WO2018215864A1 - 充電制御システム、及び充電制御装置 - Google Patents
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Definitions
- One embodiment of the present invention relates to an object, a method, or a manufacturing method. Or this invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter).
- One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device, a display device, a light-emitting device, a power storage device, a lighting device, an electronic device, or a manufacturing method thereof.
- the present invention relates to an electronic device having a charge control device, a charge control system, and a secondary battery.
- a power storage device refers to all elements and devices having a power storage function.
- a storage battery also referred to as a secondary battery
- a lithium ion secondary battery such as a lithium ion secondary battery, a lithium ion capacitor, a nickel metal hydride battery, an all-solid battery, and an electric double layer capacitor are included.
- One embodiment of the present invention relates to a neural network and a charge control device using the same. Another embodiment of the present invention relates to a vehicle using a neural network. Another embodiment of the present invention relates to an electronic device using a neural network.
- One embodiment of the present invention is not limited to a vehicle, and can also be applied to a charge control system for a power storage device for storing power obtained from power generation equipment such as a solar power generation panel installed in a structure or the like. .
- lithium ion secondary batteries with high output and high energy density are portable information terminals such as mobile phones, smartphones, tablets, or notebook computers, portable music players, digital cameras, medical devices, or hybrid vehicles (HEV).
- EVs electric vehicles
- PHEVs plug-in hybrid vehicles
- a plurality of secondary batteries are connected in series or in parallel to provide a protection circuit and used as a battery pack (also referred to as an assembled battery).
- Patent Document 1 discloses a battery module including a transistor and a processor using an oxide semiconductor that controls an overcharge prevention function and the like.
- an electronic device having a storage battery represented by a lithium ion secondary battery it is an object to extend the life of the storage battery. It is another object of the present invention to provide a new charge control device, a new charge control method, a new program, and a new charge control system.
- the charging plan is determined by performing a neural network calculation.
- a charge / discharge management unit that shortens a full charge holding time based on a charging plan, and a charging unit that has a charge holding unit, and at least one used as a factor of a neural network operation is a secondary battery This is a charge control system for remaining capacity.
- a neural network is a type of machine learning and is also called deep learning. Deep learning is also called artificial intelligence.
- the artificial intelligence (AI : Artificial Intelligence) predicts the degree of deterioration in the future, and selects and executes an optimal charging method (including conditions such as charging timing, voltage value, and current value).
- Artificial intelligence is software or a system that mimics the intellectual work that the human brain is doing with a computer, and is a computer program that can make logical inferences or learn from experience.
- various data obtained are evaluated and learned using machine learning, and charging conditions are determined according to the expected degree of deterioration.
- the charge / discharge characteristics of the learning secondary battery measured immediately after manufacture are evaluated and learned using machine learning, and the degree of deterioration of the target secondary battery is predicted. Then, the expected charging time of the secondary battery can be calculated in consideration of the remaining capacity.
- FIG. 5 shows the cycle characteristics of the secondary battery cell in which the full charge retention time is 1 minute, 10 minutes, and 30 minutes.
- FIG. 5 shows that the cycle characteristics are better when the full charge holding time is shorter. Therefore, the charging control system is configured to shorten the full charge holding time. For example, at midnight, charging is stopped when the remaining capacity is about 70% of the full charge, and charging is controlled so that the user enters a fully charged state for the first time just before the user goes out with the electronic device in the early morning. .
- the user selects and executes the charging method proposed for artificial intelligence based on factors such as the schedule information written by the user in the memory of the portable information terminal and the desired charging end time.
- the charging of the secondary battery may be wired or wireless.
- charging conditions maximum voltage value and maximum current value
- the type of cable Since an IC chip for charging conditions is mounted on the cable, the IC chip is read to learn the limitation of charging conditions when the cable is used for artificial intelligence.
- power supply can be stopped by stopping the wireless signal, or power supply can be restarted by restarting transmission of the wireless signal.
- charging conditions (maximum voltage value and maximum current value) are limited depending on the type of antenna.
- the charging method is based on several factors (schedule, temperature, remaining capacity, etc.), and charging conditions candidates are listed by machine learning, and the user determines as appropriate.
- the microprocessor may be set so that the optimum charging condition is automatically determined and executed without depending on the user.
- a microcontroller can be composed of a microprocessor, a memory, and a peripheral chip. Implement the algorithm on the microprocessor.
- an artificial neural network also simply called a neural network
- a Bayesian network a hidden Markov model
- a Bayes classifier a decision tree, a support vector machine, or the like
- the neural network may be a tool implemented in Python (registered trademark) or Matlab (registered trademark).
- neural network refers to all models that imitate the neural network of a living organism, determine the connection strength between neurons by learning, and have problem solving ability.
- the neural network has an input layer, an intermediate layer (also referred to as a hidden layer), and an output layer.
- determining the connection strength (also referred to as a weighting factor) between neurons from existing information may be referred to as “learning”.
- the construction of a neural network using the connection strength obtained by learning and deriving a new conclusion therefrom may be referred to as “inference”.
- Neural network operations are performed by an enormous number of operations using a microprocessor.
- these arithmetic processes are performed by a digital circuit, the number of necessary transistors may be enormous. Therefore, it is preferable to perform the above-described calculation by an analog product-sum calculation circuit (hereinafter referred to as APS (Analog Product-Sum circuit)).
- the APS preferably has an analog memory. By storing the weighting coefficient obtained by learning in the analog memory, the APS can execute a product-sum operation with analog data. As a result, an APS can efficiently construct a neural network with a small number of transistors.
- an analog memory refers to a storage device capable of storing analog data.
- the analog data refers to data having a resolution of 3 bits (8 values) or more. Multi-value data is sometimes called analog data.
- an OS memory a memory using an OS transistor (hereinafter referred to as an OS memory) can be used.
- a transistor in which an oxide semiconductor or a metal oxide is used for a channel formation region is referred to as an oxide semiconductor transistor or an OS transistor.
- the channel formation region of the OS transistor preferably includes a metal oxide.
- a metal oxide is a metal oxide in a broad expression.
- Metal oxides are classified into oxide insulators, oxide conductors (including transparent oxide conductors), oxide semiconductors (also referred to as oxide semiconductors or simply OS), and the like.
- oxide semiconductors also referred to as oxide semiconductors or simply OS
- the metal oxide may be referred to as an oxide semiconductor. That is, when a metal oxide has at least one of an amplifying function, a rectifying function, and a switching function, the metal oxide can be referred to as a metal oxide semiconductor, or OS for short.
- the metal oxide included in the channel formation region preferably contains indium (In).
- the metal oxide included in the channel formation region is a metal oxide containing indium, carrier mobility (electron mobility) of the OS transistor is increased.
- the metal oxide included in the channel formation region is preferably an oxide semiconductor containing the element M.
- the element M is preferably aluminum (Al), gallium (Ga), tin (Sn), or the like.
- the element M may be a combination of a plurality of the aforementioned elements.
- the element M is an element having a high binding energy with oxygen, for example. For example, it is an element whose binding energy with oxygen is higher than that of indium.
- the metal oxide included in the channel formation region is preferably a metal oxide containing zinc (Zn). A metal oxide containing zinc may be easily crystallized.
- the metal oxide included in the channel formation region is not limited to a metal oxide containing indium.
- the semiconductor layer may be a metal oxide containing zinc, a metal oxide containing gallium, a metal oxide containing tin, or the like that does not contain indium, such as zinc tin oxide and gallium tin oxide.
- the charging unit is connected to an external power source by wire, or the charging unit has an antenna, and performs charging and discharging with the external power source wirelessly.
- the battery unit may be mounted on a vehicle or a portable information terminal. Further, since a plurality of secondary batteries are used when mounted on a vehicle, the charge control system may be provided individually for each one. Alternatively, one charging control system may be provided for each group of a plurality of secondary batteries, and the plurality of groups may be mounted on the vehicle.
- a circuit that performs neural network calculation may be mounted on a vehicle or a portable information terminal.
- data stored in the computer may be used by communicating with the computer.
- the neural network operation can be performed using a huge amount of data.
- the charge / discharge management unit may be mounted on the portable information terminal or the power supply apparatus.
- the power supply apparatus has a function of communicating with a computer and a circuit (microprocessor) that performs a neural network operation.
- the charge control device is also one aspect of the present invention.
- the charge control device includes a power supply device, a charge / discharge control circuit electrically connected to the power supply device, and a microprocessor that can perform at least a neural network operation. And communication means for instructing or stopping transmission from the power supply apparatus.
- the power supply apparatus includes the first antenna, the communication unit instructs or stops the transmission from the power supply apparatus to the second antenna that overlaps the first antenna, and the second antenna is the secondary antenna. It is electrically connected to the battery.
- the power supply apparatus includes a storage unit that is electrically connected to the microprocessor.
- the storage unit can store learning data, programs, charging histories, and the like.
- a novel charge control device using machine learning is provided.
- a highly safe charge control system is provided.
- a charge control system with little deterioration is provided.
- FIGS. 3A and 3B are a perspective view and a block diagram of a portable information terminal according to one embodiment of the present invention.
- FIGS. 3 is a flowchart illustrating one embodiment of the present invention.
- 4A and 4B are a perspective view and a cross-sectional view of a portable information terminal placed on a power feeding device according to one embodiment of the present invention.
- 3 is a flowchart illustrating one embodiment of the present invention.
- the graph which shows a full charge holding time and cycle characteristics.
- the figure which shows the structure of a neural network The figure which shows the structure of a neural network.
- the block diagram which shows the structural example of a product-sum operation circuit.
- the circuit diagram which shows the structural example of a circuit.
- the timing chart which shows the operation example of a product-sum operation circuit.
- 10A and 10B each illustrate an example of an electronic device.
- 10A and 10B each illustrate an example of an electronic device.
- 10A and 10B each illustrate an example of an electronic device.
- 10A and 10B each illustrate an example of an electronic device.
- the portable information terminal 650 is connected to an external power source 662 through a cable 661.
- the cable 661 corresponds to a USB cable or the like and can be detached from the portable information terminal 650.
- a cable connected to a personal computer may be connected.
- a non-contact charging method may be used as shown in FIG.
- 1A includes a housing 651, a display portion 652, a power switch, an optical sensor, a camera lens, a speaker, a microphone, and a power source.
- the display unit 652 is a touch panel, and a keyboard button for performing character input can be displayed as necessary, and character input can be performed by touching the keyboard button with a finger or a stylus. Further, without displaying the keyboard button, it is possible to display the character or figure on the display unit 652 by directly drawing the character or figure on the display unit 652 using a finger or a stylus.
- functions that can be performed by the portable information terminal 650 are displayed on the display unit 652, and the portable information terminal 650 executes the functions by touching a marker indicating a desired function with a finger or a stylus.
- a function as a telephone can be performed by touching a marker, and a telephone call can be made using a speaker and a microphone.
- the portable information terminal 650 has a built-in detection device (not shown) for detecting inclination, such as a gyroscope and an acceleration sensor. Therefore, the display direction of vertical display or horizontal display can be switched on the display portion 652 by setting the housing 651 vertically or horizontally.
- the portable information terminal 650 is provided with an optical sensor, and the portable information terminal 650 can optimally control the luminance of the display unit 652 in accordance with the amount of external light detected by the optical sensor.
- the portable information terminal 650 is provided with a power source, and the power source includes a solar cell 660 and a charge / discharge control circuit 670.
- FIG. 1B illustrates a structure including a battery 671, a DCDC converter 672, a converter 673, and switches SW1 to SW3 as an example of the charge / discharge control circuit 670, and the battery 671 is a lithium ion secondary battery. It is not limited to a lithium ion secondary battery,
- the material which has element A, element X, and oxygen can be used as a positive electrode material of a secondary battery.
- the element A is preferably one or more selected from Group 1 elements and Group 2 elements.
- an alkali metal such as lithium, sodium, or potassium can be used as the Group 1 element.
- the Group 2 element for example, calcium, beryllium, magnesium, or the like can be used.
- the element X for example, one or more selected from metal elements, silicon, and phosphorus can be used.
- the element X is preferably one or more selected from cobalt, nickel, manganese, iron, and vanadium.
- lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) and lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) can be given.
- the portable information terminal 650 has a function of displaying various information (still images, moving images, text images, etc.), a function of displaying a calendar, date or time on the display unit, and information displayed on the display unit. Touch input operation for editing or editing, a function for controlling processing by various software (programs), and the like.
- the mode is switched to the mode in which the external power source 662 is the main power source after a predetermined time has elapsed. This mode switching is performed regardless of whether the portable information terminal 650 is on or off.
- the cable 661 refers to a USB (Universal Serial Bus) cable, a micro USB, or the like that can transmit data information or supply power.
- one of the features is that a lithium ion secondary battery is used and charging is performed with a charging plan in order to shorten the full charge retention time.
- the battery is charged sequentially in three phases. For example, SOC (State Of Charge) 30% shifts from the precharge phase to the constant current (CC) charge phase, and SOC 80% shifts from the constant current charge phase to the constant voltage (CV) charge phase. In this case, it is difficult to predict the time until the end of charging (the difference between the charging end time and the charging start time). In order to shorten the time, quick charging can be performed, but on the other hand, the full charge holding time becomes longer. Further, when the charging voltage is increased for rapid charging, the lithium ion secondary battery may be deteriorated or damaged. Conventionally, a user can charge a portable information terminal by connecting it to an external power source via a cable at night, and shortening the life of the lithium ion secondary battery by continuing the life cycle with the cable connected until morning. Yes.
- the CPU and the charging control IC are activated and the state of the secondary battery is analyzed.
- the phase to be executed varies depending on the remaining capacity of the secondary battery. If there is little remaining capacity of the secondary battery, charging starts from the precharge phase, but if the remaining capacity of the secondary battery is large, only the constant voltage charging phase is executed.
- the remaining capacity of the secondary battery may be indicated by SOC.
- SOC is also called a charge rate, and is defined by the ratio of the remaining capacity to the chargeable capacity of the secondary battery.
- SOC 100% The fully charged state can be called SOC 100%. If the SOC 100% state time is long, the electrolytic solution used in the secondary battery is decomposed and the deterioration is accelerated. Therefore, shortening the time of SOC 100% leads to a long life of the secondary battery.
- the charging end time is approximately calculated using artificial intelligence based on past charging history information accumulated in a storage unit such as a memory.
- a deviation from the predicted charging end time occurs, the charging end can be accurately predicted from the next time by learning the result. That is, the portable information terminal makes a charging plan using artificial intelligence, and charges the secondary battery based on the charging plan information.
- the portable information terminal has a timer function, a radio clock, or a communication unit that acquires time information using a network, a communication unit that acquires time information from peripheral electronic devices (including radio clocks), and the like. It is preferable to have. Based on these pieces of time information, a charge plan is made so as to shorten the full charge (SOC 100%) holding time, and the charge is executed. Furthermore, charging history information is stored in a memory mounted on the portable information terminal, which is useful for creating a next charging plan.
- FIG. 2 is a flowchart showing the operation.
- a microprocessor capable of performing a neural network operation is mounted on a portable information terminal is shown.
- the microprocessor built in the portable information terminal has an analog product-sum operation circuit. Details of the analog product-sum operation circuit will be described in a later embodiment.
- the external power source and the portable information terminal are electrically connected using a charging cable, and the microprocessor automatically acquires information such as the remaining capacity (SOC) of the secondary battery (S1).
- SOC the remaining capacity
- the microprocessor automatically acquires information such as the remaining capacity (SOC) of the secondary battery (S1).
- SOC the remaining capacity
- the detection of SOC based on a physical model involves a model that relies on variables such as current, voltage, internal temperature, no-load voltage, external temperature, impedance, and the like.
- the method for detecting the SOC is coulometry.
- the date and time information acquisition and the cable connectable time T are input (S2).
- the date and time information is acquired from a clock or a radio clock built in the portable information terminal.
- the cable connectable time T may be automatically calculated from a schedule or the like input by the user to the portable information terminal, or when charging at home, the time when the user leaves the home may be input.
- the cable connectable time T is a period from the start of cable connection to the disconnection of the electrical connection with the external power source.
- the microprocessor refers to the past charge history (S3), performs a neural network calculation, and performs a charge end time Te (a time that can be calculated from the expected charge time). Is calculated (S4).
- the remaining capacity (SOC), the degree of deterioration, the number of times of charging, and the like are used.
- the quick charging method include a step control charging method, a - ⁇ V control charging method, a dT / dT control charging method, and the like.
- the microprocessor When the calculated charging end time Te is shorter than the cable connectable time T, the microprocessor creates a charging plan (S5).
- the microprocessor collects the user's daily usage capacity history and usage capacity for each day of the week. Or incorporate information such as the schedule that can be read from the user's email, blog comment information, time to leave home, train ride time used for commuting to school, GPS location information, owned by the user
- a charging plan is created based on one of the factors such as the usage history of the contactless IC card.
- a charging plan may be automatically created in consideration of the possibility of an increase in power usage due to an in-use application, a download schedule, a family event, a game event, or the like.
- a charging plan can be created in consideration of information on a deterioration curve of the battery, and an optimum SOC can be obtained.
- a charging plan is performed in which recharging is performed so that the SOC becomes 100% immediately before the cable disconnection time comes.
- This charging plan may be automatically executed when it is completed, or may be through a process of contacting the user for approval.
- the microprocessor may create a plurality of charging plans, propose the charging plans to the user, and the user may select from among them.
- the microprocessor starts charging according to the charging plan, charging is temporarily stopped by the charge holding unit (S6).
- the battery is not fully charged when it is temporarily stopped.
- the microprocessor determines the period and timing for suspension.
- the SOC when the SOC is 20% or more and 80% or less and the SOC is less than 20%, the power supply from the secondary battery is cut off.
- the device specification is such that the charging is stopped when 80% or more is reached. In such a device, an SOC of 80% can be said to be fully charged.
- step 1 (S1) and step 2 (S2) may be reversed or may be performed simultaneously.
- step 3 (S3) may be performed before step 1 (S1).
- a protection circuit may be provided for the secondary battery.
- the protection circuit has an overcharge protection function, an overdischarge protection function, and an overcurrent protection function.
- the protection circuit is preferably controlled using a microprocessor.
- the present invention is not particularly limited, and the present invention can also be applied to a case where the vehicle has a plurality of secondary batteries.
- the example connected to a power supply via a cable and an outlet plug as an external power supply is shown, it is not particularly limited, and a storage battery (including a primary battery) using another method instead of an external power supply, a mobile battery, etc.
- the present embodiment can be applied even if an auxiliary battery is used.
- FIG. 3B is a cross-sectional view of the portable information terminal.
- an antenna 1311 provided in the portable information terminal 1100 and an antenna 1312 provided in the power feeding apparatus 1300 are electromagnetically coupled to form a power transmission transformer.
- the antenna 1312 is electrically connected to the external power supply 662 through the cable 663. Note that the cable 663 can be detached from the power feeding device 1300.
- FIGS. 3A and 3B illustrate an example in which the portable information terminal 1100 is superimposed on a power feeding device 1300 that is a kind of electronic device; however, the battery pack can be detached from the portable information terminal 1100.
- the battery pack may be detached from the portable information terminal 1100 and the antenna of the battery pack may be superimposed on the power feeding device 1300.
- the configuration of the power feeding apparatus 1300 is not particularly limited.
- a moving coil type that performs charging by detecting the position of the portable information terminal 1100 and moving the antenna 1312 to be superimposed on the portable information terminal 1100, or an antenna 1312 that is provided with a plurality of antennas 1312 and superimposed on the portable information terminal 1100.
- a multi-coil system that performs charging may be applied.
- a microprocessor that can perform a neural network operation may be mounted on a power feeding device 1300 that is a kind of electronic equipment. In that case, the power feeding device 1300 can also be referred to as a charging control device.
- the charge control device includes a power supply device, a charge / discharge control circuit electrically connected to the power supply device, a microprocessor capable of performing at least a neural network operation, and a communication unit that stops transmission from the power supply device. And having.
