CN111164822A - 蓄电***、电子设备及车辆以及推测方法 - Google Patents

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battery
wiring
circuit
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storage system
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长多刚
千田章裕
伊佐敏行
栗城和贵
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

提供一种具有优良特性的蓄电***。提供一种安全性高的蓄电***。提供一种劣化小的蓄电***。提供一种具有优良特性的蓄电池。本发明的一个方式是一种蓄电***的工作方法,该蓄电***包括蓄电池、具有测量阻抗的功能的第一电路及神经网络,蓄电***的工作方法包括:停止蓄电池的充电或放电的第一步骤;测量蓄电池的开路电压的第二步骤;测量蓄电池的阻抗的第三步骤;所测量的开路电压及阻抗被输入到输入层的第四步骤;从输出层输出第一信号的第五步骤;根据第一信号改变蓄电池的充电或放电的条件的第六步骤;以及开始蓄电池的充电或放电的第七步骤,第一信号对应于蓄电池的放电容量的推测值。

Description

蓄电***、电子设备及车辆以及推测方法
技术领域
本发明的一个方式涉及一种蓄电池及使用蓄电池的蓄电***。另外,本发明的一个方式涉及一种使用蓄电池的车辆。另外,本发明的一个方式涉及一种使用蓄电池的电子设备
另外,本发明的一个方式涉及一种半导体装置。
另外,本发明的一个方式涉及一种神经网络及使用神经网络的蓄电***。另外,本发明的一个方式涉及一种使用神经网络的车辆。另外,本发明的一个方式涉及一种使用神经网络的电子设备。
注意,在本说明书等中,半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置。显示装置、发光装置、存储装置、电光装置、蓄电装置、半导体电路及电子设备有时包含半导体装置。
注意,本发明的一个方式不局限于上述技术领域。本说明书等所公开的发明的技术领域涉及一种物体、方法或制造方法。另外,本发明的一个方式涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或组合物(composition of matter)。
背景技术
蓄电池安装在信息终端等电子设备、车辆等能够移动的各种设备中。这些设备的工作条件多种多样,对于蓄电池的负载也多种多样。此外,蓄电池的高能量密度、长寿命等性能提高的需求逐年提高。
专利文献1公开了使用神经网络进行蓄电池的剩余电容的运算的例子。
另外,近年来,将沟道形成区域中包含氧化物半导体或金属氧化物的晶体管(氧化物半导体(Oxide Semiconductor)晶体管,以下将其称为OS晶体管)受到关注。OS晶体管的关态电流(off-state current)极小。已提出了利用该特性的使用OS晶体管的应用程序。例如,专利文献2公开了在神经网络的学习中使用OS晶体管的例子。
[先行技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]美国专利申请公开第2006/0181245号公报
[专利文献2]日本专利申请公开第2016-219011号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有优良特性的蓄电***。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种安全性高的蓄电***。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种劣化小的蓄电***。
本发明的一个方式的目的之一是判定蓄电池的状态。另外,本发明的一个方式的目的之一是进行蓄电池的性能的预测。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有优良特性的蓄电池。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种安全性高的蓄电池。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种劣化小的蓄电池。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种安装有具有优良特性的蓄电***的电子设备。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种安装有具有优良特性的蓄电***的车辆。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的半导体装置。
注意,多个目的的记载不妨碍彼此的目的的存在。此外,本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。上述列举的目的以外的目的可从说明书、附图、权利要求书等的记载自然得知,而有可能成为本发明的一个方式的目的。
发明所要解决的技术问题
本发明的一个方式是一种蓄电***的工作方法,该蓄电***包括:蓄电池;第一电路;以及神经网络,其中,第一电路具有测量阻抗的功能,神经网络包括输入层、输出层以及配置于输入层与输出层之间的一个或多个隐藏层,蓄电***的工作方法包括:停止蓄电池的充电或放电的第一步骤;测量蓄电池的开路电压的第二步骤;测量蓄电池的阻抗的第三步骤;所测量的开路电压及阻抗被输入到输入层的第四步骤;从输出层输出第一信号的第五步骤;根据第一信号改变蓄电池的充电或放电的条件的第六步骤;以及开始蓄电池的充电或放电的第七步骤,并且,第一信号对应于蓄电池的放电容量的推测值。
本发明的一个方式是一种蓄电***的工作方法,该蓄电***包括:蓄电池;第一电路;以及神经网络,其中,第一电路具有测量阻抗的功能,神经网络包括输入层、输出层以及配置于输入层与输出层之间的一个或多个隐藏层,蓄电***的工作方法包括:测量蓄电池的满充电容量的第一步骤;进行蓄电池的充电的第二步骤;进行蓄电池的放电的第三步骤;交替地反复第二步骤及第三步骤的第四步骤;以及测量蓄电池的满充电容量的第五步骤,第二步骤构成为在充电过程的中途停止充电且算出剩余容量、开路电压、阻抗,在第一步骤中测量的蓄电池的容量为C1,在第五步骤中测量的蓄电池的容量为C2,在第二步骤中测量的剩余容量、开路电压及阻抗被输入到神经网络,并且,分别从神经网络在C2/C1为第一值以上时输出第二信号,在C2/C1小于第一值时输出第三信号。
在上述工作方法中,例如C2/C1为0.7以上且0.95以下。
在上述工作方法中,例如神经网络包括第一晶体管、电容器以及第二晶体管,第一晶体管的源极及漏极中的一个与电容器的一个电极及第二晶体管的栅极电连接,第一晶体管的沟道形成区域包含金属氧化物,金属氧化物包含铟及元素M,元素M为选自铝、镓、锡、硼、硅、钛、铁、镍、锗、钇、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨中的一个以上,并且在第一晶体管的源极及漏极中的一个中保持对应于模拟数据的电位。在上述结构中,例如第二晶体管的沟道区域包含硅。
本发明的一个方式是一种包括以上述任一个所述的工作方法工作的蓄电***的车辆。本发明的一个方式是一种包括以上述任一个所述的工作方法工作的蓄电***的电子设备。
本发明的一个方式是一种推测方法,其中,计算机根据外部气温及蓄电池的阻抗使用神经网络执行推测规定输出的蓄电池的能够放电的容量的处理。
在上述推测方法中,优选设定蓄电池的放电输出的上限值A。
本发明的一个方式是一种电子设备,包括:控制电路;显示部;以及蓄电池,其中,控制电路包括神经网络,控制电路根据外部气温及蓄电池的阻抗使用神经网络执行推测规定输出的蓄电池的能够放电的容量的处理,并且,显示部具有显示能够放电的容量的功能。
本发明的一个方式是一种车辆,包括:导航***;以及蓄电池,其中,导航***包括神经网络,导航***根据外部气温及蓄电池的阻抗使用神经网络执行推测规定输出的蓄电池的能够放电的容量的处理,根据能够放电的容量执行推测能够行驶的距离的处理,导航***根据输入到导航***的目的地信息推测到位于现在所处至目的地的路径上的充电站的预定的行驶距离,并且,以能够行驶的距离大于预定的行驶距离的方式设定蓄电池的输出的上限值A。
在上述结构中,优选的是,导航***包括显示部,并且显示部具有显示上限值A的功能。
在上述结构中,优选的是,导航***包括显示部,并且显示部具有在蓄电池的输出达到上限值A的90%以上时显示警告的功能。
在上述结构中,优选的是,导航***根据输入到导航***的目的地信息推测现在所处至目的地的路径上的公路的最大梯度,根据最大梯度设定蓄电池的推荐最大输出B,并且显示部具有在推荐最大输出B超过上限值A时显示警告的功能。
发明效果
通过本发明的一个方式的目的之一,提供一种具有优良特性的蓄电***。另外,通过本发明的一个方式的目的之一,提供一种安全性高的蓄电***。另外,通过本发明的一个方式的目的之一,提供一种劣化小的蓄电***。
通过本发明的一个方式,可以判定蓄电池的状态。另外,通过本发明的一个方式,可以进行蓄电池的性能的预测。另外,通过本发明的一个方式,可以提供一种具有优良特性的蓄电池。另外,通过本发明的一个方式,可以提供一种安全性高的蓄电池。另外,通过本发明的一个方式,可以提供一种劣化小的蓄电池。另外,通过本发明的一个方式,可以提供一种安装有具有优良特性的蓄电***的电子设备。另外,通过本发明的一个方式,可以提供一种安装有具有优良特性的蓄电***的车辆。另外,通过本发明的一个方式,可以提供一种新颖的半导体装置。
注意,这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。此外,本发明的一个方式不需要具有所有上述效果。另外,从说明书、附图、权利要求书等的记载中可明显得知上述以外的效果,而可以从说明书、附图、权利要求书等的记载中衍生出上述以外的效果。
附图简要说明
[图1]蓄电***的一个例子。
[图2]蓄电***的一个例子。
[图3]蓄电***的工作的流程图。
[图4]蓄电***的工作的流程图。
[图5]蓄电***的工作的流程图。
[图6]蓄电***的工作的流程图及电路图。
[图7]神经网络的结构实例的图。
[图8]神经网络的结构实例的图。
[图9]积和运算电路的结构实例的方框图。
[图10]电路的结构实例的电路图。
[图11]积和运算电路的工作实例的时序图。
[图12]SOC与OCV的关系的图。
[图13]阻抗的测量实例的图。
[图14]蓄电池的结构的一个例子。
[图15]蓄电池的结构的一个例子。
[图16]车辆的一个例子。
[图17]车辆的一个例子。
[图18]车辆的一个例子。
[图19]导航***的工作的流程图。
[图20]导航***的工作的流程图。
[图21]电子设备的一个例子。
[图22]蓄电***的应用实例。
[图23]电子设备的一个例子。
实施发明的方式
下面,参照附图对实施方式进行说明。注意,实施方式可以以多个不同模式来实现,并且所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此,本发明不应该被解释为仅局限在以下实施方式所记载的内容中。
在附图中,为显而易见,有时夸大表示大小、层的厚度或区域。因此,本发明并不一定限定于上述尺寸。此外,在附图中,示意性地示出理想的例子,因此本发明不局限于附图所示的形状或数值等。
另外,在本说明书中,可以适当地组合以下实施方式。另外,当在一个实施方式中示出多个结构实例时,可以适当地组合这些结构实例。
