能な元素としては、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）などがある。ただし、元素Ｍとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。元素Ｍは、例えば、酸素との結合エネルギーが高い元素である。例えば、酸素との結合エネルギーがインジウムよりも高い元素である。また、チャネル形成領域が有する金属酸化物は、亜鉛（Ｚｎ）を含む金属酸化物であると好ましい。亜鉛を含む金属酸化物は結晶化しやすくなる場合がある。

チャネル形成領域が有する金属酸化物は、インジウムを含む金属酸化物に限定されない。半導体層は、例えば、亜鉛スズ酸化物、ガリウムスズ酸化物などの、インジウムを含まず、亜鉛を含む金属酸化物、ガリウムを含む金属酸化物、スズを含む金属酸化物などであっても構わない。

＜ＮＯＳＲＡＭ＞
図３０（Ａ）はＮＯＳＲＡＭの構成例を示すブロック図である。ＮＯＳＲＡＭ２４０には、パワードメイン２４２、２４３、パワースイッチ２４５乃至２４７が設けられている。パワードメイン２４２には、メモリセルアレイ２５０が設けられ、パワードメイン２４３にはＮＯＳＲＡＭ２４０の周辺回路が設けられている。周辺回路は、制御回路２５１、行回路２５２、列回路２５３を有する。

外部からＮＯＳＲＡＭ２４０に電圧ＶＤＤＤ、ＶＳＳＳ、ＶＤＨＷ、ＶＤＨＲ、ＶＢＧ２、クロック信号ＧＣＬＫ２、アドレス信号（Ａｄｄｒｅｓｓ）、信号ＣＥ、ＷＥ、ＰＳＥ５が入力される。信号ＣＥ、ＷＥはチップイネーブル信号、書き込みイネーブル信号である。信号ＰＳＥ５は、パワースイッチ２４５乃至２４７のオンオフを制御する。パワースイッチ２４５乃至２４７は、パワードメイン２４３への電圧ＶＤＤＤ、ＶＤＨＷ、ＶＤＨＲの入力をそれぞれ制御する。

なお、ＮＯＳＲＡＭ２４０に入力される電圧、信号等は、ＮＯＳＲＡＭ２４０の回路構成、動作方法に応じて適宜取捨される。例えば、ＮＯＳＲＡＭ２４０にパワーゲーティングされないパワードメインを設け、信号ＰＳＥ５を生成するパワーゲーティング制御回路を設けてもよい。

メモリセルアレイ２５０は、メモリセル１０、書込みワード線ＷＷＬ、読出しワード線ＲＷＬ、書込みビット線ＷＢＬ、読出しビット線ＲＢＬ、ソース線ＳＬを有する。

図３０（Ｂ）に示すように、メモリセル１０は２Ｔ１Ｃ（２トランジスタ１容量）型のゲインセルであり、ノードＳＮ１、トランジスタＭ１、Ｍ２、容量素子Ｃ１を有する。トランジスタＭ１は書き込みトランジスタであり、バックゲートを有するＯＳトランジスタである。トランジスタＭ１のバックゲートは、電圧ＶＢＧ２を供給する配線ＢＧＬ２に電気的に接続されている。トランジスタＭ２は読出しトランジスタであり、ｐチャネル型Ｓｉトランジスタである。容量素子Ｃ１はノードＳＮ１の電圧を保持する保持容量である。

電圧ＶＤＤＤ、ＶＳＳＳはデータ“１”、“０”を表す電圧である。なお、書込みワード線ＷＷＬ、ＲＷＬの高レベル電圧は、ＶＤＨＷ、ＶＤＨＲである。

図３１（Ａ）にメモリセルアレイ２５０の構成例を示す。図３１（Ａ）に示すメモリセルアレイ２５０では、隣接する２行で１本のソース線が供給されている。

メモリセル１０は原理的に書き換え回数に制限はなく、データの書き換えを低エネルギーで行え、データの保持に電力を消費しない。トランジスタＭ１が極小オフ電流のＯＳトランジスタであるため、メモリセル１０は長時間データを保持することが可能である。よって、ＮＯＳＲＡＭ２４０で、キャッシュメモリ装置で構成することで、キャッシュメモリ装置を、不揮発性の低消費電力なメモリ装置とすることができる。

