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JPH07211358A - Capacitor having field effect transistor inside - Google Patents

Capacitor having field effect transistor inside

Info

Publication number
JPH07211358A
JPH07211358A JP6022209A JP2220994A JPH07211358A JP H07211358 A JPH07211358 A JP H07211358A JP 6022209 A JP6022209 A JP 6022209A JP 2220994 A JP2220994 A JP 2220994A JP H07211358 A JPH07211358 A JP H07211358A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
thin film
transistor
field effect
effect transistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6022209A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Fukuda
哲夫 福田
Suguru Seo
英 瀬尾
Seiji Okada
誠二 岡田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP6022209A priority Critical patent/JPH07211358A/en
Publication of JPH07211358A publication Critical patent/JPH07211358A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a capacitor which does not need to outfit an overvoltage preventive circuit, an overcharge-overdischarge preventive circuit, a remaining electric quantity detecting circuit or the like at mounting time. CONSTITUTION:A separator 10 composed of nonwoven fabric is sandwiched by a positive side current collecting electrode 20 and a negative side current collecting electrode 30 composed of aluminium plates. A positive side polarizable electrode 21 and a negative side polarizable electrode 31 composed of activated carbon containing organic electrolyte are formed on inside surfaces of the electrodes 20 and 30. A transistor circuit part 40 containing a thin film transistor is formed on a single surface of the separator 10. A wiring layer and a resistance layer by metallic thin films are formed in the transistor circuit part 40, and the part is used as an electrode of the thin film transistor. An overvoltage preventive circuit, an overcharge-overdischarge preventive circuit, a remaining electric quantity detecting circuit or the like are formed by using this transistor circuit part 40.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電界効果トランジスタを
内設した蓄電器、特に、二次電池やコンデンサなどの繰
り返し充放電させて用いることが可能な蓄電器に、電界
効果トランジスタを効率良く内設させる技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention efficiently installs a field effect transistor in a storage device having a field effect transistor therein, and more particularly in a storage battery which can be repeatedly charged and discharged such as a secondary battery and a capacitor. Regarding technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】二次電池やコンデンサなど、繰り返し充
放電させて用いることが可能な蓄電器は、家電製品や電
動車両の主電源あるいは補助電源として、産業界で幅広
く利用されている。たとえば、特開平3−107532
号公報には、車両搭載用のコンデンサ式蓄電器が開示さ
れている。これらの蓄電器に対して、個々の許容電気容
量を越えた充電が行われると、過電圧または過充電状態
になり、破壊したり劣化したりする可能性がある。そこ
で、これらの蓄電器を家電製品や電動車両に実装して用
いる場合には、過電圧防止回路や過充電防止回路を取り
付けて用いるのが一般的である。また、電動車両などに
用いる場合には、蓄積されている残存電気量を検出する
ことが不可欠であり、残存電気量を検出する検出回路を
取り付けて用いる必要がある。たとえば、鉛蓄電器につ
いては、このような検出回路として、端子電圧から残存
電気量を推定する回路、充放電電気量を積算して残存電
気量を演算する回路、電解液の比重から残存電気量を推
定する回路、などが用いられている。
2. Description of the Related Art Condensers such as secondary batteries and capacitors that can be repeatedly charged and discharged are widely used in industry as main power sources or auxiliary power sources for home appliances and electric vehicles. For example, JP-A-3-107532
The publication discloses a vehicle-mounted capacitor-type power storage device. If these electric storage devices are charged in excess of their permissible electric capacities, they may be overvoltage or overcharged and may be destroyed or deteriorated. Therefore, when these power storage devices are mounted and used in home electric appliances and electric vehicles, it is common to attach and use an overvoltage protection circuit and an overcharge protection circuit. When used in an electric vehicle or the like, it is indispensable to detect the accumulated amount of remaining electricity, and it is necessary to attach and use a detection circuit for detecting the amount of remaining electricity. For example, for lead-acid batteries, such a detection circuit includes a circuit that estimates the amount of remaining electricity from the terminal voltage, a circuit that calculates the amount of remaining electricity by integrating charge and discharge electricity, and the amount of remaining electricity that is calculated from the specific gravity of the electrolyte. An estimating circuit is used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、家電
製品や電動車両などに蓄電器を実装する場合には、過電
圧防止回路、過充電防止回路、残存電気量検出回路、な
どを別途外付けして用いる必要がある。しかし、蓄電器
の他に更にこのような外付回路を実装すると、全体の重
量および容積が益々増えることになり好ましくない。
As described above, when a battery is mounted on a home electric appliance, an electric vehicle, or the like, an overvoltage prevention circuit, an overcharge prevention circuit, a remaining electricity amount detection circuit, etc. are externally attached. Need to be used. However, if such an external circuit is further mounted in addition to the capacitor, the overall weight and volume increase, which is not preferable.

【0004】そこで本発明は、実装時に、過電圧防止回
路、過充電防止回路、残存電気量検出回路、などを外付
けする必要のない蓄電器を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a capacitor which does not require external attachment of an overvoltage prevention circuit, an overcharge prevention circuit, a residual electricity amount detection circuit, etc. at the time of mounting.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(1) 本発明の第1の態様は、正側電極と、負側電極
と、これら両電極に挟まれたセパレータと、を有し、こ
れら両電極間に所定の電荷を蓄える機能をもった蓄電器
において、正側電極または負側電極とセパレータとの間
に、電界効果トランジスタを形成し、この電界効果トラ
ンジスタによって、蓄電器に対する充電動作の制御また
は充電状態の検出を行えるようにしたものである。
(1) The first aspect of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, and a separator sandwiched between these electrodes, and has a function of storing a predetermined charge between these electrodes. In the battery, a field effect transistor is formed between the positive electrode or the negative electrode and the separator, and the field effect transistor can control the charging operation of the battery or detect the charging state.

【0006】(2) 本発明の第2の態様は、上述の第1
の態様に係る蓄電器において、セパレータの片面に形成
された薄膜トランジスタにより電界効果トランジスタを
構成し、この薄膜トランジスタの形成面に金属薄膜によ
る配線層および抵抗層を形成することにより所定の配線
を行い、この配線層の一部を薄膜トランジスタの電極と
して利用するようにしたものである。
(2) A second aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect.
In the electric storage device according to the aspect of (1), a field effect transistor is formed by a thin film transistor formed on one surface of a separator, and a wiring layer and a resistance layer made of a metal thin film are formed on a surface where the thin film transistor is formed, and predetermined wiring is performed. A part of the layer is used as an electrode of a thin film transistor.

【0007】(3) 本発明の第3の態様は、上述の第1
または第2の態様に係る蓄電器において、電界効果トラ
ンジスタのソース・ドレイン間電流路とこれに直列接続
された放電用抵抗素子とにより、過電圧防止リミッタを
形成し、蓄電用の正側電極と負側電極との間に、この過
電圧防止リミッタと分圧用抵抗素子とを並列接続し、分
圧用抵抗素子の所定の分圧地点と電界効果トランジスタ
のゲートとを接続するようにしたものである。
(3) A third aspect of the present invention relates to the above-mentioned first aspect.
Alternatively, in the electric storage device according to the second aspect, an overvoltage prevention limiter is formed by the source-drain current path of the field effect transistor and the discharge resistance element connected in series to the electric path, and a positive electrode for storage and a negative electrode The overvoltage prevention limiter and the voltage dividing resistance element are connected in parallel with the electrode so that a predetermined voltage dividing point of the voltage dividing resistance element and the gate of the field effect transistor are connected.

【0008】(4) 本発明の第4の態様は、上述の第1
または第2の態様に係る蓄電器において、内部に電解液
を充填させ、この電解液のイオンの状態変化に基づいて
充放電動作を行うように構成し、電界効果トランジスタ
として、イオン感応性のトランジスタを用いるようにし
たものである。
(4) A fourth aspect of the present invention relates to the above-mentioned first aspect.
Alternatively, in the electric storage device according to the second aspect, the inside is filled with an electrolytic solution, and the charging / discharging operation is performed based on a change in the state of the ions of the electrolytic solution. An ion-sensitive transistor is used as the field effect transistor. It is the one that is used.