- the microprocessor is composed of a digital circuit or an analog circuit.
- neural network calculation is performed using a microcontroller equipped with a digital circuit using silicon.
- the electrical equipment that can be charged by the power feeding device 1300 is not limited to the above.
- it can be applied to an electric vehicle.
- An electric vehicle may be charged by being electrically connected to a power supply facility, or may be charged after regenerative energy using a brake or the like is converted into electric power, and can be applied to one or both.
- FIG. 4 is a flowchart showing the operation.
- the user installs the portable information terminal at a position overlapping with the antenna of the power feeding device connected to the external power source via the charging cable.
- the microprocessor built in the portable information terminal detects the type and intensity of the radio signal transmitted from the power supply apparatus (S1).
- microprocessor built in the portable information terminal has an analog product-sum operation circuit. Details of the analog product-sum operation circuit will be described in a later embodiment.
- the microprocessor automatically acquires information such as the remaining capacity (SOC) of the secondary battery (S2).
- the microprocessor refers to the past charge history (S4), performs a neural network calculation, and calculates a charge end time Te (S5).
- S4 the past charge history
- Te the charge end time
- the remaining capacity (SOC) the degree of deterioration, the number of times of charging, and the like are used.
- the quick charging method include a step control charging method, a - ⁇ V control charging method, a dT / dT control charging method, and the like.
- the microprocessor creates a charging plan (S6).
- the charging period is set to recharge so that the SOC is 100% immediately before the portable information terminal is released from the power supply device.
- This charging plan may be automatically executed when it is completed, or may be through a process of contacting the user for approval.
- the microprocessor may create a plurality of charging plans, propose the charging plans to the user, and the user may select from among them.
- quick charging can be performed by adjusting the overlapping state of antennas, signal strength, and the like.
- charging can be controlled by using a plurality of antennas and adjusting the number of antennas to be used.
- the charging holding unit stops charging (S7).
- the charge holding unit includes a communication unit that stops transmission from the power supply apparatus.
- the end time of full charge is intended by intermittently transmitting wireless signals and performing a plurality of short-stops during the charge period. It is possible to reduce the full charge holding time without stopping for a long time.
- Step 1 (S1) and Step 2 (S2) may be reversed, Step 1 (S1), Step 2 (S2) and step 3 (S3) may be performed simultaneously. Further, step 4 (S4) may be performed before step 1 (S1).
- the present invention is not particularly limited, and the present invention can also be applied to a case where the vehicle has a plurality of secondary batteries.
- the example connected to a power supply via a cable and an outlet as an external power supply is shown, it is not particularly limited, and a storage battery (including a primary battery) using another method instead of an external power supply or an auxiliary secondary
- a storage battery including a primary battery
- the present embodiment can also be applied using a battery.
- the power feeding apparatus 1300 has an auxiliary secondary battery, it can be carried, the portable information terminal can be charged at any time, and can also be called a mobile battery. Further, when the power feeding device 1300 and the portable information terminal are carried close to each other, the full charge state can be controlled at all times. Therefore, the power feeding device 1300 can also be called a charging control device of the portable information terminal.
- FIG. 6 shows an example of a neural network according to one embodiment of the present invention.
- the neural network NN shown in FIG. 6 has an input layer IL, an output layer OL, and a hidden layer (intermediate layer) HL.
- the neural network NN can be configured by a neural network having a plurality of hidden layers HL, that is, a deep neural network. Note that learning in a deep neural network is sometimes called deep learning.
- the output layer OL, the input layer IL, and the hidden layer HL each have a plurality of neuron circuits, and neuron circuits provided in different layers are connected via a synapse circuit.
- the neural network NN a function of analyzing the operation of the storage battery is added by learning.
- arithmetic processing is performed in each layer. Arithmetic processing in each layer is executed by a sum-of-products operation between the output data of the neuron circuit included in the previous layer and the weighting coefficient.
- the coupling between layers may be a total coupling in which all the neuron circuits are coupled, or a partial coupling in which some neuron circuits are coupled.
- CNN convolutional neural network
- the convolved data is converted by the activation function and then output to the pooling layer.
- the activation function ReLU (Rectified Linear Unit) or the like can be used.
- ReLU is a function that outputs “0” when the input value is negative, and outputs the input value as it is when the input value is “0” or more.
- a sigmoid function, a tanh function, etc. can also be used as an activation function.
- the CNN performs feature extraction by the above convolution processing and pooling processing.
- the CNN can be composed of a plurality of convolution layers and a plurality of pooling layers.
- the entire bonding layer is arranged.
- the configuration example of the neural network NN illustrated in FIG. 7A may be referred to as a recurrent neural network (RNN).
- RNN recurrent neural network
- the output of the hidden layer HL is input (returned) to itself by the hidden layer HL having a feedback path.
- time-series data can be analyzed and data can be predicted.
- the charging end time may be estimated.
- the weighting factor from the input layer IL to the hidden layer HL is expressed as Win
- the weighting factor from the hidden layer HL to the output layer OL is expressed as Wout
- the weighting factor of feedback from the hidden layer HL is expressed as Wr.
- the RNN expands with time so that different layers (input layers IL (1) to IL (1) to IL (1) to T (x) in FIG. (X), hidden layer HL (1) to hidden layer HL (x), and output layer OL (1) to output layer OL (x)).
- layers input layers IL (1) to IL (1) to IL (1) to T (x) in FIG. (X), hidden layer HL (1) to hidden layer HL (x), and output layer OL (1) to output layer OL (x)).
- it can be regarded as a forward propagation network having no feedback path as shown in FIG.
- LSTM Long Short-Term Memory
- the LSTM can store a state when the hidden layer has memory cells in the RNN, and can perform analysis, for example, estimation for a longer time.
- the neural network NN includes a neuron circuit NC and a synapse circuit SC provided between the neuron circuits.
- FIG. 8A shows a configuration example of the neuron circuit NC and the synapse circuit SC constituting the neural network NN.
- Input data x 1 to x L (L is a natural number) is input to the synapse circuit SC.
- the synapse circuit SC has a function of storing a weight coefficient w k (k is an integer of 1 or more and L or less).
- the weighting factor w k corresponds to the strength of the connection between the neuron circuits NC.
- the neuron circuit NC When the input data x 1 to x L are input to the synapse circuit SC, the neuron circuit NC has a product of the input data x k input to the synapse circuit SC and the weight coefficient w k stored in the synapse circuit SC.
- the supplied value is supplied.
- this value exceeds the threshold value ⁇ of the neuron circuit NC, the neuron circuit NC outputs a high level signal y. This phenomenon is called firing of the neuron circuit NC.
- FIG. 8B shows a model of the neural network NN that forms a hierarchical perceptron using the neuron circuit NC and the synapse circuit SC.
- the neural network NN has an input layer IL, a hidden layer (intermediate layer) HL, and an output layer OL.
- Input data x 1 to x L are output from the input layer IL.
- the hidden layer HL has a hidden synapse circuit HS and a hidden neuron circuit HN.
- the output layer OL has an output synapse circuit OS and an output neuron circuit ON.
- the hidden neuron circuit HN is supplied with a value obtained by a product-sum operation using the input data x k and the weighting coefficient w k held in the hidden synapse circuit HS.
- the output neuron circuit ON is supplied with the value obtained by the product-sum operation using the output of the hidden neuron circuit HN and the weighting coefficient w k held in the output synapse circuit OS. Then, output data y 1 to y L are output from the output neuron circuit ON.
- the neural network NN given the predetermined input data outputs, as output data, values corresponding to the weighting coefficient held in the synapse circuit SC and the threshold value ⁇ ( ⁇ H , ⁇ O ) of the neuron circuit. Has a function to output.
- the neural network NN can perform supervised learning by inputting teacher data.
- FIG. 8C shows a model of the neural network NN that performs supervised learning using the error back propagation method.
- the error back propagation method is a method of changing the weight coefficient w k of the synapse circuit so that the error between the output data of the neural network and the teacher signal becomes small.
- the weighting factor w k of the hidden synapse circuit HS is changed according to the error ⁇ O determined based on the output data y 1 to y L and the teacher data t 1 to t L.
- further weighting factor w k of the preceding stage of the synapse circuit SC is changed.
- the neural network NN can be learned by sequentially changing the weighting coefficient of the synapse circuit SC based on the teacher data t 1 to t L.
- the number of hidden layers HL can be two or more.
- Deep learning can be performed by using a neural network having two or more hidden layers HL (deep neural network (DNN)). Thereby, the calculation accuracy of the charging end time can be improved.
- DNN deep neural network
- the RNN can be regarded as a forward-propagation network without a feedback path by time-expanding.
- the weighting coefficient can be changed based on the teacher data using the error back propagation method described above.
- the neural network operations as shown in FIGS. 6 to 8 are executed by a huge number of product-sum operations.
- the number of necessary transistors becomes enormous, which is inefficient and consumes high power. Therefore, it is preferable to perform the product-sum operation described above with an analog product-sum operation circuit (hereinafter referred to as APS (Analog Product-Sum circuit)).
- APS Analog Product-Sum circuit
- the APS preferably has an analog memory. By storing the weighting coefficient obtained by learning in the analog memory, the APS can execute a product-sum operation with analog data. As a result, an APS can efficiently construct a neural network with a small number of transistors.
- FIG. 9 shows a configuration example of the product-sum operation circuit.
- the product-sum operation circuit MAC shown in FIG. 9 is a circuit that performs a product-sum operation on first data held in a memory cell to be described later and input second data.
- the first data and the second data can be analog data or multi-value data (discrete data).
- the product-sum operation circuit MAC includes a current source circuit CS, a current mirror circuit CM, a circuit WDD, a circuit WLD, a circuit CLD, an offset circuit OFST, an activation function circuit ACTV, and a memory cell array CA.
- the memory cell array CA includes a memory cell AM [1], a memory cell AM [2], a memory cell AMref [1], and a memory cell AMref [2].
- the memory cell AM [1] and the memory cell AM [2] have a role of holding the first data, and the memory cell AMref [1] and the memory cell AMref [2] are for performing a product-sum operation. It has a function to hold necessary reference data.
- the reference data can also be analog data or multi-valued data (discrete data), like the first data and the second data.
- the memory cell array CA of FIG. 9 has two memory cells in the row direction and two in the column direction, which are arranged in a matrix. However, the memory cell array CA has three or more memory cells in the row direction. It is good also as a structure arrange
- the memory cell AM [1], the memory cell AM [2], the memory cell AMref [1], and the memory cell AMref [2] each include a transistor Tr11, a transistor Tr12, and a capacitor C1. .
- the transistor Tr11 is preferably an OS transistor.
- the transistor Tr11 can be manufactured at the same time, and thus the product-sum operation circuit manufacturing process may be shortened.
- the channel formation region of the transistor Tr12 may be made of amorphous silicon, polycrystalline silicon, or the like instead of oxide.
- the first terminal of the transistor Tr11 is electrically connected to the gate of the transistor Tr12. Connected. A first terminal of the transistor Tr12 is electrically connected to the wiring VR. The first terminal of the capacitor C1 is electrically connected to the gate of the transistor Tr12.
- the second terminal of the transistor Tr11 is electrically connected to the wiring WD, and the gate of the transistor Tr11 is electrically connected to the wiring WL [1].
- a second terminal of the transistor Tr12 is electrically connected to the wiring BL, and a second terminal of the capacitor C1 is electrically connected to the wiring CL [1].
- the connection point between the first terminal of the transistor Tr11, the gate of the transistor Tr12, and the first terminal of the capacitor C1 is a node NM [1].
- the second terminal of the transistor Tr11 is electrically connected to the wiring WD, and the gate of the transistor Tr11 is electrically connected to the wiring WL [2].
- a second terminal of the transistor Tr12 is electrically connected to the wiring BL, and a second terminal of the capacitor C1 is electrically connected to the wiring CL [2].
- a connection point between the first terminal of the transistor Tr11, the gate of the transistor Tr12, and the first terminal of the capacitor C1 is a node NM [2].
- a current flowing from the wiring BL to the second terminal of the transistor Tr12 is denoted as IAM [2] .
- the second terminal of the transistor Tr11 is electrically connected to the wiring WDref, and the gate of the transistor Tr11 is electrically connected to the wiring WL [1].
- a second terminal of the transistor Tr12 is electrically connected to the wiring BLref, and a second terminal of the capacitor C1 is electrically connected to the wiring CL [1].
- a connection point between the first terminal of the transistor Tr11, the gate of the transistor Tr12, and the first terminal of the capacitor C1 is a node NMref [1].
- I AMref [1] a current flowing from the wiring BLref to the second terminal of the transistor Tr12 is denoted as I AMref [1] .
- the second terminal of the transistor Tr11 is electrically connected to the wiring WDref, and the gate of the transistor Tr11 is electrically connected to the wiring WL [2].
- a second terminal of the transistor Tr12 is electrically connected to the wiring BLref, and a second terminal of the capacitor C1 is electrically connected to the wiring CL [2].
- a connection point between the first terminal of the transistor Tr11, the gate of the transistor Tr12, and the first terminal of the capacitor C1 is a node NMref [2].
- I AMref [2] a current flowing from the wiring BLref to the second terminal of the transistor Tr12 is denoted as I AMref [2] .
- the node NM [1], the node NM [2], the node NMref [1], and the node NMref [2] described above function as holding nodes for the respective memory cells.
- the wiring VR allows a current to flow between the first terminal and the second terminal of each of the transistors Tr12 of the memory cell AM [1], the memory cell AM [2], the memory cell AMref [1], and the memory cell AMref [2]. Wiring. Therefore, the wiring VR functions as a wiring for applying a predetermined potential. Note that in this embodiment, the potential provided by the wiring VR is a reference potential or a potential lower than the reference potential.
- the current source circuit CS is electrically connected to the wiring BL and the wiring BLref.
- the current source circuit CS has a function of supplying current to the wiring BL and the wiring BLref. Note that the amount of current supplied to each of the wiring BL and the wiring BLref may be different from each other. In this configuration example, the current flowing from the current source circuit CS to the wiring BL is I C , and the current flowing from the current source circuit CS to the wiring BLref is I Cref .
- the current mirror circuit CM includes a wiring IE and a wiring IEref.
- the wiring IE is electrically connected to the wiring BL.
- the connection portion between the wiring IE and the wiring BL is illustrated as a node NP.
- the wiring IEref is electrically connected to the wiring BLref.
- a connection point between the wiring IEref and the wiring BLref is a node NPref.
- the current mirror circuit CM has a function of discharging a current corresponding to the potential of the node NPref from the node NPref of the wiring BLref to the wiring IEref and discharging the same amount of current as the current from the node NP of the wiring BL to the wiring IE.
- I CM the current discharged from the node NP to the wiring IE and the current discharged from the node NPref to the wiring IEref.
- the circuit WDD is electrically connected to the wiring WD and the wiring WDref.
- the circuit WDD has a function of transmitting data to be stored in each memory cell included in the memory cell array CA.
- the circuit WLD is electrically connected to the wiring WL [1] and the wiring WL [2].
- the circuit WLD has a function of selecting a memory cell to which data is written when data is written to a memory cell included in the memory cell array CA.
- the circuit CLD is electrically connected to the wiring CL [1] and the wiring CL [2].
- the circuit CLD has a function of applying a potential to the second terminal of the capacitor C1 of each memory cell included in the memory cell array CA.
- the circuit OFST is electrically connected to the wiring BL and the wiring OE.
- the circuit OFST has a function of measuring the amount of current flowing from the wiring BL to the circuit OFST and / or the amount of change in current flowing from the wiring BL to the circuit OFST.
- the circuit OFST has a function of outputting the measurement result to the wiring OE.
- the circuit OFST may have a configuration in which the measurement result is directly output as a current to the wiring OE, or may be converted into a voltage and output to the wiring OE.
- a current flowing from the wiring BL to the circuit OFST is denoted as I ⁇ .
- the circuit OFST can be configured as shown in FIG. In FIG. 10, the circuit OFST includes a transistor Tr21, a transistor Tr22, a transistor Tr23, a capacitor C2, and a resistor R.
- the first terminal of the capacitive element C2 is electrically connected to the wiring BL, and the first terminal of the resistance element R is electrically connected to the wiring BL.
- the second terminal of the capacitor C2 is electrically connected to the first terminal of the transistor Tr21, and the first terminal of the transistor Tr21 is electrically connected to the gate of the transistor Tr22.
- the first terminal of the transistor Tr22 is electrically connected to the first terminal of the transistor Tr23, and the first terminal of the transistor Tr23 is electrically connected to the wiring OE.
- an electrical connection point between the first terminal of the capacitor element C2 and the first terminal of the resistor element R is a node Na, the second terminal of the capacitor element C2, the first terminal of the transistor Tr21, and the transistor Tr22.
- An electrical connection point with the gate is a node Nb.
- the second terminal of the resistance element R is electrically connected to the wiring VrefL.
- the second terminal of the transistor Tr21 is electrically connected to the wiring VaL, and the gate of the transistor Tr21 is electrically connected to the wiring RST.
- a second terminal of the transistor Tr22 is electrically connected to the wiring VDDL.
- a second terminal of the transistor Tr23 is electrically connected to the wiring VSSL, and a gate of the transistor Tr23 is electrically connected to the wiring VbL.
- the wiring VrefL is a wiring that applies a potential Vref
- the wiring VaL is a wiring that applies a potential Va
- the wiring VbL is a wiring that applies a potential Vb.
- the wiring VDDL is a wiring that applies the potential VDD
- the wiring VSSL is a wiring that supplies the potential VSS.
- the potential VDD is a high level potential
- the potential VSS is a low level potential.
- the wiring RST is a wiring that applies a potential for switching between the conductive state and the non-conductive state of the transistor Tr21.
- the transistor Tr22, the transistor Tr23, the wiring VDDL, the wiring VSSL, and the wiring VbL constitute a source follower circuit.
- a potential corresponding to the current flowing from the wiring BL and the resistance of the resistance element R is applied to the node Na by the resistance element R and the wiring VrefL.
- a first current (hereinafter referred to as a first current) flows from the wiring BL, the resistance element R and the wiring VrefL cause the first current and the resistance of the resistance element R to correspond to the node Na. A potential is applied. At this time, the transistor Tr21 is turned on to apply the potential Va to the node Nb. Thereafter, the transistor Tr21 is turned off.
- a second current (hereinafter referred to as a second current) flows from the wiring BL, similarly to when the first current flows, the resistance element R and the wiring VrefL cause the node Na to flow.
- a potential corresponding to the second current and the resistance of the resistance element R is applied.
- the potential of the node Nb since the node Nb is in a floating state, the potential of the node Nb also changes due to capacitive coupling when the potential of the node Na changes.
- the change in the potential of the node Na is ⁇ V Na and the capacitive coupling coefficient is 1, the potential of the node Nb is Va + ⁇ V Na .
- the potential Va + ⁇ V Na -V th is output from the wiring OE.
- the potential Va and the threshold voltage V th it is possible from the wiring OE outputs a potential [Delta] V Na.
- the potential ⁇ V Na is determined according to the amount of change from the first current to the second current, the resistance element R, and the potential Vref.
- a resistive element R, and the potential Vref, is because it can be known, by using a circuit OFST shown in FIG. 10, it is possible to determine the amount of change current flowing from the potential [Delta] V Na, the wiring BL.
- the activation function circuit ACTV is electrically connected to the wiring OE and the wiring NIL.
- the activation function circuit ACTV receives the amount of change in current measured by the circuit OFST via the wiring OE.
- the activation function circuit ACTV is a circuit that performs an operation according to a predefined function system for the amount of change in the current.
- a function system for example, a sigmoid function, a tanh function, a softmax function, a ReLU function, a threshold function, and the like can be used, and these functions are applied as activation functions in the neural network.
- FIG. 11 shows a timing chart of an operation example of the product-sum operation circuit MAC.
- the timing chart in FIG. 11 illustrates the wiring WL [1], the wiring WL [2], the wiring WD, the wiring WDref, the node NM [1], the node NM [2], the node NMref [1], from time T01 to time T09.