メモリセル１０の回路構成は、図３０（Ｂ）の回路構成に限定されない。例えば、読出しトランジスタＭ２を、バックゲートを有するＯＳトランジスタ、またはｎチャネル型Ｓｉトランジスタとしてもよい。或いは、メモリセル１０は３Ｔ型ゲインセルでもよい。例えば、図３１（Ｂ）、図３１（Ｃ）に３Ｔ型ゲインセルの例を示す。図３１（Ｂ）に示すメモリセル１５は、トランジスタＭ３乃至Ｍ５、容量素子Ｃ３、ノードＳＮ３を有する。トランジスタＭ３乃至Ｍ５は、書込みトランジスタ、読出しトランジスタ、選択トランジスタである。トランジスタＭ３はバックゲートを有するＯＳトランジスタであり、トランジスタＭ４、Ｍ５はｐチャネル型Ｓｉトランジスタである。トランジスタＭ４、Ｍ５を、ｎチャネル型Ｓｉトランジスタまたはバックゲートを有するＯＳトランジスタで構成してもよい。図３１（Ｃ）に示すメモリセル１６では、３個のトランジスタはバックゲートを有するＯＳトランジスタで構成されている。

ノードＳＮ３は保持ノードである。容量素子Ｃ３の一方の電極はノードＳＮ３に電気的に接続され、ノードＳＮ３の電圧を保持する機能を有する。容量素子Ｃ３の他方の電極は配線ＣＮＬに電気的に接続される。容量素子Ｃ３を意図的に設けず、トランジスタＭ４のゲート容量などで保持容量を構成してもよい。配線ＰＤＬはソース線ＳＬに代わる配線であり、固定電圧（例えば、電圧ＶＤＤＤ）が入力される。配線ＣＮＬにも例えば電圧ＶＤＤＤが入力される。

制御回路２５１は、ＮＯＳＲＡＭ２４０の動作全般を制御する機能を有する。例えば、制御回路２５１は、信号ＣＥ、ＷＥを論理演算して、外部からのアクセスが書き込みアクセスであるか読み出しアクセスであるかを判断する。

行回路２５２は、アドレス信号が指定する選択された行の書込みワード線ＷＷＬ、読出しワード線ＲＷＬを選択する機能をもつ。列回路２５３は、アドレス信号が指定する列の書込みビット線ＷＢＬにデータを書き込む機能、および当該列の読出しビット線ＲＢＬからデータ（Ｄａｔａ）を読み出す機能をもつ。

本実施の形態は、他の実施の形態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５）
本実施の形態では、車両に本発明の一態様である蓄電システムを搭載する例を示す。車両として例えば自動車、二輪車、自転車、等が挙げられる。

蓄電システムを車両に搭載すると、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を実現できる。

図３２において、本発明の一態様である蓄電システムを用いた車両を例示する。図３２（Ａ）に示す自動車８４００は、走行のための動力源として電気モーターを用いる電気自動車である。または、走行のための動力源として電気モーターとエンジンを適宜選択して用いることが可能なハイブリッド自動車である。本発明の一態様を用いることで、航続距離の長い車両を実現することができる。自動車８４００は蓄電システムを有する。蓄電システムは電気モーター８４０６を駆動するだけでなく、ヘッドライト８４０１やルームライト（図示せず）などの発光装置に電力を供給することができる。

