CN112930636B 蓄电装置及蓄电装置的工作方法 （株式会社半导体能源研究所）

2021.04.23PCT/IB2019/0587992019.10.16WO2020/084398JA2020.04.30JPH10322917A,1998.12.04构的电池保护电路及包括该电池电路的蓄电装有对第三电路部传送二次电池的充电的开始时电压及第一电流并将其供应给第三电路部的功能，第三电路部具有通过对电容器充电第一电2所述第一电路部配置为对所述定时器电路部供应指示所述二次电池的所述充电的开所述第二电路部配置为生成对应于基准时间的第一基准电压及第所述第二电路部配置为将所述第一基准电压及所述第一基准电流供应给所述定时器所述定时器电路部配置为生成对应于从所述二次电池的所述充电的开始时刻的经过所述定时器电路部配置为对所述电容器充电具有对应于所述第一基准电流和所述经所述定时器电路部配置为将所述电压供应给所述比较器的所述非反相输入端子和所所述比较器配置为对所述第一基准电压和所述电所述蓄电装置配置为当所述电压超过所述第一基准电压时停止所述二次电池的所述其中，所述第二电路部配置为转换从所述第一电路部供应的数所述比较器的所述非反相输入端子及所述反相输入端子中的一个与所述电容器中的所述比较器的所述非反相输入端子及所述反相输入端子中的另一个与所述第一晶体并且，所述蓄电装置配置为通过关闭所述第一晶体管来使所3所述第二电路部生成对应于基准时间的第一基准电压及第一基准电流的所述第二电路部将所述第一基准电压及所述第一基准电流供应给所述定时器电路部通过对所述二次电池供应电流来开始所述二次电池的所述充电的所述第一电路部将指示所述二次电池的所述充电的开始的第一信号供应给所述定时所述定时器电路部生成对应于从所述二次电池的所述充电的开始时刻的经过时间的将所述电压供应给所述比较器的所述非反相输入端子和所述反相输入端子中的另一其中，所述第二电路部配置为转换从所述第一电路部供应的数在所述第五步骤中，所述定时器电路部对所述所述比较器的所述非反相输入端子及所述反相输入端子中的一个与所述晶体管的源在所述第三步骤至所述第七步骤中，所述晶体管关闭以保非反相输入端子及所述反相输入端子中的一个的所述第一并且，在所述第五步骤中，对所述比较器的所述非反相输入端4通过在第一时刻对所述二次电池供应第一电流来开始所述二次电池的第一充电的第通过在第二时刻停止所述第一电流的供应来结束所述第一充电的将包含由所述温度传感器测定的温度的第一数据、包含所述第含所述第二时刻的第三数据供应给所述存储器并且存储在所述存储器中所述第一电路部中的所述运算电路使用所述第一数据、所述第二数据所述第二电路部生成所述第一基准电压及第一基准电流的所述第二电路部将所述第一基准电压及所述第一基准电流供应给所述定时器电路部通过在第三时刻对所述二次电池供应第二电流来开始所述二次电池的第二充电的第所述第一电路部将指示所述二次电池的所述第二充电的开始的第一信号供应给所述所述定时器电路部生成对应于从所述二次电池的所述第二充电的开始时刻的经过时将所述电压供应给所述比较器的所述非反相输入端子和所述反相输入端子中的另一其中，所述第二电路部配置为转换从所述第一电路部供应的数5在所述第八步骤中，所述定时器电路部对所述所述比较器的所述非反相输入端子及所述反相输入端子中的一个与所述晶体管的源在所述第六步骤至所述第十一步骤中，所述晶体管关闭以保持述非反相输入端子及所述反相输入端子中的一个的所述第一基并且，在所述第九步骤中，对所述比较器的所述非反相输入端6[0005]专利文献1公开了被用作电池保护电路的保护IC。在专利文献1所记载的保护IC[0006]另外，在专利文献2中公开了检测出二次电池的微小短路的电池状态检测装置及[0007]另外，在专利文献3中公开了用来保护串联连接的二次电池单元的组电池的保护[0014]本发明的一个方式的蓄电装置优选检测出微短路或微短路的预兆而提高二次电生短路而不能进行充放电的状态，而是在极小的短路部分中短时间短路电流流过的现象。7域技术人员可以从说明书或附图等的记载中导出并适当抽出上面没有提到的目的。注意，本发明的一个方式实现上述目的及/或其他目的中的至使晶体管的源极及漏极中的一个保持第一电8功能，该蓄电装置的工作方法包括在第二电路部中生成第一电压及第一电流的第一步骤；第八步骤；第三电路部生成对应于从充电的开始时刻的经过时间的第二电压的第九步骤；9[0041]图2A是说明本发明的一个方式的电路图。图2B是说明本发明的一个方式的电路[0045]图6A是说明本发明的一个方式的电路图。