【0009】(5) 本発明の第5の態様は、上述の第4
の態様に係る蓄電器において、イオン感応性電界効果ト
ランジスタのソース・ドレイン間電流路とこれに直列接
続された放電用抵抗素子とにより、過充電防止リミッタ
を形成し、蓄電用の正側電極と負側電極との間に、過充
電防止リミッタを接続し、イオン感応性電界効果トラン
ジスタのイオン感応薄膜を電解液中に浸す構造としたも
のである。
(5) A fifth aspect of the present invention relates to the above-mentioned fourth aspect.
In the electricity storage device according to the aspect, an overcharge prevention limiter is formed by the source-drain current path of the ion-sensitive field effect transistor and the discharge resistance element connected in series to the current path, and the positive electrode for electricity storage and the negative electrode An overcharge prevention limiter is connected to the side electrode, and the ion sensitive thin film of the ion sensitive field effect transistor is immersed in the electrolytic solution.

【0010】(6) 本発明の第6の態様は、上述の第4
の態様に係る蓄電器において、イオン感応性電界効果ト
ランジスタのソース電極に接続された配線およびドレイ
ン電極に接続された配線を、それぞれ外部に導出し、イ
オン感応性電界効果トランジスタのイオン感応薄膜を電
解液中に浸す構造とし、両配線間の導電特性に基づい
て、電解液中の蓄電状態を検出できるように構成したも
のである。
(6) The sixth aspect of the present invention is the above-mentioned fourth aspect.
In the capacitor according to the aspect, the wiring connected to the source electrode of the ion-sensitive field effect transistor and the wiring connected to the drain electrode of the ion-sensitive field effect transistor are respectively led to the outside, and the ion-sensitive thin film of the ion-sensitive field effect transistor is electrolyzed. It is soaked in the structure, and is configured to be able to detect the charged state in the electrolytic solution based on the conductive property between both wirings.

【0011】[0011]

【作 用】本発明では、正側電極または負側電極とセパ
レータとの間に電界効果トランジスタが形成される。特
に、セパレータの片面に薄膜トランジスタを形成し、こ
の薄膜トランジスタの形成面に金属薄膜による配線層お
よび抵抗層を形成し、この配線層の一部を薄膜トランジ
スタの電極として利用するようにすれば、電極やセパレ
ータと一体構造をもったトランジスタ素子を蓄電器の内
部に一体構造として設けることができる。この内設トラ
ンジスタ素子および配線層や抵抗層を用いて、過電圧防
止回路、過充電防止回路、残存電気量検出回路、などを
形成するようにすれば、蓄電器に新たなトランジスタ回
路を外付けする必要がなくなる。内設したトランジスタ
素子に放電用抵抗素子を接続してリミッタを構成すれ
ば、過電圧防止回路や過充電防止回路を構成することが
できる。また、内設トランジスタとしてイオン感応性電
界効果トランジスタを用い、イオン感応薄膜を電解液中
に浸す構造とすれば、残存電気量検出回路を構成するこ
とができる。
[Operation] In the present invention, the field effect transistor is formed between the positive electrode or the negative electrode and the separator. In particular, a thin film transistor is formed on one surface of the separator, and a wiring layer and a resistance layer made of a metal thin film are formed on the formation surface of the thin film transistor, and if a part of this wiring layer is used as an electrode of the thin film transistor, an electrode or a separator is formed. The transistor element having an integral structure with can be provided as an integral structure inside the capacitor. If this internal transistor element and wiring layer or resistance layer are used to form an overvoltage prevention circuit, an overcharge prevention circuit, a remaining electricity amount detection circuit, etc., it is necessary to attach a new transistor circuit to the capacitor. Disappears. An overvoltage prevention circuit and an overcharge prevention circuit can be formed by connecting a discharge resistance element to the internally provided transistor element to form a limiter. If an ion-sensitive field effect transistor is used as the internal transistor and the ion-sensitive thin film is soaked in the electrolytic solution, the residual electricity detection circuit can be configured.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明を図示する実施例に基づいて説
明する。
The present invention will be described below based on illustrated embodiments.

【0013】<電気二重層コンデンサ式蓄電器に適用し
た実施例>図1は、電気二重層コンデンサ式蓄電器に本
発明を適用した実施例の斜視図である。この蓄電器の主
たる構成要素は、イオン透過性のセパレータ10と、正
側集電電極20と、負側集電電極30と、である。正側
集電電極20の内側面には、正側分極性電極21が形成
され、負側集電電極30の内側面には、負側分極性電極
31が形成されている。また、正側集電電極20から
は、正側リード22が外部へ導出され、負側集電電極3
0からは、負側リード32が外部へ導出されている。こ
の実施例では、イオン透過性のセパレータ10として不
織布を用い、正側集電電極20および負側集電電極30
としてアルミニウム板を用い、正側分極性電極21およ
び負側分極性電極31として活性炭に有機系電解液を浸
したものを用い、正側リード22および負側リード32
としてアルミニウム線を用いているが、それぞれ同じ機
能をもった別な材料に置き換えてもかまわない。
<Embodiment Applied to Electric Double Layer Capacitor Condenser> FIG. 1 is a perspective view of an embodiment to which the present invention is applied to an electric double layer condenser accumulator. The main constituent elements of this battery are an ion-permeable separator 10, a positive side current collecting electrode 20, and a negative side current collecting electrode 30. The positive side polarizable electrode 21 is formed on the inner side surface of the positive side current collecting electrode 20, and the negative side polarizable electrode 31 is formed on the inner side surface of the negative side current collecting electrode 30. Further, the positive side lead 22 is led out from the positive side current collecting electrode 20, and the negative side current collecting electrode 3
From 0, the negative side lead 32 is led to the outside. In this embodiment, a non-woven fabric is used as the ion-permeable separator 10, and the positive side current collecting electrode 20 and the negative side current collecting electrode 30 are used.
An aluminum plate is used as the positive side polarizable electrode 21 and the negative side polarizable electrode 31 are made of activated carbon soaked with an organic electrolytic solution.
Although an aluminum wire is used as the material, it may be replaced with another material having the same function.

【0014】この蓄電器の特徴は、セパレータ10の片
面に、トランジスタ回路部40が形成されている点であ
る。このトランジスタ回路部40は、電界効果トランジ
スタを含む回路であり、詳細な構造については後述す
る。図1に示されている負側電極42および正側電極4
6も、このトランジスタ回路部40の一部の構成要素で
ある。図1では、このトランジスタ回路部40の各構成
要素についての詳細な構造は、図が繁雑になるために省
略してある。また、図1は、このトランジスタ回路部4
0を明瞭に示すために、正側集電電極20および負側集
電電極30の端部をめくった状態を示してあるが、実際
には、正側集電電極20および負側集電電極30は、セ
パレータ10に平行な状態になっており、セパレータ1
0は正側集電電極20と負側集電電極30とによって挟
まれたいわゆるサンドイッチ構造になっている。本発明
の特徴は、このようにセパレータ10と各電極層との間
に、トランジスタ回路部40を設けた点にある。このよ
うに、蓄電器を構成する層状要素の間にトランジスタ回
路部40を形成することにより、蓄電器の内部にトラン
ジスタ回路部40を埋め込んだ構造を得ることができ
る。後述するように、このトランジスタ回路部40は、
過電圧防止回路や過充電防止回路として利用することが
できるため、この蓄電器を用いれば、これらの防止回路
を後から外付けする必要はなくなる。
The characteristic of this capacitor is that the transistor circuit section 40 is formed on one surface of the separator 10. The transistor circuit section 40 is a circuit including a field effect transistor, and the detailed structure will be described later. The negative electrode 42 and the positive electrode 4 shown in FIG.
Reference numeral 6 is also a part of the constituent elements of the transistor circuit section 40. In FIG. 1, the detailed structure of each component of the transistor circuit section 40 is omitted because the figure becomes complicated. In addition, FIG. 1 shows the transistor circuit unit 4
In order to clearly indicate 0, the state in which the ends of the positive side current collecting electrode 20 and the negative side current collecting electrode 30 are turned over is shown, but in reality, the positive side current collecting electrode 20 and the negative side current collecting electrode 20 are shown. 30 is in a state parallel to the separator 10,
0 has a so-called sandwich structure sandwiched by the positive side current collecting electrode 20 and the negative side current collecting electrode 30. The feature of the present invention resides in that the transistor circuit section 40 is provided between the separator 10 and each electrode layer as described above. In this way, by forming the transistor circuit portion 40 between the layered elements forming the capacitor, it is possible to obtain a structure in which the transistor circuit portion 40 is embedded inside the capacitor. As will be described later, this transistor circuit section 40 is
Since it can be used as an overvoltage prevention circuit or an overcharge prevention circuit, if this capacitor is used, it is not necessary to externally attach these prevention circuits.