在本说明书中,神经网络是指模仿生物的神经回路网,通过学习决定神经元之间的权系数(也称为连接强度),由此具有问题解决能力的所有模型。神经网络包括输入层、隐藏层(也称为中间层)及输出层。
此外,在本说明书中,在说明神经网络时,有时将根据已有的信息决定神经元之间的连接强度的工作称为“学习”。
另外,在本说明书中,有时将使用通过学习得到的连接强度构成神经网络,从此导出新的结论的工作称为“推论”。
另外,在本说明书等中,将在沟道形成区域中使用氧化物半导体或金属氧化物的晶体管称为Oxide Semiconductor(氧化物半导体)晶体管或OS晶体管。
(实施方式1)
在本实施方式中,对本发明的一个方式的蓄电***的结构实例及工作实例进行说明。
本发明的一个方式的蓄电***包括蓄电池以及控制该蓄电池的控制***。该控制***包括神经网络。
在蓄电池中,有时产生特性偏差。例如,有时随着反复进行充电及放电,蓄电池劣化,其劣化量按每个蓄电池不同。这里为了便于理解,作为蓄电池劣化的一个例子考虑阻抗的增大。
本发明的一个方式的蓄电***包括神经网络。对该神经网络预先供应数据且进行学习。这里,通过学习随着时间经过的数据,例如随着充放电循环的蓄电池的参数,可以推测随着时间经过的参数变化。例如,在进行学习之后,通过将蓄电池的参数输入到神经网络,可以得到经过某个时间之后,例如反复进行某次数的充放电循环之后的阻抗的增大的推测值作为输出。
本发明的一个方式的蓄电***可以预测因充电及放电的反复导致的阻抗的增大。例如,在多个蓄电池中,通过预测阻抗的增大,选择增大量显著小的蓄电池并将其安装在设备中,可以延长该设备中的蓄电池的寿命。
这里,神经网络预先学习随着时间经过的数据。在使用神经网络进行蓄电池的推论时,只将某一个时刻或某个时刻及其附近的数据供应给神经网络,而不需要输入随着时间经过的复杂的数据,可以推测随后的时刻的随着蓄电池的参数的时间经过的变化。
在有多个蓄电池时,根据所得到的阻抗的增大的推测值分组,将属于相同的组的蓄电池安装在同一设备中即可。由此,可以延长该设备中的蓄电池的寿命。
此外,也可以根据阻抗的增大的推测值改变充电条件。虽然通过提高充电的上限电压可以提高能量密度,但是有时阻抗容易增大。例如,在阻抗的增大的推测值更小的蓄电池中,进一步提高充电的上限电压,且可以提高能量密度。
此外,通过减少蓄电池的充电电流及充电电压,可以抑制蓄电池的放电容量的下降。因此,可以延长蓄电池的寿命。
本发明的一个方式的蓄电***包括蓄电池以及控制该蓄电池的控制电路。
在本发明的一个方式的蓄电***中,判断蓄电池的状态。此外,在本发明的一个方式的蓄电***中,测量或推测蓄电池的容量。
本发明的一个方式的蓄电***包括神经网络。优选通过该神经网络判定蓄电***所包括的蓄电池的状态。优选的是,该神经网络被输入蓄电池的参数,并输出蓄电池的状态。
通过本发明的一个方式的蓄电***,可以测量蓄电池的电流、电压、阻抗等参数。此外,通过本发明的一个方式的蓄电***,可以测量蓄电池的开路电压(Open CircuitVoltage:OCV)。
OCV例如停止充电或放电且在经过预定时间之后测量电池反应稳定之后的电压来求出。直到电池反应稳定,在预定时间停止充电或放电并待机,所以有时测量OCV时需要很长时间。这里,预定时间是指例如2分钟以上且5小时以下,或者5分钟以上且2小时以下。
由于有时在测量OCV时需要很长时间,因此作为其代替测量,例如,可以进一步缩短停止充电或放电并待机的时间(以下,称为休止时间)并进行测量。此时,通过本发明的一个方式的神经网络,也可以预先学习休止时间与所测量的蓄电池的电压的关系。通过该学习,有时可以从较短的休止时间得到的电压推测OCV。
或者,作为OCV的测量代替方法,例如,可以改变充电或放电的电流值测量电压的变化,由此推测OCV。
通过本发明的一个方式的蓄电***,有时测量或推测蓄电池的SOC(State ofCharge:荷电状态)。这里,SOC例如是指满充电容量(Full Charge Capacity:FCC)为100%且以比率表示蓄电池的容量的值。SOC有时被称为充电率。FCC例如是指在进行满充电之后进行放电时的蓄电池的放电容量。满充电例如是指根据蓄电池中所规定的充电条件,直到充电结束进行充电。FCC是指根据充电结束电压(充电上限电压)、充电结束电流等变化的值。此外,FCC乘以SOC的值有时被称为蓄电池的剩余容量(RC)。
通过本发明的一个方式的神经网络,优选判定蓄电池的状态,例如判定FCC。或者,优选预测随着蓄电池的FCC的时间经过的变化。
本发明的一个方式的蓄电***可以对该蓄电***所包括的神经网络例如供应蓄电池的OCV、SOC、阻抗、FCC等参数进行学习。此时,对神经网络供应的参数优选为随着时间的经过的参数。例如,可以将随着蓄电池的充电及放电的反复的参数变化供应给神经网络。或者,例如,可以将蓄电池的保存前后的参数变化供应给神经网络。蓄电池的保存包括在规定的SOC中在规定温度下以在一定时间保存的情况。
通过本发明的一个方式的蓄电***所包括的神经网络,有时可以从蓄电池的OCV推测SOC。
蓄电池的阻抗有时依赖于SOC变化。在SOC变化时,例如蓄电池的正极及负极的氧化还原的状态、过电压的状态、极化状态等变化。因此,在SOC变化时,例如,各阻抗也变化。因此,蓄电池整体的阻抗也变化。
<OCV的测量实例>
图12示出锂离子电池的SOC与OCV的关系的测量结果。
图12的横轴示出SOC,纵轴示出电压。在使锂离子电池满充电之后,以0.2C进行放电,每隔0.1V休止,测量电压,休止开始的电压为V1,休止后的电压为V2。V2估计为OCV的值。休止时间为10分钟。
图12所示的条件A的曲线示出在进行充放电循环测试之前测量的结果。此外,条件B为在进行200循环的充放电之后测量的结果。
与V1相比,V2,即OCV在200循环的充放电之后也在条件A与条件B之间的差异很小。对于充放电循环等有可能导致劣化的因素,OCV的变动较小。
根据阻抗可知蓄电池的劣化状态。例如,有时蓄电池的劣化作为阻抗增加的现象发生。作为一个例子,考虑到在多个蓄电池中通过对每个蓄电池的阻抗进行比较来比较劣化状态的情况。如上所述,阻抗随着蓄电池的SOC变化。
因此,在每个蓄电池的SOC不同时,由于阻抗受到劣化状态及SOC的双方的影响,所以需要分别考虑各个因素的影响。
通过使用本发明的一个方式的蓄电***,可以分别考虑劣化状态及SOC的影响。例如,通过本发明的一个方式的蓄电***所包括的神经网络,使用某个SOC的阻抗,可以推测不同的SOC的阻抗。
神经网络通过被供应具有复杂的相关关系的庞大的参数,进行分析,根据用途可以进行所希望的输出。
通过使用本发明的一个方式的蓄电***,可以使用在每个蓄电池中测量的阻抗对劣化状态进行比较时,可以进行蓄电池之间的比较,而不需要使SOC大致相同。因此,可以简单地比较劣化状态。
<蓄电***的一个例子>
图1(A)示出本发明的一个方式的蓄电***。蓄电***130包括蓄电池135及控制***131。控制***131包括保护电路137、电路171、电路172、控制电路134以及存储器132。
保护电路137具有在蓄电池135满足被设定的某种条件的情况下停止二次电池的工作的功能。例如,在蓄电池135的电流超过某值的情况下,停止其工作。此外,例如在蓄电池135的电压成为某值以上或某值以下的情况下,停止其工作。
保护电路137优选具有测量蓄电池135的电压及电流的功能。或者,保护电路137例如也可以通过使用后面说明的电路171测量的蓄电池135的电流及电压控制蓄电池135。
保护电路137也可以具有在停止蓄电池135的工作时使蓄电池135的正极及负极连接且使该两个电极短路的路径。在该路径上也可以设置电阻器或电容器。
电路171与蓄电池135的正极及负极电连接。电路171具有测量蓄电池135的电流及电压的功能。此外,电路171与控制电路134电连接,从控制电路134被供应信号。
此外,电路171优选包括库仑计CC。库仑计CC具有使用蓄电池135的电流的时间特性算出累积电荷量的功能。库仑计所包括的电流计也可以兼作电路171所包括的电流计。
电路172与蓄电池135的正极及负极电连接。电路172具有测量蓄电池135的阻抗的功能。此外,电路172与控制电路134电连接,从控制电路134被供应信号。
控制电路134包括神经网络NN。控制电路134与存储器132电连接。控制电路134通过使用由电路171等测量的蓄电池的电流及电压控制蓄电池的电流及电压,且控制蓄电池的充电条件及放电条件。
如图1(B)所示,蓄电***130也可以包括晶体管147及晶体管148。晶体管147及晶体管148被用作遮断电流的开关,并且在保护电路137判断停止蓄电池135时使开关工作。在图1(B)所示的例子中,作为晶体管147及晶体管148示出包括寄生二极管的MOSFET,作为晶体管147及晶体管148也可以使用OS晶体管。后面说明OS晶体管的详细内容。此外,蓄电***130也可以采用不包括晶体管147和晶体管148中的一个的结构。
如图1(B)所示,蓄电***130也可以包括熔丝176。
如图1(B)所示,蓄电***130也可以包括热敏电阻器174。
图2(A)示出包括n个蓄电池135的蓄电***130的例子。n为2以上的整数。在图2(A)中,多个蓄电池135分别被称为蓄电池135_k(k为1以上且n以下的整数)。蓄电池135_1至蓄电池135_n串联电连接。
在图2(A)中,保护电路137、电路171及电路172分别与蓄电池135_1至蓄电池135_n的两端的电极电连接。
图2(B)示出蓄电***130包括m个控制***131的例子。m为2以上的整数。在图2(B)中,多个控制***131被称为控制***131_j(j为1以上且m以下的整数)。
在图2(B)中,蓄电***130包括多个电池群136。在图2(B)中,多个电池群136分别被称为电池群136_j。电池群136包括串联电连接的多个蓄电池。
在图2(B)中,多个电池群136并联电连接。
在图2(B)中,每个电池群136与控制***131连接。电池群136_j与控制***131_j电连接。
这里,在蓄电***130包括多个控制***131时,在多个控制***131中共同使用控制***131所包括的保护电路137、电路171、电路172、控制电路134以及存储器132。例如,控制电路134也可以对多个控制***131供应控制信号。
<推论的一个例子>
参照图3所示的流程图说明蓄电***130的工作的一个例子。图3示出在预先对蓄电***130所包括的神经网络NN供应学习数据时推论蓄电***130所包括的蓄电池135的参数的情况的一个例子。
在步骤S000中,开始处理。
在步骤S001中,蓄电***130与外部电源连接。从外部电源对蓄电***130供应电力。注意,蓄电***130也可以不与外部电源连接。此时,在蓄电***130中也可以从蓄电池135对控制***所包括的电路供应电力。
在步骤S002中,对蓄电池135进行充电。注意,在步骤S002中也可以对蓄电池135进行放电而不进行充电。
在步骤S003中,停止蓄电池135的工作。在步骤S002中进行充电时停止充电,在进行放电时停止放电。
在步骤S004中,测量蓄电池135的OCV。
在步骤S005中,测量蓄电池135的阻抗。
可以参照图6(B)所示的等效电路分析阻抗。在图6(B)所示的等效电路中,包括电阻器Ro、n个电阻器(将第h电阻器记为电阻器R_h。h为1以上且n以下的整数)以及n个电容器(将第h的电容器记为电容器Ca_h)。电阻器R_h及电容器Ca_h并联连接,电阻器Ro、电阻器R_1至电阻器R_n串联连接。
以奈奎斯特图表示阻抗的测量结果,可以进行分析。奈奎斯特图中的圆弧的直径有时对应于图6(B)所示的各电阻。后面在图13(C)中说明奈奎斯特图的一个例子。
有时可以从由使用图6(B)所示的等效电路的分析结果算出的电阻及电容例如分离并估计对应于离子扩散、电荷移动、电子、离子移动、接触电阻等的现象的参数。
在图6(C)中,等效电路包括阻抗Ws。阻抗Ws与电阻R_n串联电连接。阻抗Ws在奈奎斯特图中以45°的直线表示,有时也称为沃伯格阻抗。