图6B是说明本发明的一个方式的电路[0047]图8A是说明本发明的一个方式的电路图。图8B是说明本发明的一个方式的电路[0050]图11A是说明二次电池的充电方法的图。图11B是说明二次电池的充电方法的[0051]图12A是说明二次电池的充电方法的图。图12B是说明二次电池的充电方法的[0056]图17A是示出存储器的结构例子的方框图。图17B是示出存储单元的一个例子的[0081]基准生成电路102根据控制电路101提供的信号对定时器电路103供应基准电压及模拟信号的功能。在控制电路101提供作为数字信号的基准电压及基准电流等的信号的情[0082]定时器电路103具有根据被供应的基准电压及基准电流(Vref、Iref(Analog))测开关162中的一个电极与接地电位电连接，恒定电流源163中的一个电极与高电位信号Vdd[0087]图2B示出可以进行电源门控的定时器电路103的结构的一个例子。图2B所示的定时器电路103与图2A的不同之处在于图2B所示的定时器电路103包括存储元件159。比较器[0092]本发明的一个方式的蓄电装置优选检测出微短路或微短路的预兆而提高二次电[0093]本发明人发现了在二次电池的充电等时观察到预测微短路的现象之前充电时间[0094]注意，充电时间依赖于二次电池的温度(例如二次电池所包括的温度传感器的温度)及二次电池的使用导致的劣化等，然而例如在参考那种变化原因而考虑充电时间也充不容易上升而恒流(Constantcurrent，下面记载为CC)充电的时间变长。另外，在恒压[0098]本发明的一个方式的蓄电装置除了检测出微短路之外，还可以进行二次电池的二次电池电压VB是施加到内部电阻R的电压VR和施加到二次电池容量C的电[0105]图11C示出进行CC充电期间及停止CC充电之后的二次电池电压VB与充电电流的例[0110]图13A示出进行CCCV充电期间及停止CCCV充电之后的二次电池电压VB与充电电流B即使在停止CCCV充电之后也几乎不下降。[0112]图13B示出进行CC放电期间的二次电池电压VB与放电电流的例子。从图13B可知，图4B示出表示信号RESET、端子IN1及端子OUT的状态的时序图的一个例子。在图4A及图4B从基准生成电路102对定时器电路103供应对应于设定了的基准时间的电压Vref1及电流[0119]对应于充电时间的电压及电流可以如下述那样得到。将电容器161的电容值设定为电容值Ca1。电流Iss1和时间tr的积相等于电容值Ca1和电压Vref1的积。通过利用该关于储存于桌子的温度之外的基准时间，可以是使用储存于桌子的值由控制电路101等所包[0123]将温度Tb的依赖性、剩余容量SOC的依赖性设定为某个系数并且可以将上次充电[0140]图5A所示的定时器电路103包括电流供应部192而代替图2A所示的电流供应部191。电流供应部192包括开关162及恒定电流源163。开关162中的一个电极与高电位信号[0142]在时刻t4，在端子IN2的电压低于电压Vref11，即充电时间比充电的基准时间长[0143]图6A所示的定时器电路103除了图2A所示的定时器电路103之外还包括计数器输入到计数器106。在计数器106被供应来自端子OUT的信号(例如高电位信号)时，计数器103的输出端子的端子OUT2输出对应于二次电池的充[0144]图6B所示的定时器电路103具有电流供应部192代替图6A所示的定时器电路103中[0145]图7所示的定时器电路103包括电流供应部193、电容器161、比较器171、比较器[0146]电流供应部193包括开关162、恒定电流源167、开关168、开关169及恒定电流源极与接地电位电连接，恒定电流源170中的不与开关169电连接的电极与高电位信号Vdd电[0147]电容器161中的一个电极与比较器171的非反相输入端子及比较器172的反相输入第二输入被供应NAND电路179的输出。NAND电路179的第一输入被供应比较器172的输出信的电压逐渐上升。在电容器161的电压高于高电位信号Vref2时从比较器172输出低电位信电容器174及晶体管181至晶体管184。恒定电流源173中的一个电极与高电位信号Vdd电连晶体管181的栅极电连接，晶体管182的源极及漏极中的另一个与晶体管183的栅极及电容极及晶体管184的栅极分别被供应信号RESET，晶体管183的源极及漏极中的一个与接地电应于流过恒定电流源173的电流Iref的电流Iss1流过晶体管183及晶体管184。