【0015】図2は、図1に示す蓄電器の側面図であ
る。セパレータ10が、正側集電電極20および負側集
電電極30によって挟まれ、サンドイッチ構造を形成し
ている状態が明瞭に示されている。なお、正側リード2
2および負側リード32については、図示の便宜上、配
線図として描いてある。このような構造をもった蓄電器
は、充放電機能をもったコンデンサであり、電荷の蓄積
および供給を行うことができる。すなわち、正側リード
22および負側リード32間に電圧を印加して充電を行
えば、イオン透過性のセパレータ10を通して正負イオ
ンの交換が行われ、正側分極性電極21の活性炭に正の
電荷(電解液に負の電荷)が、負側分極性電極31の活
性炭に負の電荷(電解液に正の電荷)が蓄積されること
になる。こうして電荷が蓄積されたら、この蓄積電荷
を、再び正側リード22および負側リード32を介して
取り出して、所定の仕事を行う外部機器に対して供給す
ることができる。ただ、上述の充電動作において、正側
集電電極20と負側集電電極30との間に、所定の許容
値以上の過電圧が加わると、各構成要素が劣化したり破
壊されたりする弊害が生じる。たとえば、電気二重層コ
ンデンサでは、電解液が電気分解を起こしたり、電極が
溶解したりすることになる。トランジスタ回路部40を
用いれば、このような過電圧が印加されるのを防止する
ための回路を構成することができる。
FIG. 2 is a side view of the electric storage device shown in FIG. The state where the separator 10 is sandwiched between the positive side current collecting electrode 20 and the negative side current collecting electrode 30 to form a sandwich structure is clearly shown. The positive lead 2
2 and the negative lead 32 are drawn as a wiring diagram for convenience of illustration. The electric storage device having such a structure is a capacitor having a charging / discharging function, and can store and supply charges. That is, when a voltage is applied between the positive side lead 22 and the negative side lead 32 to perform charging, positive and negative ions are exchanged through the ion-permeable separator 10, and the activated carbon of the positive side polarizable electrode 21 is charged with a positive charge. (Negative charge in the electrolytic solution) and negative charge (positive charge in the electrolytic solution) are accumulated in the activated carbon of the negative polarizable electrode 31. When the charges are accumulated in this way, the accumulated charges can be extracted again through the positive side lead 22 and the negative side lead 32 and supplied to an external device that performs a predetermined work. However, in the above charging operation, when an overvoltage of a predetermined allowable value or more is applied between the positive side current collecting electrode 20 and the negative side current collecting electrode 30, there is a problem that each component is deteriorated or destroyed. Occurs. For example, in an electric double layer capacitor, the electrolytic solution causes electrolysis and the electrodes are dissolved. By using the transistor circuit section 40, it is possible to configure a circuit for preventing such an overvoltage from being applied.

【0016】続いて、トランジスタ回路部40の詳細な
構造を図3および図4を参照しながら説明する。図3
は、図1に示す蓄電器のセパレータ10の上面の部分拡
大平面図である。ちょうど、トランジスタ回路部40が
形成された部分が拡大されて示されている。また、図4
は、図3に示す構造を、切断線4−4に沿って切った断
面図である。なお、図3では、繁雑になるのを避けるた
め、一部の構成要素については図示を省略してある。
Next, a detailed structure of the transistor circuit section 40 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. Figure 3
[Fig. 2] is a partially enlarged plan view of an upper surface of a separator 10 of the electric storage pack shown in Fig. 1. The portion where the transistor circuit portion 40 is formed is just enlarged and shown. Also, FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the structure shown in FIG. 3 taken along section line 4-4. In addition, in FIG. 3, in order to avoid complication, some components are not shown.

【0017】ここでは、図4に基づいて、このトランジ
スタ回路部40の構造を説明する。まず、不織布からな
るセパレータ10の上面には、アモルファス窒化シリコ
ン膜からなる絶縁層41が形成されている。この絶縁層
41は、図3の平面図には示されていないが、トランジ
スタ回路部40を構成する各構成要素とセパレータ10
との間を絶縁することができるだけの十分な広さをもっ
た領域に形成すればよい。この絶縁層41の上面には、
負側電極42(図の左端がソース電極として機能する)
とドレイン電極43が形成されている。これらの電極
は、たとえばアルミニウムなどの金属で構成すればよ
い。これら両電極間に、半導体チャネル層44が形成さ
れ、その上にゲート絶縁層45が形成されている。ここ
で、半導体チャネル層44は、アモルファスシリコンに
よって構成され、ゲート絶縁層45は、アモルファス窒
化シリコン膜によって構成されている。一方、図4の左
端には、正側電極46が形成されている。この正側電極
46は、断面が「コ」の字型をしており、セパレータ1
0の端部を、上面から下面へと回り込むような形状をし
ている。
Here, the structure of the transistor circuit portion 40 will be described with reference to FIG. First, an insulating layer 41 made of an amorphous silicon nitride film is formed on the upper surface of the separator 10 made of non-woven fabric. The insulating layer 41 is not shown in the plan view of FIG. 3, but each component constituting the transistor circuit section 40 and the separator 10 are not shown.
It may be formed in a region having a sufficient width to insulate between and. On the upper surface of this insulating layer 41,
Negative electrode 42 (the left end in the figure functions as a source electrode)
And a drain electrode 43 are formed. These electrodes may be made of a metal such as aluminum. A semiconductor channel layer 44 is formed between these electrodes, and a gate insulating layer 45 is formed thereon. Here, the semiconductor channel layer 44 is made of amorphous silicon, and the gate insulating layer 45 is made of an amorphous silicon nitride film. On the other hand, the positive electrode 46 is formed at the left end of FIG. The positive electrode 46 has a U-shaped cross section, and the separator 1
The end portion of 0 is shaped so as to wrap around from the upper surface to the lower surface.

【0018】更に、これらの上には、金属薄膜47が形
成されている。この金属薄膜47の平面的なパターン
は、図3の平面図に明瞭に示されている。ここでは、説
明の便宜上、この金属薄膜47を、47a〜47eの5
つの部分に分けて示してある。図3において、金属薄膜
47aは、中央で上下に伸びる主幹ともいうべき領域で
あり、金属薄膜47bはその左方において同様に上下に
伸びる幹であり、金属薄膜47cは金属薄膜47bの上
部に連続する短い幹である。また、金属薄膜47dおよ
び47eは、金属薄膜47cの両端点から右方に伸びる
枝の部分である。図4では、これら金属薄膜47a〜4
7eのうち、47a,47d,47eのみが断面として
現われている。金属薄膜47b,cは、これらの奥に位
置するため、図4には現われていない。この金属薄膜4
7は、後述するように配線層および抵抗素子として用い
られるため、配線層および抵抗素子としての機能を果た
すのに適した電気抵抗を有するように、所定の材料(た
とえば、クロム)を用い、所定の厚みに形成するように
する。
Further, a metal thin film 47 is formed on these. The planar pattern of the metal thin film 47 is clearly shown in the plan view of FIG. Here, for convenience of explanation, this metal thin film 47 is referred to as 5a of 47a to 47e.
It is shown in two parts. In FIG. 3, the metal thin film 47a is a region that should be called a main trunk that vertically extends in the center, the metal thin film 47b is a trunk that similarly vertically extends on the left side thereof, and the metal thin film 47c is continuous to the upper portion of the metal thin film 47b. It is a short trunk. The metal thin films 47d and 47e are branch portions extending rightward from both end points of the metal thin film 47c. In FIG. 4, these metal thin films 47a-4
Of 7e, only 47a, 47d, and 47e appear as a cross section. Since the metal thin films 47b and 47c are located at the back of them, they are not shown in FIG. This metal thin film 4
Since 7 is used as a wiring layer and a resistance element as described later, a predetermined material (for example, chrome) is used so as to have an electric resistance suitable for performing the functions of the wiring layer and the resistance element. To the thickness of.