- the fluctuation of the potential of the node NMref [2], the wiring CL [1], and the wiring CL [2] is shown, and the fluctuation of the current I B ⁇ I ⁇ and the current I Bref is shown.
- the current I B -I ⁇ indicates the sum of currents flowing from the wiring BL to the memory cells AM [1] and AM [2] of the memory cell array CA.
- ⁇ From time T01 to time T02 a high-level potential (indicated as High in FIG. 11) is applied to the wiring WL [1], and a low-level potential (Low in FIG. 11) is applied to the wiring WL [2]. Is applied).
- a potential V PR ⁇ V W [1] larger than the ground potential is applied to the wiring WD, and a potential V PR larger than the ground potential is applied to the wiring WDref.
- a reference potential (indicated as REFP in FIG. 11) is applied to each of the wiring CL [1] and the wiring CL [2].
- the potential V W [1] is a potential corresponding to one of the first data.
- the potential VPR is a potential corresponding to the reference data.
- Tr11 becomes conductive, the potential of the node NM [1] becomes V PR ⁇ V W [1] , and the potential of the node NMref [1] becomes V PR .
- V th is the threshold voltage of the transistor Tr12.
- the low-level potential is continuously applied to the wiring WL [2] from before time T02. For this reason, each transistor Tr11 of the memory cell AM [2] and the memory cell AMref [2] is in a non-conducting state before the time T02. Accordingly, the potentials of the node NM [1], the node NM [2], the node NMref [1], and the node NMref [2] are held between the time T02 and the time T03.
- an OS transistor to the transistor Tr11, leakage current flowing between the first terminal and the second terminal of the transistor Tr11 can be reduced, so that the potential of each node can be held for a long time.
- V W [2] is a potential corresponding to one of the first data.
- IAM [2] When the current flowing from the wiring BL to the first terminal through the second terminal of the transistor Tr12 of the memory cell AM [2] is IAM [2], 0 , IAM [2], 0 is expressed by the following equation. be able to.
- a current from the current source circuit CS is supplied to the wiring BLref.
- current is discharged to the wiring BLref by the current mirror circuit CM, the memory cell AMref [1], and the memory cell AMref [2].
- the following equation is established according to Kirchhoff's law.
- V X [1] is a potential corresponding to one of the second data.
- an increase in the gate potential of the transistor Tr12 is a potential obtained by multiplying the potential change of the wiring CL [1] by a capacitive coupling coefficient determined by the configuration of the memory cell.
- the capacitive coupling coefficient is calculated from the capacitance of the capacitive element C1, the gate capacitance of the transistor Tr12, and the parasitic capacitance.
- the increase in the potential of the wiring CL [1] and the increase in the potential of the gate of the transistor Tr12 are described as the same value. This corresponds to the case where the respective capacitive coupling coefficients in the memory cell AM [1] and the memory cell AMref [1] are 1.
- the potential V X [1] is applied to the second terminal of each of the capacitive elements C1 of the memory cell AM [1] and the memory cell AMref [1], whereby the node NM [1] and the potential of the node NMref [1] rise by V X [1] , respectively.
- IAMref [1] when the current flowing from the wiring BLref to the first terminal via the second terminal of the transistor Tr12 of the memory cell AMref [1] is IAMref [1], 1 , IAMref [1], 1 is It can be expressed by a formula.
- ⁇ I ⁇ is referred to as a differential current in the product-sum operation circuit MAC.
- the differential current ⁇ I ⁇ can be expressed as the following equation using the equations (E1) to (E10).
- IAM [2] 1 When the current flowing from the wiring BL to the first terminal through the second terminal of the transistor Tr12 of the memory cell AM [2] is IAM [2], 1 , IAM [2], 1 is expressed by the following equation. be able to.
- the differential current ⁇ I ⁇ can be expressed as the following equation using the equations (E1) to (E8) and (E12) to (E15).
- the differential current ⁇ I ⁇ input to the circuit OFST corresponds to the sum of the products of the plurality of first data potentials V W and the plurality of second data potentials V X. Value. That is, the sum of products of the first data and the second data can be obtained by measuring the differential current ⁇ I ⁇ with the circuit OFST.
- a reference potential is applied to the wiring CL [1] and the wiring CL [2] from time T08 to time T09. At this time, the reference potential is applied to the second terminals of the respective capacitor elements C1 of the memory cell AM [1], the memory cell AM [2], the memory cell AMref [1], and the memory cell AMref [2].
- the potentials of the node NM [1], the node NM [2], the node NMref [1], and the node NMref [2] return to the potential between the time T06 and the time T07, respectively.
- V W [1] is applied to the wiring CL [1] from time T05 to time T06
- V X is applied to the wiring CL [1] and wiring CL [2] from time T07 to time T08, respectively.
- [1] and V X [2] are applied, but the potential applied to the wiring CL [1] and the wiring CL [2] may be lower than the reference potential REFP.
- a potential lower than the reference potential REFP is applied to the wiring CL [1] and / or the wiring CL [2]
- the potential of the holding node can be lowered by capacitive coupling.
- the product of the first data and one of the second data having a negative value can be performed.
- the wiring CL [2] the case of applying -V X [2] rather than V X [2]
- the differential current [Delta] I alpha expressed as the following formula be able to.
- the memory cell array CA having the memory cells arranged in a matrix of 2 rows and 2 columns has been dealt with.
- the memory cell array CA having 1 row and 2 columns or more, or 3 rows and 3 columns and 3 columns.
- the product-sum operation can be performed for the above memory cell array.
- the product-sum operation circuit uses one of the plurality of columns as a memory cell that holds the reference data (potential V PR ), and simultaneously performs the product-sum operation processing on the remaining columns of the plurality of columns. be able to. That is, by increasing the number of columns of the memory cell array, an arithmetic circuit that realizes high-speed product-sum arithmetic processing can be provided. Further, by increasing the number of rows, the number of terms to be added in the product-sum operation can be increased.
- the differential current ⁇ I ⁇ when the number of rows is increased can be expressed by the following equation.
- the number of rows of memory cells AM is the number of neurons in the previous layer. In other words, the number of rows of the memory cells AM corresponds to the number of output signals of the neurons in the previous layer that are input to the next layer.
- the number of columns of the memory cells AM is the number of neurons in the next layer. In other words, the number of columns of the memory cells AM corresponds to the number of neuron output signals output from the next layer. That is, the number of rows and columns of the memory cell array of the product-sum operation circuit is determined by the number of neurons in the previous layer and the next layer, so the number of rows and columns of the memory cell array depends on the neural network to be configured. Can be determined.
- This embodiment mode can be combined with any of the other embodiment modes as appropriate.
- the cylindrical secondary battery 600 has a positive electrode cap (battery cover) 601 on the top surface and a battery can (outer can) 602 on the side surface and the bottom surface.
- the positive electrode cap 601 and the battery can (outer can) 602 are insulated by a gasket (insulating packing) 610.
- FIG. 12B is a diagram schematically illustrating a cross section of a cylindrical secondary battery.
- a battery element in which a strip-like positive electrode 604 and a negative electrode 606 are wound with a separator 605 interposed therebetween is provided.
- the battery element is wound around a center pin.
- the battery can 602 has one end closed and the other end open.
- a metal such as nickel, aluminum, titanium, or the like having corrosion resistance to the electrolytic solution, or an alloy thereof or an alloy of these with another metal (for example, stainless steel) can be used. .
- the secondary battery includes a positive electrode containing an active material such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), a negative electrode made of a carbon material such as graphite capable of occluding and releasing lithium ions, and ethylene. It is composed of a non-aqueous electrolyte solution in which an electrolyte composed of a lithium salt such as LiBF 4 or LiPF 6 is dissolved in an organic solvent such as carbonate or diethyl carbonate.
- an active material such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium iron phosphate (LiFePO 4 )
- LiFePO 4 lithium iron phosphate
- a positive electrode terminal (positive electrode current collecting lead) 603 is connected to the positive electrode 604, and a negative electrode terminal (negative electrode current collecting lead) 607 is connected to the negative electrode 606. Both the positive electrode terminal 603 and the negative electrode terminal 607 can use a metal material such as aluminum.
- the positive terminal 603 is resistance-welded to the safety valve mechanism 612, and the negative terminal 607 is resistance-welded to the bottom of the battery can 602.
- the safety valve mechanism 612 is electrically connected to the positive electrode cap 601 via a PTC element (Positive Temperature Coefficient) 611.
- the safety valve mechanism 612 disconnects the electrical connection between the positive electrode cap 601 and the positive electrode 604 when the increase in the internal pressure of the battery exceeds a predetermined threshold value.
- the PTC element 611 is a heat-sensitive resistance element that increases in resistance when the temperature rises, and prevents abnormal heat generation by limiting the amount of current by increasing the resistance.
- barium titanate (BaTiO 3 ) -based semiconductor ceramics or the like can be used.
- the module 615 may be configured by sandwiching a plurality of secondary batteries 600 between the conductive plate 613 and the conductive plate 614.
- the plurality of secondary batteries 600 may be connected in parallel, may be connected in series, or may be further connected in series after being connected in parallel.
- FIG. 12D is a top view of the module 615.
- the conductive plate 613 is indicated by a dotted line.
- the module 615 may include a conductive wire 616 that electrically connects the plurality of secondary batteries 600.
- a conductive plate 613 can be provided so as to overlap with the conductor 616.
- a temperature control device 617 may be provided between the plurality of secondary batteries 600. When the secondary battery 600 is heated excessively, it can be cooled by the temperature control device 617, and when the secondary battery 600 is too cold, it can be heated by the temperature control device 617. Therefore, the performance of the module 615 is less affected by the outside air temperature.
- FIG. 13 (A) and FIG. 13 (B) are external views of the battery pack.
- the battery pack includes a circuit board 900 and a secondary battery 913.
- the secondary battery 913 includes a terminal 951 and a terminal 952 and is covered with a label 910.
- the battery pack may have an antenna 914.
- the circuit board 900 is fixed with a seal 915.
- the circuit board 900 has a circuit 912.
- the terminal 911 is electrically connected to the terminal 951 and the terminal 952 included in the secondary battery 913 through the circuit board 900. Further, the terminal 911 is electrically connected to the antenna 914 and the circuit 912 through the circuit board 900. Note that a plurality of terminals 911 may be provided, and each of the plurality of terminals 911 may be a control signal input terminal, a power supply terminal, or the like.
- the circuit 912 has a function as a protection circuit that protects the secondary battery 913 from overcharge, overdischarge, and overcurrent, for example.
- the circuit 912 may be provided on the back surface of the circuit board 900.
- the antenna 914 is not limited to a coil shape, and may be a linear shape or a plate shape, for example.
- An antenna such as a planar antenna, an aperture antenna, a traveling wave antenna, an EH antenna, a magnetic field antenna, or a dielectric antenna may be used.
- the antenna 914 has a function of performing data communication with an external device, for example. As a communication method between the battery pack and other devices via the antenna 914, a response method that can be used between the battery pack and other devices such as NFC can be applied.
- the battery pack has a layer 916 between the antenna 914 and the secondary battery 913.
- the layer 916 has a function of blocking an electromagnetic field generated by the secondary battery 913, for example.
- a magnetic material can be used as the layer 916.
- the structure of the battery pack is not limited to FIG.
- each of a pair of opposing surfaces of the secondary battery 913 shown in FIGS. 13A and 13B is provided.
- An antenna may be provided.
- 14A-1 is an external view seen from one side direction of the pair of surfaces
- FIG. 14A-2 is an external view seen from the other side direction of the pair of surfaces. Note that the description of the battery pack illustrated in FIGS. 13A and 13B can be used as appropriate for the same portion as the battery pack illustrated in FIGS. 13A and 13B.
- an antenna 914 is provided on one of a pair of surfaces of the secondary battery 913 with a layer 916 interposed therebetween, and the secondary battery 913 is shown in FIG. 14A-2.
- An antenna 918 is provided on the other of the pair of surfaces with the layer 917 interposed therebetween.
- the layer 917 has a function of blocking an electromagnetic field generated by the secondary battery 913, for example.
- a magnetic material can be used as the layer 917.
- two antennas can be provided in the battery pack, and the size of both the antenna 914 and the antenna 918 can be increased.
- the antenna 918 can be an antenna having a shape applicable to the antenna 914. Further, the antenna 918 may be a flat conductor. The flat conductor can function as one of electric field coupling conductors. That is, the antenna 918 may function as one of the two conductors of the capacitor. Thereby, not only an electromagnetic field and a magnetic field but power can also be exchanged by an electric field.
- a display device 920 may be provided in the battery pack shown in FIGS. 13 (A) and 13 (B).
- the display device 920 is electrically connected to the terminal 911. Note that the description of the battery pack illustrated in FIGS. 13A and 13B can be used as appropriate for the same portion as the battery pack illustrated in FIGS. 13A and 13B.
- the display device 920 may display, for example, an image indicating whether charging is in progress or an image indicating the remaining capacity.
- the display device 920 for example, electronic paper, a liquid crystal display device, an electroluminescence (also referred to as EL) display device, or the like can be used.
- power consumption of the display device 920 can be reduced by using electronic paper.
- a sensor 921 may be provided in the secondary battery 913 shown in FIGS. 13A and 13B.
- the sensor 921 is electrically connected to the terminal 911 through the terminal 922 and the circuit board 900. Note that for the same portion as the secondary battery 913 illustrated in FIGS. 13A and 13B, the description of the secondary battery 913 illustrated in FIGS. 13A and 13B can be incorporated as appropriate.
- Examples of the sensor 921 include displacement, position, velocity, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substance, sound, time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, and flow rate. It has only to have a function capable of measuring humidity, gradient, vibration, odor, or infrared. By providing the sensor 921, for example, data (temperature or the like) indicating the environment where the secondary battery 913 is placed can be detected and stored in the memory in the circuit 912.
- a secondary battery 913 illustrated in FIG. 15A includes a wound body 950 in which a terminal 951 and a terminal 952 are provided inside a housing 930.
- the wound body 950 is impregnated with the electrolytic solution inside the housing 930.
- the terminal 952 is in contact with the housing 930, and the terminal 951 is not in contact with the housing 930 by using an insulating material or the like.
- the housing 930 is illustrated separately for convenience, but in actuality, the wound body 950 is covered with the housing 930, and the terminals 951 and 952 are included in the housing 930. Extends outside.
- a metal material eg, aluminum
- a resin material can be used as the housing 930.
- the housing 930 illustrated in FIG. 15A may be formed using a plurality of materials.
- a housing 930a and a housing 930b are attached to each other, and a winding body 950 is provided in a region surrounded by the housing 930a and the housing 930b. .
- an insulating material such as an organic resin can be used.
- a material such as an organic resin on the surface where the antenna is formed electric field shielding by the secondary battery 913 can be suppressed.
- an antenna such as the antenna 914 may be provided inside the housing 930a if the shielding of the electric field by the housing 930a is small.
- a metal material can be used as the housing 930b.
- the wound body 950 includes a negative electrode 931, a positive electrode 932, and a separator 933.
- the wound body 950 is a wound body in which the negative electrode 931 and the positive electrode 932 are stacked with the separator 933 interposed therebetween, and the laminated sheet is wound. Note that a plurality of stacked layers of the negative electrode 931, the positive electrode 932, and the separator 933 may be stacked.
- the negative electrode 931 is connected to a terminal 911 shown in FIG. 13 through one of a terminal 951 and a terminal 952.
- the positive electrode 932 is connected to the terminal 911 illustrated in FIG. 13 through the other of the terminal 951 and the terminal 952.
- the secondary battery 913 having excellent cycle characteristics can be obtained by performing optimal charging.
- a television device also referred to as a television or a television receiver
- a monitor for a computer for example, a television device (also referred to as a television or a television receiver), a monitor for a computer, a digital camera, a digital video camera, a digital Examples include a photo frame, a mobile phone (also referred to as a mobile phone or a mobile phone device), a portable game machine, a portable information terminal, a sound reproducing device, and a large game machine such as a pachinko machine.
- FIG. 17A and FIG. 17B show an example of a tablet terminal that can be folded in half.
- a tablet terminal 9600 illustrated in FIGS. 17A and 17B includes a housing 9630a, a housing 9630b, a movable portion 9640 that connects the housing 9630a and the housing 9630b, a display portion 9631, and a display mode switching switch 9626.
- FIG. 17A shows a state where the tablet terminal 9600 is opened
- FIG. 17B shows a state where the tablet terminal 9600 is closed.
- the tablet terminal 9600 includes a power storage unit 9635 inside the housing 9630a and the housing 9630b.
- the power storage unit 9635 is provided across the housing 9630a and the housing 9630b through the movable portion 9640.
- the display portion 9631 can partly be a touch panel area, and data can be input by touching the displayed operation keys. Further, a keyboard button can be displayed on the display portion 9631 by touching a position of the keyboard display switching button on the touch panel with a finger or a stylus.
- the display mode switch 9626 can switch the display direction such as vertical display or horizontal display, and can select monochrome display or color display.
- the power saving mode change-over switch 9625 can optimize the display luminance in accordance with the amount of external light in use detected by an optical sensor incorporated in the tablet terminal 9600.
- the tablet terminal may include not only an optical sensor but also other detection devices such as a gyroscope, an acceleration sensor, and other sensors that detect inclination.
- FIG. 17B shows a closed state
- the tablet terminal includes a charge / discharge control circuit 9634 including a housing 9630, a solar cell 9633, and a DCDC converter 9636.
- a charge / discharge control circuit 9634 including a housing 9630, a solar cell 9633, and a DCDC converter 9636.
- the power storage unit 9635 a microprocessor and a secondary battery which control charging according to one embodiment of the present invention are used.
- the housing 9630a and the housing 9630b can be folded so as to overlap when not in use. By folding, the display portion 9631 can be protected, so that durability of the tablet terminal 9600 can be improved.
- the power storage unit 9635 using the microprocessor that controls charging according to one embodiment of the present invention reduces deterioration of the power storage unit 9635 by reducing the time of a fully charged state, and can be used for a long time for a long time.
- a tablet-type terminal 9600 that can be provided can be provided.
- the tablet type terminal shown in FIGS. 17A and 17B has a function for displaying various information (still images, moving images, text images, etc.), a calendar, a date or a time.
- a function for displaying on the display unit, a touch input function for performing touch input operation or editing of information displayed on the display unit, a function for controlling processing by various software (programs), and the like can be provided.
- Power can be supplied to a touch panel, a display unit, a video signal processing unit, or the like by a solar cell 9633 mounted on the surface of the tablet terminal.
- the solar battery 9633 can be provided on one or both surfaces of the housing 9630 and the power storage unit 9635 can be charged efficiently.
- FIG. 17C illustrates the solar battery 9633, the power storage unit 9635, the DCDC converter 9636, the converter 9637, the switches SW1 to SW3, and the display portion 9631.
- the power storage unit 9635, the DCDC converter 9636, the converter 9637, and the switches SW1 to SW37 are illustrated.
- SW3 corresponds to the charge / discharge control circuit 9634 shown in FIG.
- the power generated by the solar battery is boosted or lowered by the DCDC converter 9636 so as to be a voltage for charging the power storage unit 9635.
- the switch SW1 is turned on, and the converter 9637 increases or decreases the voltage required for the display portion 9631.
- the power storage unit 9635 may be charged by turning off the switch SW1 and turning on the switch SW2.
- the solar battery 9633 is described as an example of the power generation unit, but is not particularly limited, and the power storage unit 9635 is charged by another power generation unit such as a piezoelectric element (piezo element) or a thermoelectric conversion element (Peltier element). It may be.
- a non-contact power transmission module that wirelessly (contactlessly) transmits and receives power for charging and other charging means may be combined.
- FIG. 18 shows an example of another electronic device.
- a display device 8000 is an example of an electronic device that controls charging of the secondary battery 8004 using a microprocessor.
