電池システム
【課題】磁束の漏出や騒音の発生を防止するとともに、負荷側の設計仕様によらず、所望の直流電力を安定的に出力可能で、かつ可搬性および実装容易性に優れた電池システムを提供すること。
【解決手段】電池システム１は、電池（バッテリ）２と、電池２からの出力を開閉するリレー３と、電池２からの電圧を昇圧する昇圧回路４と、電池２の状態をモニターするとともに、リレー３および昇圧回路４の動作を制御する制御部５と、これらの収納するケース（筐体）６とを有する。また、昇圧回路４は、スイッチ、コンデンサ、ダイオードおよびリアクトルを備えている。また、リアクトルの磁心は、アモルファス磁性粉末を、圧粉体密度が５〜６Ｍｇ／ｍ３になるように圧粉成形した後、非還元性雰囲気中において、４００〜５００℃の温度で１０〜３０分間の熱処理を施すことにより作製されたことを特徴とするものである。
【解決手段】電池システム１は、電池（バッテリ）２と、電池２からの出力を開閉するリレー３と、電池２からの電圧を昇圧する昇圧回路４と、電池２の状態をモニターするとともに、リレー３および昇圧回路４の動作を制御する制御部５と、これらの収納するケース（筐体）６とを有する。また、昇圧回路４は、スイッチ、コンデンサ、ダイオードおよびリアクトルを備えている。また、リアクトルの磁心は、アモルファス磁性粉末を、圧粉体密度が５〜６Ｍｇ／ｍ３になるように圧粉成形した後、非還元性雰囲気中において、４００〜５００℃の温度で１０〜３０分間の熱処理を施すことにより作製されたことを特徴とするものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池車、電気自動車、ハイブリッド自動車等のいわゆる低公害車の開発が進められている。特に、ハイブリッド自動車は、国内外で普及が進みつつある。
例えば、ハイブリッド自動車は、駆動源として内燃機関（エンジン）と、電気モータとを併用することにより、燃料の消費率を低減し、低燃費を実現可能な自動車である。
このようなハイブリッド自動車については、近年、低燃費を実現するのみでなく、走行性能を高めることにも市場の要求が拡大している。このため、電気モータの出力向上を図ることによって走行性能を高めるべく、電気モータを駆動する電圧の高電圧化が望まれている。
そこで、搭載されたバッテリの電圧を昇圧することにより、電気モータに高電圧を印加することができる昇圧回路を備えたハイブリッド自動車が実用化されている。この昇圧回路は、バッテリと、車両駆動用モータに交流電力を供給するインバータとの間に設けられている。
【０００３】
このような昇圧回路は、リアクトル、コンデンサ、ダイオードおよびスイッチを備えている。そして、スイッチがＯＮのときには、バッテリのエネルギーをリアクトルに蓄え、スイッチがＯＦＦのときには、リアクトルに蓄えられたエネルギーをバッテリのエネルギーに重畳させて、バッテリの電圧より高い電圧をコンデンサとインバータとに出力することができる。
【０００４】
しかしながら、ハイブリッド自動車における電気モータの出力の大きさは、ハイブリッド自動車の車種や設計仕様によって異なっている。このため、従来、自動車メーカーでは、ハイブリッド自動車に用いる電気モータの出力の大きさに応じて、昇圧回路の設計を変更している。このような昇圧回路の設計変更には、多大な手間とコストを要している。したがって、ハイブリッド自動車の車種や設計仕様によらずに搭載することのできる蓄電手段が求められている。
【０００５】
ところで、このような昇圧回路が有するリアクトルの磁心として、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ系の軟磁性粉末とバインダとを加圧成形してなる圧粉成形体で構成された圧粉磁心が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このような従来の圧粉磁心には、一般に、結晶質の軟磁性粉末が用いられている。
しかしながら、スイッチングの周波数が高くなると、リアクトルの磁心に渦電流が発生する。磁心に渦電流が流れると、ジュール熱による発熱を生じ、リアクトルの温度が急激に上昇する。このため、リアクトルの温度が高くなり過ぎて、磁心の磁気特性が低下するばかりでなく、磁心が変質・劣化し、リアクトルとしての機能が損なわれるおそれがある。
例えば、Ｆｅ−Ｓｉ系の結晶質の軟磁性粉末で構成された磁心では、比抵抗が小さいため、渦電流が増大し、発熱が大きいという問題がある。
【０００６】
したがって、従来の昇圧回路では、この発熱を考慮して、定期的に通電を止めることによって、リアクトルの温度が耐熱温度以上にならないよう制御されている。このため、インバータに対して、高電圧を連続的に印加することができないという問題がある。
また、このような圧粉成形された磁心の他に、帯状の珪素鋼板（Ｆｅ−Ｓｉ系材料）を複数枚積層することにより形成した磁心が知られている。
【０００７】
しかしながら、珪素鋼板は、最大透磁率が非常に高いという特徴を有する。このため、珪素鋼板を複数枚積層して磁心を形成した場合、低磁場側では優れた特性を示すものの、中磁場または高磁場側では、珪素鋼板の透磁率が極めて低くなり、優れた特性が得られないという問題がある。