电流Iref和电流Iss1的比根据晶体管181和晶体管183的尺寸的比(沟道长度的倒数、沟道宽度等)变体管184成为关闭状态，对晶体管183的栅极被施加对应于储存在电容器174中的电荷的电中的另一个与电容器175中的一个电极及晶体管188的栅极电连接，晶体管188的源极及漏极中的一个被供应高电位信号Vdd，晶体管188的源极及漏极中的另一个与晶体管187的源RESET供应给晶体管186的栅极，将信号RESETB供应给晶体管185的栅极及晶体管190的栅[0158]信号RESETB是信号RESET的反相的信号。反相的信号是指例如在从一个信号输出管188成为开启状态，对应于流过恒定电流源173的电流Iref的电流Iss1流过晶体管188及体管188的栅极中保持对应于储存在电容器175中的电荷的电压而晶体管188成为开启状[0161]在图8A及图8B中，在作为信号RESET被供应低电位信号的期间不必要从恒定电流[0162]OS晶体管可以降低关态电流，因此也可以使用高值至低值的较广范围的通态电[0165]图9示出可用于电流供应部193的具体例子。电流供应部193具有组合图8A所示的体管194的源极及漏极中的另一个与晶体管196的源极和漏极中的一个及晶体管188的源极及漏极中的另一个与晶体管197的源极及漏极中的一个及电容器161中的一个电极电连接。晶体管197的源极及漏极中的另一个被供应电压Vref1。晶体管197的栅极被供应信号[0170]保护电路137具有在二次电池121满足被设定的某种条件的情况下停止二次电池[0171]保护电路137可以具有在停止二次电池121的工作时使二次电池121的两极短路的是指例如在同一个硅衬底上或同一个玻璃衬底上设置两个[0176]对可用于在上述实施方式中说明的电池控制电路的半导体装置的结构例子进行的4端子的半导体元件。由根据供应给栅电极或背栅电极的电压可以独立地控制源极与漏[0188]半导体区域313的沟道形成区域或其附近的区域、被用作源区域或漏区域的低电[0189]在低电阻区域314a及低电阻区域314b中，除了应用于半导体区域313的半导体材[0196]绝缘体322也可以被用作用来减少因设置在其下方的晶体管300等而产生的台阶[0197]作为绝缘体324，优选使用能够防止氢或杂质从衬底311或晶体管300等扩散到设面积的量时，绝缘体324中的氢的脱离量为10×1015atoms/cm2以下，优选为5×1015atoms/cm2有时氢扩散到晶体管500等具有氧化物半导体的半导体元件中，导致该半导体元件的特性导电体503、配置在绝缘体516及导电体503上的绝缘体520、配置在绝缘体520上的绝缘体在导电体542a及导电体542b上并以重叠于导电体542a和导电体542b之间的方式形成开口缘体550以及配置在绝缘体550的形成面上的导置在绝缘体550的内侧的导电体560a及以埋入导电体560a的内侧的方式设置的导电体与氧化物530a的两层结构、氧化物530b与氧化物530c的两层结构或者四层以上的叠层结或漏电极。如上所述，导电体560以埋入绝缘体580的开口中及夹在导电体542a与导电体二栅电极的电场电围绕沟道形成区域的晶体管的结构称为surroundedchannel(S-热脱附谱)分析中换算为氧原子的氧的脱离量为1.0×1018atoms/cm3以上，优选为1.0×[0238]此外，也可以以使上述具有过剩氧区域的绝缘体和氧化物530彼此接触的方式进的反应而可以进行脱氢化。此时产生的氢的一部分有时与氧键合并从氧化物530或氧化物530附近的绝缘体被去除作为H2O。此外，氢的一部分有时扩散到导电体542或者被导电体以在保持物理厚度的同时降低晶体管工作时用这种材料形成绝缘体522时，绝缘体522被用作抑制氧从氧化物530释放或氢等杂质从晶性且相对介电常数高的叠层结构的绝缘体520或绝[0249]在晶体管500中，优选将被用作氧化物半导体的金属氧化物用于包含沟道形成区钨和镁等中的一种或多种)等金属氧化b面方向上连接而具有畸变的结晶结构的CAAC(c-axis-alignedcrystalline)-OS(oxide此有时在金属氧化物中形成氧空位(也称为V供应氧填补氧空位(有时也记载为加氧化处理)是重要的。通过将VOH等杂质被充分降低的质谱分析法(SIMS：SecondaryIonMassSpectrometry)得到的氢浓度低于1×1020atoms/cm3，优选低于1×1019atoms/cm3，更优选低于5×1018atoms/cm3，进一步优选低于1×在氧化物530a下的结构物扩散到氧化物530b。