また、蓄電システムは、自動車８４００が有するスピードメーター、タコメーターなどの表示装置に電力を供給することができる。また、蓄電システムは、自動車８４００が有するナビゲーションシステムなどに電力を供給することができる。また、本発明の一態様である蓄電システムは、人が運転操作する自動車８４００、あるいは人が運転操作を行わなくても自動で走行できる自動車８４００（所謂、自動運転車または無人運転車ともいう）の双方に適用することができる。

図３２（Ｂ）に示す自動車８５００は、自動車８５００が有する蓄電システムに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３２（Ｂ）に、地上設置型の充電装置８０２１から自動車８５００に搭載された蓄電システム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ーの規格等はＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）やコンボ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、プラグイン技術によって、外部からの電力供給により自動車８５００に搭載された蓄電システム８０２４を充電することができる。充電は、ＡＣＤＣコンバータ等の変換装置を介して、交流電力を直流電力に変換して行うことができる。

また、図示しないが、受電装置を車両に搭載し、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、車両どうしで電力の送受信を行ってもよい。さらに、車両の外装部に太陽電池を設け、停車時や走行時に蓄電システム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。

また、図３２（Ｃ）は、本発明の一態様の蓄電システムを用いた二輪車の一例である。図３２（Ｃ）に示すスクータ８６００は、蓄電システム８６０２、サイドミラー８６０１、方向指示灯８６０３を備える。蓄電システム８６０２は、方向指示灯８６０３に電気を供給することができる。

また、図３２（Ｃ）に示すスクータ８６００は、座席下収納８６０４に、蓄電システム８６０２を収納することができる。蓄電システム８６０２は、座席下収納８６０４が小型であっても、座席下収納８６０４に収納することができる。

また、図３３（Ａ）は、本発明の一態様の蓄電システムを用いた電動自転車の一例である。図３３（Ａ）に示す電動自転車８７００に、本発明の一態様の蓄電システムを適用することができる。本発明の一態様の蓄電システムは例えば、複数の蓄電池と、保護回路と、ニューラルネットワークと、を有する。

電動自転車８７００は、蓄電システム８７０２を備える。蓄電システム８７０２は、運転者をアシストするモーターに電気を供給することができる。また、蓄電システム８７０２は、持ち運びができ、図３３（Ｂ）に自転車から取り外した状態を示している。また、蓄電システム８７０２は、本発明の一態様の蓄電システムが有する蓄電池８７０１が複数内蔵されており、そのバッテリー残量などを表示部８７０３で表示できるようにしている。また蓄電システム８７０２は、本発明の一態様の制御システム８７０４を有する。制御システム８７０４は、蓄電池８７０１の正極および負極と電気的に接続されている。制御システム８７０４として、先の実施の形態に示す制御システムを用いることができる。

本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。

（実施の形態６）
本実施の形態では、先の実施の形態で示した蓄電システムを電子機器に実装する例を説明する。

図３４（Ａ）および図３４（Ｂ）に、２つ折り可能なタブレット型端末の一例を示す。図３４（Ａ）および図３４（Ｂ）に示すタブレット型端末９６００は、筐体９６３０ａ、筐体９６３０ｂ、筐体９６３０ａと筐体９６３０ｂを接続する可動部９６４０、表示部９６３１、表示モード切り替えスイッチ９６２６、電源スイッチ９６２７、省電力モード切り替えスイッチ９６２５、留め具９６２９、操作スイッチ９６２８、を有する。表示部９６３１には、可撓性を有するパネルを用いることで、より広い表示部を有するタブレット端末とすることができる。図３４（Ａ）は、タブレット型端末９６００を開いた状態を示し、図３４（Ｂ）は、タブレット型端末９６００を閉じた状態を示している。

また、タブレット型端末９６００は、筐体９６３０ａおよび筐体９６３０ｂの内部に蓄電体９６３５を有する。蓄電体９６３５は、可動部９６４０を通り、筐体９６３０ａと筐体９６３０ｂに渡って設けられている。