- the display device 8000 corresponds to a display device for receiving TV broadcasts, and includes a housing 8001, a display portion 8002, a speaker portion 8003, a secondary battery 8004, and the like.
- the microprocessor and the secondary battery 8004 for controlling charging according to one embodiment of the present invention are provided in the housing 8001.
- the display device 8000 can receive power from a commercial power supply. Alternatively, the display device 8000 can use power stored in the secondary battery 8004.
- the display portion 8002 includes a liquid crystal display device, a light emitting device including a light emitting element such as an organic EL element, an electrophoretic display device, a DMD (Digital Micromirror Device), a PDP (Plasma Display Panel), and an FED (Field Emission Display).
- a semiconductor display device such as can be used.
- the voice input device 8005 uses a secondary battery controlled by a microprocessor that controls charging.
- the voice input device 8005 includes a speaker 8007, a microphone, and a plurality of sensors (an optical sensor, a temperature sensor, a humidity sensor, an atmospheric pressure sensor, an illuminance sensor, a motion sensor, and the like) in addition to a wireless communication element.
- sensors an optical sensor, a temperature sensor, a humidity sensor, an atmospheric pressure sensor, an illuminance sensor, a motion sensor, and the like
- other devices can be operated, for example, the power operation of the display device 8000, the light amount adjustment of the stationary illumination device 8100, and the like.
- the voice input device 8005 can operate peripheral devices by voice and can be used instead of a manual remote controller.
- the voice input device 8005 is provided on a base 8006 that rotates around an axis indicated by a dotted line, and rotates in a direction in which a user's utterance can be heard.
- the display portion 8008 is displayed or a touch input operation of the display portion 8008 can be performed.
- the voice input device 8005 can also function as a charging dock for a portable information terminal such as a smartphone.
- the voice input device 8005 can also be called a charge control device using a secondary battery controlled by a microprocessor that controls charging.
- the voice input device 8005 includes a first microprocessor that can perform a neural network operation performed by voice input and output, and a second microprocessor that controls charging.
- the portable information terminal and the voice input device 8005 can transmit and receive power by wire or wirelessly. Since the portable information terminal does not need to be carried indoors and wants to avoid the load and deterioration of the secondary battery while securing the necessary capacity, the secondary battery is managed and maintained by the voice input device 8005. It is desirable to be able to In addition, since the speaker 8007 and the microphone are included, a hands-free conversation can be performed even during charging.
- FIG. 18 shows an example in which the base 8006 is used.
- the voice input device 8005 may be provided with wheels or mechanical movement means and moved to a desired position. You may fix without providing. If the capacity of the secondary battery of the voice input device 8005 decreases, the voice input device 8005 may be moved by mechanical movement means and charged by wireless charging from a charging module connected to an external power source.
- the display device includes all information display devices such as a personal computer and an advertisement display in addition to a TV broadcast reception.
- a lighting device 8100 is an example of an electronic device using a secondary battery 8103 controlled by a microprocessor that controls charging.
- the lighting device 8100 includes a housing 8101, a light source 8102, a secondary battery 8103, and the like.
- FIG. 18 illustrates the case where the secondary battery 8103 is provided inside the ceiling 8104 where the housing 8101 and the light source 8102 are installed, but the secondary battery 8103 is provided inside the housing 8101. It may be done.
- the lighting device 8100 can receive power from a commercial power supply. Alternatively, the lighting device 8100 can use power stored in the secondary battery 8103.
- FIG. 18 illustrates an installation-type lighting device 8100 provided on the ceiling 8104.
- a secondary battery controlled by a microprocessor including APS
- a microprocessor including APS
- FIG. 18 illustrates an installation-type lighting device 8100 provided on the ceiling 8104.
- a secondary battery controlled by a microprocessor including APS
- a microprocessor including APS
- FIG. 18 illustrates an installation-type lighting device 8100 provided on the ceiling 8104.
- a secondary battery controlled by a microprocessor (including APS) that controls charging is other than the ceiling 8104, for example, a side wall. 8105, a floor 8106, a window 8107, or the like can be used for a stationary lighting device, or a desktop lighting device or the like.
- an artificial light source that artificially obtains light using electric power can be used.
- discharge lamps such as incandescent bulbs and fluorescent lamps, and light emitting elements such as LEDs and organic EL elements are examples of the artificial light source.
- an air conditioner having an indoor unit 8200 and an outdoor unit 8204 is an example of an electronic device using a secondary battery 8203 controlled by a microprocessor that controls charging.
- the indoor unit 8200 includes a housing 8201, an air outlet 8202, a secondary battery 8203, and the like.
- FIG. 18 illustrates the case where the secondary battery 8203 is provided in the indoor unit 8200, but the secondary battery 8203 may be provided in the outdoor unit 8204. Alternatively, the secondary battery 8203 may be provided in both the indoor unit 8200 and the outdoor unit 8204.
- the air conditioner can receive power from a commercial power supply. Alternatively, the air conditioner can use power stored in the secondary battery 8203.
- FIG. 18 illustrates a separate type air conditioner including an indoor unit and an outdoor unit.
- an integrated air conditioner having the functions of the indoor unit and the outdoor unit in one housing is illustrated.
- a microprocessor that controls charging can also be used.
- an electric refrigerator-freezer 8300 is an example of an electronic device using a secondary battery 8304 controlled by a microprocessor that controls charging.
- the electric refrigerator-freezer 8300 includes a housing 8301, a refrigerator door 8302, a refrigerator door 8303, a secondary battery 8304, and the like.
- the secondary battery 8304 is provided inside the housing 8301.
- the electric refrigerator-freezer 8300 can receive power from a commercial power supply. Alternatively, the electric refrigerator-freezer 8300 can use power stored in the secondary battery 8304.
- the power usage rate in a time zone when the electronic device is not used, particularly in a time zone where the ratio of the actually used power amount (referred to as the power usage rate) is low in the total power amount that can be supplied by the commercial power supply source.
- the secondary battery 8304 By storing electric power in the secondary battery, it is possible to suppress an increase in the power usage rate outside the above time period.
- the secondary battery 8304 In the daytime when the temperature rises and the refrigerator door 8302 and the freezer door 8303 are opened and closed, the secondary battery 8304 is used as an auxiliary power source, so that the daytime power usage rate can be kept low.
- secondary batteries controlled by a microprocessor that controls charging can be mounted on any electronic device. According to one embodiment of the present invention, the life of a secondary battery is improved. Therefore, by mounting the microprocessor that controls charging which is one embodiment of the present invention in the electronic device described in this embodiment, the electronic device can have a longer lifetime. This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.
- the embodiments described herein below include the use of special purpose computers or general purpose computers, including various computer hardware or software. Also, the embodiments described below in this specification can be implemented using a computer-readable recording medium.
- the recording medium may also include RAM, ROM, or optical disks, magnetic disks, or any other storage medium that can be accessed by a computer.
- algorithms, components, flows, programs, and the like shown as examples in the embodiments described below in this specification can be implemented in software or a combination of hardware and software.
- a next-generation clean energy vehicle such as a hybrid vehicle (HEV), an electric vehicle (EV), or a plug-in hybrid vehicle (PHEV) can be realized.
- HEV hybrid vehicle
- EV electric vehicle
- PHEV plug-in hybrid vehicle
- FIG. 19 illustrates a vehicle using a microprocessor that controls charging, which is one embodiment of the present invention.
- a car 8400 illustrated in FIG. 19A is an electric car that uses an electric motor as a power source for traveling. Or it is a hybrid vehicle which can select and use an electric motor and an engine suitably as a motive power source for driving
- the automobile 8400 has a battery pack 8402.
- the battery pack 8402 may use a large number of small cylindrical secondary batteries shown in FIG. 12 side by side with respect to the floor portion in the vehicle. Further, a battery pack in which a plurality of secondary batteries shown in FIG.
- the battery pack 8402 can not only drive the electric motor 8406 but also supply power to a light-emitting device such as a headlight 8401 or a room light (not shown).
- the ceiling portion of the automobile 8400 includes a photoelectric conversion element 8405, and the irradiated light can be photoelectrically converted and stored in the battery pack 8402.
- the battery pack 8402 can supply power to a display device such as a speedometer or a tachometer that the automobile 8400 has.
- the battery pack 8402 can supply power to a display device such as a navigation system included in the automobile 8400.
- a sensor 8403 may be provided instead of the side mirror, and an image obtained by the sensor 8403 may be projected and displayed on a part of the windshield 8404. Further, an image obtained by the sensor 8403 may be displayed on a display device in the vehicle.
- FIG. 19B An automobile 8500 shown in FIG. 19B can charge a secondary battery of the automobile 8500 by receiving power from an external charging facility by a plug-in method, a non-contact power supply method, or the like.
- FIG. 19B illustrates a state where the secondary battery 8024 mounted on the automobile 8500 is charged through the cable 8022 from the ground-installed charging device 8021.
- the charging method, connector standard, and the like may be appropriately performed by a predetermined method such as CHAdeMO (registered trademark) or a combo.
- the charging device 8021 may be a charging station provided in a commercial facility, or may be a household power source.
- the secondary battery 8024 mounted on the automobile 8500 can be charged by power supply from the outside by plug-in technology.
- Charging can be performed by converting AC power into DC power via a conversion device such as an ACDC converter included in the charging device 8021.
- a conversion device such as an ACDC converter included in the charging device 8021.
- charging can be performed even if an AC power supply is connected.
- the power receiving device can be mounted on the vehicle and charged by supplying power from the ground power transmitting device in a non-contact manner.
- charging can be performed not only when the vehicle is stopped but also during traveling by incorporating a power transmission device on a road or an outer wall.
- this non-contact power feeding method may be used to transmit and receive power between vehicles.