当在氧化物530b之上设置有氧化物530c时，可以抑制杂质从形成在氧化物530c的上方的结构物扩散到氧化物[0257]另外，氧化物530优选具有各金属原子的原子个数比互不相同的氧化物的叠层结的金属氧化物中的相对于In的元素M的原子个数比优选大于用于氧化物530b的金属氧化物M的In的原子个数比优选大于用于氧化物530a的金属氧化物中的相对于元素M的In的原子导带底的能级连续地变化或者连续地接合。为此，优选降低形成在氧化物530a与氧化物530b的界面以及氧化物530b与氧化物530c的界面的混合层的缺域543b)的氧浓度有时降低。另外，在区域543a(区域543b)中有时形成包括包含在导电体542a(导电体542b)中的金属及氧化物530的成分的金属化合物层。在此情况下，区域543a[0267]此外,通过上述导电体542a(导电体542b)和氧化物53散到电极中,由此导电体有时被氧化。导电体的导电率因导电体的氧化而下降的可能性变体的界面可能会形成另一层。因为该另一层包含比上述导电体542a(导电体542b)多的氧，和氧化物530的三层结构是由金属-绝缘体-半导体构成的三层结构，有时也将其称为MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)结构或以MIS结构为主的二极管连接[0269]绝缘体544以覆盖导电体542a及导电体542b的方式设置，抑制导电体542a及导电绝缘体550扩散到氧化物530b。此外，可以抑制绝缘体580所包含的过剩氧使导电体560氧[0273]绝缘体550被用作第一栅极绝缘膜。绝缘体550优选以接触于氧化物530c的内侧[0275]通过作为绝缘体550以与氧化物530c的顶面接触的方式设置通过加热而释放氧的具有抑制氧的扩散的功能，可以抑制因绝缘体550所包含的氧导致导电体560b氧化而导电[0281]绝缘体580优选隔着绝缘体544设置在导电体542a及导电体542b上。绝缘体580优[0282]绝缘体580优选具有过剩氧区域。通过以与氧化物530c接触的方式设置通过加热[0283]绝缘体580的开口以与导电体542a和导电体542b之间的区域重叠的方式形成。由式设置。通过利用溅射法形成绝缘体574，可以在绝缘体550及绝缘体580中形成过剩氧区514或绝缘体522的开口并接触于绝缘体514或绝缘体522地形成上述高阻挡性的绝缘体时电体540a及导电体540b具有与后面说明的导电体546及导电体54[0291]在绝缘体581上设置有绝缘体582。绝缘体582优选使用对氧或氢具有阻挡性的物[0295]导电体546及导电体548被用作与电容器600、晶体管500或晶体管300连接的插头[0301]在导电体620及绝缘体630上设置有绝缘体640。绝缘体640可以使用与绝缘体320[0304]本发明的一个方式所包括的蓄电装功率开关245至247。在电源定域242中设置存储单元阵列250,在电源定域243中设置245至247的开启及关闭。功率开关245至247分别控制向电源定域243的电压VDDD、VDHW、[0309]另外,根据NOSRAM240的电路结构及工作方法适当地选择输入到NOSRAM240的电[0313]图18A示出存储单元阵列250的结构例子。在图18A能。列电路253具有对地址信号所指定的列的写入位线写入数据的功能及从该列的读出位[0320]DOSRAM是包括1T1C型的存储单元的RAM，是DynamicOxideSemiconductorRAM的[0322]由于通过电容器C6的充放电来改写数据，所以原理上对DOSRAM351的改写次数没行电路进行访问对象的字线WL的选择等。列电路对由BL及BLB构成的位线对进行数据的写被切割的各芯片安装于引线框架上并实现接合的芯片接合(diebonding)工序(步骤S3)。用球键合(ballbonding)或楔键合([0334]对进行引线键合后的芯片实施由环氧树脂等密封的模塑(molding)工序(步骤的电路部及金属细线因机械外力导致的损伤，还可以降低因水分或灰尘而导致的特性劣[0335]接着，对引线框架的引线进行电镀处理。并且对引线进行切断及成型加工(步骤示出QFP(QuadFlatPackage：四侧引脚扁平封装)的透视示意图。图20B所示的电子构件[0343]在中空圆柱状电池罐602的内侧设置有带状正极604和带状负极606夹着隔离体的内压上升到超过指定的阈值时，安全阀机构613切断正极盖601与正极604的电连接。