【0019】このような構造では、図4に示すように、
薄膜トランジスタ(電界効果トランジスタ)100が形
成されることが理解できよう。すなわち、半導体チャネ
ル層44の両側には、ドレイン電極43と、ソース電極
(負側電極42の左端部分)とが形成されており、更
に、半導体チャネル層44の上方には、ゲート絶縁層4
5を介してゲート電極(金属薄膜47d)が形成されて
いる。このような薄膜トランジスタ100では、ゲート
電極47dへの印加電圧によって、半導体チャネル層4
4に形成されるチャネルのON/OFFを制御すること
ができる。すなわち、エンハンスメント型のトランジス
タであれば、ゲート電極47dの電圧が所定のしきい値
を越えると、トランジスタのチャネルがONになる。図
3の平面図では、この薄膜トランジスタ100の形成領
域を破線で示し、ソース電極S,ゲート電極G,ドレイ
ン電極Dのおおまかな位置を、S,G,Dなる記号で示
してある。
In such a structure, as shown in FIG.
It will be appreciated that a thin film transistor (field effect transistor) 100 is formed. That is, the drain electrode 43 and the source electrode (the left end portion of the negative electrode 42) are formed on both sides of the semiconductor channel layer 44, and further above the semiconductor channel layer 44, the gate insulating layer 4 is formed.
A gate electrode (metal thin film 47d) is formed via the gate electrode 5. In such a thin film transistor 100, the semiconductor channel layer 4 is changed by the voltage applied to the gate electrode 47d.
It is possible to control ON / OFF of the channel formed in No. 4. That is, in the case of an enhancement type transistor, when the voltage of the gate electrode 47d exceeds a predetermined threshold value, the channel of the transistor turns on. In the plan view of FIG. 3, the formation region of the thin film transistor 100 is indicated by a broken line, and the rough positions of the source electrode S, the gate electrode G, and the drain electrode D are indicated by symbols S, G, and D.

【0020】最後に、これら各層を覆うように、アモル
ファス窒化シリコン膜からなる絶縁保護膜48が形成さ
れている。この絶縁保護膜48の平面パターンが占める
領域を、図3において一点鎖線で示してある。すなわ
ち、絶縁保護膜48は、トランジスタ回路部40のほぼ
全面を覆うような領域に形成されており、図1の斜視図
において、トランジスタ回路部40と負側集電電極30
とは電気的に絶縁されることになる。ただし、図3およ
び図4に示されているように、負側電極42の一部分
は、絶縁保護膜48から覆われずに露出した状態となっ
ており、この露出部分が負側集電電極30と接触するこ
とになる。したがって、トランジスタ回路部40のう
ち、負側電極42だけが負側集電電極30に電気的に接
続された状態になる。同様に、セパレータ10の下面側
に回り込んでいる正側電極46は、正側集電電極20に
接触することになり、電気的に接続された状態となる。
Finally, an insulating protective film 48 made of an amorphous silicon nitride film is formed so as to cover these layers. The area occupied by the plane pattern of the insulating protective film 48 is shown by a dashed line in FIG. That is, the insulating protective film 48 is formed in a region that covers almost the entire surface of the transistor circuit portion 40. In the perspective view of FIG. 1, the transistor circuit portion 40 and the negative side current collecting electrode 30 are formed.
And will be electrically isolated. However, as shown in FIGS. 3 and 4, a portion of the negative electrode 42 is exposed without being covered by the insulating protective film 48, and this exposed portion is the negative current collecting electrode 30. Will be in contact with. Therefore, in the transistor circuit portion 40, only the negative electrode 42 is electrically connected to the negative collector electrode 30. Similarly, the positive electrode 46, which wraps around the lower surface of the separator 10, comes into contact with the positive current collecting electrode 20, and is electrically connected.

【0021】以上、この実施例の構造を詳細に説明した
が、このような構造をもった蓄電器は、薄膜トランジス
タ100を内設しており、しかも、この内設された薄膜
トランジスタ100によって、既に、過電圧防止回路が
形成されているのである。このことを説明するために、
図5にこの蓄電器の等価回路図を示す。この等価回路に
おいて、図の下方に示した容量素子は、正側集電電極2
0および負側集電電極30によって構成されるコンデン
サである。上述したように、正側集電電極20には正側
電極46が電気的に接続されており、また、正側リード
22も接続されている。同様に、負側集電電極30には
負側電極42が電気的に接続されており、また、負側リ
ード32も接続されている。続いて、薄膜トランジスタ
100の接続関係をみてみよう。図4に示すように、薄
膜トランジスタ100のソース電極(負側電極42)に
は、金属薄膜47eが接続されている。ここで、金属薄
膜47の平面パターンが図3に示すようなものであるこ
とを考慮すると、金属薄膜47aは、ドレイン電極43
(D)と正側電極46との間に接続された抵抗素子とし
て機能し、負側電極42と正側電極46との間には、や
はり抵抗素子として機能する金属薄膜47cと47bと
が直列接続された形になっていることがわかる。
Although the structure of this embodiment has been described in detail above, the capacitor having such a structure has the thin film transistor 100 therein, and the thin film transistor 100 provided therein already causes the overvoltage. The prevention circuit is formed. To explain this,
FIG. 5 shows an equivalent circuit diagram of this capacitor. In this equivalent circuit, the capacitive element shown in the lower part of the figure is the positive side current collecting electrode 2
0 and a negative side current collecting electrode 30. As described above, the positive electrode 46 is electrically connected to the positive collector electrode 20, and the positive lead 22 is also connected to the positive electrode 46. Similarly, the negative side electrode 42 is electrically connected to the negative side current collecting electrode 30, and the negative side lead 32 is also connected. Next, let's look at the connection relationship of the thin film transistors 100. As shown in FIG. 4, a metal thin film 47e is connected to the source electrode (negative side electrode 42) of the thin film transistor 100. Here, considering that the plane pattern of the metal thin film 47 is as shown in FIG.
Metal thin films 47c and 47b that function as a resistance element connected between (D) and the positive electrode 46 and also function as a resistance element in series are provided between the negative electrode 42 and the positive electrode 46. You can see that they are connected.

【0022】さて、次に、この図5に示す等価回路の充
電動作を考えてみる。この回路において、正側集電電極
20および負側集電電極30から構成されるコンデンサ
に電荷を蓄える場合、正側リード22および負側リード
32間に所定の充電電圧Vcを印加すればよい。このと
き、この充電電圧Vcは、コンデンサに印加されるとと
もに、直列抵抗47b,47cにも印加されることにな
る。ここで、薄膜トランジスタ100のゲート電圧Vg
は、充電電圧Vcを、2つの抵抗素子47b,47cに
よって分圧したものになる。そして、このゲート電圧V
gが所定のしきい値を越えると、薄膜トランジスタ10
0はONとなり、ソースS/ドレインD間が導通し、正
側リード22/負側リード32間に、抵抗素子47aを
通って電流が流れることになる。そこで、抵抗素子47
b,47cによる分圧比を適当に設定しておけば、充電
電圧Vcが所定の許容電圧値を越えた場合に、薄膜トラ
ンジスタ100をON状態にし、抵抗素子47aに電流
を流し、コンデンサに過電圧がかからないようにするこ
とが可能である。
Now, let us consider the charging operation of the equivalent circuit shown in FIG. In this circuit, when charges are stored in the capacitor composed of the positive side current collecting electrode 20 and the negative side current collecting electrode 30, a predetermined charging voltage Vc may be applied between the positive side lead 22 and the negative side lead 32. At this time, the charging voltage Vc is applied to the capacitors and also to the series resistors 47b and 47c. Here, the gate voltage Vg of the thin film transistor 100
Is the charging voltage Vc divided by the two resistance elements 47b and 47c. Then, this gate voltage V
When g exceeds a predetermined threshold value, the thin film transistor 10
When 0 is ON, the source S / drain D becomes conductive, and a current flows between the positive side lead 22 / negative side lead 32 through the resistance element 47a. Therefore, the resistance element 47
If the voltage dividing ratio by b and 47c is set appropriately, when the charging voltage Vc exceeds a predetermined allowable voltage value, the thin film transistor 100 is turned on, a current is passed through the resistance element 47a, and an overvoltage is not applied to the capacitor. It is possible to do so.