表示部９６３１は、一部をタッチパネルの領域とすることができ、表示された操作キーにふれることでデータ入力をすることができる。また、タッチパネルのキーボード表示切り替えボタンが表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで表示部９６３１にキーボードボタン表示することができる。

また、表示モード切り替えスイッチ９６２６は、縦表示又は横表示などの表示の向きを切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えスイッチ９６２５は、タブレット型端末９６００に内蔵している光センサで検出される使用時の外光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光センサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置を内蔵させてもよい。

図３４（Ｂ）は、閉じた状態であり、タブレット型端末９６００は、筐体９６３０、太陽電池９６３３、および本発明の一態様の蓄電システムを有する。蓄電システムは、制御システム９６３４と、蓄電体９６３５と、を有する。制御システム９６３４は、保護回路９６３９と、ＤＣＤＣコンバータ９６３６を含む充放電制御回路９６３８と、を有する。制御システム９６３４については、先の実施の形態に示す制御システムを用いることができる。充放電制御回路９６３８は例えば、先の実施の形態に示す制御回路１３４を有する。

なお、タブレット型端末９６００は２つ折り可能なため、未使用時に筐体９６３０ａおよび筐体９６３０ｂを重ね合せるように折りたたむことができる。折りたたむことにより、表示部９６３１を保護できるため、タブレット型端末９６００の耐久性を高めることができる。

また、この他にも図３４（Ａ）および図３４（Ｂ）に示したタブレット型端末は、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、日付又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又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。

タブレット型端末の表面に装着された太陽電池９６３３によって、電力をタッチパネル、表示部、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９６３３は、筐体９６３０の片面又は両面に設けることができ、蓄電体９６３５の充電を効率的に行う構成とすることができる。

また、図３４（Ｂ）に示す制御システム９６３４の構成、および動作について図３４（Ｃ）にブロック図を示し説明する。図３４（Ｃ）には、太陽電池９６３３、蓄電体９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部９６３１について示しており、ＤＣＤＣコンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が、図３４（Ｂ）に示す充放電制御回路９６３８に対応し、充放電制御回路９６３８および保護回路９６３９が制御システム９６３４に対応する箇所となる。

まず外光により太陽電池９６３３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９６３３で発電した電力は、蓄電体９６３５を充電するための電圧となるようＤＣＤＣコンバータ９６３６で昇圧又は降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作に太陽電池９６３３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９６３７で表示部９６３１に必要な電圧に昇圧又は降圧をすることとなる。また、表示部９６３１での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにして蓄電体９６３５の充電を行う構成とすればよい。

なお太陽電池９６３３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蓄電体９６３５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。

図３５に、他の電子機器の例を示す。図３５において、表示装置８０００は、本発明の一態様の蓄電システムを実装する電子機器の一例である。具体的に、表示装置８０００は、ＴＶ放送受信用の表示装置に相当し、筐体８００１、表示部８００２、スピーカ部８００３、二次電池８００４等を有する。本発明の一態様に係る蓄電システムは、筐体８００１の内部に設けられている。表示装置８０００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池８００４に蓄積された電力を用いることもできる。

表示部８００２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。

また、音声入力デバイス８００５も二次電池を用いる。音声入力デバイス８００５は、先の実施の形態に示す蓄電システムを有する。音声入力デバイス８００５は、無線通信素子の他、マイク、センサ（光学センサ、温度センサ、湿度センサ、気圧センサ、照度センサ、モーションセンサなど）を複数有し、使用者の命令する言葉によって他のデバイス、例えば表示装置８０００の電源操作、照明装置８１００の光量調節などを行うことができる。音声入力デバイス８００５は音声で周辺機器の操作が行え、手動リモコンの代わりとなる。

また、音声入力デバイス８００５は、車輪や機械式移動手段を有しており、使用者の発声が聞こえる方向に移動し、内蔵されているマイクで正確に命令を聞き取るとともに、その内容を表示部８００８に表示する、または表示部８００８のタッチ入力操作が行える構成としている。