- a solar battery may be provided in the exterior part of the vehicle, and the secondary battery may be charged when the vehicle is stopped or traveling.
- An electromagnetic induction method or a magnetic field resonance method can be used for such non-contact power supply.
- FIG. 19C is an example of a two-wheeled vehicle using a secondary battery controlled by a microprocessor that controls charging.
- a scooter 8600 illustrated in FIG. 19C includes a secondary battery 8602, a side mirror 8601, and a direction indicator lamp 8603.
- the secondary battery 8602 can supply electricity to the direction indicator lamp 8603.
- the scooter 8600 shown in FIG. 19C can store the secondary battery 8602 in the under-seat storage 8604.
- the secondary battery 8602 can be stored in the under-seat storage 8604 even if the under-seat storage 8604 is small.
- the secondary battery 8602 can be removed.
- the secondary battery 8602 can be carried indoors, charged, and stored before traveling.
- FIG. 20A is an example of an electric bicycle using a battery pack having a plurality of secondary batteries controlled by a microprocessor that controls charging.
- An electric bicycle 8700 illustrated in FIG. 20A includes a battery pack 8702.
- the battery pack 8702 can supply electricity to a motor that assists the driver. Further, the battery pack 8702 can be carried, and FIG. 20B shows a state where the battery pack 8702 is detached from the electric bicycle.
- the battery pack 8702 includes a plurality of laminated secondary batteries 8701 so that the remaining capacity of the secondary battery can be displayed on the display portion 8703. Note that in the case where a plurality of secondary batteries are incorporated, the battery pack 8702 includes the charge control device and the protection circuit described in this embodiment.
- charging is performed by an optimum charging method by a microprocessor that controls charging, so that the lifetime of the mounted secondary battery can be extended.
- the secondary battery mounted in the vehicle can also be used as a power supply source other than the vehicle. In this case, for example, it is possible to avoid using a commercial power source at the peak of power demand. If it can be avoided to use a commercial power source at the peak of power demand, it can contribute to energy saving and reduction of carbon dioxide emissions.
- the life of the secondary battery can be extended and the secondary battery can be used for a long time, the amount of rare metals such as cobalt can be reduced.
- 600 secondary battery, 601: positive electrode cap, 602: battery can, 603: positive electrode terminal, 604: positive electrode, 605: separator, 606: negative electrode, 607: negative electrode terminal, 608: insulating plate, 609: insulating plate, 611: PTC element, 612: Safety valve mechanism, 613: Conductive plate, 614: Conductive plate, 615: Module, 616: Conductor, 617: Temperature control device, 650: Portable information terminal, 651: Housing, 652: Display unit, 660: Solar cell, 661: cable, 662: external power supply, 663: cable, 670: charge / discharge control circuit, 671: battery, 672: DCDC converter, 673: converter, 900: circuit board, 910: label, 911: terminal, 912 : Circuit, 913: Secondary battery, 914: Antenna, 915: Seal, 916: Layer, 917: Layer, 918: Ann Na, 920: display device, 921: sensor, 922: terminal, 930
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Abstract
要約書 機械学習を利用した充電制御装置を提供する。 安全性の高い充電制御システムを提供する。 劣化の小 さい充電制御システムを提供する。優れた特性を有する蓄電池を提供する。 充電終了時間をおおよそ算出する。 予測された充電終了時間とずれが生じた場合には、 その結果をフ ィードバックし、 学習していくことで次回以降には正確に充電終了の予測が可能となる。 即ち、 携帯 情報端末は、 人工知能を用いて充電計画を立て、 充電計画情報に基づき二次電池の充電を行う。 満充 電 (SOC100%) の保持時間が短くなるように充電計画を立てて充電を実行する。 さらに充電履 歴情報を携帯情報端末に蓄積し、次回の充電計画の作成に役立てる。
Description
本発明の一様態は、物、方法、又は、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、照明装置、電子機器、またはそれらの製造方法に関する。特に、充電制御装置、充電制御システム及び二次電池を有する電子機器に関する。
なお、本明細書中において、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子及び装置全般を指すものである。例えば、リチウムイオン二次電池などの蓄電池(二次電池ともいう)、リチウムイオンキャパシタ、ニッケル水素電池、全固体電池、及び電気二重層キャパシタなどを含む。
本発明の一態様は、ニューラルネットワーク、及びそれを用いた充電制御装置に関する。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。また、本発明の一態様は、車両に限定されず、構造体などに設置された太陽光発電パネルなどの発電設備から得られた電力を貯蔵するための蓄電装置の充電制御システムにも適用できる。
近年、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電池等、種々の蓄電装置の開発が盛んに行われている。特に高出力、高エネルギー密度であるリチウムイオン二次電池は、携帯電話、スマートフォン、タブレット、もしくはノート型コンピュータ等の携帯情報端末、携帯音楽プレーヤ、デジタルカメラ、医療機器、又は、ハイブリッド車(HEV)、電気自動車(EV)、もしくはプラグインハイブリッド車(PHEV)等の次世代クリーンエネルギー自動車など、半導体産業の発展と併せて急速にその需要が拡大し、充電可能なエネルギーの供給源として現代の情報化社会に不可欠なものとなっている。
携帯情報端末や電気自動車などにおいては、複数の二次電池を直列接続または並列接続して保護回路を設け、電池パック(組電池ともよぶ)として使用される。
電池パックに収納される複数の二次電池においては製造工程が同一であっても、それぞれ個体差があり、製造直後において電池特性を揃えたとしても、充放電を繰り返すことにより何らかの原因で劣化においても個体差が生じる。従って、複数の二次電池において充電時に端子電圧が均一に揃わないため、アンバランスが生じ、過充電になる二次電池や、満充電まで充電されない二次電池などが生じる。
結果として、電池パックの全体の容量が減少し、一部の二次電池の劣化が加速され、アンバランスが拡大すると、急速に寿命が短くなる場合がある。また、電池パックを搭載した電子機器の使用者による充電のタイミングや放電のタイミングによっても劣化の度合いは変化するため、製造時の二次電池を検査しても異常が発生しうる二次電池を選別することは困難である。特に、急速充電を行うと、大電流、高電圧での充電により二次電池内部の材料にストレスがかかる、或いは二次電池が短時間で満充電になり、結果として満充電状態の時間が長くなるため、二次電池の劣化も進行しやすいとされている。
特許文献1には、過充電の防止機能などを制御する酸化物半導体を用いたトランジスタとプロセッサを備えたバッテリーモジュールが開示されている。
リチウムイオン二次電池で代表される蓄電池を有する電子機器において、蓄電池の長寿命化を図ることを課題とする。また、新規の充電制御装置、新規の充電制御方法、新規のプログラム及び新規の充電制御システムを提供することを課題とする。
なお、これらの課題の記載は、他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ものとする。なお、明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本明細書で開示する構成は、二次電池を格納する電池部と、二次電池の予想充電時間と比較して外部電源との接続時間が長い場合、ニューラルネットワーク演算して充電の計画を決定し、充電の計画に基づいて満充電保持時間を短縮する充放電管理部と、充電保持部を有する充電部と、を具備し、ニューラルネットワーク演算のファクタに用いる少なくとも一つは、二次電池の残容量とする充電制御システムである。なお、ニューラルネットワークは機械学習の一種であり、深層学習とも呼ばれる。また、深層学習は人工知能とも呼ばれる。
電子機器に内蔵されている二次電池の電池情報(残容量、劣化情報など)と、使用者が電子機器を使用するスケジュール情報と、に基づいて、電子機器に内蔵されている人工知能(AI:Artificial Intelligence)が今後の劣化度合いを予想し、最適な充電方法(充電のタイミング、電圧値、電流値などの条件も含む)を選択し、実行する。人工知能とは、人間の脳が行っている知的な作業をコンピュータで模倣したソフトウェアやシステムであり、論理的な推論を行う、或いは経験から学習することのできるコンピュータプログラムである。
具体的には、得られる様々なデータを機械学習を用いて評価、及び学習し、予想される劣化度合いに応じた充電条件を決定する。例えば、製造直後に測定される学習用二次電池の充放電特性を機械学習を用いて評価、及び学習し、対象となる二次電池の劣化度合いを予想する。そして、残容量を考慮して二次電池の予想充電時間が算出できる。
また、満充電保持時間を短くすることで二次電池の劣化を低減することができる。図5に満充電保持時間を1分、10分、30分とした二次電池セルのサイクル特性を示す。図5からは、満充電保持時間が短いほうがサイクル特性が良好であることがわかる。従って、満充電保持時間が短くなるような充電制御システムとする。例えば、深夜においては残容量が満充電の7割程度で充電を停止し、早朝に使用者が電子機器を携帯して外出する直前に初めて満充電状態とするように充電を制御する方法とする。
携帯情報端末においては、小型の二次電池を用いているため、容量が小さく、充電の頻度が高くなっている。従来の充電器による充電は、充電が終了すると残容量が満充電状態となり、充電器から携帯情報端末を外さなければ1日のうち、使用者が携帯情報端末を携帯して外出するまで長い間保持されるため、二次電池の劣化が極端に生じる恐れがある。
使用者が携帯情報端末のメモリに書き込んだスケジュール情報、充電終了希望時間などのファクタに基づき、人工知能に提案された充電方法を選択し、実行する。二次電池の充電は有線であっても無線であってもよい。有線充電の場合にはケーブルの種類によって充電条件(最大電圧値や最大電流値)に制限がある。ケーブルには充電条件のためのICチップが搭載されているため、そのICチップを読み取り、人工知能にケーブルを用いた場合の充電条件の制限を学習させる。無線充電の場合には無線信号を停止することで給電の停止が可能、または無線信号の送信再開によって給電の再開が可能である。また、無線充電の場合にはアンテナの種類によって充電条件(最大電圧値や最大電流値)に制限がある。
充電方法は、いくつかのファクタ(スケジュール、気温、残容量など)に基づき、機械学習によって充電条件の候補が挙げられ、使用者が適宜決定する。または、使用者に頼らず、マイクロプロセッサが自動で最適な充電条件を決定し、実行するように設定してもよい。マイクロプロセッサとメモリと周辺チップでマイクロコントローラを構成することができる。マイクロプロセッサにアルゴリズムを実装する。アルゴリズムとしては、人工ニューラルネットワーク(単にニューラルネットワークとも呼ぶ)、ベイジアンネットワーク、隠れマルコフモデル、ベイズ分類器、決定木、サポートベクトルマシンなどを用いることができる。また、ニューラルネットワークは、Python(登録商標)やMatlab(登録商標)に実装されているツールを用いればよい。
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。
ニューラルネットワーク演算は、マイクロプロセッサを用いて膨大な数の演算によって実行される。これらの演算処理をデジタル回路で行う場合、必要となるトランジスタ数が膨大になる場合がある。そのため、上述の演算はアナログ積和演算回路(以下、APS(Analog Product‐Sum circuit)と呼ぶ)で行うことが好ましい。また、APSはアナログメモリを有することが好ましい。学習で得られた重み係数を上記アナログメモリに格納することで、APSは、アナログデータのまま積和演算を実行することができる。その結果、APSは少ないトランジスタで効率的にニューラルネットワークを構築することができる。
なお、本明細書においてアナログメモリはアナログデータを格納することが可能な記憶装置のことを指す。また、本明細書においてアナログデータとは、3ビット(8値)以上の分解能を有するデータのことを指す。多値データのことをアナログデータと呼ぶ場合もある。
上記アナログメモリとして、多値のフラッシュメモリ、ReRAM(Resistive Random Access Memory)、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)またはOSトランジスタを用いたメモリ(以下、OSメモリ)を用いることができる。
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。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。
また、本明細書等において、金属酸化物(metal oxide)とは、広い表現での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体(透明酸化物導電体を含む)、酸化物半導体(Oxide Semiconductorまたは単にOSともいう)などに分類される。例えば、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、金属酸化物が増幅作用、整流作用、及びスイッチング作用の少なくとも1つを有する場合、当該金属酸化物を、金属酸化物半導体(metal oxide semiconductor)、略してOSと呼ぶことができる。
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。
また、上記構成において、充電部は外部電源と有線で接続される、または充電部はアンテナを有し、無線で外部電源と充放電を行う。
また、上記構成において、電池部は、車両に搭載されていてもよいし、携帯情報端末に搭載されていてもよい。また、車両に搭載する場合には複数の二次電池を用いるため、1つ1つに個別に上記充電制御システムを設けてもよい。また、複数の二次電池を1グループとして1つ上記充電制御システムを設け、複数のグループを車両に搭載してもよい。
また、ニューラルネットワーク演算を行う回路(マイクロプロセッサ)は、車両に搭載されていてもよいし、携帯情報端末に搭載されていてもよい。また、ニューラルネットワーク演算では、コンピュータと通信を行い、コンピュータに蓄積されているデータを用いてもよい。コンピュータと通信を行い、コンピュータに蓄積されているデータを用いてニューラルネットワーク演算を行う場合には膨大な量のデータを用いてニューラルネットワーク演算を行うことができる。
また、上記構成において、充放電管理部は、携帯情報端末に搭載されていてもよいし、給電装置に搭載されていてもよい。給電装置は、コンピュータと通信を行う機能や、ニューラルネットワーク演算を行う回路(マイクロプロセッサ)を有する。
また、充電制御装置も本発明の一つであり、充電制御装置は、給電装置と、給電装置と電気的に接続された充放電制御回路と、少なくともニューラルネットワーク演算を行うことのできるマイクロプロセッサと、給電装置からの発信を指示、或いは停止する通信手段と、を有する。
上記構成において、給電装置は、第1のアンテナを有し、通信手段は、第1のアンテナと重なる第2のアンテナへ給電装置からの発信を指示、或いは停止し、第2のアンテナは二次電池と電気的に接続している。
上記構成において、給電装置は、マイクロプロセッサと電気的に接続する記憶部を有する。記憶部は学習用のデータや、プログラムや、充電履歴などを保存することができる。
本発明の一態様により、機械学習を利用した新規の充電制御装置を提供する。または、本発明の一態様により、安全性の高い充電制御システムを提供する。または、本発明の一態様により、劣化の小さい充電制御システムを提供する。
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態およ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。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
(実施の形態1)
図1(A)に示すように携帯情報端末650はケーブル661を介して外部電源662に接続される。ケーブル661はUSBケーブルなどに相当し、携帯情報端末650と取り外しが可能である。また、図1(A)に示す外部電源ではなく、パーソナルコンピュータと接続するケーブルと接続されてもよい。また、図3(A)に示すように非接触型の充電方式を用いてもよい。
図1(A)に示すように携帯情報端末650はケーブル661を介して外部電源662に接続される。ケーブル661はUSBケーブルなどに相当し、携帯情報端末650と取り外しが可能である。また、図1(A)に示す外部電源ではなく、パーソナルコンピュータと接続するケーブルと接続されてもよい。また、図3(A)に示すように非接触型の充電方式を用いてもよい。
図1(A)に示す携帯情報端末650は、筐体651、表示部652、電源スイッチ、光センサ、カメラ用レンズ、スピーカ、マイクロフォンおよび電源を有する。
表示部652はタッチパネルであり、文字入力を行うためのキーボードボタンは必要に応じて表示させることでき、当該キーボードボタンに指やスタイラスなどでふれることにより文字入力を行うことができる。また、当該キーボードボタンを表示させず、指やスタイラスなどを用いて表示部652に直接文字や図をかくことで表示部652にその文字や図を表示させることができる。
また、表示部652には携帯情報端末650で行うことができる機能が表示されており、所望の機能を示すマーカーを指やスタイラスでふれることにより、携帯情報端末650は当該機能を実行する。例えば、マーカーにふれることで電話としての機能を行うことができるようになり、スピーカおよびマイクロフォンを用いて通話することができる。
携帯情報端末650はジャイロ、加速度センサなど傾きを検出する検出装置(図示せず)を内蔵している。そのため、筐体651を縦または横にすることで、表示部652において縦表示または横表示などの表示方向を切り替えることができる。
また、携帯情報端末650には光センサが設けられており、携帯情報端末650は、光センサで検出される外光の光量に応じて表示部652の輝度を最適に制御することができる。
携帯情報端末650には電源が設けられており、電源は太陽電池660、充放電制御回路670を有する。なお、図1(B)では充放電制御回路670の一例としてバッテリー671、DCDCコンバータ672、コンバータ673、スイッチSW1乃至SW3を有する構成について示しており、バッテリー671は、リチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池に限定されず、二次電池の正極材料として例えば、元素A、元素X、及び酸素を有する材料を用いることができる。元素Aは第1族の元素および第2族の元素から選ばれる一以上であることが好ましい。第1族の元素として例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属を用いることができる。また、第2族の元素として例えば、カルシウム、ベリリウム、マグネシウム等を用いることができる。元素Xとして例えば金属元素、シリコン及びリンから選ばれる一以上を用いることができる。また、元素Xはコバルト、ニッケル、マンガン、鉄、及びバナジウムから選ばれる一以上であることが好ましい。代表的には、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)や、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)が挙げられる。
また、携帯情報端末650は、この他に、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示する機能、カレンダー、日付または時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作または編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、等を有することができる。
携帯情報端末650がケーブル661を介して外部電源662に接続されると、所定の時間経過後に外部電源662を主電源とするモードに切り替わる。携帯情報端末650がオン状態であってもオフ状態であっても、このモード切り替わりがなされる。なお、ケーブル661は、データ情報の伝送または電力供給できるUSB(Universal Serial Bus)ケーブル、マイクロUSBなどを指している。
本実施の形態においては、リチウムイオン二次電池を用い、満充電保持時間を短くするために充電計画を立てて充電を行うことを特徴の一つとしている。
容量の大きいリチウムイオン二次電池の充電には、多くの時間を要する。また、3つのフェーズで順次に充電、例えばSOC(State Of Charge)30%でプリチャージフェーズから定電流(CC)充電フェーズへ、SOC80%で定電流充電フェーズから定電圧(CV)充電フェーズに移行する場合、充電終了までの時間(充電終了時間と充電開始時間の差分)を予測することは困難である。時間を短縮するために急速充電することもできるが、その一方で満充電保持時間が長くなる。また、急速充電するために充電電圧を高くすると、リチウムイオン二次電池の劣化、ダメージが生じる恐れもある。従来では、使用者は夜に携帯情報端末をケーブルを介して外部電源に接続して充電させ、朝までケーブルを繋げたままの生活サイクルを続けることでリチウムイオン二次電池の寿命を短縮させている。
本実施の形態では、満充電(SOC100%)になる前、具体的にはSOC50%以上80%未満で充電を停止した後、出発時間に満充電(SOC100%)となる充電を再開する充電制御システムとする。
まず、携帯情報端末をケーブルを介して外部電源に接続するとCPU及び充電制御用ICを起動させ、二次電池の状態を分析する。二次電池の残容量によって、実行されるフェーズが変わる。二次電池の残容量がほとんどなければ、プリチャージフェーズから充電が開始されるが、二次電池の残容量が多ければ、定電圧充電フェーズのみが実行される。二次電池の残容量はSOCで示す場合がある。SOCは充電率とも呼ばれ、二次電池の充電可能容量に対する残容量の割合で定義する。また、二次電池は使用に伴う劣化で充放電可能容量が低下していくため、健全性(State Of Health(SOH))として、電池の使用初期の充電可能容量(=100%)に対する、時間進行後に劣化した際の充電可能容量の割合で定義される。よって残容量は、SOC(%)にSOH(%)/100を乗じて示すと、より正確な表現であるが、より平易に説明するため、SOCと表記する。満充電状態は、SOC100%と呼ぶことができる。SOC100%の状態の時間が長ければ、二次電池に使用している電解液の分解などが生じ、劣化を促進してしまう。従って、SOC100%の状態の時間を短縮することが二次電池の長寿命化に繋がる。