在某个频率的范围内测量阻抗。例如,优选在10μHz以上且1MHz以下或者10mHz以上且50kHz以下的范围内在1点,优选为2点以上,更优选为10点以上且100点以下的频率测量阻抗。
本发明的一个方式的蓄电***优选包括交流电源。
也可以进行步骤响应的测量代替阻抗测量。有时步骤响应的测量不需要交流电源,可以使用更简单的测量***进行评价。
在根据步骤函数(例如矩形波)在某一定时间对蓄电池等元件施加一定电压时,在施加一定电压的期间及该期间后,通过测量蓄电池的电流的时间变化,可以评价响应特性(步骤响应)。此外,不局限于矩形波等的步骤函数,也可以使用三角波、锯齿波等对蓄电池施加电压。
可以使用被输入的电压的波形及被输出的电流的波形求出传递函数。传递函数以复数s的函数表示。将jω代入复数s,可以得到交流频率特性。
在步骤S006中,将在步骤S004中测量的OCV及在步骤S005中测量的阻抗输入到神经网络NN。
在步骤S007中,根据在步骤S006中输入的值从神经网络NN输出第一信号。第一信号例如是今后继续进行蓄电池的工作时的阻抗增大的推测值、放电容量减少的推测值等。或者,第一信号是根据这些参数的推移或者这些参数的推测值的判定数据。
在步骤S008中,根据第一信号进行规定工作。作为规定工作,例如,进行蓄电池135的工作条件的决定。作为蓄电池135的工作条件的决定,例如,改变充电电流及充电上限电压。例如,估计出蓄电池135的FCC,随着FCC的减少而减少充电电流。由此,可以抑制蓄电池135的放电容量的降低。或者,为了抑制蓄电池135的容量的减少,改变充电的上限电压。由此,可以抑制蓄电池135的放电容量的降低。
或者,作为在步骤S008中进行的规定工作,例如,根据第一信号进行蓄电池135的分组。例如,根据阻抗的增大的推测值或者放电容量的降低的推测值进行分组。
在步骤S099中,结束处理。
<学习的一个例子>
图4、图5及图6(A)所示的流程图示出蓄电***130所包括的神经网络NN进行学习时的一个例子。
参照图4所示的流程图对步骤S200至步骤S204、步骤S210及步骤S230进行说明。
在步骤S200中,开始处理。
在步骤S201中,蓄电***130与外部电源连接。从外部电源对蓄电***130供应电力。注意,蓄电***130也可以不与外部电源连接。
在步骤S202中,进行蓄电池135的满充电。
在步骤S203中,进行蓄电池135的放电算出蓄电池的FCC。
在步骤S204中,测量蓄电池135的充放电循环数。这里,充放电循环数是指步骤S202至步骤S204的步骤的累积循环数。
步骤S210是步骤S204连接于图5所示的流程图的步骤S211的离页连接符a。
步骤S230是后面说明的图6(A)所示的流程图的步骤S224连接于步骤S204的离页连接符c。
参照图5所示的流程图对步骤S211至步骤S218进行说明。
在步骤S211至步骤S216中,进行蓄电池135的充电测量蓄电池135的参数。
在步骤S211中,进行蓄电池135的充电。这里,充电例如以SOC减少5%以上且小于40%或者5%以上且小于20%的方式进行。例如,当充电前的SOC为80%时,以充电后的SOC为55%,即SOC减少25%的方式进行充电。
在步骤S212中,停止蓄电池135的充电。
在步骤S213中,算出蓄电池135的SOC。SOC例如以在步骤S203中算出的蓄电池的满充电容量为基准,求出在步骤S211至步骤S212进行充电的电荷量来算出。
在步骤S214中,测量蓄电池135的OCV。
在步骤S215中,测量蓄电池135的阻抗。
在步骤S216中,将在步骤S213中算出的SOC、在步骤S214中测量的OCV、在步骤S215中测量的阻抗及在步骤S204中算出的充放电循环数输入到神经网络NN。这里,所测量的OCV及阻抗与SOC相关,SOC、OCV及阻抗与充放电循环数相关。
在步骤S217中,在蓄电池135的SOC为A[%]以下时,回到步骤S211,SOC大于A[%]时进入步骤S218。
步骤S218是步骤217连接于图6(A)所示的步骤S222的离页连接符b。
参照图6(A)对步骤S222至步骤S225、步骤230及步骤S299进行说明。
在步骤S222中,进行蓄电池135的放电。这里,放电例如以SOC为0%以上且小于30%的方式进行。
在步骤S223中,算出放电容量并将其输入到神经网络NN。这里,放电容量与在步骤S204中算出的充放电循环数相关。
在步骤S224中,在蓄电池135的充放电循环数为x次以下时进入步骤S230,在充放电循环数大于x时进入步骤S225。由于步骤S230是步骤S224连接于图4所示的步骤S204的离页连接符c,所以在充放电循环数为x次以下时,根据图4所示的流程图从步骤S204依次进行处理。
在步骤S225中,以相对于在步骤S216中输入的参数得到所希望的输出的方式调整神经网络NN的权系数。这里,作为例子,以对神经网络NN输入OCV及阻抗时的神经网络NN的输出成为对应于随着充放电循环的放电容量的劣化率的值的方式调整神经网络NN的权系数。更具体而言,例如,可以输出对应于某个规定次数的充放电循环后的放电容量的劣化率的值。
或者,神经网络NN也可以输出判定结果。例如,以在放电容量的劣化率为规定值,这里H1以上时,神经网络NN的输出为第一信号,劣化率小于H1时,神经网络NN的输出成为与第一信号不同的第二信号的方式进行调整。第一信号及第二信号例如为高电位信号及低电位信号。这里,H1例如是蓄电池的使用开始时的容量或规格容量的60%以上且98%以下或者70%以上且95%以下的值。此外,H1例如在进行10次以上、50次以上或100次以上的充放电循环之后测量即可。
在步骤S299中,结束处理。
<阻抗的测量实例>
图13示出锂离子电池的阻抗测量的结果。在0.01Hz至200kHz的范围内,以15mV的振幅从高频至低频扫描,进行阻抗测量。作为测量装置使用Solartron Analytical公司的Celltest System。图13(A)被称为增益图(Magnitude plot),横轴示出频率,纵轴示出阻抗的大小|Z|。图13(B)被称为相位图(Phase plot),横轴示出频率,纵轴示出相位(Phase)“theta”。图13(C)被称为奈奎斯特图,横轴示出频率响应的实部(Z’),纵轴示出频率响应的虚部(Z”)。
在图13(C)中,点为测量值,实线为在图6(C)中使用n=1时的模型算出的结果(拟合)。测量值良好地对应于使用模型算出的结果。
注意,在拟合中,作为电容器Ca_1使用CPE(Constant Phase Element:恒相位元件)算出。CPE的阻抗为Z_CPE。阻抗Z_CPE可以使用以下算式表示。p为0以上且1以下的值,T为常数。
[算式1]
Figure GDA0002442599240000211
本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合。
(实施方式2)
在本实施方式中,示出神经网络NN的结构实例。
图7示出本发明的一个方式的神经网络的例子。图7所示的神经网络NN包括输入层IL、输出层OL及隐藏层(中间层)HL。神经网络NN可以由包括多个隐藏层HL的神经网络,即,深度神经网络构成。另外,有时将深度神经网络中的学习称为深度学习。输出层OL、输入层IL及隐藏层HL分别具有多个神经元电路,设置在不同的层中的神经元电路通过突触电路彼此连接。
神经网络NN通过学习而具有对蓄电池的工作及状态进行解析的功能。在神经网络NN被输入所测量的蓄电池的参数时,在各层中进行运算处理。各层中的运算处理通过前一层所包括的神经元电路的输出和权系数的积和运算等执行。另外,层之间的连接可以是所有的神经元电路彼此连接的全连接,也可以是一部分的神经元电路彼此连接的部分连接。
例如,也可以使用卷积神经网络(CNN),其包括卷积层和池化层,在相邻的层间只有特定的单元具有连接。CNN例如用于图像处理。在卷积层中例如进行图像数据与过滤器的积和运算。池化层优选直接配置在卷积层之后。
卷积层具有对图像数据进行卷积的功能。卷积通过反复进行图像数据的一部分与权重滤波器(weight filter)的滤波值的积和运算来进行。通过卷积层中的卷积,抽取图像的特征。
在卷积中可以使用权重滤波器。对输入到卷积层的图像数据使用过滤器施行过滤器处理。
在被施行卷积的数据利用激活函数被转换之后,被输出到池化层。作为激活函数,可以使用ReLU(Rectified Linear Units:线性整流函数)等。ReLU是如下函数:在输入值为负值时输出“0”,在输入值为“0”以上时直接输出输入值。作为激活函数,还可以使用sigmoid函数或tanh函数等。
池化层具有对从卷积层输入的图像数据进行池化的功能。池化是如下处理:将图像数据分割为多个区域,按该区域提取指定数据,并将该数据配置为矩阵状。通过池化,可以在不失去在卷积层提取的特征的情况下缩小图像数据。作为池化,可以利用最大池化、平均池化、Lp池化等。
CNN通过上述卷积处理及池化处理进行特征提取。CNN可以由多个卷积层及多个池化层构成。
在例如交替配置几个卷积层和几个池化层之后,优选配置全连接层。此外,也可以配置多个全连接层。全连接层优选具有使用进行过卷积及池化的图像数据进行图像判定的功能。
对具有学习功能的神经网络NN的结构实例进行说明。图8示出神经网络NN的结构实例。神经网络NN由神经元电路NC与设置在神经元电路之间的突触电路SC构成。
图8(A)示出构成神经网络NN的神经元电路NC和突触电路SC的结构实例。向突触电路SC输入输入数据x1至xL(L为自然数)。此外,突触电路SC具有储存权系数wk(k为1以上且L以下的整数)的功能。权系数wk对应于神经元电路NC间的键合强度。
当向突触电路SC输入输入数据x1至xL时,神经元电路NC被供应如下值:输入到突触电路SC的输入数据xk与储存在突触电路SC中的权系数wk之积(xkwk)在k=1至L的条件下相加而得到的值(x1w1+x2w2+…+xLwL),即通过使用xk和wk的积和运算得到的值。在该值超过神经元电路NC的阈值θ的情况下,神经元电路NC输出高电平信号y。将该现象称为神经元电路NC的触发。
图8(B)示出使用神经元电路NC和突触电路SC构成分层感知器的神经网络NN的模型。神经网络NN包括输入层IL、隐藏层(中间层)HL及输出层OL。
从输入层IL输出输入数据x1至xL。隐藏层HL包括隐藏突触电路HS及隐藏神经元电路HN。输出层OL包括输出突触电路OS及输出神经元电路ON。
向隐藏神经元电路HN供应通过使用输入数据xk和保持在隐藏突触电路HS中的权系数wk的积和运算得到的值。向输出神经元电路ON供应根据使用隐藏神经元电路HN的输出和保持在输出突触电路OS中的权系数wk的积和运算得到的值。另外,从输出神经元电路ON输出输出数据y1至yL
如此,接收指定的输入数据的神经网络NN具有作为输出数据输出对应于保持在突触电路SC中的权系数和神经元电路的阈值θ的值的功能。
另外,通过输入监督数据,神经网络NN可以进行监督学习。图8(C)示出利用反向传播算法进行监督学习的神经网络NN的模型。
反向传播算法是以神经网络的输出数据与监督数据之间的误差变小的方式改变突触电路的权系数wk的方法。具体而言,根据基于输出数据y1至yL和监督数据t1至tL决定的误差δO而改变隐藏突触电路HS的权系数wk。此外,根据隐藏突触电路HS的权系数wk的变化量而改变前一层的突触电路SC的权系数wk。如此,通过基于监督数据t1至tL依次改变突触电路SC的权系数,神经网络NN能够进行学习。
注意,在图8(B)和图8(C)中示出一层的隐藏层HL,但是也可以设置两层以上的隐藏层HL。通过使用包括两层以上的隐藏层HL的神经网络(深度神经网络(DNN)),可以进行深层学习。由此,可以提高灰度的校正精度。
本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合。
(实施方式3)
在本实施方式中,对可用于上述实施方式所示的神经网络的模拟积和运算电路的具体例子进行说明。