そこで、高磁場側でも高い透磁率が得られるよう、磁心にギャップを設けたギャップ付き磁心が提案されている。
【０００８】
しかしながら、磁心のギャップにおいて磁束が漏れ出るおそれがあり、漏れ出た磁束が他の電子部品の誤作動を招いたり、鉄損の増大を招くおそれがある。
さらに、帯状のアモルファス金属（アモルファスリボン）を複数枚積層することにより形成した磁心も知られている。
このようなアモルファスリボンは、厚さが１０〜３０μｍと非常に薄いため、複数枚のアモルファスリボンを緻密に積層する必要があり、多大な手間とコストを要している。また、リアクトルに通電したとき、アモルファスリボンの層間において、電磁騒音が発生するという問題もある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２８８９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、磁束の漏出や騒音の発生を防止するとともに、負荷側の設計仕様によらず、所望の直流電力を安定的に出力可能で、かつ可搬性および実装容易性に優れた電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の電池システムは、電池と、
スイッチ、コンデンサ、ダイオードおよびリアクトルを備え、前記電池の電圧を昇圧する昇圧回路と、
筐体とを有し、
前記リアクトルの磁心は、アモルファス軟磁性粉末を、圧粉体密度が５．０〜６．０Ｍｇ／ｍ３になるように圧粉成形した後、非還元性雰囲気中において、４００〜５００℃の温度で１０〜３０分間の熱処理を施すことにより作製されたものであり、
前記電池および前記昇圧回路が、前記筐体内に一体的に収納されていることを特徴とする。
これにより、磁束の漏出や騒音の発生を防止するとともに、負荷側の設計仕様によらず、所望の直流電力を安定的かつ連続的に出力可能で、かつ可搬性および実装容易性に優れた電池システムが得られる。
【００１２】
本発明の電池システムでは、前記昇圧回路は、昇圧比可変のチョッパ方式の昇圧回路であることが好ましい。
これにより、幅広い電圧を出力し得る電池システムが得られる。
本発明の電池システムでは、さらに、前記筐体内に設けられ、前記スイッチの開閉動作を制御する機能を有する制御手段を有し、
該制御手段は、自発的に、または、当該電池システムの外部からの情報に基づいて、前記スイッチの開閉動作を制御することにより、前記昇圧回路の昇圧比を決定するよう構成されていることが好ましい。
これにより、電池システムが出力する電圧を自発的または外部からの情報に基づいて制御することができ、負荷にとって最適な電圧を出力することができる。
【００１３】
本発明の電池システムでは、駆動用モータに交流電力を供給するインバータ部に接続して使用されるものであり、
前記制御手段は、前記駆動用モータが発生すべき出力に応じて、前記昇圧回路の昇圧比を決定するよう構成されていることが好ましい。
これにより、駆動用モータが発生すべき出力に応じて、駆動用モータに電力を供給する電源として最適な電池システムを提供することができる。
【００１４】
本発明の電池システムでは、前記アモルファス磁性粉末は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属を主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、磁心が、飽和磁束密度が高く、かつ、低磁場から高磁場まで比較的高い透磁率を示すものとなる。これにより、磁心およびリアクトルをより小型化することができる。
本発明の電池システムでは、前記アモルファス磁性粉末の粒径は、１５０μｍ以下であることが好ましい。
これにより、磁心において、渦電流が流れる経路を特に短縮することができるため、渦電流損失のさらなる低減を図ることができる。
【００１５】
本発明の電池システムでは、前記磁心は、２００Ａの直流を重畳したときのインダクタンスが、直流を重畳しなかったときのインダクタンスの５〜２０％となるものであることが好ましい。
これにより、直流重畳特性に特に優れた磁心が得られる。そして、このような磁心を備えた昇圧回路は、高電流であっても、確実に昇圧可能なものとなる。
【００１６】
本発明の電池システムでは、前記磁心は、１００ｋＨｚの交流を印加したときの透磁率が、５０Ｈｚの交流を印加したときの透磁率の７０％以上となるものであることが好ましい。
これにより、磁心は、低周波から高周波まで安定した透磁率を示すものとなる。したがって、このような磁心を備えた昇圧回路では、スイッチング周波数の設定値の幅を広くしても、確実に昇圧することができる。
【００１７】
本発明の電池システムでは、前記電池の電圧を、時間的に連続して昇圧可能であることが好ましい。
これにより、通電を休止することなく、時間的に連続して電池の電圧を昇圧して出力することができる。その結果、例えば、電池システムを、ハイブリッド自動車の車両駆動用モータに電力を供給する電源に適用した場合、車両駆動用モータを長時間にわたって連続駆動することができる。