また、音声入力デバイス８００５は、スマートフォンなどの携帯情報端末８００９の充電ドックとしても機能させることができる。携帯情報端末８００９と音声入力デバイス８００５は、有線または無線で電力の授受を可能としている。携帯情報端末８００９は、室内においては、特に持ち運ぶ必要がなく、必要な容量を確保しつつ、二次電池に負荷がかかり劣化することを回避したいため、音声入力デバイス８００５によって二次電池の管理、メンテナンスなどを行えることが望ましい。また、音声入力デバイス８００５はスピーカ８００７及びマイクを有しているため、携帯情報端末８００９が充電中であってもハンズフリーで会話することもできる。また、音声入力デバイス８００５の二次電池の容量が低下すれば、矢印の方向に移動し、外部電源と接続された充電モジュール８０１０から無線充電によって充電を行えばよい。

また、音声入力デバイス８００５を台に載せてもよい。また、音声入力デバイス８００５を車輪や機械式移動手段を設けて所望の位置に移動させてもよく、或いは台や車輪を設けず、音声入力デバイス８００５を所望の位置、例えば床の上などに固定してもよい。

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３５において、据え付け型の照明装置８１００は、充電を制御するマイクロプロセッサ（ＡＰＳを含む）で制御される二次電池８１０３を用いた電子機器の一例である。具体的に、照明装置８１００は、筐体８１０１、光源８１０２、二次電池８１０３等を有する。図３５では、二次電池８１０３が、筐体８１０１及び光源８１０２が据え付けられた天井８１０４の内部に設けられている場合を例示しているが、二次電池８１０３は、筐体８１０１の内部に設けられていても良い。照明装置８１００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池８１０３に蓄積された電力を用いることもできる。

なお、図３５では天井８１０４に設けられた据え付け型の照明装置８１００を例示しているが、二次電池は、天井８１０４以外、例えば側壁８１０５、床８１０６、窓８１０７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８１０２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３５において、室内機８２００及び室外機８２０４を有するエアコンディショナーは、二次電池８２０３を用いた電子機器の一例である。具体的に、室内機８２００は、筐体８２０１、送風口８２０２、二次電池８２０３等を有する。図３５では、二次電池８２０３が、室内機８２００に設けられている場合を例示しているが、二次電池８２０３は室外機８２０４に設けられていても良い。或いは、室内機８２００と室外機８２０４の両方に、二次電池８２０３が設けられていても良い。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、二次電池８２０３に蓄積された電力を用いることもできる。

図３５において、電気冷凍冷蔵庫８３００は、二次電池８３０４を用いた電子機器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫８３００は、筐体８３０１、冷蔵室用扉８３０２、冷凍室用扉８３０３、二次電池８３０４等を有する。図３５では、二次電池８３０４が、筐体８３０１の内部に設けられている。電気冷凍冷蔵庫８３００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池８３０４に蓄積された電力を用いることもできる。

また、電子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、二次電池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８３００の場合、気温が低く、冷蔵室用扉８３０２、冷凍室用扉８３０３の開閉が行われない夜間において、二次電池８３０４に電力を蓄える。そして、気温が高くなり、冷蔵室用扉８３０２、冷凍室用扉８３０３の開閉が行われる昼間において、二次電池８３０４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。

上述の電子機器の他、二次電池はあらゆる電子機器に搭載することができる。本発明の一態様により、二次電池のサイクル特性が良好となる。そのため本発明の一態様である充電を制御するマイクロプロセッサ（ＡＰＳを含む）を、本実施の形態で説明した電子機器に搭載することで、より長寿命の電子機器とすることができる。本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

本発明の一態様の蓄電システムを電子機器に実装する例を図３６（Ａ）乃至（Ｅ）に示す。本発明の一態様の蓄電システムを適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装置（テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。