图7及图8所示的神经网络整体的运算使用庞大的积和运算执行。在使用数字电路进行这些运算处理的情况下,所需要的晶体管数增多,效率下降,功耗增加。因此,上述积和运算优选使用模拟积和运算电路(以下,将其称为APS(Analog Product-Sum circuit))进行。另外,APS优选包括模拟存储器。通过将利用学习获得的权系数储存于上述模拟存储器中,APS可以对模拟数据按其原样进行积和运算。其结果是,通过利用APS,可以以少量的晶体管高效地构成神经网络。
另外,在本说明书中,模拟存储器是指能够储存模拟数据的存储装置。另外,在本说明书中,模拟数据是指具有3比特(8值)以上的分辨率的数据。有时将多值数据称为模拟数据。
作为上述模拟存储器,可以使用多值快闪存储器、ReRAM(Resistive RandomAccess Memory)、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)或者使用OS晶体管的存储器(将其称为OS存储器)。
OS晶体管的沟道形成区域优选包含金属氧化物。沟道形成区域所具有的金属氧化物优选包含铟(In)。在沟道形成区域所具有的金属氧化物包含铟的情况下,OS晶体管的载流子迁移率(电子迁移率)得到提高。另外,沟道形成区域所具有的金属氧化物优选为包含元素M的氧化物半导体。元素M优选是铝(Al)、镓(Ga)或锡(Sn)等。作为可用作元素M的其他元素,有硼(B)、硅(Si)、钛(Ti)、铁(Fe)、镍(Ni)、锗(Ge)、钇(Y)、锆(Zr)、钼(Mo)、镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)等。注意,作为元素M,有时也可以组合多个上述元素。元素M例如是与氧的键能高的元素。元素M例如是与氧的键能高于铟的元素。此外,沟道形成区域所具有的金属氧化物优选包含锌(Zn)。包含锌的金属氧化物有时容易晶化。
沟道形成区域所具有的金属氧化物不局限于包含铟的金属氧化物。沟道形成区域所具有的金属氧化物例如也可以是锌锡氧化物或镓锡氧化物等不包含铟且包含锌、镓或锡的金属氧化物等。图9示出积和运算电路的结构实例。图9所示的积和运算电路MAC为进行后述的存储单元所保持的第一数据与被输入的第二数据的积和运算的电路。另外,第一数据及第二数据可以为模拟数据或多值数据(离散数据)。
积和运算电路MAC包括电流源电路CS、电流镜电路CM、电路WDD、电路WLD、电路CLD、偏置电路OFST、激活函数电路ACTV及存储单元阵列CA。
存储单元阵列CA包括存储单元AM[1]、存储单元AM[2]、存储单元AMref[1]及存储单元AMref[2]。存储单元AM[1]及存储单元AM[2]具有保持第一数据的功能,存储单元AMref[1]及存储单元AMref[2]具有保持为了进行积和运算而需要的参考数据的功能。另外,与第一数据及第二数据同样,参考数据也可以是模拟数据或多值数据(离散数据)。
另外,在图9的存储单元阵列CA中,存储单元配置为2行2列的矩阵状,但是存储单元阵列CA也可以具有存储单元配置为3行以上3列以上的矩阵状的结构。另外,在进行乘法而不进行积和运算的情况下,存储单元阵列CA也可以具有存储单元配置为1行2列以上的矩阵状的结构。
存储单元AM[1]、存储单元AM[2]、存储单元AMref[1]及存储单元AMref[2]都包括晶体管Tr11、晶体管Tr12及电容器C1。
晶体管Tr11优选为OS晶体管。
另外,通过作为晶体管Tr12使用OS晶体管,可以同时制造晶体管Tr11及晶体管Tr12,所以有时可以缩短积和运算电路的制造工序。另外,晶体管Tr12的沟道形成区域也可以是非晶硅或多晶硅等,而不是氧化物。
在各存储单元AM[1]、存储单元AM[2]、存储单元AMref[1]和存储单元AMref[2]中,晶体管Tr11的第一端子与晶体管Tr12的栅极电连接。晶体管Tr12的第一端子与布线VR电连接。电容器C1的第一端子与晶体管Tr12的栅极电连接。
在存储单元AM[1]中,晶体管Tr11的第二端子与布线WD电连接,晶体管Tr11的栅极与布线WL[1]电连接。晶体管Tr12的第二端子与布线BL电连接,电容器C1的第二端子与布线CL[1]电连接。另外,在图9所示的存储单元AM[1]中,将晶体管Tr11的第一端子、晶体管Tr12的栅极和电容器C1的第一端子的连接部分表示为节点NM[1]。另外,将从布线BL流到晶体管Tr12的第二端子的电流表示为IAM[1]
在存储单元AM[2]中,晶体管Tr11的第二端子与布线WD电连接,晶体管Tr11的栅极与布线WL[2]电连接。晶体管Tr12的第二端子与布线BL电连接,电容器C1的第二端子与布线CL[2]电连接。另外,在图9所示的存储单元AM[2]中,将晶体管Tr11的第一端子、晶体管Tr12的栅极和电容器C1的第一端子的连接部分表示为节点NM[2]。另外,将从布线BL流到晶体管Tr12的第二端子的电流表示为IAM[2]
在存储单元AMref[1]中,晶体管Tr11的第二端子与布线WDref电连接,晶体管Tr11的栅极与布线WL[1]电连接。晶体管Tr12的第二端子与布线BLref电连接,电容器C1的第二端子与布线CL[1]电连接。另外,在图9所示的存储单元AMref[1]中,将晶体管Tr11的第一端子、晶体管Tr12的栅极和电容器C1的第一端子的连接部分表示为节点NMref[1]。另外,将从布线BLref流到晶体管Tr12的第二端子的电流表示为IAMref[1]
在存储单元AMref[2]中,晶体管Tr11的第二端子与布线WDref电连接,晶体管Tr11的栅极与布线WL[2]电连接。晶体管Tr12的第二端子与布线BLref电连接,电容器C1的第二端子与布线CL[2]电连接。另外,在图9所示的存储单元AMref[2]中,将晶体管Tr11的第一端子、晶体管Tr12的栅极和电容器C1的第一端子的连接部分表示为节点NMref[2]。另外,将从布线BLref流到晶体管Tr12的第二端子的电流表示为IAMref[2]
上述节点NM[1]、节点NM[2]、节点NMref[1]及节点NMref[2]被用作各存储单元的保持节点。
布线VR为对存储单元AM[1]、存储单元AM[2]、存储单元AMref[1]及存储单元AMref[2]的各晶体管Tr12的第一端子与第二端子之间供应电流的布线。因此,布线VR被用作用来供应指定的电位的布线。另外,在本实施方式中,布线VR所供应的电位为参考电位或低于参考电位的电位。
电流源电路CS与布线BL及布线BLref电连接。电流源电路CS具有对布线BL及布线BLref供应电流的功能。另外,对布线BL及布线BLref供应的电流量可以彼此不同。在本结构实例中,将从电流源电路CS流到布线BL的电流称为IC,将从电流源电路CS流到布线BLref的电流称为ICref
电流镜电路CM包括布线IE及布线IEref。布线IE与布线BL电连接,在图9中,将布线IE与布线BL的连接部分表示为节点NP。布线IEref与布线BLref电连接,在图9中,将布线IEref与布线BLref的连接部分称为节点NPref。电流镜电路CM具有将对应于节点NPref的电位的电流从布线BLref的节点NPref排出到布线IEref且将与该电流相同量的电流从布线BL的节点NP排出到布线IE的功能。另外,在图9中,将从节点NP排出到布线IE的电流及从节点NPref排出到布线IEref的电流表示为ICM。另外,将在布线BL中从电流镜电路CM流到存储单元阵列CA的电流表示为IB,将在布线BLref中从电流镜电路CM流到存储单元阵列CA的电流表示为IBref
电路WDD与布线WD及布线WDref电连接。电路WDD具有发送储存在存储单元阵列CA的各存储单元中的数据的功能。
电路WLD与布线WL[1]及布线WL[2]电连接。电路WLD具有在将数据写入存储单元阵列CA中的存储单元时选择数据写入对象的存储单元的功能。
电路CLD与布线CL[1]及布线CL[2]电连接。电路CLD具有对存储单元阵列CA的各存储单元的电容器C的第二端子施加电位的功能。
电路OFST与布线BL及布线OE电连接。电路OFST具有测量从布线BL流到电路OFST的电流量和/或从布线BL流到电路OFST的电流的变化量的功能。另外,电路OFST具有将该测量结果输出到布线OE的功能。另外,电路OFST可以具有将该测量结果直接作为电流输出到布线OE的结构,也可以具有在将该测量结果转换为电压之后将其输出到布线OE的结构。另外,在图9中,将从布线BL流到电路OFST的电流表示为Iα
例如,电路OFST也可以具有图10所示的结构。在图10中,电路OFST包括晶体管Tr21、晶体管Tr22、晶体管Tr23、电容器C2及电阻器R。
电容器C2的第一端子与布线BL电连接,电阻器R的第一端子与布线BL电连接。电容器C2的第二端子与晶体管Tr21的第一端子电连接,晶体管Tr21的第一端子与晶体管Tr22的栅极电连接。晶体管Tr22的第一端子与晶体管Tr23的第一端子电连接,晶体管Tr23的第一端子与布线OE电连接。另外,将电容器C2的第一端子与电阻器R的第一端子的电连接点称为节点Na,将电容器C2的第二端子、晶体管Tr21的第一端子与晶体管Tr22的栅极的电连接点称为节点Nb。
电阻器R的第二端子与布线VrefL电连接。晶体管Tr21的第二端子与布线VaL电连接,晶体管Tr21的栅极与布线RST电连接。晶体管Tr22的第二端子与布线VDDL电连接。晶体管Tr23的第二端子与布线VSSL电连接,晶体管Tr23的栅极与布线VbL电连接。
布线VrefL是供应电位Vref的布线,布线VaL为供应电位Va的布线,布线VbL为供应电位Vb的布线。布线VDDL为供应电位VDD的布线,布线VSSL为供应电位VSS的布线。尤其是,在该电路OFST的结构实例中,电位VDD为高电平电位,电位VSS为低电平电位。布线RST为供应用来切换晶体管Tr21的导通状态/非导通状态的电位的布线。
在图10所示的电路OFST中,晶体管Tr22、晶体管Tr23、布线VDDL、布线VSSL及布线VbL构成源极跟随电路。
在图10所示的电路OFST中,由于电阻器R及布线VrefL,对应于从布线BL流出的电流及电阻器R的电阻的电位供应到节点Na。
对图10所示的电路OFST的工作实例进行说明。当电流第一次从布线BL流入(下面,将该电流称为第一电流)时,由于电阻器R及布线VrefL,对应于第一电流及电阻器R的电阻的电位被供应到节点Na。此时,通过使晶体管Tr21处于导通状态,来对节点Nb供应电位Va。然后,使晶体管Tr21处于非导通状态。
接着,当电流第二次从布线BL流入(下面,将该电流称为第二电流)时,与第一电流时同样,由于电阻器R及布线VrefL,对应于第二电流及电阻器R的电阻的电位被供应到节点Na。此时,由于节点Nb处于浮动状态,因此当节点Na的电位发生变化时,节点Nb的电位也由于电容耦合而变化。当节点Na的电位变化为ΔVNa且电容耦合系数为1时,节点Nb的电位为Va+ΔVNa。当晶体管Tr22的阈值电压为Vth时,电位Va+ΔVNa-Vth从布线OE输出。在此,通过将电位Va设定为阈值电压Vth,可以从布线OE输出电位ΔVNa
电位ΔVNa根据第一电流与第二电流之间的变化量、电阻器R及电位Vref而决定。由于电阻器R和电位Vref是已知的,所以通过使用图10所示的电路OFST,可以从电位ΔVNa获得流过布线BL的电流的变化量。
激活函数电路ACTV电连接于布线OE及布线NIL。对激活函数电路ACTV通过布线OE输入电路OFST中测量的电流的变化量的结果。激活函数电路ACTV为根据已定义的函数***对该结果进行运算的电路。作为该函数***,例如可以使用sigmoid函数、tanh函数、softmax函数、ReLU函数、阈值函数(threshold function)等。这些函数被用作神经网络中的激活函数。
<积和运算电路的工作实例>
接着,对积和运算电路MAC的工作实例进行说明。