【００１８】
本発明の電池システムでは、前記スイッチを開閉する際の周波数を５〜１００ｋＨｚに設定して使用されることが好ましい。
これにより、スイッチング周波数を前記範囲のような高い周波数に設定したとしても、リアクトルの温度上昇を確実に抑制し得る電池システムが得られる。その結果、出力する電圧の調整をより高速かつ高精度に行うことのできる高性能の電池システムが得られる。
【００１９】
本発明の電池システムでは、前記電池の電圧は、１００Ｖ以上であることが好ましい。
これにより、１００Ｖ以上の高電圧を出力可能な電池システムが得られる。その結果、電池システムを、例えばハイブリッド自動車のような高電圧を必要とする機器に組み込むことが可能になり、電池システムの用途の拡大を図ることができる。
本発明の電池システムでは、前記スイッチを開閉する際のＯＮデューティは、９５％以下に設定されることが好ましい。
これにより、直流電源の電圧を、より幅広い昇圧比で安定的に昇圧することができる。
本発明の電池システムでは、前記昇圧回路は、前記負荷の大きさによらず、前記直流電源の電圧を連続発振モードで昇圧可能になっていることが好ましい。
これにより、直流電源の電圧を、負荷に対して安定的かつ連続的に高電圧を印加することができる。
【００２０】
本発明の電池システムでは、前記リアクトルのインダクタンスは、０．０１〜５ｍＨであることが好ましい。
これにより、負荷に対してより大電力を供給することができる。例えば、電池システムを、ハイブリッド自動車の車両駆動用モータに電力を供給する電源に適用した場合、より大電力を車両駆動用モータに供給することができ、ハイブリッド自動車の走行性能を高めることができる。
【００２１】
本発明の電池システムでは、前記リアクトルの通電中の温度を、−４０℃以上１５０℃以下に維持することができる。
これにより、磁心の磁気特性が著しく低下するのを防止するとともに、熱による磁心の変質・劣化を確実に防止することができる。その結果、直流電源の電圧を、時間的に連続して昇圧可能な昇圧回路が得られる。
【００２２】
本発明の電池システムでは、前記磁心は、トロイダル形状をなしていることが好ましい。
これにより、磁束の漏れが少ない磁心が得られる。その結果、漏れ出た磁束が隣接する電子部品に悪影響を及ぼしたり、鉄損が増大したりするのを防止することができる。
本発明の電池システムでは、前記磁心は、全体を一体的に成形することにより作製されたものであることが好ましい。
これにより、磁心は、内部にギャップを有しないギャップレス構造となり、磁束の漏れをより確実に防止することができる。
【００２３】
本発明の電池システムでは、前記筐体は、その少なくとも一部が金属材料で構成されていることが好ましい。
金属材料は、熱伝導性に優れているため、ケースのうち、金属材料で構成された部位から、ケース内の熱を効率よく外部に放出することができる。これにより、ケース内が著しく高温になるのを防止することができる。その結果、ケース内の電池や昇圧回路等が熱による影響で故障したり、機能が低下したりするのを確実に防止することができる。
【００２４】
本発明の電池システムでは、前記筐体は、前記昇圧回路から発生した熱を、前記筐体の外部に放出するためのヒートシンクの機能を有することが好ましい。
昇圧回路は、発熱量が特に大きいため、筐体がヒートシンクの機能を有することにより、ケース内の温度上昇を特に効果的に抑制することができる。これにより、ケース内の電池や昇圧回路等が熱による影響で故障したり、機能が低下したりするのを確実に防止することができる。
本発明の電池システムでは、前記電池は、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池であることが好ましい。
これにより、簡単に充電可能であるとともに、エネルギー密度が特に高い高性能の電池システムが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の電池システムについて、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜電池システム＞
図１は、本発明の電池システムの実施形態を示す概略図（平面図）、図２は、本発明の電池システムが備える昇圧回路の実施形態を示す回路図、図３は、図２に示す昇圧回路が有するリアクトルを説明するための概略図である。
【００２６】
図１に示す電池システム１は、電池（バッテリ）２と、電池２からの出力を開閉するリレー３と、電池２からの電圧を昇圧する昇圧回路４と、電池２の状態をモニターするとともに、リレー３および昇圧回路４の動作を制御する制御部（制御手段）５と、これらを収納するケース（筐体）６とを有する。
すなわち、図１に示す電池システム１は、電池２と昇圧回路４とを同一のケース６内に同梱してなるものである。
【００２７】