図３６（Ａ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機７４００は、筐体７４０１に組み込まれた表示部７４０２の他、操作ボタン７４０３、外部接続ポート７４０４、スピーカ７４０５、マイク７４０６などを備えている。なお、携帯電話機７４００は、本発明の一態様の蓄電システムを有する。本発明の一態様の蓄電システムは例えば、蓄電池７４０７と、先の実施の形態に示す制御システムと、を有し、該制御システムは例えば保護回路、制御回路、ニューラルネットワーク、等を有することが好ましい。

図３６（Ｂ）は、携帯電話機７４００を湾曲させた状態を示している。携帯電話機７４００を外部の力により変形させて全体を湾曲させると、その内部に設けられている蓄電池７４０７も湾曲される場合がある。このような場合には、蓄電池７４０７として、可撓性を有する蓄電池を用いることが好ましい。可撓性を有する蓄電池７４０７の曲げられた状態を図３６（Ｃ）に示す。蓄電池７４０７には制御システム７４０８が電気的に接続されている。制御システム７４０８として、先の実施の形態に示す制御システムを用いることができる。

また、フレキシブルな形状を備える蓄電池を、家屋やビルの内壁または外壁や、自動車の内装または外装の曲面に沿って組み込むことも可能である。

図３６（Ｄ）は、バングル型の表示装置の一例を示している。携帯表示装置７１００は、筐体７１０１、表示部７１０２、操作ボタン７１０３、及び本発明の一態様の蓄電システムを有する。本発明の一態様の蓄電システムは例えば、蓄電池７１０４と、先の実施の形態に示す制御システムと、を有し、該制御システムは例えば保護回路、制御回路、ニューラルネットワーク、等を有することが好ましい。

図３６（Ｅ）は、腕時計型の携帯情報端末の一例を示している。携帯情報端末７２００は、筐体７２０１、表示部７２０２、バンド７２０３、バックル７２０４、操作ボタン７２０５、入出力端子７２０６などを備える。

携帯情報端末７２００は、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などの種々のアプリケーションを実行することができる。

表示部７２０２はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、表示部７２０２はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表示部７２０２に表示されたアイコン７２０７に触れることで、アプリケーションを起動することができる。

操作ボタン７２０５は、時刻設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、携帯情報端末７２００に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作ボタン７２０５の機能を自由に設定することもできる。

また、携帯情報端末７２００は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。

また、携帯情報端末７２００は入出力端子７２０６を備え、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子７２０６を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子７２０６を介さずに無線給電により行ってもよい。

携帯情報端末７２００は、本発明の一態様の蓄電システムを有する。該蓄電システムは、蓄電池と、先の実施の形態に示す制御システムと、を有し、該制御システムは例えば保護回路、制御回路、ニューラルネットワーク、等を有することが好ましい。

携帯情報端末７２００はセンサを有することが好ましい。センサとして例えば、指紋センサ、脈拍センサ、体温センサ等の人体センサや、タッチセンサ、加圧センサ、加速度センサ、等が搭載されることが好ましい。

本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。

ＩＮ１：信号、ＯＵＴ１：信号、Ｓ１：制御信号、１０１：サンプルホールド回路、１１２：トランジスタ、１１３：容量素子、１１４：バッファ回路、１３０：蓄電システム、１３１：制御システム、１３１ａ：制御システム、１３２：メモリ、１３４：制御回路、１３５：蓄電池、１３５＿１：蓄電池、１３５＿２：蓄電池、１３５＿ｍ：蓄電池、１３７：保護回路、１４７：トランジスタ、１４８：トランジスタ、１７１：回路、１７４：センサ素子、１７４＿１：センサ素子、１７４＿２：センサ素子、１７４＿ｍ：センサ素子、１７６：ヒューズ、１８０：回路、１８１：センサチップ、１８２：回路、１８２＿１：回路、１８２＿２：回路、１８２＿ｍ：回路、１８３：アンテナ、１８３＿１：アンテナ、１８３＿２：アンテナ、１８３＿ｍ：アンテナ、１８５：アンテナ、１８６：回路、１９０：回路