另次电池的正极接触于由绝缘体425分离的导电体424而该正极彼此电连接。导电体424通过为控制电路420可以使用上述实施方式所说明的电池控制电路。布线421通过导电板413与多个二次电池400的正极电连接，布线422通过导电板414与多个二次电池400的负极电连[0350]接着，参照图22A、图22B及图22C对本发明的一个方式的蓄电系统的例子进行说[0351]图22A是示出二次电池组531的外观的图。图22B是说明二次电池组531的结构的[0355]二次电池组531在天线517和二次电池513之间包括层519。层519例如具有可以遮该电池元件例如为隔着隔离体层叠负极和正极驶的动力源能够适当地使用电动机或引擎的混合动力汽车。通过使用本发明的一个方式，[0363]在图23B所示的汽车8500中，可以通过利用插电方式或非接触供电方式等从外部部8604中。即使座位下收纳部8604空间小，也可以将蓄电系统8602收纳在座位下收纳部24A所示的电动自行车8700可以使用本发明的一个方式的蓄电系统。本发明的一个方式的[0372]接着，图25A和图25B示出能够进行对折的平板终端(包括clamshell型终端)的一可动部9640设置在框体9630a及框体9终端除了光传感器以外还可以内置陀螺仪和加速度传感器等检测倾斜度的传感器等的其控制电路9634可以使用上面实施方式所示的[0377]此外，平板终端9600能够进行对折，因此不使用时可以以重叠的方式折叠框体部上的信息进行触摸输入操作或编辑的触摸输入；通过各种各样的软件(程序)控制处理[0379]通过利用安装在平板终端的表面上的太阳能电池9633，可以将电力供应到触摸以用于作为clamshell型终端的笔记本型个人计算机。图25C示出笔记本型个人计算机备有机EL元件等发光元件的发光装置、电泳显示装置、DMD(数字微镜装置：Digital[0385]另外，声音输入设备8005可以被用作智能手机等便携式信息终端8009的充电基箭头方向移动且通过连接于外部电源的充电模块8010以无线充电进行充[0388]在图26中，安镶型照明装置8100是使用由控制充电的微处理器(包括APS)控制的天花板8104的内部的情况，但是二次电池8103也可以设置在框体8101的内部。照明装置充电的微处理器(包括APS)安装在本实施方式所说明的电子设备，可以实现使用寿命更长[0395]首先，图27A至图27E示出将本发明的一个方式的蓄电系统安装在电子设备的例[0396]图27A示出移动电话机的一个例子。移动电话机7400除了组装在框体7401中的显[0397]图27B示出使移动电话机7400弯曲的状态。在利用外部的力量使移动电话机7400的产品区域(OSLSIanalog)，区域803表示可以将使用OS晶体管的LSI应用于数字(digital)处理的产品区域(OSLSIdigital)。将OS晶体管可以优选地应用于图28所示的[0414]在OSDisplay中例如可以优选地使用BottomGate型的OSFET(BGOSFET)、Top晶体管中尤其优选使用S-channel(surrounded[0417]另外，作为包含在OSDisplay(区域801)中的产品，可以举出将LCD(liquid[0420]另外，包含在OSLSIdigital(区域803)中的产品，可以举出存储装置、CPU(CentralProcessingUnit)装置、GPU(GraphicsProcessingUnit)装置、FPGA(field-[0427]各实施方式所示的结构可以与其他实施方式所示的结构适当地组合而构成本发的其他内容(或其一部分)及/或一个或多个其他实施方式中说明的内容(或其一部分)、将某一实施方式中说明的内容(或其一部分)与该实施方式中说明的其他内容(或其一部分)及/或一个或多个其他实施方式中说明的内容(或其一部分)组合、用某一实施方式中说明的内容(或其一部分)替换该实施方式中说明的其他内容(或其一部分)及/或一个或多个其实施方式中示出的其他附图(或其一部分)及/或一个或多个其他实施方式中示出的附图体管的源极和漏极适当地换称为源极(漏极)端子或源极([0437]在本说明书等中，开关是指具有通过变为导通状态(开启状态)或非导通状态(关处于导通状态时在半导体中电流流过的部分)和栅极重叠的区域或者形成沟道的区域中的体中电流流过的部分)和栅极重叠的区域或者形成沟道的区域中的源极和漏极相对的部分[0444]图29A示出二次电池的温度为45℃时的二次电池的时间Tccr及时间Tcvr和电压