图11示出积和运算电路MAC的工作实例的时序图。图11的时序图示出时刻T01至时刻T09的布线WL[1]、布线WL[2]、布线WD、布线WDref、节点NM[1]、节点NM[2]、节点NMref[1]、节点NMref[2]、布线CL[1]及布线CL[2]的电位的变动以及电流IB-Iα及电流IBref的大小的变动。尤其是,电流IB-Iα示出从布线BL流到存储单元阵列CA的存储单元AM[1]及存储单元AM[2]的电流的总和。
《时刻T01至时刻T02》
在时刻T01至时刻T02的期间,对布线WL[1]施加高电平电位(在图11中记为High),对布线WL[2]施加低电平电位(在图11中记为Low)。再者,对布线WD施加比接地电位(在图11中记为GND)高VPR-VW[1]的电位,并且对布线WDref施加比接地电位高VPR的电位。再者,对布线CL[1]及布线CL[2]分别施加基准电位(在图11中记为REFP)。
此外,电位Vw[1]为对应于第一数据之一的电位。此外,电位VPR为对应于参考数据的电位。
此时,存储单元AM[1]及存储单元AMref[1]的各晶体管Tr11的栅极被施加高电平电位,由此存储单元AM[1]及存储单元AMref[1]的各晶体管Tr11成为导通状态,节点NM[1]的电位成为VPR-VW[1],节点NMref[1]的电位成为VPR
当从布线BL通过存储单元AM[1]的晶体管Tr12的第二端子流到第一端子的电流由IAM[1],0表示时,IAM[1],0可以由以下算式表示。
[算式2]
IAM[1],0=k(VPR-VW[1]-Vth)2 (E1)
k为取决于晶体管Tr12的沟道长度、沟道宽度、迁移率以及栅极绝缘膜的电容等的常数。此外,Vth表示晶体管Tr12的阈值电压。
同样,当从布线BLref通过存储单元AMref[1]的晶体管Tr12的第二端子流到第一端子的电流由IAMref[1],0表示时,IAMref[1],0可以由以下算式表示。
[算式3]
IAMref[1],0=k(VpR-Vth)2 (E2)
此外,存储单元AM[2]及存储单元AMref[2]的各晶体管Tr11的栅极被施加低电平电位,由此存储单元AM[2]及存储单元AMref[2]的各晶体管Tr11成为非导通状态。由此,电位不被保持在节点NM[2]及节点NMref[2]中。
《时刻T02至时刻T03》
在时刻T02至时刻T03的期间,对布线WL[1]施加低电平电位。此时,存储单元AM[1]及存储单元AMref[1]的各晶体管Tr11的栅极被施加低电平电位,由此存储单元AM[1]及存储单元AMref[1]的各晶体管Tr11成为非导通状态。
此外,对布线WL[2]在时刻T02以后也继续施加低电平电位。由此,存储单元AM[2]及存储单元AMref[2]的各晶体管Tr11在时刻T02以前继续处于非导通状态。因此,在时刻T02至时刻T03的期间,节点NM[1]、节点NM[2]、节点NMref[1]及节点NMref[2]分别保持电位。通过作为晶体管Tr11使用OS晶体管,可以减少晶体管Tr11的第一端子与第二端子之间的泄漏电流,所以可以长时间保持各节点的电位。布线WD及布线WDref被施加接地电位,晶体管Tr11处于非导通状态,因此从布线WD及布线WDref施加的电位不会改写保持在节点中的电位。
《时刻T03至时刻T04》
在时刻T03至时刻T04的期间,对布线WL[1]施加低电平电位,对布线WL[2]施加高电平电位。另外,对布线WD施加比接地电位高VPR-Vw[2]的电位,并且对布线WDref施加比接地电位高VPR的电位。另外,对布线CL[1]及布线CL[2]时刻T02以后也继续施加基准电位。
另外,电位Vw[2]为对应于第一数据之一的电位。
此时,存储单元AM[2]及存储单元AMref[2]的各晶体管Tr11的栅极被施加高电平电位,由此存储单元AM[2]及存储单元AMref[2]的各晶体管Tr11成为导通状态,节点NM[2]的电位成为VPR-VW[2],节点NMref[2]的电位成为VPR
当从布线BL通过存储单元AM[2]的晶体管Tr12的第二端子流到第一端子的电流由IAM[2],0表示时,IAM[2],0可以由以下算式表示。
[算式4]
IAM[2],0=k(VPR-VW[2]-Vth)2 (E3)
同样,当从布线BLref通过存储单元AMref[2]的晶体管Tr12的第二端子流到第一端子的电流由IAMref[2],0表示时,电流IAMref[2],0可以由以下算式表示。
[算式5]
IAMref[2],0=k(VPR-Vth)2 (E4)
《时刻T04至时刻T05》
在此,对在时刻T04至时刻T05的期间流过布线BL及布线BLref的电流进行说明。
电流从电流源电路CS被供应到布线BLref。再者,电流从电流镜电路CM、存储单元AMref[1]及存储单元AMref[2]排出到布线BLref。当在布线BLref中从电流源电路CS供应的电流由ICref表示,从电流镜电路CM排出的电流由ICM,0表示时,根据基尔霍夫定律,以下算式成立。
[算式6]
ICref-ICM,0=IAMref[1],0+IAMref[2],0 (E5)
在布线BL中,当从电流源电路CS供应的电流由IC,0表示,从布线BL流到电路OFST的电流由Iα,0表示时,根据基尔霍夫定律,以下算式成立。
[算式7]
IC-ICM,0=IAM[1],0+IAM[2],0+Iα,0 (E6)
《时刻T05至时刻T06》
在时刻T05至时刻T06的期间,对布线CL[1]施加比参考电位高VX[1]的电位。此时,存储单元AM[1]及存储单元AMref[1]的各电容器C1的第二端子被施加电位VX[1],因此晶体管Tr12的栅极的电位上升。
另外,电位Vx[1]为对应于第二数据之一的电位。
此外,晶体管Tr12的栅极的电位的增加量相当于布线CL[1]的电位变化量乘以由存储单元的结构决定的电容耦合系数的电位。该电容耦合系数根据电容器C1的电容、晶体管Tr2的栅极电容以及寄生电容而算出。在本工作例中,为了容易说明,假设为布线CL[1]的电位的增加量与晶体管Tr12的栅极的电位的增加量相等的情况来进行说明。这意味着将存储单元AM[1]和存储单元AMref[1]的电容耦合系数都设定为1。
因为电容耦合系数被设定为1,所以通过对存储单元AM[1]及存储单元AMref[1]的各电容器C1的第二端子施加电位Vx[1],节点NM[1]及节点NMref[1]的电位都上升Vx[1]
这里,考察从存储单元AM[1]及存储单元AMref[1]的各晶体管Tr12的第二端子流到第一端子的电流。当从布线BL通过存储单元AM[1]的晶体管Tr12的第二端子流到第一端子的电流由IAM[1],1表示时,IAM[1],1可以由如下算式表示。
[算式8]
IAM[1],1=k(VPRVW[i]+VX[i]-Vth)2 (E7)
也就是说,通过对布线CL[1]施加电位Vx[1]从布线BL通过存储单元AM[1]的晶体管Tr12的第二端子流到第一端子的电流增加IAM[1],1-IAM[1],0(在图11中记为ΔIAM[1])。
同样,当从布线BLref通过存储单元AMref[1]的晶体管Tr12的第二端子流到第一端子的电流由IAMref[1],1表示时,电流IAMref[1],1可以由如下算式表示。
[算式9]
IAMref[1],1=k(VPR+VX[1]-Vth)2 (E8)
也就是说,通过对布线CL[1]施加电位Vx[1],从布线BLref通过存储单元AMref[1]的晶体管Tr12的第二端子流到第一端子的电流增加IAMref[1],1-IAMref[1],0(在图11中记为ΔIAMref[1])。
当在布线BLref中从电流镜电路CM排出的电流由ICM,1表示时,根据基尔霍夫定律,以下算式成立。
[算式10]
ICref-ICM,1=IAMref[1],1+IAMref[2],1 (E9)
当在布线BL中从布线BL流到电路OFST的电流由Iα,1表示时,根据基尔霍夫定律,以下算式成立。
[算式11]
IC-ICM,1=IAM[1],1+IAM[2],0+Iα,1 (E10)
在时刻T04至时刻T05的期间从布线BL流到布线OFST的电流Iα0与在时刻T05至时刻T06的期间从布线BL流到布线OFST的电流Iα1之差由ΔIα表示。下面,将ΔIα称为积和运算电路MAC中的差分电流。差分电流ΔIα可以利用算式(E1)至算式(E10)表示为以下算式。
[算式12]
ΔIα=Iα,1-Iα,0=2kVW[1]VX[1] (E11)
《时刻T06至时刻T07》
在时刻T06至时刻T07的期间,对布线CL[1]施加接地电位。此时,存储单元AM[1]及存储单元AMref[1]的各电容器C1的第二端子被施加接地电位,因此节点NM[1]及节点NMref[1]的电位恢复到时刻T04至时刻T05的电位。
《时刻T07至时刻T08》
在时刻T07至时刻T08的期间,对布线CL[1]施加比参考电位高VX[1]的电位,对布线CL[2]施加比参考电位高VX[2]的电位。此时,存储单元AM[1]及存储单元AMref[1]的各电容器C1的第二端子被施加电位VX[1],存储单元AM[2]及存储单元AMref[2]的各电容器C1的第二端子被施加电位VX[2]。因此,存储单元AM[1]、存储单元AM[2]、存储单元AMref[1]及存储单元AMref[2]的各晶体管Tr12的栅极的电位上升。
当从布线BL通过存储单元AM[2]的晶体管Tr12的第二端子流到第一端子的电流由IAM[2],1表示时,IAM[2],1可以由以下算式表示。
[算式13]
IAM[2],1=k(VPR-VW[2]+VX[2]-Vth)2 (El2)
同样,当从布线BLref通过存储单元AMref[2]的晶体管Tr12的第二端子流到第一端子的电流由IAMref[2],1表示时,IAMref[2],1可以由以下算式表示。
[算式14]
IAMref[2],1=k(VPR+VX[2]+Vth)2 (E13)
当在布线BLref中从电流镜电路CM排出的电流由ICM,2表示时,根据基尔霍夫定律,以下算式成立。
[算式15]
ICref-ICM,2=IAMref[1],1+IAMref[2],1 (E14)
当在布线BL中从布线BL流到电路OFST的电流由Iα,3表示时,根据基尔霍夫定律,以下算式成立。
[算式16]
IC-ICM0,2=IAM[1],1+IAM[2],1+Iα,3 (E15)
在时刻T04至时刻T05的期间从布线BL流到布线OFST的电流Iα,0与在时刻T07至时刻T08的期间从布线BL流到布线OFST的电流Iα,3之差的差分电流ΔIα可以利用算式(E1)至算式(E8)及算式(E12)至算式(E15)表示为以下算式。
[算式17]
△Iα=Iα,0-Iα,3=2k(VW[1]VX[1]+VW[2]VX[2]) (E16)
如算式(E16)所示,输入到电路OFST的差分电流ΔIα对应于多个第一数据的电位VW和多个第二数据的电位VX的积之和。换言之,通过在电路OFST中测量差分电流ΔIα,可以获得第一数据与第二数据的积和值。
《时刻T08至时刻T09》
在时刻T08至时刻T09的期间,对布线CL[1]及布线CL[2]施加基准电位。此时,存储单元AM[1]、存储单元AM[2]、存储单元AMref[1]及存储单元AMref[2]的各电容器C1的第二端子被施加基准电位,因此节点NM[1]、节点NM[2]、节点NMref[1]及节点NMref[2]的电位恢复到时刻T06至时刻T07的电位。
在时刻T05至时刻T06的期间,对布线CL[1]施加Vw[1],在时刻T07至时刻T08的期间,对布线CL[1]及布线CL[2]分别施加VX[1]及VX[2]。但是,施加到布线CL[1]及布线CL[2]的电位也可以低于参考电位REFP。在对布线CL[1]和/或布线CL[2]施加低于参考电位REFP的电位的情况下,可以利用电容耦合降低与布线RW[1]和/或布线CL[2]连接的存储单元的保持节点的电位。因此,可以利用积和运算获得第一数据与作为负值的第二数据之一的积。例如,在时刻T07至时刻T08的期间,在对布线CL[2]不施加VX[2]而施加-VX[2]的情况下,差分电流ΔIα可以由以下算式表示。