次いで、メモリなどの記憶部に蓄積された過去の充電履歴情報を基に人工知能を用いて、充電終了時間をおおよそ算出する。予測された充電終了時間とずれが生じた場合には、その結果を学習していくことで次回以降には正確に充電終了の予測が可能となる。即ち、携帯情報端末は、人工知能を用いて充電計画を立て、充電計画情報に基づき二次電池の充電を行う。
外部電源と電気的に接続が開始されてから1回の充電を満充電まで行うのではなく、1回の充電の間に保持時間(即ち、充電停止期間)を設け、計画的に充電を行うために携帯情報端末は、タイマ機能、電波時計を有する、或いは、ネットワークを用いた時間情報などを取得する通信手段、周辺の電子機器(電波時計含む)からの時間情報を取得する通信手段などを有することが好ましい。これらの時間情報に基づき、満充電(SOC100%)の保持時間が短くなるように充電計画を立てて充電を実行する。さらに充電の履歴情報を携帯情報端末に搭載されたメモリに蓄積し、次回の充電計画の作成に役立てる。
ここで、本実施の形態における充電制御システムの充電動作について、図面を用いて説明する。図2は、動作を示すフローチャートである。なお、ここでは、ニューラルネットワーク演算を行うことのできるマイクロプロセッサを携帯情報端末に搭載している例を示す。携帯情報端末に内蔵されているマイクロプロセッサは、アナログ積和演算回路を有する。アナログ積和演算回路の詳細は後の実施の形態に示す。
まず、充電用のケーブルを用いて外部電源と携帯情報端末とを電気的に接続し、二次電池の残容量(SOC)などの情報をマイクロプロセッサが自動的に取得する(S1)。二次電池の残容量を算出する方法として、電圧法による検出方法や、積算法による検出方法などがある。物理的モデルに基づくSOCの検出は電流、電圧、内部温度、無負荷電圧、外部温度、インピーダンスなどといったような変数に依拠するモデルが関与する。SOCを検出する方法は、クーロメトリである。
次いで、日時情報取得およびケーブル接続可能時間Tの入力を行う(S2)。日時情報取得は、携帯情報端末に内蔵されている時計または電波時計などから行う。ケーブル接続可能時間Tは、携帯情報端末に使用者が入力したスケジュールなどから自動算出してもよいし、自宅で充電する場合、使用者が自宅を出発する時間を入力してもよい。ケーブル接続可能時間Tは、言い換えるとケーブル接続開始から外部電源との電気接続を切断するまでの期間である。
次に、過去の充電履歴がメモリなどに蓄積されていれば、マイクロプロセッサが過去の充電履歴を参照(S3)し、ニューラルネットワーク演算を行い、充電終了時間Te(予想充電時間から算出できる時間)を算出する(S4)。ニューラルネットワーク演算のファクタとしては残容量(SOC)、劣化度合い、充電回数などを用いる。
算出された充電終了時間Teがケーブル接続可能時間Tよりも長い場合には、通常の充電を行い、満充電に達する前に終了となる。或いは、使用者が限られた時間以内にSOCを高めたい場合には急速充電を行う。急速充電の方法としては、ステップ制御充電方式、−ΔV制御充電方式、dT/dT制御充電方式などがある。
算出された充電終了時間Teがケーブル接続可能時間Tよりも短い場合には、マイクロプロセッサが充電計画を作成する(S5)。マイクロプロセッサが使用者の日々の使用する容量の履歴、曜日ごとの使用容量を集計する。または使用者のメール、ブログコメントによる情報から読み取ることのできるスケジュールなどの情報も取り入れ、自宅を出発する時間、通勤通学で使用する電車の乗車時間、GPSでの位置情報、使用者の所有している非接触型ICカードの使用履歴などをファクタの一つとして充電計画を作成する。また、使用中アプリ、ダウンロード予定、家族のイベント、ゲームのイベント等から電力使用量が増える可能性も考慮にいれて充電計画を自動的に作成してもよい。また、電池の劣化曲線の情報なども考慮にいれて充電計画を作成し、最適なSOCにすることもできる。
例えば、SOC50%まで充電した後、期間を開けて、ケーブル取り外し時間になる直前にSOC100%になるよう再充電を行う充電計画とする。この充電計画が完成した段階で自動的に実行してもよいが、使用者に連絡して承諾を得るプロセスを介してもよい。また、マイクロプロセッサが複数の充電計画を作成し、それらの充電計画を使用者に提案し、使用者がその中から選んでもよい。
次いで、マイクロプロセッサが充電計画に合わせて充電開始した後、充電保持部により充電を一時停止する(S6)。一時停止させた段階では満充電状態にはなっていない。一時停止する期間及びタイミングは、マイクロプロセッサが決定する。
次いで、満充電とする時間に合わせて、充電を再開する(S7)。そして満充電(SOC100%)になった段階で充電を再び停止することで満充電を終了する(S8)。また、マイクロプロセッサは、実際に満充電(SOC100%)になった充電終了時間Teが、前のステップ(S4)で算出された充電終了時間Teと一致しているかの確認として、誤差の有無を判断し、過去の充電履歴として新たに追加で充電履歴を保存する。次回、充電するときには、フィードバックがかけられるため、さらに精度の高い充電終了時間Teを算出することができるようになる。このようにして満充電(SOC100%)の保持時間を短縮することができる。なお、実際のデバイスにおいては、設計者がSOCの使用許可範囲を決定しており、例えばSOC20%以上80%以下とし、SOC20%未満となった場合には二次電池からの電力供給を遮断し、80%以上となった場合には充電停止するデバイス仕様とする場合がある。このようなデバイスにおいては、SOC80%の状態が満充電と言える。
なお、本実施の形態では、フローチャートに示す順序に限定されないことは言うまでもなく、例えばステップ1(S1)、ステップ2(S2)は順序が逆になってもよいし、同時に行ってもよい。また、ステップ3(S3)がステップ1(S1)よりも先に行われてもよい。
また、二次電池には保護回路を設けてもよい。保護回路は、過充電保護機能、過放電保護機能、過電流保護機能を有する。保護回路は、マイクロプロセッサを用いて制御することが好ましい。
また、本実施の形態では、携帯情報端末に一つの二次電池を有する例を示したが、特に限定されず、車両に複数の二次電池を有する場合にも、適用することができる。
また、外部電源としてケーブル及びコンセントプラグを介して電源と接続する例を示しているが、特に限定されず、外部電源に代えて他の方式を用いた蓄電池(一次バッテリー含む)や、モバイルバッテリーなどの補助バッテリーを用いても本実施の形態を適用することができる。
(実施の形態2)
実施の形態1では、充電の際に有線、即ち充電用のケーブルを介して外部電源に携帯情報端末を接続する例を示したが、本実施の形態では電子機器の一種である給電装置1300を用いて無線充電を行う例を示す。図3(B)は、携帯情報端末の断面図である。例えば電磁誘導式の場合、図3(B)に示すように、携帯情報端末1100に設けられたアンテナ1311と、給電装置1300に設けられたアンテナ1312とを電磁結合させて電力伝送トランスを形成することにより、携帯情報端末1100に電力を供給できる。アンテナ1312はケーブル663を介して外部電源662と電気的に接続されている。なお、ケーブル663は、給電装置1300と取り外しが可能である。
実施の形態1では、充電の際に有線、即ち充電用のケーブルを介して外部電源に携帯情報端末を接続する例を示したが、本実施の形態では電子機器の一種である給電装置1300を用いて無線充電を行う例を示す。図3(B)は、携帯情報端末の断面図である。例えば電磁誘導式の場合、図3(B)に示すように、携帯情報端末1100に設けられたアンテナ1311と、給電装置1300に設けられたアンテナ1312とを電磁結合させて電力伝送トランスを形成することにより、携帯情報端末1100に電力を供給できる。アンテナ1312はケーブル663を介して外部電源662と電気的に接続されている。なお、ケーブル663は、給電装置1300と取り外しが可能である。
なお、図3(A)及び図3(B)では、電子機器の一種である給電装置1300に携帯情報端末1100を重畳させた例を示しているが、携帯情報端末1100から電池パックを取り外しできる場合、携帯情報端末1100から電池パックを取り外して電池パックのアンテナを給電装置1300に重畳させてもよい。
なお、給電装置1300の構成は、特に限定されない。例えば、携帯情報端末1100の位置を検出し、アンテナ1312を移動させて携帯情報端末1100に重畳させることにより充電を行うムービングコイル式、又はアンテナ1312を複数設けて携帯情報端末1100に重畳するアンテナ1312により充電を行う多コイル方式などを適用してもよい。また、電子機器の一種である給電装置1300にニューラルネットワーク演算を行うことのできるマイクロプロセッサを搭載してもよく、その場合、給電装置1300は、充電制御装置とも呼ぶことができる。この場合、充電制御装置は、給電装置と、該給電装置と電気的に接続された充放電制御回路と少なくともニューラルネットワーク演算を行うことのできるマイクロプロセッサと、給電装置からの発信を停止する通信手段と、を有する。マイクロプロセッサはデジタル回路またはアナログ回路で構成する。本実施の形態では、シリコンを用いたデジタル回路を搭載したマイクロコントローラを用いてニューラルネットワーク演算を行う。
給電装置1300により充電できる電気機器は、上記に限定されない。例えば電気自動車においても応用できる。電気自動車は、給電施設に電気的に接続して充電する場合と、ブレーキなどを利用する回生エネルギーを電力に変換した後に充電する場合があり、一方または両方に応用できる。
ここで、本実施の形態における充電制御システムの充電動作について、図面を用いて説明する。図4は、動作を示すフローチャートである。
まず、使用者は、外部電源に充電用のケーブルを介して接続された給電装置のアンテナと重なる位置に携帯情報端末を設置する。
次いで、携帯情報端末に内蔵されているマイクロプロセッサは、給電装置から発信される無線信号の種類及び強度の検出をする(S1)。
なお、携帯情報端末に内蔵されているマイクロプロセッサは、アナログ積和演算回路を有する。アナログ積和演算回路の詳細は後の実施の形態に示す。
次いで、二次電池の残容量(SOC)などの情報をマイクロプロセッサが自動的に取得する(S2)。
次いで、日時情報取得およびケーブル接続可能時間Tの入力を行う(S3)。
次に、過去の充電履歴がメモリなどに蓄積されていれば、マイクロプロセッサが過去の充電履歴を参照(S4)し、ニューラルネットワーク演算を行い、充電終了時間Teを算出する(S5)。ニューラルネットワーク演算のファクタとしては残容量(SOC)、劣化度合い、充電回数などを用いる。
算出された充電終了時間Teがケーブル接続可能時間Tよりも長い場合には、通常の充電を行い、満充電に達する前に終了となる。或いは、使用者が限られた時間以内にSOCを高めたい場合には急速充電を行う。急速充電の方法としては、ステップ制御充電方式、−ΔV制御充電方式、dT/dT制御充電方式などがある。
算出された充電終了時間Teがケーブル接続可能時間Tよりも短い場合には、マイクロプロセッサが充電計画を作成する(S6)。
例えば、SOC50%まで充電した後、期間を開けて、携帯情報端末を給電装置から離す直前にSOC100%になるよう再充電を行う充電計画とする。この充電計画が完成した段階で自動的に実行してもよいが、使用者に連絡して承諾を得るプロセスを介してもよい。また、マイクロプロセッサが複数の充電計画を作成し、それらの充電計画を使用者に提案し、使用者がその中から選んでもよい。
無線による充電の場合、アンテナの重なり具合や、信号の強度などを調節することで急速充電を行うこともできる。また、アンテナを複数用いて、使用するアンテナの数を調節することでも充電を制御することもできる。
次いで、マイクロプロセッサが充電計画に合わせて充電開始した後、充電保持部により充電を停止する(S7)。充電保持部は、給電装置からの発信を停止する通信手段を有する。
次いで、満充電とする時間に合わせて、充電を再開する(S8)。そして満充電(SOC100%)になった段階で充電保持部は、充電を再び停止することで満充電終了する(S9)。充電保持部は、給電装置への通信を行い(S10)、無線信号の発信を停止させる。また、マイクロプロセッサは、実際に満充電(SOC100%)になった充電終了時間Teが、前のステップ(S5)で算出された充電終了時間Teと一致しているかの確認として、誤差の有無を判断し、過去の充電履歴として新たに追加で充電履歴を保存する。次回、充電するときには、さらに精度の高い充電終了時間Teを算出することができるようになる。このようにして満充電(SOC100%)の保持時間を短縮することができる。
また、本実施の形態では、停止する期間をまとめてとる例を示したが、無線信号を間欠的に送信して短時間の停止を充電期間中に複数行うことで満充電の終了時間を意図的に遅くして、長時間の停止をすることなく満充電の保持時間を短くすることもできる。
なお、本実施の形態では、フローチャートに示す順序に限定されないことは言うまでもなく、例えばステップ1(S1)、ステップ2(S2)は順序が逆になってもよいし、ステップ1(S1)、ステップ2(S2)、ステップ3(S3)を同時に行ってもよい。また、ステップ4(S4)がステップ1(S1)よりも先に行われてもよい。
また、本実施の形態では、携帯情報端末に一つの二次電池を有する例を示したが、特に限定されず、車両に複数の二次電池を有する場合にも、適用することができる。
また、外部電源としてケーブル及びコンセントを介して電源と接続する例を示しているが、特に限定されず、外部電源に代えて他の方式を用いた蓄電池(一次バッテリー含む)や、補助用二次バッテリーを用いても本実施の形態を適用することができる。給電装置1300が補助用二次バッテリーを有している場合、持ち運びができ、いつでも、携帯情報端末に充電することもでき、モバイルバッテリーとも呼べる。また、給電装置1300と携帯情報端末とを近接させて持ち運べば、常時、満充電状態を制御することができるため、給電装置1300は携帯情報端末の充電制御装置とも呼べる。
また、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態は、ニューラルネットワークNNの構成の一例、及びニューラルネットワークに適用可能なアナログ積和演算回路の具体例について説明を行う。
本実施の形態は、ニューラルネットワークNNの構成の一例、及びニューラルネットワークに適用可能なアナログ積和演算回路の具体例について説明を行う。
図6には、本発明の一態様のニューラルネットワークの一例を示す。図6に示すニューラルネットワークNNは、入力層IL、出力層OL、及び隠れ層(中間層)HLを有する。ニューラルネットワークNNは、隠れ層HLを複数有するニューラルネットワーク、すなわち、ディープニューラルネットワークによって構成することができる。なお、ディープニューラルネットワークにおける学習を、ディープラーニングと呼ぶことがある。出力層OL、入力層IL、隠れ層HLはそれぞれ複数のニューロン回路を有し、異なる層に設けられたニューロン回路同士は、シナプス回路を介して接続されている。
ニューラルネットワークNNには、蓄電池の動作を解析する機能が、学習によって付加されている。そして、ニューラルネットワークNNに測定された蓄電池のパラメータが入力されると、各層において演算処理が行われる。各層における演算処理は、前層が有するニューロン回路の出力データと重み係数との積和演算などにより実行される。なお、層と層との結合は、全てのニューロン回路同士が結合する全結合としてもよいし、一部のニューロン回路同士が結合する部分結合としてもよい。
例えば、隣接層間において、特定のニューロン回路のみが結合を持ち、畳み込み層とプーリング層を有する、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)を用いてもよい。
畳み込みが施されたデータは、活性化関数によって変換された後、プーリング層に出力される。活性化関数としては、ReLU(Rectified Linear Unit)等を用いることができる。ReLUは、入力値が負である場合は“0”を出力し、入力値が“0”以上である場合は入力値をそのまま出力する関数である。また、活性化関数として、シグモイド関数、tanh関数等を用いることもできる。
CNNは、上記の畳み込み処理およびプーリング処理により特徴抽出を行う。なお、CNNは、複数の畳み込み層および複数のプーリング層によって構成することができる。
畳み込み層とプーリング層を例えば交互に数層ずつ配置された後には、全結合層が配置されることが好ましい。
図7(A)に示すニューラルネットワークNNの構成例は、再帰型ニューラルネットワーク(recurrent neural network:RNN)と呼ばれる場合がある。図7(A)に示すニューラルネットワークは、隠れ層HLが帰還路を有することにより、隠れ層HLの出力が自分自身に入力される(帰還する)。RNNを用いることにより、時系列のデータを解析し、データの予測を行うことができる。例えば、本発明の一態様のニューラルネットワークにおいて、充電終了時間を推測できる場合がある。
図7(B)は、時間T=T(x)におけるRNNを簡略化して表した図である。入力層ILから隠れ層HLへの重み係数をWin、隠れ層HLから出力層OLへの重み係数をWout、隠れ層HLからの帰還の重み係数をWrと表す。
RNNは、図7(C)に示すように、時間展開することにより、時間毎(図7では時間T(1)乃至T(x))に異なる層(入力層IL(1)乃至入力層IL(x)、隠れ層HL(1)乃至隠れ層HL(x)、及び出力層OL(1)乃至出力層OL(x))とみなすことができる。RNNを時間展開することにより、図7(C)に示すような、帰還路のない、順伝播型ネットワークとみなすことができる。
なお、ニューラルネットワークとして、Long Short‐Term Memory(LSTM:長・短期記憶)と呼ばれる構成を用いることができる。LSTMは、RNNにおいて隠れ層がメモリセルを有することにより状態を記憶し、より長い時間について解析、例えば推測などを行うことができる。
学習機能を有するニューラルネットワークNNの構成例について説明する。ニューラルネットワークNNの構成例を、図8に示す。ニューラルネットワークNNは、ニューロン回路NCと、ニューロン回路間に設けられたシナプス回路SCによって構成されている。
図8(A)に、ニューラルネットワークNNを構成するニューロン回路NCとシナプス回路SCの構成例を示す。シナプス回路SCには、入力データx1乃至xL(Lは自然数)が入力される。また、シナプス回路SCは、重み係数wk(kは1以上L以下の整数)を記憶する機能を有する。重み係数wkは、ニューロン回路NC間の結合の強さに対応する。
シナプス回路SCに入力データx1乃至xLが入力されると、ニューロン回路NCには、シナプス回路SCに入力された入力データxkと、シナプス回路SCに記憶された重み係数wkとの積(xkwk)を、k=1乃至Lについて足し合わせた値(x1w1+x2w2+…+xLwL)、すなわち、xkとwkを用いた積和演算によって得られた値が供給される。この値がニューロン回路NCの閾値θを超えた場合、ニューロン回路NCはハイレベルの信号yを出力する。この現象を、ニューロン回路NCの発火と呼ぶ。
ニューロン回路NCとシナプス回路SCを用いて、階層型パーセプトロンを構成するニューラルネットワークNNのモデルを、図8(B)に示す。ニューラルネットワークNNは、入力層IL、隠れ層(中間層)HL、出力層OLを有する。
入力層ILから、入力データx1乃至xLが出力される。隠れ層HLは、隠れシナプス回路HS、隠れニューロン回路HNを有する。出力層OLは、出力シナプス回路OS、出力ニューロン回路ONを有する。
隠れニューロン回路HNには、入力データxkと、隠れシナプス回路HSに保持された重み係数wkと、を用いた積和演算によって得られた値が供給される。そして、出力ニューロン回路ONには、隠れニューロン回路HNの出力と、出力シナプス回路OSに保持された重み係数wkを用いた積和演算によって得られた値が供給される。そして、出力ニューロン回路ONから、出力データy1乃至yLが出力される。
このように、所定の入力データが与えられたニューラルネットワークNNは、シナプス回路SCに保持された重み係数と、ニューロン回路の閾値θ(θH、θO))に応じた値を、出力データとして出力する機能を有する。
また、ニューラルネットワークNNは、教師データの入力によって教師あり学習を行うことができる。図8(C)に、誤差逆伝播法を利用して教師あり学習を行うニューラルネットワークNNのモデルを示す。
誤差逆伝播法は、ニューラルネットワークの出力データと教師信号の誤差が小さくなるように、シナプス回路の重み係数wkを変更する方式である。具体的には、出力データy1乃至yLと教師データt1乃至tLに基づいて決定される誤差δOに応じて、隠れシナプス回路HSの重み係数wkが変更される。また、隠れシナプス回路HSの重み係数wkの変更量に応じて、さらに前段のシナプス回路SCの重み係数wkが変更される。このように、教師データt1乃至tLに基づいて、シナプス回路SCの重み係数を順次変更することにより、ニューラルネットワークNNの学習を行うことができる。
なお、図8(B)、図8(C)には1層の隠れ層HLを示しているが、隠れ層HLの層数は2以上とすることができる。隠れ層HLを2層以上有するニューラルネットワーク(ディープニューラルネットワーク(DNN))を用いることにより、深層学習を行うことができる。これにより、充電終了時間の算出の精度を高めることができる。
図7(C)において述べたように、RNNを時間展開することにより、帰還路のない、順伝播型ネットワークとみなすことができる。順伝播型ネットワークにおいて、前述の誤差逆伝播法等を用いて、教師データに基づき、重み係数を変更することができる。
図6乃至8に示すようなニューラルネットワーク演算は、膨大な数の積和演算によって実行される。これらの演算処理をデジタル回路で行う場合、必要となるトランジスタ数が膨大になり、非効率的で消費電力が高い。そのため、上述の積和演算はアナログ積和演算回路(以下、APS(Analog Product‐Sum circuit)と呼ぶ)で行うことが好ましい。また、APSはアナログメモリを有することが好ましい。学習で得られた重み係数を上記アナログメモリに格納することで、APSは、アナログデータのまま積和演算を実行することができる。その結果、APSは少ないトランジスタで効率的にニューラルネットワークを構築することができる。
図9は、積和演算回路の構成例を示している。図9に示す積和演算回路MACは、後述するメモリセルに保持された第1データと、入力された第2データと、の積和演算を行う回路である。なお、第1データ、及び第2データは、アナログデータ、又は多値のデータ(離散的なデータ)とすることができる。
積和演算回路MACは、電流源回路CSと、カレントミラー回路CMと、回路WDDと、回路WLDと、回路CLDと、オフセット回路OFSTと、活性化関数回路ACTVと、メモリセルアレイCAを有する。
メモリセルアレイCAは、メモリセルAM[1]と、メモリセルAM[2]と、メモリセルAMref[1]と、メモリセルAMref[2]と、を有する。メモリセルAM[1]、及びメモリセルAM[2]は、第1データを保持する役割を有し、メモリセルAMref[1]、及びメモリセルAMref[2]は、積和演算を行うために必要になる参照データを保持する機能を有する。なお、参照データも、第1データ、及び第2データと同様に、アナログデータ、又は多値のデータ(離散的なデータ)とすることができる。
なお、図9のメモリセルアレイCAは、メモリセルが行方向に2個、列方向に2個、マトリクス状に配置されているが、メモリセルアレイCAは、メモリセルが行方向に3個以上、列方向に3個以上、マトリクス状に配置されている構成としてもよい。また、積和演算でなく乗算を行う場合、メモリセルアレイCAは、メモリセルが行方向に1個、列方向に2個以上、マトリクス状に配置されている構成としてもよい。
メモリセルAM[1]と、メモリセルAM[2]と、メモリセルAMref[1]と、メモリセルAMref[2]と、は、それぞれトランジスタTr11と、トランジスタTr12と、容量素子C1と、を有する。
なお、トランジスタTr11は、OSトランジスタであることが好ましい。
また、トランジスタTr12にOSトランジスタを用いることで、トランジスタTr11と同時に作製することができるため、積和演算回路の作製工程を短縮することができる場合がある。また、トランジスタTr12のチャネル形成領域を、酸化物でなく、非晶質シリコン、多結晶シリコンなどとしてもよい。
メモリセルAM[1]と、メモリセルAM[2]と、メモリセルAMref[1]と、メモリセルAMref[2]と、のそれぞれにおいて、トランジスタTr11の第1端子は、トランジスタTr12のゲートと電気的に接続されている。トランジスタTr12の第1端子は、配線VRと電気的に接続されている。容量素子C1の第1端子は、トランジスタTr12のゲートと電気的に接続されている。
メモリセルAM[1]において、トランジスタTr11の第2端子は、配線WDと電気的に接続され、トランジスタTr11のゲートは、配線WL[1]と電気的に接続されている。トランジスタTr12の第2端子は、配線BLと電気的に接続され、容量素子C1の第2端子は、配線CL[1]と電気的に接続されている。なお、図9では、メモリセルAM[1]において、トランジスタTr11の第1端子と、トランジスタTr12のゲートと、容量素子C1の第1端子と、の接続箇所をノードNM[1]としている。加えて、配線BLからトランジスタTr12の第2端子に流れる電流をIAM[1]とする。
メモリセルAM[2]において、トランジスタTr11の第2端子は、配線WDと電気的に接続され、トランジスタTr11のゲートは、配線WL[2]と電気的に接続されている。トランジスタTr12の第2端子は、配線BLと電気的に接続され、容量素子C1の第2端子は、配線CL[2]と電気的に接続されている。なお、図9では、メモリセルAM[2]において、トランジスタTr11の第1端子と、トランジスタTr12のゲートと、容量素子C1の第1端子と、の接続箇所をノードNM[2]としている。加えて、配線BLからトランジスタTr12の第2端子に流れる電流をIAM[2]とする。
メモリセルAMref[1]において、トランジスタTr11の第2端子は、配線WDrefと電気的に接続され、トランジスタTr11のゲートは、配線WL[1]と電気的に接続されている。トランジスタTr12の第2端子は、配線BLrefと電気的に接続され、容量素子C1の第2端子は、配線CL[1]と電気的に接続されている。なお、図9では、メモリセルAMref[1]において、トランジスタTr11の第1端子と、トランジスタTr12のゲートと、容量素子C1の第1端子と、の接続箇所をノードNMref[1]としている。加えて、配線BLrefからトランジスタTr12の第2端子に流れる電流をIAMref[1]とする。
メモリセルAMref[2]において、トランジスタTr11の第2端子は、配線WDrefと電気的に接続され、トランジスタTr11のゲートは、配線WL[2]と電気的に接続されている。トランジスタTr12の第2端子は、配線BLrefと電気的に接続され、容量素子C1の第2端子は、配線CL[2]と電気的に接続されている。なお、図9では、メモリセルAMref[2]において、トランジスタTr11の第1端子と、トランジスタTr12のゲートと、容量素子C1の第1端子と、の接続箇所をノードNMref[2]としている。加えて、配線BLrefからトランジスタTr12の第2端子に流れる電流をIAMref[2]とする。