【0023】要するに、抵抗素子47aは、薄膜トラン
ジスタ100のソース・ドレイン間電流路に直列接続さ
れた放電用抵抗素子として機能し、この抵抗素子47a
と薄膜トランジスタ100とにより、過電圧防止リミッ
タが形成されていることになる。また、抵抗素子47
b,47cは,分圧用抵抗素子として機能し、その所定
の分圧地点と薄膜トランジスタ100のゲート電極Gと
が接続されていることになる。充電電圧Vcが徐々に増
加してゆくと、分圧地点の電圧、すなわちゲート電圧V
gも徐々に増加してゆく。そこで、充電電圧Vcがコン
デンサについての許容電圧値になったときに、ゲート電
圧Vgが薄膜トランジスタ100のしきい値になるよう
に、分圧用抵抗素子の分圧比を設定しておけば、充電電
圧Vcが許容電圧値を越えると、トランジスタがONと
なり、放電用抵抗素子47aに電流が流れ、余剰電力が
消費されるのである。
In short, the resistance element 47a functions as a discharge resistance element connected in series to the current path between the source and drain of the thin film transistor 100, and the resistance element 47a.
The thin film transistor 100 and the thin film transistor 100 form an overvoltage prevention limiter. In addition, the resistance element 47
b and 47c function as a voltage dividing resistance element, and the predetermined voltage dividing point is connected to the gate electrode G of the thin film transistor 100. When the charging voltage Vc gradually increases, the voltage at the voltage dividing point, that is, the gate voltage V
g also gradually increases. Therefore, if the voltage dividing ratio of the voltage dividing resistance element is set so that the gate voltage Vg becomes the threshold value of the thin film transistor 100 when the charging voltage Vc reaches the allowable voltage value for the capacitor, the charging voltage Vc is set. When the voltage exceeds the allowable voltage value, the transistor is turned on, current flows through the discharge resistance element 47a, and excess power is consumed.

【0024】このように、本実施例に係る蓄電器は、既
に、この状態のまま過電圧防止回路が内蔵された状態に
なっている。ここで、薄膜トランジスタ100がOFF
時のソース・ドレイン間抵抗および分圧用抵抗素子47
b,47cの抵抗が、高抵抗になるように設定しておけ
ば、充電電圧Vcが許容電圧値を越えない限りは、放電
用抵抗素子47aや分圧用抵抗素子47b,47cを流
れる電流はごく微小であり、コンデンサに蓄積された電
力の浪費は実用上問題にならない。
As described above, the electric storage pack according to the present embodiment is already in the state in which the overvoltage protection circuit is incorporated. Here, the thin film transistor 100 is turned off.
Resistance element 47 for source-drain resistance and voltage division
If the resistances of b and 47c are set to be high, the current flowing through the discharging resistance element 47a and the voltage dividing resistance elements 47b and 47c is very small as long as the charging voltage Vc does not exceed the allowable voltage value. Since it is minute, the waste of the electric power stored in the capacitor does not pose a practical problem.

【0025】<鉛蓄電池式の蓄電器に適用した実施例>
図6は、鉛蓄電池式の蓄電器に本発明を適用した実施例
の斜視図である。この蓄電器の主たる構成要素は、電槽
50と、セパレータ60と、正側電極70と、負側電極
80と、である。電槽50内には、電解液51が満たさ
れており、セパレータ60を正側電極70と負側電極8
0とで挟んでサンドイッチ構造体を形成し、このサンド
イッチ構造体を電槽50内に入れて電解液51に浸した
状態にする。この実施例では、樹脂製の電槽50内に、
電解液51として希硫酸を満たし、正側電極70として
酸化鉛の板を用い、負側電極80として鉛板を用いてい
る。また、セパレータ60としては、不織布を用いてい
る。もちろん、これらを同じ機能をもった別な材料に置
き換えてもかまわない。
<Example of application to lead-acid battery type battery>
FIG. 6 is a perspective view of an embodiment in which the present invention is applied to a lead storage battery type electric storage device. The main components of this battery are the battery case 50, the separator 60, the positive electrode 70, and the negative electrode 80. The electrolytic solution 51 is filled in the battery case 50, and the separator 60 is connected to the positive electrode 70 and the negative electrode 8.
A sandwich structure is formed by sandwiching the sandwich structure with 0, and the sandwich structure is put in a battery case 50 and immersed in an electrolytic solution 51. In this embodiment, in a resin battery case 50,
The electrolytic solution 51 is filled with dilute sulfuric acid, the positive electrode 70 is a lead oxide plate, and the negative electrode 80 is a lead plate. A nonwoven fabric is used as the separator 60. Of course, these may be replaced with another material having the same function.

【0026】この蓄電器の特徴は、セパレータ60の片
面に、トランジスタ回路部90が形成されている点であ
る。このトランジスタ回路部90は、イオン感応性の電
界効果トランジスタを含む回路であり、詳細な構造につ
いては後述する。前述した実施例と同様に、蓄電器を構
成する層状要素の間にトランジスタ回路部90を形成す
ることにより、蓄電器の内部にトランジスタ回路部90
を埋め込んだ構造を得ることができる。後述するよう
に、このトランジスタ回路部90は、過充電防止回路や
残存電気量検出回路として利用することができるため、
この蓄電器を用いれば、これらの回路を後から外付けす
る必要はなくなる。
The feature of this capacitor is that the transistor circuit section 90 is formed on one surface of the separator 60. The transistor circuit section 90 is a circuit including an ion-sensitive field effect transistor, and the detailed structure will be described later. Similar to the above-described embodiment, by forming the transistor circuit unit 90 between the layered elements forming the electric storage device, the transistor circuit unit 90 is formed inside the electric storage device.
It is possible to obtain a structure in which is embedded. As will be described later, since the transistor circuit section 90 can be used as an overcharge prevention circuit or a remaining electricity amount detection circuit,
With this capacitor, it is not necessary to attach these circuits afterwards.

【0027】続いて、トランジスタ回路部90の詳細な
構造を図7および図8を参照しながら説明する。図7
は、図6に示す蓄電器のセパレータ60の片面の部分拡
大平面図である。ちょうど、トランジスタ回路部90が
形成された部分が拡大されて示されている。また、図8
は、図7に示す構造を、切断線8−8に沿って切った断
面図である。なお、図7では、繁雑になるのを避けるた
め、一部の構成要素については図示を省略してある。
Next, a detailed structure of the transistor circuit section 90 will be described with reference to FIGS. 7 and 8. Figure 7
FIG. 7 is a partially enlarged plan view of one side of a separator 60 of the electric storage pack shown in FIG. 6. The portion where the transistor circuit portion 90 is formed is just enlarged and shown. Also, FIG.
FIG. 8 is a sectional view of the structure shown in FIG. 7 taken along section line 8-8. In addition, in FIG. 7, some components are not shown in order to avoid complication.

【0028】ここでは、図8に基づいて、このトランジ
スタ回路部90の構造を説明する。まず、不織布からな
るセパレータ60の上面には、アモルファス窒化シリコ
ン膜からなる絶縁層61が形成されている。この絶縁層
61は、図7の平面図には示されていないが、トランジ
スタ回路部90を構成する各構成要素とセパレータ60
との間を絶縁することができるだけの十分な広さをもっ
た領域に形成すればよい。この絶縁層61の上面には、
図7の平面図に示すようなパターンをもった電極62
a,62b,62cが形成されている。これらの電極
は、たとえばアルミニウムなどの金属で構成すればよ
い。図8の断面図では、これらの電極のうち、電極62
bおよび電極62c(一部のみ)が現われている。電極
62b,62c間には、半導体チャネル層63が形成さ
れ、その上にイオン感応薄膜64が形成されている。こ
こで、半導体チャネル層63は、アモルファスシリコン
によって構成され、イオン感応薄膜64は、シリコン酸
化薄膜あるいは窒化シリコン薄膜によって構成されてい
る。また、電極62bの左端には、放電用抵抗素子65
が上方から被さっている。この放電用抵抗素子65は、
図7に示すように、電極62aと電極62bとの間に接
続された抵抗素子であり、放電用抵抗としての機能を果
たすのに適した電気抵抗を有するように、所定の材料
(たとえば、クロム)を用い、所定の厚みに形成するよ
うにする。最後に、これら各層を覆うように、アモルフ
ァス窒化シリコン膜からなる絶縁保護膜66が形成され
ている。絶縁保護膜66の平面パターンが占める領域
を、図7において一点鎖線で示してある。すなわち、絶
縁保護膜66は、トランジスタ回路部90のほぼ全面を
覆うような領域に形成されているが、イオン感応薄膜6
4の一部が露出するように部分的に開口窓が形成されて
いる。また、電極62a,62b,62cの上端部は、
後に配線を行うことができるように、絶縁保護膜66か
らは露出している。
Here, the structure of the transistor circuit portion 90 will be described with reference to FIG. First, an insulating layer 61 made of an amorphous silicon nitride film is formed on the upper surface of the separator 60 made of non-woven fabric. The insulating layer 61 is not shown in the plan view of FIG. 7, but each component constituting the transistor circuit section 90 and the separator 60.
It may be formed in a region having a sufficient width to insulate between and. On the upper surface of the insulating layer 61,
An electrode 62 having a pattern as shown in the plan view of FIG.
a, 62b, 62c are formed. These electrodes may be made of a metal such as aluminum. In the sectional view of FIG. 8, among these electrodes, the electrode 62
b and electrode 62c (only part) are visible. A semiconductor channel layer 63 is formed between the electrodes 62b and 62c, and an ion sensitive thin film 64 is formed thereon. Here, the semiconductor channel layer 63 is made of amorphous silicon, and the ion sensitive thin film 64 is made of a silicon oxide thin film or a silicon nitride thin film. Further, the discharge resistance element 65 is provided at the left end of the electrode 62b.
Is covered from above. The discharge resistance element 65 is
As shown in FIG. 7, it is a resistance element connected between the electrode 62a and the electrode 62b, and has a predetermined material (for example, chrome) so as to have an electric resistance suitable for performing a function as a discharge resistance. ) Is used to form the film with a predetermined thickness. Finally, an insulating protective film 66 made of an amorphous silicon nitride film is formed so as to cover these layers. The area occupied by the plane pattern of the insulating protective film 66 is shown by a dashed line in FIG. That is, although the insulating protective film 66 is formed in a region that covers almost the entire surface of the transistor circuit portion 90, the ion-sensitive thin film 6 is formed.
An opening window is partially formed so that a part of 4 is exposed. The upper ends of the electrodes 62a, 62b, 62c are
It is exposed from the insulating protective film 66 so that wiring can be performed later.