[算式18]
Δlα=lα,1-lα,3=2k(VW[1]VX[1]-VW[2]VX[2]) (E17)
另外,在本工作实例中,使用包括配置为2行2列的矩阵状的存储单元的存储单元阵列CA,但是,也可以使用1行2列以上或者3行以上3列以上的存储单元阵列同样地进行积和运算。在此情况下,通过将积和运算电路中的多个列中的一列的存储单元用作保持参考数据(电位VPR)的存储单元,可以同时执行多个列中的剩下的列数的积和运算处理。换言之,通过增加存储单元阵列的列数,可以提供能够实现高速积和运算处理的运算电路。另外,通过增加行数,可以增加积和运算中相加的加数。在增加行数的情况下,差分电流ΔIα可以由以下算式表示。
[算式19]
Figure GDA0002442599240000411
另外,在本实施方式中说明的积和运算电路中,存储单元AM的行数对应于前一层的神经元数。换言之,存储单元AM的行数对应于输入到下一层的前一层的神经元的输出信号的个数。另外,存储单元AM的列数对应于下一层的神经元数。换言之,存储单元AM的列数对应于从下一层输出的神经元的输出信号的个数。换言之,前一层、下一层的各神经元的个数决定积和运算电路的存储单元阵列的行数及列数,因此,根据想要构成的神经网络,决定存储单元阵列的行数及列数而设计神经网络即可。
本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合。
(实施方式4)
在本实施方式中示出能够用于本发明的一个方式的蓄电***的结构的一个例子。
[圆筒型二次电池]
参照图14(A)说明圆筒型二次电池的例子。如图14(A)所示,圆筒型二次电池400的顶面包括正极盖(电池盖)401,其侧面及底面包括电池罐(外包装罐)402。这些正极盖401与电池罐(外装罐)402通过垫片(绝缘垫片)410绝缘。
因为用于圆筒型二次电池的正极及负极被卷绕,从而活性物质优选形成在集流体的两个表面。正极404连接有正极端子(正极集电引线)403,而负极406与负极端子(负极集电引线)407连接。正极端子403及负极端子407都可以使用铝等金属材料。将负极端子407焊接到电池罐402底。将正极端子403焊接到导电板419,正极端子403与正极盖401通过防爆板412及PTC(Positive Temperature Coefficient:正温度系数)元件411电连接。PTC元件411是在温度上升时其电阻增大的热敏感电阻器,并通过电阻的增大来限制电流量以防止异常发热。PTC元件可以使用钛酸钡(BaTiO3)类半导体陶瓷等。
图14(B)示出蓄电***415的一个例子。蓄电***415包括多个二次电池400。每个二次电池的正极接触于由绝缘体425分离的导电体424而该正极彼此电连接。导电体424通过布线423与控制***420电连接。此外,每个二次电池的负极通过布线426与控制***420电连接。作为控制***420可以使用上述实施方式所说明的控制***。
图14(C)示出蓄电***415的一个例子。蓄电***415包括多个二次电池400,多个二次电池400夹在导电板413和导电板414之间。多个二次电池400通过布线416与导电板413及导电板414电连接。多个二次电池400可以并联连接,串联连接或者并联连接后再串联连接。通过构成包括多个二次电池400的蓄电***415,可以获取大电力。
另外,也可以在多个二次电池400之间包括温度控制装置。在二次电池400过热时可以通过温度控制装置冷却,在二次电池400过冷时可以通过温度控制装置加热。因此,蓄电***415的性能不容易受到外气温的影响。
另外,在图14(C)中,蓄电***415通过布线421及布线422与控制***420电连接。作为控制***420可以使用上述实施方式所说明的控制***。布线421通过导电板413与多个二次电池400的正极电连接,布线422通过导电板414与多个二次电池400的负极电连接。
[二次电池组]
接着,参照图15对本发明的一个方式的蓄电***的例子进行说明。
图15(A)是示出二次电池组530的外观的图。图15(B)是说明二次电池组530的结构的图。二次电池组530包括电路板500及二次电池513。二次电池513贴合有签条510。电路板500由密封带515固定。此外,二次电池组530包括天线514。
电路板500包括控制***590。作为控制***590,可以使用上述实施方式所示的控制***。例如,如图15(B)所示那样,在电路板500上包括控制***590。另外,电路板500与端子511电连接。另外,电路板500与天线514、二次电池513的正极引线及负极引线中的一个551、正极引线及负极引线的另一个552电连接。
另外,如图15(C)所示那样,也可以包括设置在电路板500上的电路***590a以及通过端子511与电路板500电连接的电路***590b。例如,本发明的一个方式的控制***的一部分设置在电路***590a中,其他的一部分设置在电路***590b中。更具体而言,例如,上述实施方式所示的保护电路137设置在电路***590a中,上述实施方式所示的电路171、电路172、控制电路134及存储器132设置在电路***590b中。
另外,天线514的形状不局限于线圈状,例如可以为线状、板状。另外,还可以使用平面天线、口径天线、行波天线、EH天线、磁场天线或介质天线等天线。或者,天线914也可以为平板状的导体。该平板状的导体也可以用作电场耦合用的导体之一。换言之,也可以将天线914用作电容器所具有的两个导体中之一。由此,不但利用电磁、磁场,而且还可以利用电场交换电力。
二次电池组530在天线514和二次电池513之间包括层516。层516例如具有可以遮蔽来自二次电池513的电磁场的功能。作为层516,例如可以使用磁性体。
二次电池513如图15(C)所示那样包括卷绕的电池元件593。电池元件593包括负极594、正极595及隔离体596。电池元件593为隔着隔离体596层叠负极594和正极595且卷绕该叠层的膜。
本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合。
(实施方式5)
在本实施方式中,示出将本发明的一个方式的蓄电***安装在车辆的例子。作为车辆,例如可以举出汽车、二轮车和自行车等。
当将蓄电***安装在车辆时,可以实现混合动力汽车(HEV)、电动汽车(EV)或插电式混合动力汽车(PHEV)等新一代清洁能源汽车。
在图16中,例示出使用本发明的一个方式的蓄电***的车辆。图16(A)所示的汽车8400是作为行驶的动力源使用电动机的电动汽车。或者,汽车8400是作为行驶的动力源能够适当地使用电动机或引擎的混合动力汽车。通过使用本发明的一个方式,可以实现行驶距离长的车辆。另外,汽车8400具备蓄电***。蓄电***不但驱动电发动机8406,而且还可以将电力供应到车头灯8401或室内灯(未图示)等发光装置。
另外,蓄电***可以将电力供应到汽车8400所具有的速度表、转速计等显示装置。此外,蓄电***可以将电力供应到汽车8400所具有的导航***等。
在图16(B)所示的汽车8500中,可以通过利用插电方式或非接触供电方式等从外部的充电设备接收电力,来对汽车8500所具有的蓄电***8024进行充电。图16(B)示出从地上设置型充电装置8021通过电缆8022对安装在汽车8500中的蓄电***8024进行充电的情况。当进行充电时,作为充电方法或连接器的规格等,可以适当地使用CHAdeMO(注册商标)或联合充电***“Combined Charging System”等的规定的方式。作为充电装置8021,也可以使用设置在商业设施的充电站或家庭的电源。例如,通过利用插电技术从外部供应电力,可以对安装在汽车8500中的蓄电***8024进行充电。可以通过AC/DC转换器等转换装置将交流电力转换成直流电力来进行充电。
另外,虽然未图示,但是也可以将受电装置安装在车辆中并从地上的送电装置非接触地供应电力来进行充电。当利用非接触供电方式时,通过在公路或外壁中组装送电装置,不但在停车时而且在行驶时也可以进行充电。此外,也可以利用该非接触供电方式,在车辆之间进行电力的发送及接收。再者,还可以在车辆的外部设置太阳能电池,在停车时或行驶时进行蓄电***的充电。可以利用电磁感应方式或磁场共振方式实现这样的非接触供电。
图16(C)是使用本发明的一个方式的蓄电***的二轮车的例子。图16(C)所示的小型摩托车8600包括蓄电***8602、后视镜8601及方向灯8603。蓄电***8602可以对方向灯8603供电。
此外,在图16(C)所示的小型摩托车8600中,可以将蓄电***8602收纳在座位下收纳部8604中。即使座位下收纳部8604空间小,也可以将蓄电***8602收纳在座位下收纳部8604中。
另外,图17(A)示出使用本发明的一个方式的蓄电***的电动自行车的例子。图17(A)所示的电动自行车8700可以使用本发明的一个方式的蓄电***。本发明的一个方式的蓄电***例如包括多个蓄电池、保护电路及神经网络。
电动自行车8700包括蓄电***8702。蓄电***8702对辅助驾驶者的电动机供应电力。另外,蓄电***8702是可携带的,图17(B)示出从自行车取出的蓄电***8702。蓄电***8702内置有多个本发明的一个方式的蓄电***所包括的蓄电池8701,可以由显示部8703显示剩余电量等。另外,蓄电***8702包括本发明的一个方式的控制***8704。控制***8704与蓄电池8701的正极及负极电连接。作为控制***8704可以使用上述实施方式所示的控制***。
参照图18(A)对安装在图16(A)所示的汽车8400中的蓄电***所包括的蓄电池进行详细说明。汽车8400优选包括多个二次电池。作为二次电池的保护电路,组装安装有寿命推测部的IC,由此可以进行用来控制二次电池的神经网络处理。即使为使用包括1000个以上的二次电池的汽车8400,也可以高效地进行用来控制二次电池的神经网络处理。可以将多个小型圆筒型二次电池排列在车内的地板部分。此外,也可以将组装多个层压型二次电池的电池组设置在车内的地板部分。另外,也可以在汽车8400的天花板部分包括光电转换元件8405。对照射到光电转换元件8405的光进行光电转换,储存在电池组8402。此外,汽车8400包括传感器8407。传感器8407具有测量汽车8400的外部的空气温度的功能。在本说明书等中,汽车8400的外部的空气温度有时称为外部气温。此外,传感器8407有时称为外部气温传感器。
图16、图17(A)及图18(A)所示的车辆可以安装导航***。该导航***优选包括上述实施方式的控制***。图18(B)示出汽车8400的内部装饰。导航***包括显示部8411及麦克风。此外,显示部8411优选包括触摸传感器。导航的使用者可以通过对于显示部8411的触摸传感器的输入及对于麦克风的声音输入输入信息。挡风玻璃8404及后视镜8403也可以分别包括显示部。导航***8411可以在显示部8407、挡风玻璃8404的显示部及后视镜8403的显示部中的一个以上显示信息。
图18(C)示出作为导航***使用移动电话机8412的例子。图18(D)示出移动电话机8412的显示部8413的放大图。
参照图19说明安装在车辆中的导航***的工作实例。
在步骤S300中,开始处理。
在步骤S301中,导航***的使用者对导航***输入目的地信息。
在步骤S302中,导航***算出到目的地的放电输出的平均值或累计值、最大值等。此外,取得蓄电池的剩余容量(RC)及阻抗Z。阻抗Z的测量有时需要时间。此外,与外部测量设备电连接,有时测量阻抗Z。因此,阻抗Z优选使用预先取得的值。例如,在所测量的阻抗Z的值中使用一个星期内测量的值、一个月内测量的值或三个月内测量的值。
在步骤S303中,导航***根据外部气温To、剩余容量(RC)及阻抗Z推测对应于放电输出P(x)的能够放电的容量C(x)。例如推测对应于任意放电输出P(1)至P(n)(这里n为2以上的整数)的能够放电的容量C(1)至C(n)。这里放电输出P并不一定为一定值,根据行驶的路径该值变化。