上述したノードNM[1]、ノードNM[2]、ノードNMref[1]、及びノードNMref[2]は、それぞれのメモリセルの保持ノードとして機能する。
配線VRは、メモリセルAM[1]、メモリセルAM[2]、メモリセルAMref[1]、及びメモリセルAMref[2]のそれぞれのトランジスタTr12の第1端子‐第2端子間に電流を流すための配線である。そのため、配線VRは、所定の電位を与えるための配線として機能する。なお、本実施の形態では、配線VRが与える電位は、基準電位、又は基準電位よりも低い電位とする。
電流源回路CSは、配線BLと、配線BLrefと、に電気的に接続されている。電流源回路CSは、配線BL及び配線BLrefに対して電流を供給する機能を有する。なお、配線BL、配線BLrefのそれぞれに対して供給する電流量は、互いに異なっていてもよい。本構成例では、電流源回路CSから配線BLに流れる電流をICとし、電流源回路CSから配線BLrefに流れる電流をICrefとする。
カレントミラー回路CMは、配線IEと、配線IErefと、を有する。配線IEは、配線BLと電気的に接続され、図9では、配線IEと配線BLの接続箇所をノードNPとして図示している。配線IErefは、配線BLrefと電気的に接続され、図9では、配線IErefと配線BLrefの接続箇所をノードNPrefとしている。カレントミラー回路CMは、ノードNPrefの電位に応じた電流を、配線BLrefのノードNPrefから配線IErefに排出し、且つ当該電流と同じ量の電流を配線BLのノードNPから配線IEに排出する機能を有する。なお、図9では、ノードNPから配線IEに排出する電流、及びノードNPrefから配線IErefに排出する電流をICMと記している。加えて、配線BLにおいて、カレントミラー回路CMからメモリセルアレイCAに流れる電流をIBと記し、配線BLrefにおいて、カレントミラー回路CMからメモリセルアレイCAに流れる電流をIBrefと記す。
回路WDDは、配線WDと、配線WDrefと、に電気的に接続されている。回路WDDは、メモリセルアレイCAが有するそれぞれのメモリセルに格納するためのデータを送信する機能を有する。
回路WLDは、配線WL[1]と、配線WL[2]と、に電気的に接続されている。回路WLDは、メモリセルアレイCAが有するメモリセルにデータを書き込む際に、データの書き込み先となるメモリセルを選択する機能を有する。
回路CLDは、配線CL[1]と、配線CL[2]と、に電気的に接続されている。回路CLDは、メモリセルアレイCAが有するそれぞれのメモリセルの容量素子C1の第2端子に対して、電位を印加する機能を有する。
回路OFSTは、配線BLと、配線OEと、に電気的に接続されている。回路OFSTは、配線BLから回路OFSTに流れる電流量、及び/又は配線BLから回路OFSTに流れる電流の変化量を計測する機能を有する。加えて、回路OFSTは、当該計測の結果を配線OEに出力する機能を有する。なお、回路OFSTは、当該計測の結果をそのまま電流として配線OEに出力する構成としてもよいし、当該計測の結果を電圧に変換して、配線OEに出力する構成としてもよい。なお、図9では、配線BLから回路OFSTに流れる電流をIαと記している。
例えば、回路OFSTは、図10に示す構成とすることができる。図10において、回路OFSTは、トランジスタTr21と、トランジスタTr22と、トランジスタTr23と、容量素子C2と、抵抗素子Rと、を有する。
容量素子C2の第1端子は、配線BLと電気的に接続され、抵抗素子Rの第1端子は、配線BLと電気的に接続されている。容量素子C2の第2端子は、トランジスタTr21の第1端子と電気的に接続され、トランジスタTr21の第1端子は、トランジスタTr22のゲートと電気的に接続されている。トランジスタTr22の第1端子は、トランジスタTr23の第1端子と電気的に接続され、トランジスタTr23の第1端子は、配線OEと電気的に接続されている。なお、容量素子C2の第1端子と、抵抗素子Rの第1端子と、の電気的接続点をノードNaとし、容量素子C2の第2端子と、トランジスタTr21の第1端子と、トランジスタTr22のゲートと、の電気的接続点をノードNbとする。
抵抗素子Rの第2端子は、配線VrefLと電気的に接続されている。トランジスタTr21の第2端子は、配線VaLと電気的に接続され、トランジスタTr21のゲートは、配線RSTと電気的に接続されている。トランジスタTr22の第2端子は、配線VDDLと電気的に接続されている。トランジスタTr23の第2端子は、配線VSSLと電気的に接続され、トランジスタTr23のゲートは、配線VbLと電気的に接続されている。
配線VrefLは、電位Vrefを与える配線であり、配線VaLは、電位Vaを与える配線であり、配線VbLは、電位Vbを与える配線である。配線VDDLは、電位VDDを与える配線であり、配線VSSLは、電位VSSを与える配線である。特に、ここでの回路OFSTの構成例では、電位VDDを高レベル電位とし、電位VSSを低レベル電位としている。配線RSTは、トランジスタTr21の導通状態、非導通状態を切り替えるための電位を与える配線である。
図10に示す回路OFSTにおいて、トランジスタTr22と、トランジスタTr23と、配線VDDLと、配線VSSLと、配線VbLと、によって、ソースフォロワ回路が構成されている。
図10に示す回路OFSTにおいて、抵抗素子Rと、配線VrefLと、によって、ノードNaには、配線BLから流れてくる電流、及び抵抗素子Rの抵抗に応じた電位が与えられる。
図10に示す回路OFSTの動作例について説明する。配線BLから1回目の電流(以後、第1電流と呼称する。)が流れたとき、抵抗素子Rと、配線VrefLと、により、ノードNaに第1電流と抵抗素子Rの抵抗とに応じた電位が与えられる。また、このとき、トランジスタTr21を導通状態として、ノードNbに電位Vaを与える。その後、トランジスタTr21を非導通状態とする。
次に、配線BLから2回目の電流(以後、第2電流と呼称する。)が流れたとき、第1電流が流れたときと同様に、抵抗素子Rと、配線VrefLと、により、ノードNaに第2電流と抵抗素子Rの抵抗とに応じた電位が与えられる。このとき、ノードNbはフローティング状態となっているので、ノードNaの電位が変化したことで、容量結合によって、ノードNbの電位も変化する。ノードNaの電位の変化をΔVNaとし、容量結合係数を1としたとき、ノードNbの電位はVa+ΔVNaとなる。トランジスタTr22のしきい値電圧をVthとしたとき、配線OEから電位Va+ΔVNa−Vthが出力される。ここで、電位Vaをしきい値電圧Vthとすることで、配線OEから電位ΔVNaを出力することができる。
電位ΔVNaは、第1電流から第2電流への変化量と、抵抗素子Rと、電位Vrefと、に応じて定まる。抵抗素子Rと、電位Vrefと、は既知とすることができるため、図10に示す回路OFSTを用いることにより、電位ΔVNa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。
活性化関数回路ACTVは、配線OEと、配線NILと、に電気的に接続されている。活性化関数回路ACTVには、配線OEを介して、回路OFSTで計測した電流の変化量が入力される。活性化関数回路ACTVは、当該電流の変化量に対して、あらかじめ定義された関数系に従った演算を行う回路である。当該関数系としては、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、これらの関数は、ニューラルネットワークにおける活性化関数として適用される。
<積和演算回路の動作例>
次に、積和演算回路MACの動作例について説明する。
次に、積和演算回路MACの動作例について説明する。
図11に積和演算回路MACの動作例のタイミングチャートを示す。図11のタイミングチャートは、時間T01乃至時間T09における、配線WL[1]、配線WL[2]、配線WD、配線WDref、ノードNM[1]、ノードNM[2]、ノードNMref[1]、ノードNMref[2]、配線CL[1]、及び配線CL[2]の電位の変動を示し、電流IB−Iα、及び電流IBrefの大きさの変動を示している。特に、電流IB−Iαは、配線BLから、メモリセルアレイCAのメモリセルAM[1]、メモリセルAM[2]に流れる電流の総和を示している。
<<時間T01から時間T02まで>>
時間T01から時間T02までの間において、配線WL[1]に高レベル電位(図11ではHighと表記している。)が印加され、配線WL[2]に低レベル電位(図11ではLowと表記している。)が印加されている。加えて、配線WDには接地電位(図11ではGNDと表記している。)よりもVPR−VW[1]大きい電位が印加され、配線WDrefには接地電位よりもVPR大きい電位が印加されている。更に、配線CL[1]、及び配線CL[2]にはそれぞれ基準電位(図11ではREFPと表記している。)が印加されている。
時間T01から時間T02までの間において、配線WL[1]に高レベル電位(図11ではHighと表記している。)が印加され、配線WL[2]に低レベル電位(図11ではLowと表記している。)が印加されている。加えて、配線WDには接地電位(図11ではGNDと表記している。)よりもVPR−VW[1]大きい電位が印加され、配線WDrefには接地電位よりもVPR大きい電位が印加されている。更に、配線CL[1]、及び配線CL[2]にはそれぞれ基準電位(図11ではREFPと表記している。)が印加されている。
なお、電位VW[1]は、第1データの一に対応する電位である。また、電位VPRは、参照データに対応する電位である。
このとき、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれのトランジスタTr11のゲートに高レベル電位が印加され、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれのトランジスタTr11は、導通状態となり、ノードNM[1]の電位は、VPR−VW[1]となり、ノードNMref[1]の電位は、VPRとなる。
配線BLからメモリセルAM[1]のトランジスタTr12の第2端子を介して第1端子に流れる電流をIAM[1],0としたとき、IAM[1],0は次の式で表すことができる。
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、Vthは、トランジスタTr12のしきい値電圧である。
配線BLrefからメモリセルAMref[1]のトランジスタTr12の第2端子を介して第1端子に流れる電流をIAMref[1],0としたとき、同様に、IAMref[1],0は次の式で表すことができる。
なお、メモリセルAM[2]、及びメモリセルAMref[2]のそれぞれのトランジスタTr11のゲートに低レベル電位が印加されるため、メモリセルAM[2]、及びメモリセルAMref[2]のそれぞれのトランジスタTr11は、非導通状態となる。このため、ノードNM[2]、及びノードNMref[2]への電位の書き込みは行われない。
<<時間T02から時間T03まで>>
時間T02から時間T03までの間において、配線WL[1]に低レベル電位が印加される。このとき、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれのトランジスタTr11のゲートに低レベル電位が印加されるため、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれのトランジスタTr11は非導通状態となる。
時間T02から時間T03までの間において、配線WL[1]に低レベル電位が印加される。このとき、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれのトランジスタTr11のゲートに低レベル電位が印加されるため、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれのトランジスタTr11は非導通状態となる。
また、配線WL[2]には、時間T02以前から引き続き、低レベル電位が印加されている。このため、メモリセルAM[2]、及びメモリセルAMref[2]のそれぞれのトランジスタTr11は、時間T02以前から非導通状態となっている。よって、時間T02から時間T03までの間では、ノードNM[1]、ノードNM[2]、ノードNMref[1]、及びノードNMref[2]のそれぞれの電位が保持される。トランジスタTr11にOSトランジスタを適用することによって、トランジスタTr11の第1端子‐第2端子間に流れるリーク電流を小さくすることができるため、それぞれのノードの電位を長時間保持することができる。配線WD、及び配線WDrefには接地電位が印加されており、トランジスタTr11は、非導通状態となっているため、配線WD、及び配線WDrefからの電位の印加によって、ノードに保持されている電位が書き換えられることは無い。
<<時間T03から時間T04まで>>
時間T03から時間T04までの間において、配線WL[1]に低レベル電位が印加され、配線WL[2]に高レベル電位が印加されている。加えて、配線WDには接地電位よりもVPR−VW[2]大きい電位が印加され、配線WDrefには接地電位よりもVPR大きい電位が印加されている。更に、時間T02以前から引き続き、配線CL[1]、及び配線CL[2]には、それぞれ基準電位が印加されている。
時間T03から時間T04までの間において、配線WL[1]に低レベル電位が印加され、配線WL[2]に高レベル電位が印加されている。加えて、配線WDには接地電位よりもVPR−VW[2]大きい電位が印加され、配線WDrefには接地電位よりもVPR大きい電位が印加されている。更に、時間T02以前から引き続き、配線CL[1]、及び配線CL[2]には、それぞれ基準電位が印加されている。
なお、電位VW[2]は、第1データの一に対応する電位である。
このとき、メモリセルAM[2]、及びメモリセルAMref[2]のそれぞれのトランジスタTr11のゲートに高レベル電位が印加されるため、メモリセルAM[2]、及びメモリセルAMref[2]のそれぞれのトランジスタTr11は、導通状態となり、ノードNM[2]の電位は、VPR−VW[2]、ノードNMref[2]の電位は、VPRとなる。
配線BLからメモリセルAM[2]のトランジスタTr12の第2端子を介して第1端子に流れる電流をIAM[2],0としたとき、IAM[2],0は次の式で表すことができる。
配線BLrefからメモリセルAMref[2]のトランジスタTr12の第2端子を介して第1端子に流れる電流をIAMref[2],0としたとき、同様に、IAMref[2],0は次の式で表すことができる。
<<時間T04から時間T05まで>>
ここで、時間T04から時間T05までの間における、配線BL及び配線BLrefに流れる電流について説明する。
ここで、時間T04から時間T05までの間における、配線BL及び配線BLrefに流れる電流について説明する。
配線BLrefには、電流源回路CSからの電流が供給される。加えて、配線BLrefには、カレントミラー回路CM、メモリセルAMref[1]、及びメモリセルAMref[2]によって電流が排出される。配線BLrefにおいて、電流源回路CSから供給される電流をICrefとし、カレントミラー回路CMによって排出される電流をICM,0としたとき、キルヒホッフの法則により次の式が成り立つ。
配線BLにおいて、電流源回路CSから供給される電流をIC,0とし、配線BLから回路OFSTに流れる電流をIα,0としたとき、キルヒホッフの法則により次の式が成り立つ。
<<時間T05から時間T06まで>>
時間T05から時間T06までの間において、配線CL[1]に基準電位よりもVX[1]高い電位が印加される。このとき、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれの容量素子C1の第2端子に、電位VX[1]が印加されるため、トランジスタTr12のゲートの電位が上昇する。
時間T05から時間T06までの間において、配線CL[1]に基準電位よりもVX[1]高い電位が印加される。このとき、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれの容量素子C1の第2端子に、電位VX[1]が印加されるため、トランジスタTr12のゲートの電位が上昇する。
なお、電位VX[1]は、第2データの一に対応する電位である。
なお、トランジスタTr12のゲートの電位の増加分は、配線CL[1]の電位変化に、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電位となる。該容量結合係数は、容量素子C1の容量、トランジスタTr12のゲート容量、及び寄生容量によって算出される。本動作例では、説明の煩雑さを避けるため、配線CL[1]の電位の増加分もトランジスタTr12のゲートの電位の増加分も同じ値として説明する。これは、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]におけるそれぞれの容量結合係数を1としている場合に相当する。
容量結合係数を1としているため、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれの容量素子C1の第2端子に、電位VX[1]が印加されることによって、ノードNM[1]、及びノードNMref[1]の電位は、それぞれVX[1]上昇する。
ここで、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれのトランジスタTr12の第2端子から第1端子に流れる電流を考える。配線BLからメモリセルAM[1]のトランジスタTr12の第2端子を介して第1端子に流れる電流をIAM[1],1としたとき、IAM[1],1は次の式で表すことができる。
つまり、配線CL[1]に電位VX[1]を印加することによって、配線BLからメモリセルAM[1]のトランジスタTr12の第2端子を介して第1端子に流れる電流は、IAM[1],1−IAM[1],0(図11では、ΔIAM[1]と表記する。)増加する。
同様に、配線BLrefからメモリセルAMref[1]のトランジスタTr12の第2端子を介して第1端子に流れる電流をIAMref[1],1としたとき、IAMref[1],1は次の式で表すことができる。
つまり、配線CL[1]に電位VX[1]を印加することによって、配線BLrefからメモリセルAMref[1]のトランジスタTr12の第2端子を介して第1端子に流れる電流は、IAMref[1],1−IAMref[1],0(図11では、ΔIAMref[1]と表記する。)増加する。
配線BLrefにおいて、カレントミラー回路CMによって排出される電流をICM,1としたとき、キルヒホッフの法則により次の式が成り立つ。
配線BLにおいて、配線BLから回路OFSTに流れる電流をIα,1としたとき、キルヒホッフの法則により次の式が成り立つ。
なお、時間T04から時間T05までの間における、配線BLから配線OFSTに流れる電流Iα,0と、時間T05から時間T06までの間における、配線BLから配線OFSTに流れる電流Iα,1と、の差をΔIαとする。以後、ΔIαを、積和演算回路MACにおける、差分電流と呼称する。差分電流ΔIαは、式(E1)乃至式(E10)用いて、次の式のとおりに表すことができる。
<<時間T06から時間T07まで>>
時間T06から時間T07までの間において、配線CL[1]には接地電位が印加されている。このとき、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれの容量素子C1の第2端子に、接地電位が印加されるため、ノードNM[1]、及びノードNMref[1]の電位は、それぞれ時間T04から時間T05までの間の電位に戻る。
時間T06から時間T07までの間において、配線CL[1]には接地電位が印加されている。このとき、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれの容量素子C1の第2端子に、接地電位が印加されるため、ノードNM[1]、及びノードNMref[1]の電位は、それぞれ時間T04から時間T05までの間の電位に戻る。
<<時間T07から時間T08まで>>
時間T07から時間T08までの間において、配線CL[1]に基準電位よりもVX[1]高い電位が印加され、配線CL[2]に基準電位よりもVX[2]高い電位が印加される。このとき、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれの容量素子C1の第2端子に電位VX[1]が印加され、メモリセルAM[2]、及びメモリセルAMref[2]のそれぞれの容量素子C1の第2端子に電位VX[2]が印加される。このため、メモリセルAM[1]、メモリセルAM[2]、メモリセルAMref[1]、及びメモリセルAMref[2]のそれぞれのトランジスタTr12のゲートの電位が上昇する。
時間T07から時間T08までの間において、配線CL[1]に基準電位よりもVX[1]高い電位が印加され、配線CL[2]に基準電位よりもVX[2]高い電位が印加される。このとき、メモリセルAM[1]、及びメモリセルAMref[1]のそれぞれの容量素子C1の第2端子に電位VX[1]が印加され、メモリセルAM[2]、及びメモリセルAMref[2]のそれぞれの容量素子C1の第2端子に電位VX[2]が印加される。このため、メモリセルAM[1]、メモリセルAM[2]、メモリセルAMref[1]、及びメモリセルAMref[2]のそれぞれのトランジスタTr12のゲートの電位が上昇する。
配線BLからメモリセルAM[2]のトランジスタTr12の第2端子を介して第1端子に流れる電流をIAM[2],1としたとき、IAM[2],1は次の式で表すことができる。
同様に、配線BLrefからメモリセルAMref[2]のトランジスタTr12の第2端子を介して第1端子に流れる電流をIAMref[2],1としたとき、IAMref[2],1は次の式で表すことができる。
配線BLrefにおいて、カレントミラー回路CMによって排出される電流をICM,2としたとき、キルヒホッフの法則により次の式が成り立つ。
配線BLにおいて、配線BLから回路OFSTに流れる電流をIα,3としたとき、キルヒホッフの法則により次の式が成り立つ。
時間T04から時間T05までの間における、配線BLから配線OFSTに流れる電流Iα,0と、時間T07から時間T08までの間における、配線BLから配線OFSTに流れる電流Iα,3と、の差となる差分電流ΔIαは、式(E1)乃至式(E8)、式(E12)乃至式(E15)用いて、次の式のとおりに表すことができる。
式(E16)に示すとおり、回路OFSTに入力される差分電流ΔIαは、複数の第1データである電位VWと、複数の第2データである電位VXと、の積の和に応じた値となる。つまり、差分電流ΔIαを回路OFSTで計測することによって、第1データと第2データとの積和の値を求めることができる。
<<時間T08から時間T09まで>>
時間T08から時間T09までの間において、配線CL[1]、及び配線CL[2]には基準電位が印加されている。このとき、メモリセルAM[1]、メモリセルAM[2]、メモリセルAMref[1]、及びメモリセルAMref[2]のそれぞれの容量素子C1の第2端子に、基準電位が印加されるため、ノードNM[1]、ノードNM[2]、ノードNMref[1]、及びノードNMref[2]の電位は、それぞれ時間T06から時間T07までの間の電位に戻る。
時間T08から時間T09までの間において、配線CL[1]、及び配線CL[2]には基準電位が印加されている。このとき、メモリセルAM[1]、メモリセルAM[2]、メモリセルAMref[1]、及びメモリセルAMref[2]のそれぞれの容量素子C1の第2端子に、基準電位が印加されるため、ノードNM[1]、ノードNM[2]、ノードNMref[1]、及びノードNMref[2]の電位は、それぞれ時間T06から時間T07までの間の電位に戻る。
時間T05から時間T06までの間において、配線CL[1]にVW[1]を印加し、時間T07から時間T08までの間において、配線CL[1]及び配線CL[2]にそれぞれVX[1]、VX[2]を印加したが、配線CL[1]及び配線CL[2]に印加する電位は、基準電位REFPよりも低くてもよい。配線CL[1]、及び/又は配線CL[2]に、基準電位REFPよりも低い電位を印加した場合、配線CL[1]、及び/又は配線CL[2]に接続されているメモリセルの保持ノードの電位を、容量結合によって低くすることができる。これにより、積和演算において、第1データと、負の値である第2データの一との積を行うことができる。例えば、時間T07から時間T08までの間において、配線CL[2]に、VX[2]でなく−VX[2]を印加した場合、差分電流ΔIαは、次の式の通りに表すことができる。
なお、本動作例では、2行2列のマトリクス状に配置されているメモリセルを有するメモリセルアレイCAについて扱ったが、1行、且つ2列以上のメモリセルアレイ、又は3行以上、且つ3列以上のメモリセルアレイについても同様に、積和演算を行うことができる。この場合の積和演算回路は、複数列のうち1列を、参照データ(電位VPR)を保持するメモリセルとすることで、複数列のうち残りの列では積和演算処理を同時に実行することができる。つまり、メモリセルアレイの列の数を増やすことで、高速な積和演算処理を実現する演算回路を提供することができる。また、行数を増やすことによって、積和演算における、足し合わせる項数を増やすことができる。行数を増やした場合の、差分電流ΔIαは、次の式で表すことができる。
ところで、本実施の形態で述べた積和演算回路では、メモリセルAMの行数が前層のニューロンの数となる。換言すると、メモリセルAMの行数は、次層へ入力される前層のニューロンの出力信号の数に対応する。そして、メモリセルAMの列数が、次層のニューロンの数となる。換言すると、メモリセルAMの列数は、次層から出力されるニューロンの出力信号の数に対応する。つまり、前層、次層のそれぞれのニューロンの個数によって、積和演算回路のメモリセルアレイの行数、及び列数が定まるため、構成したいニューラルネットワークに応じて、メモリセルアレイの行数、及び列数を定めればよい。
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。
(実施の形態4)
本実施の形態では、円筒型の二次電池の例について図12を参照して説明する。円筒型の二次電池600は、図12(A)に示すように、上面に正極キャップ(電池蓋)601を有し、側面および底面に電池缶(外装缶)602を有している。これら正極キャップ601と電池缶(外装缶)602とは、ガスケット(絶縁パッキン)610によって絶縁されている。
本実施の形態では、円筒型の二次電池の例について図12を参照して説明する。円筒型の二次電池600は、図12(A)に示すように、上面に正極キャップ(電池蓋)601を有し、側面および底面に電池缶(外装缶)602を有している。これら正極キャップ601と電池缶(外装缶)602とは、ガスケット(絶縁パッキン)610によって絶縁されている。