【0029】このような構造では、図8に示すように、
イオン感応性薄膜トランジスタ(電界効果トランジス
タ)200が形成される。すなわち、半導体チャネル層
63の両側には、ドレイン電極(電極62bの左端部
分)と、ソース電極(電極62c)とが形成されてお
り、更に、半導体チャネル層63の上方には、イオン感
応薄膜64が形成されている。このようなイオン感応性
薄膜トランジスタ200では、イオン感応薄膜64に触
れる液体のイオン濃度値によって、半導体チャネル層6
3に形成されるチャネルのON/OFFを制御すること
ができる。たとえば、イオン感応薄膜64としてシリコ
ン酸化薄膜を用いた場合、水素イオン濃度(pH値)に
感応したON/OFF動作が可能になり、イオン感応薄
膜64に触れる溶液のpH値が所定のしきい値以下にな
ると(別言すれば、溶液がある程度以上の酸性を呈する
ようになると)、トランジスタはONになる。図7の平
面図では、この薄膜トランジスタ200の形成領域を破
線で示し、ソース電極S,ゲート電極G,ドレイン電極
Dのおおまかな位置を、S,G,Dなる記号で示してあ
る。
In such a structure, as shown in FIG.
An ion sensitive thin film transistor (field effect transistor) 200 is formed. That is, the drain electrode (the left end portion of the electrode 62b) and the source electrode (electrode 62c) are formed on both sides of the semiconductor channel layer 63, and the ion sensitive thin film 64 is formed above the semiconductor channel layer 63. Are formed. In such an ion-sensitive thin film transistor 200, depending on the ion concentration value of the liquid touching the ion-sensitive thin film 64, the semiconductor channel layer 6
ON / OFF of the channel formed in 3 can be controlled. For example, when a silicon oxide thin film is used as the ion sensitive thin film 64, ON / OFF operation sensitive to the hydrogen ion concentration (pH value) becomes possible, and the pH value of the solution touching the ion sensitive thin film 64 becomes a predetermined threshold value. When the temperature becomes below (in other words, when the solution becomes more acidic than a certain level), the transistor is turned on. In the plan view of FIG. 7, the formation region of the thin film transistor 200 is indicated by a broken line, and the rough positions of the source electrode S, the gate electrode G, and the drain electrode D are indicated by symbols S, G, and D.

【0030】以上、この実施例の構造を詳細に説明した
が、このような構造をもった蓄電器は、イオン感応性薄
膜トランジスタ200を内設しており、しかも、この内
設された薄膜トランジスタ200を用いて、過充電防止
回路を形成したり、残存電気量検出回路を形成したりす
ることができるのである。
The structure of this embodiment has been described above in detail. The capacitor having such a structure has the ion-sensitive thin film transistor 200 therein, and the thin film transistor 200 provided therein is used. Thus, it is possible to form an overcharge prevention circuit or a remaining electricity amount detection circuit.

【0031】まず、過充電防止回路を形成する場合につ
いて説明する。この場合は、図7に示す電極62aを正
側電極70に接続し、電極62cを負側電極80に接続
して用いればよい(電極62bは用いなくてよい)。こ
のような接続を行ったときの、この蓄電器の等価回路を
図9に示す。図に破線で示した部分が電槽50であり、
ハッチングを施した部分が電解液51で満たされている
部分である。なお、電解液51は、薄膜トランジスタ2
00のイオン感応薄膜64が浸るような高さまで満たさ
れるようにしておく。もちろん、この電解液51中に
は、セパレータ60,正側電極70,負側電極80から
なるサンドイッチ構造体が浸っている。前述のように、
電極62aを正側電極70に接続し、電極62cを負側
電極80に接続すると、正側電極70と負側電極80と
の間には、図9に示すように、放電用抵抗素子65と薄
膜トランジスタ200とが直列接続された形になる。
First, the case of forming an overcharge prevention circuit will be described. In this case, the electrode 62a shown in FIG. 7 may be connected to the positive electrode 70 and the electrode 62c may be connected to the negative electrode 80 (the electrode 62b may not be used). FIG. 9 shows an equivalent circuit of this capacitor when such connection is made. The portion shown by the broken line in the figure is the battery case 50,
The hatched portion is the portion filled with the electrolytic solution 51. The electrolytic solution 51 is used for the thin film transistor 2
The ion sensitive thin film 64 of No. 00 is filled to such a height that it is immersed. Of course, a sandwich structure including the separator 60, the positive electrode 70, and the negative electrode 80 is immersed in the electrolytic solution 51. As aforementioned,
When the electrode 62a is connected to the positive electrode 70 and the electrode 62c is connected to the negative electrode 80, a discharge resistance element 65 is provided between the positive electrode 70 and the negative electrode 80 as shown in FIG. The thin film transistor 200 and the thin film transistor 200 are connected in series.

【0032】ここで、この図9に示す等価回路の充放電
動作を考えてみる。この回路において、電解液51内に
電力を蓄えるには、正側電極70および負側電極80の
間に所定の充電電圧を印加すればよい。このような充電
動作を行うと、電解液51中では、 Pb+PbO+2HSO (2H+SO ) ← 2PbSO+2H0 なる化学反応が進行し、電解液51中の希硫酸濃度(す
なわち、水素イオン濃度)が増加する。逆に、この蓄電
器内の蓄えられた電力を使用する場合には、正側電極7
0および負側電極80から、外部の機器に電力を供給し
てやればよい。このような放電動作を行うと、電解液5
1中では、上述とは逆向きの Pb+PbO+2HSO (2H+SO ) → 2PbSO+2H0 なる化学反応が進行し、電解液51中の希硫酸濃度(す
なわち、水素イオン濃度)が減少する。
Now, let us consider the charging / discharging operation of the equivalent circuit shown in FIG. In this circuit, in order to store electric power in the electrolytic solution 51, a predetermined charging voltage may be applied between the positive electrode 70 and the negative electrode 80. When such a charging operation is performed, in the electrolytic solution 51, a chemical reaction of Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 (2H + + SO 4 ) ← 2PbSO 4 + 2H 2 0 proceeds, and the concentration of dilute sulfuric acid in the electrolytic solution 51 ( That is, the hydrogen ion concentration) increases. On the contrary, when using the electric power stored in this battery, the positive electrode 7
It suffices to supply electric power from 0 and the negative electrode 80 to external equipment. When such a discharging operation is performed, the electrolytic solution 5
In 1, the chemical reaction of Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 (2H + + SO 4 ) → 2PbSO 4 + 2H 2 0 in the opposite direction to that described above proceeds, and the diluted sulfuric acid concentration in the electrolyte solution 51 (that is, the hydrogen ion concentration). ) Is reduced.