Claims (9)

1. 蓄電池と、ニューラルネットワークと、センサ素子と、を有し、
   前記ニューラルネットワークは、入力層と、出力層と、前記入力層と前記出力層との間に配置される一または複数の中間層と、を有し、
   前記入力層には、前記センサ素子から出力される第１の信号に応じた値が与えられ、
   前記第１の信号はアナログ信号であり、
   前記センサ素子は、前記蓄電池の表面と接する領域を有し、
   前記センサ素子は、歪み、および温度の一方または両方を測定する機能を有する蓄電システム。
2. 蓄電池と、ニューラルネットワークと、第１の回路と、センサ素子と、を有し、
   前記ニューラルネットワークは、入力層と、出力層と、前記入力層と前記出力層との間に配置される一または複数の中間層と、を有し、
   前記第１の回路には、前記センサ素子から出力される第１の信号が与えられ、
   前記第１の信号はアナログ信号であり、
   前記第１の回路は、前記第１の信号をデジタル信号に変換し、変換された前記デジタル信号を前記入力層に与える機能を有し、
   前記センサ素子は、前記蓄電池の表面と接する領域を有し、
   前記センサ素子は、歪み、および温度の一方または両方を測定する機能を有する蓄電システム。
3. 蓄電池と、ニューラルネットワークと、第１の回路と、第２の回路と、センサ素子と、を有し、
   前記ニューラルネットワークは、入力層と、出力層と、前記入力層と前記出力層との間に配置される一または複数の中間層と、を有し、
   前記第１の回路には、前記センサ素子から出力される第１の信号が与えられ、
   前記第１の信号はアナログ信号であり、
   前記第１の回路は、前記第１の信号を、デジタル信号である第２の信号に変換する機能を有し、
   前記第１の回路は、前記第２の信号を変調し、無線通信により前記第２の回路に与える機能を有し、
   前記第２の回路は、無線通信により前記第１の回路から与えられた信号を復調し、前記入力層に与える機能を有し、
   前記センサ素子は、前記蓄電池の表面と接する領域を有し、
   前記センサ素子は、歪み、および温度の一方または両方を測定する機能を有する蓄電システム。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   前記センサ素子は、前記蓄電池の充電電圧に応じて検知を開始する蓄電システム。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれか一において、
   前記センサ素子は、前記蓄電池の電流値の時間変化を前記ニューラルネットワークにより解析した結果に応じて、検知を開始する蓄電システム。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
   前記ニューラルネットワークは、第１のトランジスタと、容量と、第２のトランジスタと、を有し、
   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、前記容量の一方の電極、及び、前記第２のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
   前記第１のトランジスタのチャネル形成領域は金属酸化物を有し、
   前記金属酸化物はインジウムと、元素Ｍと、を有し、
   前記元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、スズ、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステンより選ばれる一以上であり、
   前記第１のトランジスタのソース及びドレインの一方には、アナログ信号に応じた電位が保持される蓄電システム。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載の蓄電システムを有する車両。
8. 請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載の蓄電システムを有する電子機器。
9. ニューラルネットワークと、第１の回路と、第２の回路と、を有し、
   前記ニューラルネットワークは、入力層と、出力層と、前記入力層と前記出力層との間に配置される一または複数の中間層と、を有し、
   前記第１の回路には、第１の信号として、歪み、および温度の一方または両方の測定値が与えられ、
   前記第１の信号はアナログ信号であり、
   前記第１の回路は、前記第１の信号をデジタル信号である第２の信号に変換する機能を有し、
   前記第１の回路は、前記第２の信号を変調し、無線通信により前記第２の回路に与える機能を有し、
   前記第２の回路は、無線通信により前記第１の回路から与えられた信号を復調し、前記入力層に与える機能を有する半導体装置。

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