図12(B)は、円筒型の二次電池の断面を模式的に示した図である。中空円柱状の電池缶602の内側には、帯状の正極604と負極606とがセパレータ605を間に挟んで捲回された電池素子が設けられている。図示しないが、電池素子はセンターピンを中心に捲回されている。電池缶602は、一端が閉じられ、他端が開いている。電池缶602には、電解液に対して耐腐食性のあるニッケル、アルミニウム、チタン等の金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金(例えば、ステンレス鋼等)を用いることができる。また、電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアルミニウム等を被覆することが好ましい。電池缶602の内側において、正極、負極およびセパレータが捲回された電池素子は、対向する一対の絶縁板608、609により挟まれている。また、電池素子が設けられた電池缶602の内部は、非水電解液(図示せず)が注入されている。二次電池は、コバルト酸リチウム(LiCoO2)やリン酸鉄リチウム(LiFePO4)などの活物質を含む正極と、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な黒鉛等の炭素材料からなる負極と、エチレンカーボネートやジエチルカーボネートなどの有機溶媒に、LiBF4やLiPF6等のリチウム塩からなる電解質を溶解させた非水電解液などにより構成される。
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604には正極端子(正極集電リード)603が接続され、負極606には負極端子(負極集電リード)607が接続される。正極端子603および負極端子607は、ともにアルミニウムなどの金属材料を用いることができる。正極端子603は安全弁機構612に、負極端子607は電池缶602の底にそれぞれ抵抗溶接される。安全弁機構612は、PTC素子(Positive Temperature Coefficient)611を介して正極キャップ601と電気的に接続されている。安全弁機構612は電池の内圧の上昇が所定の閾値を超えた場合に、正極キャップ601と正極604との電気的な接続を切断するものである。また、PTC素子611は温度が上昇した場合に抵抗が増大する熱感抵抗素子であり、抵抗の増大により電流量を制限して異常発熱を防止するものである。PTC素子には、チタン酸バリウム(BaTiO3)系半導体セラミックス等を用いることができる。
また、図12(C)のように複数の二次電池600を、導電板613および導電板614の間に挟んでモジュール615を構成してもよい。複数の二次電池600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。複数の二次電池600を有するモジュール615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12(D)はモジュール615の上面図である。図を明瞭にするために導電板613を点線で示した。図12(D)に示すようにモジュール615は、複数の二次電池600を電気的に接続する導線616を有していてもよい。導線616上に導電板613を重畳して設けることができる。また複数の二次電池600の間に温度制御装置617を有していてもよい。二次電池600が過剰に加熱されたときは、温度制御装置617により冷却し、二次電池600が冷えすぎているときは温度制御装置617により加熱することができる。そのためモジュール615の性能が外気温に影響されにくくなる。
[二次電池の構造例]
二次電池の別の構造例について、図13乃至16を用いて説明する。
二次電池の別の構造例について、図13乃至16を用いて説明する。
図13(A)及び図13(B)は、電池パックの外観図を示す図である。電池パックは、回路基板900と、二次電池913と、を有する。二次電池913は、端子951と、端子952とを有し、ラベル910で覆われている。また電池パックはアンテナ914を有してもよい。
回路基板900はシール915で固定されている。回路基板900は、回路912を有する。端子911は、回路基板900を介して、二次電池913が有する端子951および端子952と電気的に接続される。また端子911は、回路基板900を介して、アンテナ914、及び回路912と電気的に接続される。なお、端子911を複数設けて、複数の端子911のそれぞれを、制御信号入力端子、電源端子などとしてもよい。
回路912はたとえば、過充電、過放電および過電流から二次電池913を保護する、保護回路としての機能を有する。回路912は、回路基板900の裏面に設けられていてもよい。なお、アンテナ914は、コイル状に限定されず、例えば線状、板状であってもよい。また、平面アンテナ、開口面アンテナ、進行波アンテナ、EHアンテナ、磁界アンテナ、誘電体アンテナ等のアンテナを用いてもよい。アンテナ914は、たとえば外部機器とのデータ通信を行うことができる機能を有する。アンテナ914を介した電池パックと他の機器との通信方式としては、NFCなど、電池パックと他の機器との間で用いることができる応答方式などを適用することができる。
電池パックは、アンテナ914と、二次電池913との間に層916を有する。層916は、例えば二次電池913による電磁界を遮断することができる機能を有する。層916としては、例えば磁性体を用いることができる。
なお、電池パックの構造は、図13に限定されない。
例えば、図14(A−1)及び図14(A−2)に示すように、図13(A)及び図13(B)に示す二次電池913のうち、対向する一対の面のそれぞれにアンテナを設けてもよい。図14(A−1)は、上記一対の面の一方側方向から見た外観図であり、図14(A−2)は、上記一対の面の他方側方向から見た外観図である。なお、図13(A)及び図13(B)に示す電池パックと同じ部分については、図13(A)及び図13(B)に示す電池パックの説明を適宜援用できる。
図14(A−1)に示すように、二次電池913の一対の面の一方に層916を挟んでアンテナ914が設けられ、図14(A−2)に示すように、二次電池913の一対の面の他方に層917を挟んでアンテナ918が設けられる。層917は、例えば二次電池913による電磁界を遮断することができる機能を有する。層917としては、例えば磁性体を用いることができる。
上記構造にすることにより、電池パックにアンテナを二つ設け、かつアンテナ914及びアンテナ918の両方のサイズを大きくすることができる。
アンテナ918は、アンテナ914に適用可能な形状のアンテナを適用することができる。さらにアンテナ918は平板状の導体でもよい。この平板状の導体は、電界結合用の導体の一つとして機能することができる。つまり、コンデンサの有する2つの導体のうちの一つの導体として、アンテナ918を機能させてもよい。これにより、電磁界、磁界だけでなく、電界で電力のやり取りを行うこともできる。
又は、図14(B−1)に示すように、図13(A)及び図13(B)に示す電池パックに表示装置920を設けてもよい。表示装置920は、端子911に電気的に接続される。なお、図13(A)及び図13(B)に示す電池パックと同じ部分については、図13(A)及び図13(B)に示す電池パックの説明を適宜援用できる。
表示装置920には、例えば充電中であるか否かを示す画像、残容量を示す画像などを表示してもよい。表示装置920としては、例えば電子ペーパー、液晶表示装置、エレクトロルミネセンス(ELともいう)表示装置などを用いることができる。例えば、電子ペーパーを用いることにより表示装置920の消費電力を低減することができる。
又は、図14(B−2)に示すように、図13(A)及び図13(B)に示す二次電池913にセンサ921を設けてもよい。センサ921は、端子922および回路基板900を介して端子911に電気的に接続される。なお、図13(A)及び図13(B)に示す二次電池913と同じ部分については、図13(A)及び図13(B)に示す二次電池913の説明を適宜援用できる。
センサ921としては、例えば、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい、又は赤外線を測定することができる機能を有すればよい。センサ921を設けることにより、例えば、二次電池913が置かれている環境を示すデータ(温度など)を検出し、回路912内のメモリに記憶しておくこともできる。
さらに、二次電池913の構造例について図15及び図16を用いて説明する。
図15(A)に示す二次電池913は、筐体930の内部に端子951と端子952が設けられた捲回体950を有する。捲回体950は、筐体930の内部で電解液に含浸される。端子952は、筐体930に接し、端子951は、絶縁材などを用いることにより筐体930に接していない。なお、図15(A)では、便宜のため、筐体930を分離して図示しているが、実際は、捲回体950が筐体930に覆われ、端子951及び端子952が筐体930の外に延在している。筐体930としては、金属材料(例えばアルミニウムなど)又は樹脂材料を用いることができる。
なお、図15(B)に示すように、図15(A)に示す筐体930を複数の材料によって形成してもよい。例えば、図15(B)に示す二次電池913は、筐体930aと筐体930bが貼り合わされており、筐体930a及び筐体930bで囲まれた領域に捲回体950が設けられている。
筐体930aとしては、有機樹脂など、絶縁材料を用いることができる。特に、アンテナが形成される面に有機樹脂などの材料を用いることにより、二次電池913による電界の遮蔽を抑制できる。なお、筐体930aによる電界の遮蔽が小さければ、筐体930aの内部にアンテナ914などのアンテナを設けてもよい。筐体930bとしては、例えば金属材料を用いることができる。
さらに、捲回体950の構造について図16に示す。捲回体950は、負極931と、正極932と、セパレータ933と、を有する。捲回体950は、セパレータ933を挟んで負極931と、正極932が重なり合って積層され、該積層シートを捲回させた捲回体である。なお、負極931と、正極932と、セパレータ933と、の積層を、さらに複数重ねてもよい。
負極931は、端子951及び端子952の一方を介して図13に示す端子911に接続される。正極932は、端子951及び端子952の他方を介して図13に示す端子911に接続される。
充電を制御するマイクロプロセッサ(APSを含む)を電子機器に用いることで、最適な充電を行い、サイクル特性に優れた二次電池913とすることができる。
(実施の形態5)
本実施の形態では、充電を制御するマイクロプロセッサを電子機器に実装する例について説明する。
本実施の形態では、充電を制御するマイクロプロセッサを電子機器に実装する例について説明する。
まず、二次電池の充電を制御するマイクロプロセッサ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。
次に、図17(A)および図17(B)に、2つ折り可能なタブレット型端末の一例を示す。図17(A)および図17(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17(A)は、タブレット型端末9600を開いた状態を示し、図17(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17(B)は、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体9630、太陽電池9633、DCDCコンバータ9636を含む充放電制御回路9634有する。また、蓄電体9635として、本発明の一態様に係る充電を制御するマイクロプロセッサ及び二次電池を用いる。
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、本発明の一態様の充電を制御するマイクロプロセッサを用いた蓄電体9635は、満充電状態の時間を減らすことで蓄電体9635の劣化を低減し、長期間に渡って長時間の使用ができるタブレット型端末9600を提供できる。
また、この他にも図17(A)および図17(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17(B)に示す充放電制御回路9634の構成、および動作について図17(C)にブロック図を示し説明する。図17(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、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が、図17(B)に示す充放電制御回路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、スイッチSW1をオフにし、スイッチ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18に、他の電子機器の例を示す。図18において、表示装置8000は、マイクロプロセッサで二次電池8004の充電制御を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充電を制御するマイクロプロセッサ及び二次電池8004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も充電を制御するマイクロプロセッサで制御される二次電池を用いる。音声入力デバイス8005は、無線通信素子の他、スピーカ8007、マイク、複数のセンサ(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)を有し、使用者の命令する言葉によって他のデバイスの操作、例えば表示装置8000の電源操作、据え付け型の照明装置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は点線で示す軸を中心に回転する台8006に設けられ、使用者の発声が聞こえる方向に回転し、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の充電ドックとしても機能させることができる。音声入力デバイス8005の内部に、充電を制御するマイクロプロセッサで制御される二次電池を用いて充電制御装置と呼ぶこともできる。音声入力デバイス8005は、音声入力や出力で行われるニューラルネット演算できる第1のマイクロプロセッサと、充電を制御する第2のマイクロプロセッサとを有する。携帯情報端末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、スピーカ8007及びマイクを有しているため、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、図18においては台8006を用いる例を示したが、特に限定されず、音声入力デバイス8005に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固定してもよい。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、音声入力デバイス8005は機械式移動手段により移動し、外部電源と接続された充電モジュールから無線充電によって充電を行えばよい。
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18において、照明装置8100は、充電を制御するマイクロプロセッサ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。具体的には、照明装置8100は、筐体8101、光源8102、二次電池8103等を有する。図18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18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、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18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、充電を制御するマイクロプロセッサで制御される二次電池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18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。
なお、図18では、室内機と室外機で構成されるセパレート型のエアコンディショナーを例示しているが、室内機の機能と室外機の機能とを1つの筐体に有する一体型のエアコンディショナーに、充電を制御するマイクロプロセッサを用いることもできる。
図18において、電気冷凍冷蔵庫8300は、充電を制御するマイクロプロセッサで制御される二次電池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18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、充電を制御するマイクロプロセッサで制御される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、二次電池の寿命が良好となる。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。
本明細書で以下に説明される実施形態は、種々のコンピュータハードウェア、若しくはソフトウェアを含む、専用コンピュータまたは汎用コンピュータの使用を含む。また、本明細書で以下に説明される実施形態は、コンピュータが読み取り可能な記録媒体を使用して実装することができる。また、記録媒体は、RAM、ROM、または光ディスク、磁気ディスク、またはコンピュータによってアクセスされうる任意の他のストレージ媒体を含んでもよい。また、本明細書で以下に説明される実施形態に一例として示されているアルゴリズム、構成要素、フロー、プログラムなどはソフトウェアにおける実装、或いはハードウェア及びソフトウェアの組み合わせにおける実装が可能である。
(実施の形態6)
本実施の形態では、車両に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を搭載する例を示す。
本実施の形態では、車両に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を搭載する例を示す。
二次電池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19において、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を用いた車両を例示する。図19(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、蓄電装置の寿命が長い車両を実現することができる。また、自動車8400は電池パック8402を有する。電池パック8402は、車内の床部分に対して、図12に示した小型の円筒型の二次電池を多く並べて使用すればよい。また、図13に示す二次電池を複数組み合わせた電池パックを車内の床部分に対して設置してもよい。電池パック8402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、自動車8400の天井部分には光電変換素子8405を有しており、照射された光を光電変換して、電池パック8402に貯蔵できる。
また、電池パック8402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、電池パック8402は、自動車8400が有するナビゲーションシステムなどの表示装置に電力を供給することができる。また、サイドミラーに代えてセンサ8403を有しており、フロントガラス8404の一部にセンサ8403で得られる画像を投影して表示させてもよい。また、センサ8403で得られる画像は車内の表示装置に表示してもよい。
図19(B)に示す自動車8500は、自動車8500が有する二次電池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19(B)に、地上設置型の充電装置8021から自動車8500に搭載された二次電池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に搭載された二次電池8024を充電することができる。充電は、充電装置8021が有する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。また充電用ACDCコンバータ8025が搭載された自動車8500の場合は、交流電源を接続しても充電を行うことができる。
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、停車時や走行時に二次電池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19(C)は、充電を制御するマイクロプロセッサで制御される二次電池を用いた二輪車の一例である。図19(C)に示すスクータ8600は、二次電池8602、サイドミラー8601、方向指示灯8603を備える。二次電池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19(C)に示すスクータ8600は、座席下収納8604に、二次電池8602を収納することができる。二次電池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。二次電池8602は、取り外し可能となっており、充電時には二次電池8602を屋内に持って運び、充電し、走行する前に収納すればよい。
また、図20(A)は、充電を制御するマイクロプロセッサで制御される複数の二次電池を有する電池パックを用いた電動自転車の一例である。図20(A)に示す電動自転車8700は、電池パック8702を備える。電池パック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、電池パック8702は、持ち運びができ、図20(B)に電動自転車から取り外した状態を示している。また、電池パック8702は、ラミネート型の二次電池8701が複数内蔵されており、その二次電池の残容量などを表示部8703で表示できるようにしている。なお、二次電池を複数内蔵する場合、電池パック8702には、上述した本実施の形態に示した充電制御装置や保護回路を有している。
本発明の一態様によれば、充電を制御するマイクロプロセッサにより最適な充電方法で充電が行われるため、搭載している二次電池の寿命を長くすることができる。また、車両に搭載した二次電池を車両以外の電力供給源としても用いることもできる。この場合、例えば電力需要のピーク時に商用電源を用いることを回避することができる。電力需要のピーク時に商用電源を用いることを回避できれば、省エネルギー、および二酸化炭素の排出の削減に寄与することができる。また、二次電池の寿命を長くでき、二次電池を長期に渡って使用できるため、コバルトをはじめとする希少金属の使用量を減らすことができる。
600:二次電池、601:正極キャップ、602:電池缶、603:正極端子、604:正極、605:セパレータ、606:負極、607:負極端子、608:絶縁板、609:絶縁板、611:PTC素子、612:安全弁機構、613:導電板、614:導電板、615:モジュール、616:導線、617:温度制御装置、650:携帯情報端末、651:筐体、652:表示部、660:太陽電池、661:ケーブル、662:外部電源、663:ケーブル、670:充放電制御回路、671:バッテリー、672:DCDCコンバータ、673:コンバータ、900:回路基板、910:ラベル、911:端子、912:回路、913:二次電池、914:アンテナ、915:シール、916:層、917:層、918:アンテナ、920:表示装置、921:センサ、922:端子、930:筐体、930a:筐体、930b:筐体、931:負極、932:正極、933:セパレータ、950:捲回体、951:端子、952:端子、1100:携帯情報端末、1300:給電装置、1311:アンテナ、1312:アンテナ、8000:表示装置、8001:筐体、8002:表示部、8003:スピーカ部、8004:二次電池、8005:音声入力デバイス、8006:台、8007:スピーカ、8008:表示部、8021:充電装置、8022:ケーブル、8024:二次電池、8025:充電用ACDCコンバータ、8100:照明装置、8101:筐体、8102:光源、8103:二次電池、8104:天井、8105:側壁、8106:床、8107:窓、8200:室内機、8201:筐体、8202:送風口、8203:二次電池、8204:室外機、8300:電気冷凍冷蔵庫、8301:筐体、8302:冷蔵室用扉、8303:冷凍室用扉、8304:二次電池、8400:自動車、8401:ヘッドライト、8402:電池パック、8403:センサ、8404:フロントガラス、8405:光電変換素子、8406:電気モーター、8500:自動車、8600:スクータ、8601:サイドミラー、8602:二次電池、8603:方向指示灯、8604:座席下収納、8700:電動自転車、8701:二次電池、8702:電池パック、8703:表示部、9600:タブレット型端末、9625:スイッチ、9626:スイッチ、9627:電源スイッチ、9628:操作スイッチ、9629:留め具、9630:筐体、9630a:筐体、9630b:筐体、9631:表示部、9633:太陽電池、9634:充放電制御回路、9635:蓄電体、9636:DCDCコンバータ、9637:コンバータ、9640:可動部
Claims (13)
- 二次電池を格納する電池部と、
前記二次電池の予想充電時間と比較して外部電源との接続時間が長い場合、ニューラルネットワーク演算して充電の計画を決定し、前記充電の計画に基づいて満充電保持時間を短縮する充放電管理部と、
充電保持部を有する充電部と、を具備し、
前記ニューラルネットワーク演算に用いるファクタの少なくとも一つは、前記二次電池の残容量とする充電制御システム。 - 請求項1において、前記充放電管理部は、酸化物半導体を用いたトランジスタを含む充電制御システム。
- 請求項1において、前記充電部は外部電源と有線で接続される充電制御システム。
- 請求項1において、前記充電部はアンテナを有し、無線で外部電源と充放電を行う充電制御システム。
- 請求項1において、複数の前記二次電池を有する充電制御システム。
- 請求項1において、前記電池部は、車両に搭載されている充電制御システム。
- 請求項1乃至6のいずれか一において、前記電池部は、携帯情報端末に搭載されている充電制御システム。
- 請求項1において、前記ニューラルネットワーク演算では、コンピュータと通信を行い、前記コンピュータに蓄積されているデータを用いる充電制御システム。
- 請求項1において、前記充放電管理部は、携帯情報端末に搭載されている充電制御システム。
- 請求項1において、前記充放電管理部は、給電装置に搭載されている充電制御システム。
- 給電装置と、
前記給電装置と電気的に接続された充放電制御回路と、
少なくともニューラルネットワーク演算を行うことのできるマイクロプロセッサと、
前記給電装置からの発信を指示、或いは停止する通信手段と、を有する充電制御装置。 - 請求項11において、前記給電装置は、第1のアンテナを有し、
前記通信手段は、前記第1のアンテナと重なる第2のアンテナへ前記給電装置からの発信を指示、或いは停止し、
前記第2のアンテナは二次電池と電気的に接続している充電制御装置。 - 請求項11または請求項12において、前記給電装置は、前記マイクロプロセッサと電気的に接続する記憶部を有する充電制御装置。
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