【0033】いま、薄膜トランジスタ200としてエン
ハンスメント型のトランジスタを用いたとすると、電解
液51中の水素イオン濃度が所定のしきい値以上になる
と、イオン感応薄膜64の電位も所定のしきい値以上と
なり、トランジスタはON状態となる。逆に、電解液5
1中の水素イオン濃度が所定のしきい値以下になると、
イオン感応薄膜64の電位も所定のしきい値以下とな
り、トランジスタはOFF状態となる。このようなON
/OFF動作により、過充電防止回路が実現できる。す
なわち、この蓄電器が過充電状態になったとき、そのと
きの電解液51の水素イオン濃度値により、薄膜トラン
ジスタ200がONになるように設定しておけば、薄膜
トランジスタ200のソースS/ドレインD間が導通
し、放電用抵抗素子65を通って電流が流れ、余剰電力
が消費されるのである。このしくみは、前述の実施例と
同じである。放電用抵抗素子65による放電により、過
充電状態から通常の充電状態に戻ると、電解液51内の
水素イオン濃度値が低下し、薄膜トランジスタ200が
OFFになり、放電用抵抗素子65による放電はそこで
中止される。
Now, assuming that an enhancement type transistor is used as the thin film transistor 200, when the hydrogen ion concentration in the electrolytic solution 51 exceeds a predetermined threshold value, the potential of the ion sensitive thin film 64 also exceeds a predetermined threshold value. The transistor is turned on. Conversely, electrolyte 5
When the hydrogen ion concentration in 1 becomes less than a predetermined threshold value,
The potential of the ion sensitive thin film 64 also becomes less than or equal to a predetermined threshold value, and the transistor is turned off. ON like this
An overcharge prevention circuit can be realized by the / OFF operation. That is, if the thin film transistor 200 is set to be turned on by the hydrogen ion concentration value of the electrolytic solution 51 at this time when the capacitor is overcharged, the source S / drain D between the thin film transistor 200 is It conducts, a current flows through the resistance element 65 for discharge, and excess power is consumed. This mechanism is the same as the above-mentioned embodiment. When the overcharged state returns to the normal charged state due to the discharge by the discharge resistance element 65, the hydrogen ion concentration value in the electrolytic solution 51 decreases, the thin film transistor 200 turns off, and the discharge by the discharge resistance element 65 occurs there. It will be canceled.

【0034】次に、残存電気量検出回路を形成する場合
について説明する。この場合は、図7に示す電極62c
を負側電極80に接続するとともに、電極62bを検出
端子として利用し、電極62bと電極62cとの電気的
な状態に基づいて残存電気量検出を行うようにすればよ
い(電極62aは用いなくてよい)。このような接続を
行ったときの、この蓄電器の等価回路を図10に示す。
図に破線で示した部分が電槽50であり、ハッチングを
施した部分が電解液51で満たされている部分である。
やはり、電解液51は、薄膜トランジスタ200のイオ
ン感応薄膜64が浸るような高さまで満たされるように
しておく。
Next, the case of forming the remaining electricity amount detecting circuit will be described. In this case, the electrode 62c shown in FIG.
Is connected to the negative electrode 80, the electrode 62b is used as a detection terminal, and the remaining electricity amount is detected based on the electrical state of the electrode 62b and the electrode 62c (the electrode 62a is not used. May be). FIG. 10 shows an equivalent circuit of this capacitor when such connection is made.
The portion shown by the broken line in the figure is the battery case 50, and the hatched portion is the portion filled with the electrolytic solution 51.
After all, the electrolytic solution 51 is filled to such a height that the ion sensitive thin film 64 of the thin film transistor 200 is immersed therein.

【0035】前述したように、薄膜トランジスタ200
は、電解液51内の水素イオン濃度値に基づいてON/
OFF動作する。したがって、電極62bと電極62c
との間の抵抗値に基づいて、充電状態の検出ができる。
たとえば、電解液51内の蓄積電気量が所定の基準値以
上であるときに、薄膜トランジスタ200がON状態と
なり、所定の基準値未満になると、OFF状態になるよ
うに設定しておけば、電極62bと電極62cとの間の
抵抗値の急激な増加によって、薄膜トランジスタ200
がOFF状態になったことを検出することができ、電解
液51内の蓄積電気量が所定の基準値を割ったことを認
識することができる。このように、電解液51内の電気
的状態を直接検出する方式は、端子電圧から残存電気量
を推定する従来の方式や、鉛蓄電池の充放電電気量を積
算して残存電気量を演算する従来の方式に比べて、残存
電気量を正確に検出できるというメリットがある。
As described above, the thin film transistor 200
Is ON / ON based on the hydrogen ion concentration value in the electrolytic solution 51.
Turns off. Therefore, the electrodes 62b and 62c
The state of charge can be detected based on the resistance value between and.
For example, if the thin film transistor 200 is turned on when the amount of stored electricity in the electrolytic solution 51 is equal to or higher than a predetermined reference value, and is turned off when the amount of stored electricity is less than the predetermined reference value, the electrode 62b is set. The rapid increase in resistance between the electrode and the electrode 62c causes the thin film transistor 200
Can be detected, and it can be recognized that the amount of electricity stored in the electrolytic solution 51 has fallen below a predetermined reference value. As described above, the method of directly detecting the electrical state in the electrolytic solution 51 is the conventional method of estimating the remaining electricity amount from the terminal voltage, or the remaining electricity amount is calculated by integrating the charge / discharge electricity amount of the lead storage battery. Compared with the conventional method, there is an advantage that the residual electricity amount can be accurately detected.

【0036】このように、本実施例に係る蓄電器では、
電極62a,62b,62cに対して所定の配線を行う
ことにより、過充電防止回路あるいは残存電気量検出回
路を形成することができるため、従来のように、これら
の回路を外付けする必要がなくなる。
As described above, in the capacitor according to this embodiment,
By forming a predetermined wiring for the electrodes 62a, 62b, 62c, it is possible to form an overcharge prevention circuit or a remaining electricity amount detection circuit, so that it is not necessary to attach these circuits externally as in the conventional case. .

【0037】以上、本発明を図示する実施例に基づいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではなく、この他にも種々の態様で実施可能である。た
とえば、上述のコンデンサ式蓄電器に適用した実施例で
は、単一のコンデンサからなる蓄電器の例を揚げたが、
複数のコンデンサを直列または並列接続してなる蓄電器
に対しても、本発明を適用することは可能である。この
場合、電界効果トランジスタを、個々のコンデンサごと
に設けておけば、各コンデンサごとに過電圧を防止する
ことが可能になる。同様に、上述の鉛蓄電池式の実施例
を、複数セルを有する蓄電器に適用することも可能であ
る。また、鉛蓄電池式の蓄電器について、上述の実施例
では、イオン感応性の電界効果トランジスタを用いてい
るが、コンデンサ式蓄電器に適用した実施例と同様に、
通常の電界効果トランジスタを用いて分圧抵抗素子によ
りON/OFF制御を行うようにしてもよい。更に、本
発明は、電気二重層コンデンサや鉛蓄電池を用いた蓄電
器に限らず、電解コンデンサやリチウム2次電池など、
他のセパレータをもつ蓄電器にも同様に適用可能であ
る。
Although the present invention has been described above based on the illustrated embodiments, the present invention is not limited to these embodiments and can be implemented in various modes other than this. For example, in the embodiment applied to the above-mentioned capacitor-type power storage device, the example of the power storage device including a single capacitor is mentioned.
The present invention can also be applied to a storage battery formed by connecting a plurality of capacitors in series or in parallel. In this case, if a field effect transistor is provided for each individual capacitor, overvoltage can be prevented for each capacitor. Similarly, the lead-acid battery type embodiment described above can be applied to a battery having a plurality of cells. Further, regarding the lead storage battery type electric storage device, in the above-mentioned embodiment, although the ion-sensitive field effect transistor is used, as in the embodiment applied to the capacitor type electric storage device,
ON / OFF control may be performed by a voltage dividing resistance element using a normal field effect transistor. Further, the present invention is not limited to the electric storage device using the electric double layer capacitor or the lead storage battery, but may be an electrolytic capacitor, a lithium secondary battery, or the like.
The same can be applied to a capacitor having another separator.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上のとおり本発明に係る蓄電器によれ
ば、電極層とセパレータとの間に、電界効果トランジス
タを形成し、この電界効果トランジスタによって、蓄電
器に対する充電動作の制御または充電状態の検出を行え
るようにしたため、実装時に、過電圧防止回路、過充電
防止回路、残存電気量検出回路、などを外付けする必要
がなくなる。
As described above, according to the capacitor according to the present invention, a field effect transistor is formed between the electrode layer and the separator, and the field effect transistor controls the charging operation of the capacitor or detects the charging state. Therefore, it is not necessary to externally attach an overvoltage prevention circuit, an overcharge prevention circuit, a remaining electricity amount detection circuit, etc. at the time of mounting.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】コンデンサ式蓄電器に本発明を適用した実施例
の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of an embodiment in which the present invention is applied to a capacitor type power storage device.