在步骤S304中,导航***使用在步骤S303中算出的能够放电的容量C(x)推测能够行驶的距离L(x)。
在步骤S305中,估计到达目的地之后能不能去充电站。具体而言,从现在所处的路径的长度短于L(x),且找在从现在所处的路径的中途包括目的地的充电站。在找到符合条件的充电站(称为充电站E(a))时,进入步骤S306,在找不到时,进入步骤S311。步骤S311是连接于图20所示的步骤S312的离页连接符d。
在步骤S306中,导航***开始目的地的导航。或者,也可以通过导航***开始控制用来到达目的地的车辆的行驶。
在步骤S309中,结束处理。注意,车辆优选到达目的地之后顺路到充电站E(a)进行蓄电池的充电。
接着,参照图20说明安装在车辆中的导航***的工作实例。
步骤311是连接于图19所示的步骤S305的离页连接符d,进入步骤S312。
在步骤S312中,导航***找现在所处至目的地的路径上的充电站,在路径上找到充电站时进入步骤S313,在找不到时进入步骤S321。
在步骤S313中,导航***取得位于现在所处至目的地的路径上的E(y)的位置信息。例如取得充电站E(1)至E(m)(这里m为1以上的整数)的位置信息。
在步骤S314中,算出从现在所处至充电站的E(y)的路径长度L(y)。
在步骤S315中,在有满足L(y)<L(x)的E(y)与P(x)的组合时进入步骤S316,在没有组合时进入步骤S21。
在步骤S316中,导航***表示满足L(y)<L(x)的E(y)与P(x)的组合。这里,可以表示P(x)的数值,也可以起对应于P(x)的名称表示该名称。例如,表示输出高的“高输出模式”、输出低的“节省模式”等名称。
注意,在进入步骤S321时,在步骤S321中,导航***在显示部显示要求使用者变更目的地的信息。接着,进入步骤S322。步骤S322是连接于图19的步骤S301的离页连接符e,在步骤S301中,使用者再次选择目的地。
接着,在步骤S317中,在有E(y)与P(x)的多个组合时,使用者选择在显示部显示的E(y)与P(x)多个组合中的一个。
在步骤S318中,导航***根据在步骤S313中选择的E(y)与P(x)的组合开始导航。或者,可以通过导航***开始控制用来到达目的地的车辆的行驶。
在步骤S319中,结束处理。
本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合。
(实施方式6)
在本实施方式中,对将上述实施方式所示的蓄电***安装在电子设备中的例子进行说明。
接着,图21(A)和图21(B)示出能够进行对折的平板终端的一个例子。图21(A)和图21(B)所示的平板终端9600包括框体9630a、框体9630b、连接框体9630a和框体9630b的可动部9640、显示部9631、显示模式切换开关9626、电源开关9627、省电模式切换开关9625、扣件9629以及操作开关9628。通过将柔性面板用于显示部9631,可以实现显示部更大的平板终端。图21(A)示出打开平板终端9600的状态,图21(B)示出合上平板终端9600的状态。
平板终端9600在框体9630a及框体9630b的内部具备蓄电体9635。蓄电体9635穿过可动部9640设置在框体9630a及框体9630b。
在显示部9631中,可以将其一部分用作触摸屏的区域,并且可以通过接触所显示的操作键来输入数据。此外,通过使用手指或触屏笔等接触触摸屏上的键盘显示切换按钮的位置,可以在显示部9631上显示键盘按钮。
另外,显示模式切换开关9626能够进行竖屏显示和横屏显示等显示的方向的切换以及黑白显示和彩色显示的切换等。根据通过平板终端9600所内置的光传感器所检测的使用时的外光的光量,省电模式切换开关9625可以使显示的亮度设定为最适合的亮度。平板终端除了光传感器以外还可以内置陀螺仪和加速度传感器等检测倾斜度的传感器等的其他检测装置。
图21(B)是平板终端被对折的状态,并且平板终端包括框体9630、太阳能电池9633及本发明的一个方式的蓄电***。蓄电***包括控制***9634及蓄电体9635。控制***9634包括保护电路9639、包括DCDC转换器9636的充放电控制电路9638。作为控制***9634可以使用上述实施方式所示的控制***。充放电控制电路9638例如包括上述实施方式所示的控制电路134。
此外,平板终端9600能够进行对折,因此不使用时可以以重叠的方式折叠框体9630a及框体9630b。通过折叠框体9630a及框体9630b,可以保护显示部9631,而可以提高平板终端9600的耐久性。
此外,图21(A)和图21(B)所示的平板终端还可以具有如下功能:显示各种各样的信息(静态图像、动态图像、文字图像等);将日历、日期或时刻等显示在显示部上;对显示在显示部上的信息进行触摸输入操作或编辑的触摸输入;通过各种各样的软件(程序)控制处理等。
通过利用安装在平板终端的表面上的太阳能电池9633,可以将电力供应到触摸屏、显示部或图像信号处理部等。注意,太阳能电池9633可以设置在框体9630的一个表面或两个表面,可以高效地对蓄电体9635进行充电。
参照图21(C)所示的方框图对图21(B)所示的控制***9634的结构及工作进行说明。图21(C)示出太阳能电池9633、蓄电体9635、DCDC转换器9636、转换器9637、开关SW1至SW3、显示部9631,DCDC转换器9636、转换器9637、开关SW1至SW3对应于图21(B)所示的充放电控制电路9638,充放电控制电路9638及保护电路9639对应于控制电路9634。
首先,说明在利用外光使太阳能电池9633发电时的工作的例子。使用DCDC转换器9636对太阳能电池所产生的电力进行升压或降压以使它成为用来对蓄电体9635进行充电的电压。并且,当利用来自太阳能电池9633的电力使显示部9631工作时使开关SW1导通,并且,利用转换器9637将其升压或降压到显示部9631所需要的电压。另外,可以采用在不进行显示部9631中的显示时使开关SW1断开且使开关SW2导通来对蓄电体9635进行充电的结构。
注意,作为发电单元的一个例子示出太阳能电池9633,但是不局限于此,也可以使用压电元件(piezoelectric element)或热电转换元件(珀耳帖元件(Peltier element))等其他发电单元进行蓄电体9635的充电。例如,也可以使用以无线(非接触)的方式能够收发电力来进行充电的非接触电力传输模块或组合其他充电方法进行充电。
图22示出其他电子设备的例子。在图22中,显示装置8000是安装有本发明的一个方式的蓄电***的电子设备的一个例子。具体地说,显示装置8000相当于电视广播接收用显示装置,包括框体8001、显示部8002、扬声器部8003及二次电池8004等。根据本发明的一个方式的检测***设置在框体8001的内部。显示装置8000既可以接收来自商业电源的电力供应,又可以使用蓄积在二次电池8004中的电力。
作为显示部8002,可以使用半导体显示装置诸如液晶显示装置、在每个像素中具备有机EL元件等发光元件的发光装置、电泳显示装置、DMD(数字微镜装置:DigitalMicromirror Device)、PDP(等离子体显示面板:Plasma Display Panel)及FED(场致发射显示器:Field Emission Display)等。
另外,声音输入设备8005也使用二次电池。声音输入设备8005包括上面实施方式所示的蓄电***。除了无线通信元件之外,声音输入设备8005还包括包含麦克风的多个传感器(光学传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、照度传感器、动作传感器等),根据使用者命令可以操作其他设备,例如可以操作显示装置8000的电源且调节照明装置8100的光量等。声音输入设备8005通过声音可以进行周边装置的操作,而能够代替手动遥控操作机。
另外,声音输入设备8005包括车轮或机械式移动单元,向听见使用者的声音的方向移动且由内置有的麦克风正确地听懂命令,并且在显示部8008上显示其内容或能够进行显示部8008的触摸输入操作。
另外,声音输入设备8005可以被用作智能手机等便携式信息终端8009的充电基座。便携式信息终端8009及声音输入设备8005能够以有线或无线进行电力的接受。便携式信息终端8009因为在屋里内没有特别携带的必要,并且在确保必要的容量的同时需要回避对二次电池施加负载而导致劣化,所以优选通过声音输入设备8005能够进行二次电池的管理及维修。另外,声音输入设备8005包括扬声器8007及麦克风,因此即使对便携式信息终端8009进行充电时也可以免提通话。此外,在降低声音输入设备8005的二次电池的容量时,向箭头方向移动且通过连接于外部电源的充电模块8010以无线充电进行充电即可。
另外,可以将声音输入设备8005放在台上。此外,可以使声音输入设备8005设有车轮或机械式移动单元来移动到所希望的位置,或者声音输入设备8005不设有台或车轮而固定于所希望的位置,例如地板上等。
另外,除了电视广播接收用的显示装置之外,显示装置还包括所有显示信息用显示装置,例如个人计算机用显示装置或广告显示用显示装置等。
在图22中,安镶型照明装置8100是使用由控制充电的微处理器(包括APS)控制的二次电池8103的电子设备的一个例子。具体地说,照明装置8100包括框体8101、光源8102及二次电池8103等。虽然在图22中例示出二次电池8103设置在安镶有框体8101及光源8102的天花板8104的内部的情况,但是二次电池8103也可以设置在框体8101的内部。照明装置8100既可以接收来自商业电源的电力供应,又可以使用蓄积在二次电池8103中的电力。
另外,虽然在图22中例示出设置在天花板8104的安镶型照明装置8100,但是二次电池8103可以用于设置在天花板8104以外的例如侧壁8105、地板8106或窗户8107等的安镶型照明装置,也可以用于台式照明装置等。
另外,作为光源8102,可以使用利用电力人工性地得到光的人工光源。具体地说,作为上述人工光源的一个例子,可以举出白炽灯泡、荧光灯等放电灯以及LED或有机EL元件等发光元件。
在图22中,具有室内机8200及室外机8204的空调器是使用二次电池8203的电子设备的一个例子。具体地说,室内机8200包括框体8201、送风口8202及二次电池8203等。虽然在图22中例示出二次电池8203设置在室内机8200中的情况,但是二次电池8203也可以设置在室外机8204中。或者,也可以在室内机8200和室外机8204的双方中设置有二次电池8203。空调器可以接收来自商业电源的电力供应,也可以使用蓄积在二次电池8203中的电力。
在图22中,电冷藏冷冻箱8300是使用二次电池8304的电子设备的一个例子。具体地说,电冷藏冷冻箱8300包括框体8301、冷藏室门8302、冷冻室门8303及二次电池8304等。在图22中,二次电池8304设置在框体8301的内部。电冷藏冷冻箱8300可以接收来自商业电源的电力供应,也可以使用蓄积在二次电池8304中的电力。
另外,在不使用电子设备的时间段,尤其是在商业电源的供应源能够供应的电力总量中的实际使用的电力量的比率(称为电力使用率)低的时间段中,将电力蓄积在二次电池中,由此可以抑制在上述时间段以外的时间段中电力使用率增高。例如,在为电冷藏冷冻箱8300时,在气温低且不进行冷藏室门8302或冷冻室门8303的开关的夜间,将电力蓄积在二次电池8304中。并且,在气温高且进行冷藏室门8302或冷冻室门8303的开关的白天,将二次电池8304用作辅助电源,由此可以抑制白天的电力使用率。
二次电池不局限于安装在上述电子设备,也可以安装在所有电子设备。通过采用本发明的一个方式,可以提高二次电池的循环特性。因此,通过将控制本发明的一个方式的充电的微处理器(包括APS)安装在本实施方式所说明的电子设备,可以实现使用寿命更长的电子设备。本实施方式可以与其他实施方式适当地组合而实施。