【図2】図1に示す蓄電器の側面図である。FIG. 2 is a side view of the electric storage pack shown in FIG.

【図3】図1に示す蓄電器のセパレータ10の上面の部
分拡大平面図である。
FIG. 3 is a partially enlarged plan view of an upper surface of a separator 10 of the electric storage pack shown in FIG.

【図4】図3に示す構造を、切断線4−4に沿って切っ
た断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of the structure shown in FIG. 3 taken along section line 4-4.

【図5】図1に示す蓄電器の等価回路図である。5 is an equivalent circuit diagram of the capacitor shown in FIG.

【図6】鉛蓄電池式の蓄電器に本発明を適用した実施例
の斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view of an embodiment in which the present invention is applied to a lead storage battery type electric storage device.

【図7】図6に示す蓄電器のセパレータ60の片面の部
分拡大平面図である。
7 is a partially enlarged plan view of one side of a separator 60 of the electric storage pack shown in FIG.

【図8】図7に示す構造を、切断線8−8に沿って切っ
た断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the structure shown in FIG. 7 taken along section line 8-8.

【図9】図6に示す蓄電器について、過充電防止回路を
形成した場合の等価回路図である。
9 is an equivalent circuit diagram in the case where an overcharge prevention circuit is formed in the electric storage pack shown in FIG.

【図10】図6に示す蓄電器について、残存電気量検出
回路を形成した場合の等価回路図である。
10 is an equivalent circuit diagram in the case where a residual electricity amount detection circuit is formed in the electric storage device shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…セパレータ 20…正側集電電極 21…正側分極性電極 22…正側リード 30…負側集電電極 31…負側分極性電極 32…負側リード 40…トランジスタ回路部 41…絶縁層 42…負側電極 43…ドレイン電極 44…半導体チャネル層 45…ゲート絶縁層 46…正側電極 47,47a〜47e…金属薄膜 48…絶縁保護膜 50…電槽 51…電解液 60…セパレータ 61…絶縁層 62a,62b,62c…電極 63…半導体チャネル層 64…イオン感応薄膜 65…放電用抵抗素子 66…絶縁保護膜 70…正側電極 80…負側電極 90…トランジスタ回路部 100…薄膜トランジスタ 200…イオン感応性薄膜トランジスタ 10 ... Separator 20 ... Positive side current collecting electrode 21 ... Positive side polarizable electrode 22 ... Positive side lead 30 ... Negative side current collecting electrode 31 ... Negative side polarizable electrode 32 ... Negative side lead 40 ... Transistor circuit part 41 ... Insulating layer 42 ... Negative side electrode 43 ... Drain electrode 44 ... Semiconductor channel layer 45 ... Gate insulating layer 46 ... Positive side electrode 47, 47a to 47e ... Metal thin film 48 ... Insulation protective film 50 ... Battery case 51 ... Electrolyte 60 ... Separator 61 ... Insulating layer 62a, 62b, 62c ... Electrode 63 ... Semiconductor channel layer 64 ... Ion sensitive thin film 65 ... Discharge resistance element 66 ... Insulating protective film 70 ... Positive electrode 80 ... Negative electrode 90 ... Transistor circuit part 100 ... Thin film transistor 200 ... Ion-sensitive thin film transistor

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正側電極と、負側電極と、これら両電極
に挟まれたセパレータと、を有し、前記両電極間に所定
の電荷を蓄える機能をもった蓄電器において、 前記正側電極または負側電極と前記セパレータとの間
に、電界効果トランジスタを形成し、この電界効果トラ
ンジスタによって、蓄電器に対する充電動作の制御また
は充電状態の検出を行えるようにしたことを特徴とする
電界効果トランジスタを内設した蓄電器。
1. A capacitor having a positive side electrode, a negative side electrode, and a separator sandwiched between these electrodes, and having a function of storing a predetermined charge between the both electrodes, wherein the positive side electrode Alternatively, a field-effect transistor is formed between the negative electrode and the separator, and the field-effect transistor is capable of controlling the charging operation or detecting the charging state of the capacitor. An internal battery.
【請求項2】 請求項1に記載の蓄電器において、 セパレータの片面に形成された薄膜トランジスタにより
電界効果トランジスタを構成し、この薄膜トランジスタ
の形成面に金属薄膜による配線層および抵抗層を形成す
ることにより所定の配線を行い、前記配線層の一部を前
記薄膜トランジスタの電極として利用するようにしたこ
とを特徴とする電界効果トランジスタを内設した蓄電
器。
2. The electric storage device according to claim 1, wherein the thin film transistor formed on one surface of the separator constitutes a field effect transistor, and a wiring layer and a resistance layer made of a metal thin film are formed on a surface where the thin film transistor is formed. And a part of the wiring layer is used as an electrode of the thin film transistor, wherein the field effect transistor is internally provided.
【請求項3】 請求項1または2に記載の蓄電器におい
て、 電界効果トランジスタのソース・ドレイン間電流路とこ
れに直列接続された放電用抵抗素子とにより、過電圧防
止リミッタを形成し、蓄電用の正側電極と負側電極との
間に、前記過電圧防止リミッタと分圧用抵抗素子とを並
列接続し、前記分圧用抵抗素子の所定の分圧地点と前記
電界効果トランジスタのゲートとを接続したことを特徴
とする電界効果トランジスタを内設した蓄電器。
3. The capacitor according to claim 1, wherein an overvoltage prevention limiter is formed by a source-drain current path of the field effect transistor and a discharge resistance element connected in series to the current path. Between the positive electrode and the negative electrode, the overvoltage prevention limiter and the voltage dividing resistance element are connected in parallel, and a predetermined voltage dividing point of the voltage dividing resistance element and the gate of the field effect transistor are connected. An electric storage device having a field effect transistor therein.
【請求項4】 請求項1または2に記載の蓄電器におい
て、 内部に電解液を充填させ、この電解液のイオンの状態変
化に基づいて充放電動作を行うように構成し、電界効果
トランジスタとして、イオン感応性のトランジスタを用
いるようにしたことを特徴とする電界効果トランジスタ
を内設した蓄電器。
4. The electric storage device according to claim 1, wherein the inside of the electric storage device is filled with an electrolytic solution, and charge / discharge operation is performed based on a change in the state of ions of the electrolytic solution. A capacitor having an internal field effect transistor, characterized in that an ion-sensitive transistor is used.
【請求項5】 請求項4に記載の蓄電器において、 イオン感応性電界効果トランジスタのソース・ドレイン
間電流路とこれに直列接続された放電用抵抗素子とによ
り、過充電防止リミッタを形成し、蓄電用の正側電極と
負側電極との間に、前記過充電防止リミッタを接続し、
前記イオン感応性電界効果トランジスタのイオン感応薄
膜を電解液中に浸す構造としたことを特徴とする電界効
果トランジスタを内設した蓄電器。
5. The capacitor according to claim 4, wherein an overcharge prevention limiter is formed by the source-drain current path of the ion-sensitive field effect transistor and a discharge resistance element connected in series to the current path. Between the positive electrode and the negative electrode for use, the overcharge prevention limiter is connected,
A capacitor having an internal field effect transistor, wherein the ion sensitive thin film of the ion sensitive field effect transistor is immersed in an electrolytic solution.
【請求項6】 請求項4に記載の蓄電器において、 イオン感応性電界効果トランジスタのソース電極に接続
された配線およびドレイン電極に接続された配線を、そ
れぞれ外部に導出し、前記イオン感応性電界効果トラン
ジスタのイオン感応薄膜を電解液中に浸す構造とし、前
記両配線間の導電特性に基づいて、電解液中の蓄電状態
を検出できるように構成したことを特徴とする電界効果
トランジスタを内設した蓄電器。
6. The storage device according to claim 4, wherein the wiring connected to the source electrode and the wiring connected to the drain electrode of the ion-sensitive field effect transistor are led out to the outside, respectively, and the ion-sensitive field effect is obtained. The ion-sensitive thin film of the transistor is soaked in an electrolytic solution, and a field effect transistor characterized by being configured to be able to detect the storage state in the electrolytic solution based on the conductive property between the both wirings is provided internally. Battery.
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WO1999005745A1 (en) * 1997-07-24 1999-02-04 Eveready Battery Company, Inc. Battery tester having printed electronic components
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