首先,图23(A)至图23(E)示出将本发明的一个方式的蓄电***安装在电子设备的例子。作为应用本发明的一个方式的蓄电***的电子设备,例如可以举出电视装置(也称为电视或电视接收机)、用于计算机等的显示器、数码相机、数码摄像机、数码相框、移动电话机(也称为移动电话、移动电话装置)、便携式游戏机、便携式信息终端、声音再现装置、弹珠机等大型游戏机等。
图23(A)示出移动电话机的一个例子。移动电话机7400除了组装在框体7401中的显示部7402之外还具备操作按钮7403、外部连接端口7404、扬声器7405、麦克风7406等。另外,移动电话机7400具有本发明的一个方式的蓄电***。本发明的一个方式的蓄电***例如包括蓄电池7407、上面实施方式所示的控制***,该控制***例如优选包括保护电路、控制电路、神经网络等。
图23(B)示出使移动电话机7400弯曲的状态。在利用外部的力量使移动电话机7400变形而使其整体弯曲时,设置在其内部的蓄电池7407有时也会被弯曲。在此情况下,作为蓄电池7407,优选使用柔性蓄电池。图23(C)示出柔性蓄电池的被弯曲的状态。蓄电池与控制***7408电连接。作为控制***7408,可以使用上面实施方式所示的控制***。
此外,也可以将具有柔性的蓄电池沿着在房屋及高楼的内壁或外壁、汽车的内部装修或外部装修的曲面组装。
图23(D)示出手镯型的显示装置的一个例子。便携式显示装置7100包括框体7101、显示部7102、操作按钮7103及本发明的一个方式的蓄电***。本发明的一个方式的蓄电***包括例如蓄电池7104、上面实施方式所示的控制***,该控制***例如优选包括保护电路、控制电路、神经网络等。
图23(E)是手表型便携式信息终端的一个例子。便携式信息终端7200包括框体7201、显示部7202、带子7203、带扣7204、操作按钮7205、输入输出端子7206等。
便携式信息终端7200可以执行移动电话、电子邮件、文章的阅读及编写、音乐播放、网络通信、电脑游戏等各种应用程序。
显示部7202的显示面是弯曲的,能够沿着弯曲的显示面进行显示。另外,显示部7202具备触摸传感器,可以用手指或触屏笔等触摸屏幕来进行操作。例如,通过触摸显示于显示部7202的图标7207,可以启动应用程序。
操作按钮7205除了时刻设定之外,还可以具有电源开关、无线通信的开关、静音模式的设置及取消、省电模式的设置及取消等各种功能。例如,通过利用组装在便携式信息终端7200中的操作***,可以自由地设定操作按钮7205的功能。
另外,便携式信息终端7200可以执行被通信标准化的近距离无线通信。例如,通过与可无线通信的耳麦通信,可以进行免提通话。
另外,便携式信息终端7200具备输入输出端子7206,可以通过连接器直接向其他信息终端发送数据或从其他信息终端接收数据。另外,也可以通过输入输出端子7206进行充电。另外,充电工作也可以利用无线供电进行,而不利用输入输出端子7206。
便携式信息终端7200包括本发明的一个方式的蓄电***。该蓄电***包括蓄电池及上面实施方式所示的控制***,该控制***例如优选包括保护电路、控制电路、神经网络等。
便携式信息终端7200优选包括传感器。作为传感器例如优选安装指纹传感器、脉搏传感器、体温传感器等人体传感器、触摸传感器、压力传感器、加速度传感器等。
本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合。
符号说明
ACTV:电路、BL:布线、BLref:布线、C_1:电容器、C_h:电容器、C_n:电容器、C1:电容器、C2:电容器、CL:卷积层、CL[1]:布线、CL[2]:布线、CLD电路、CM:电流镜电路、CS:电流源电路、HL:隐藏层、HN:神经元电路、HS:隐藏突触电路、IE:布线、IEref:布线、IL:输入层、MAC:积和运算电路、NC:神经元电路、OFST:电路、OE:布线、OL:输出层、ON:神经元电路、OS:突触电路、R_1:电阻器、R_h:电阻器、R_n:电阻器、Ro:电阻器、RST:布线、RW:布线、SC:突触电路、SW1:开关、SW2:开关、SW3:开关、Tr2:晶体管、Tr11:晶体管、Tr12:晶体管、Tr21:晶体管、Tr22:晶体管、Tr23:晶体管、VaL:布线、VbL:布线、VDDL:布线、VrefL:布线、VSSL布线、VR:布线、W_1:电阻器、WD:布线、WDref:布线、WL:布线、WDD:电路、WLD:电路、130:蓄电***、131:控制***、131_j:控制***、132:存储器、134:控制电路、135:蓄电池、135_1:蓄电池、135_k:蓄电池、135_n:蓄电池、136:电池群、136_j:电池群、137:保护电路、147:晶体管、148:晶体管、171:电路、172:电路、174:热敏电阻器、176:熔丝、400:二次电池、401:正极盖、402:电池罐、403:正极端子、404:正极、406:负极、407:负极端子、411:PTC元件、412:防爆板、413:导电板、414:导电板、415:蓄电***、416:布线、419:导电板、420:控制***、421:布线、422:布线、423:布线、424:导电体、425:绝缘体、426:布线、500:电路板、510:签条、511:端子、512:半导体层、513:二次电池、514:天线、515:密封带、516:层、530:二次电池组、551:一个、552:另一个、590:控制***、590a:电路***、590b:电路***、593:电池元件、594:负极、595:正极、596:隔离体、914:天线、7100:便携式显示装置、7101:外壳、7102:显示部、7103:操作按钮、7104:蓄电池、7200:便携式信息终端、7201:外壳、7202:显示部、7203:带子、7204:带扣、7205:操作按钮、7206:输入输出端子、7207:图标、7400:移动电话机、7401:外壳、7402:显示部、7403:操作按钮、7404:外部连接端口、7405:扬声器、7406:麦克风、7407:蓄电池、7408:控制***、8000:显示装置、8001:外壳、8002:显示部、8003:扬声器部、8004:二次电池、8005:声音输入设备、8006:台、8007:扬声器、8008:显示部、8009:便携式信息终端、8010:充电模块、8021:充电装置、8022:电缆、8024:蓄电***、8100:照明装置、8101:外壳、8102:光源、8103:二次电池、8104:天花板、8105:侧壁、8106:地板、8107:窗户、8200:室内机、8201:外壳、8202:送风口、8203:二次电池、8204:室外机、8300:电冷藏冷冻箱、8301:外壳、8302:冷藏室门、8303:冷冻室门、8304:二次电池、8400:汽车、8401:车头灯、8406:电发动机、8500:汽车、8600:小型摩托车、8601:后视镜、8602:蓄电***、8603:方向灯、8604:座位下收纳部、8700:电动自行车、8701:蓄电池、8702:蓄电***、8703:显示部、8704:控制***、9600:平板终端、9625:开关、9626:开关、9627:电源开关、9628:操作开关、9629:夹子、9630:外壳、9630a:外壳、9630b:外壳、9631:显示部、9633:太阳能电池、9634:控制***、9635:蓄电体、9636:DCDC转换器、9637:转换器、9638:充放电控制电路、9639:保护电路、9640:可动部

Claims (12)

1.一种蓄电***的工作方法,该蓄电***包括:
蓄电池;
第一电路;以及
神经网络,
其中,所述第一电路具有测量阻抗的功能,
所述神经网络包括输入层、输出层以及配置于所述输入层与输出层之间的一个或多个隐藏层,
所述蓄电***的工作方法包括:
停止所述蓄电池的充电或放电的第一步骤;
测量所述蓄电池的开路电压的第二步骤;
测量所述蓄电池的阻抗的第三步骤;
所测量的所述开路电压及所述阻抗被输入到所述输入层的第四步骤;
从所述输出层输出第一信号的第五步骤;
根据所述第一信号改变所述蓄电池的充电或放电的条件的第六步骤;以及
开始所述蓄电池的充电或放电的第七步骤,
并且,所述第一信号对应于所述蓄电池的放电容量的推测值。
2.一种蓄电***的工作方法,该蓄电***包括:
蓄电池;
第一电路;以及
神经网络,
其中,所述第一电路具有测量阻抗的功能,
所述神经网络包括输入层、输出层以及配置于所述输入层与输出层之间的一个或多个隐藏层,
所述蓄电***的工作方法包括:
测量所述蓄电池的满充电容量的第一步骤;
进行所述蓄电池的充电的第二步骤;
进行所述蓄电池的放电的第三步骤;
交替地反复所述第二步骤及所述第三步骤的第四步骤;以及
测量所述蓄电池的满充电容量的第五步骤,
所述第二步骤构成为在所述充电过程的中途停止充电且算出剩余容量、开路电压、阻抗,
在所述第一步骤中测量的所述蓄电池的容量为C1,
在所述第五步骤中测量的所述蓄电池的容量为C2,
在所述第二步骤中测量的所述剩余容量、所述开路电压及所述阻抗被输入到所述神经网络,
并且,分别从所述神经网络在C2/C1为第一值以上时输出第二信号,在C2/C1小于所述第一值时输出第三信号。
3.根据权利要求2所述的蓄电***的工作方法,
其中所述C2/C1为0.7以上且0.95以下。
4.根据权利要求1或2所述的蓄电***的工作方法,
其中所述神经网络包括第一晶体管、电容器以及第二晶体管,
所述第一晶体管的源极及漏极中的一个与所述电容器的一个电极及所述第二晶体管的栅极电连接,
所述第一晶体管的沟道形成区域包含金属氧化物,
所述金属氧化物包含铟及元素M,
所述元素M为选自铝、镓、锡、硼、硅、钛、铁、镍、锗、钇、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨中的一个以上,
并且在所述第一晶体管的源极及漏极中的一个中保持对应于模拟数据的电位。
5.根据权利要求4所述的蓄电***的工作方法,
其中所述第二晶体管的沟道区域包含硅。
6.一种推测方法,
其中,计算机根据外部气温及蓄电池的阻抗使用神经网络执行推测规定输出的蓄电池的能够放电的容量的处理。
7.根据权利要求6所述的推测方法,
其中设定所述蓄电池的放电输出的上限值。
8.一种电子设备,包括:
控制电路;
显示部;以及
蓄电池,
其中,所述控制电路包括神经网络,
所述控制电路根据外部气温及蓄电池的阻抗使用神经网络执行推测规定输出的蓄电池的能够放电的容量的处理,
并且,所述显示部具有显示所述能够放电的容量的功能。
9.一种车辆,包括:
导航***;以及
蓄电池,
其中,所述导航***包括神经网络,
所述导航***根据外部气温及蓄电池的阻抗使用神经网络执行推测规定输出的蓄电池的能够放电的容量的处理,根据所述能够放电的容量执行推测能够行驶的距离的处理,
所述导航***根据输入到所述导航***的目的地信息推测到位于现在所处至目的地的路径上的充电站的预定的行驶距离,
并且,以所述能够行驶的距离大于所述预定的行驶距离的方式设定所述蓄电池的所述输出的上限值。
10.根据权利要求9所述的车辆,
其中所述导航***包括显示部,
并且所述显示部具有显示所述上限值的功能。
11.根据权利要求9所述的车辆,
其中所述导航***包括显示部,
并且在所述蓄电池的输出达到所述上限值的90%以上时在所述显示部上显示警告。
12.根据权利要求10或11所述的车辆,
其中所述导航***根据输入到所述导航***的目的地信息推测现在所处至目的地的路径上的公路的最大梯度,
根据所述最大梯度设定所述蓄电池的推荐最大输出,
并且在所述推荐最大输出超过所述上限值时所述显示部上显示警告。
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