また、昇圧回路４は、図２に示すように、スイッチング素子（スイッチ）４２、コンデンサ４３、ダイオード４４およびリアクトル４５を備えるチョッパ方式の昇圧回路である。このうち、リアクトル４５の磁心は、アモルファス磁性粉末を、圧粉体密度が５．０〜６．０Ｍｇ／ｍ３になるように圧粉成形した後、非還元性雰囲気中において、４００〜５００℃の温度で１０〜３０分間の熱処理を施すことにより作製されたものである。
このような電池システム１は、電池２の電圧を昇圧回路４によって昇圧し、昇圧された電圧を負荷に対して出力することができる。
【００２８】
以下、電池システム１の各部の構成について順次詳述する。
電池２は、直流電源となり得る電池であれば、いかなるものでもよく、例えば、アルカリ電池、マンガン電池、リチウム電池、酸化銀電池のような一次電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池のような二次電池、燃料電池、太陽電池等が挙げられる。
このうち、リチウムイオン電池やニッケル水素電池は、簡単に充電可能であるとともに、エネルギー密度が特に高いことから、高性能の電池システム１を実現し得る電池２として好適に用いられる。
【００２９】
リレー３は、電池２と昇圧回路４との間に設けられている。
このようなリレー３は、電池２から昇圧回路４への出力を開閉するものである。電池システム１内にリレー３を設けることにより、例えば、短絡等によって電池２から昇圧回路４に向けて想定以上の高電圧が出力された場合でも、この高電圧が昇圧回路４に供給されるのを防止することができる。これにより、昇圧回路４や電池システム１に接続された機器が、想定以上の高電圧が供給されることによって破壊されるのを防止することができる。
このようなリレー３としては、直流電流を短時間に遮断し得る機器であればよく、例えば、各種開閉器、各種遮断器等で置き換えてもよい。
なお、リレー３は必要に応じて設ければよく、省略することもできる。
昇圧回路４は、前述したように、スイッチング素子４２、コンデンサ４３、ダイオード４４およびリアクトル４５を備えている。
なお、昇圧回路４については、後に詳述する。
【００３０】
制御部５は、電池２の状態（例えば、電圧、温度等）をモニターするとともに、リレー３および昇圧回路４の動作を制御する。
このような制御部５は、例えば、ＩＣ、ＬＳＩ等の集積回路で構成される。
このような制御部５は、内蔵するプログラムに応じて、すなわち自発的に、リレー３の開閉や、昇圧回路４の動作を制御することにより、昇圧回路４による昇圧比を制御し、昇圧回路４に所望の電圧を出力させることができる。
【００３１】
また、制御部５は、電池システム１の外部に設けられた機器と接続されていてもよい。これにより、外部機器からの情報に基づいて、電池システム１が出力する電圧を制御し、負荷にとって最適な電圧を出力することができる。
さらに、制御部５は、電池２の状態に応じて、リレー３や昇圧回路４の動作を制御することができる。このため、例えば、電池２が短絡を生じたり、電池２の温度が高くなり過ぎたりしても、そのような電池２の状態を検出して、リレー３を切断したり、昇圧回路４の昇圧比を下げたりすることにより、電池システム１や外部機器に悪影響が及ぶのを防止することができる。
なお、制御部５は、必ずしもケース６内に設けられなくてもよく、ケース６の外表面に設けたり、ケース６の外部に設けられた同等の機能を有する機器で代替することもできる。
【００３２】
ケース６は、図１に示すように、電池２、リレー３、昇圧回路４および制御部５を収納する筐体である。
このようなケース６の形状は、電池２、リレー３、昇圧回路４および制御部５を同梱し得るような内容積を有する形状であればよく、例えば、直方体形状、立方体形状、球形状、柱状等の各種立体形状とされる。
【００３３】
また、ケース６を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼のようなＦｅ系、チタン系、アルミニウム系、銅系、ニッケル系、マグネシウム系、亜鉛系のような各種金属材料、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリ−（４−メチルペンテン−１）、アイオノマー、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリシクロヘキサンテレフタレート（ＰＣＴ）等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アラミド系樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等の樹脂系材料、ケイ酸ガラス（石英ガラス）、ケイ酸アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリ石灰ガラス、鉛（アルカリ）ガラス、バリウムガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス系材料、アルミナ、ジルコニア、フェライト、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化タングステンのようなセラミックス系材料、グラファイトのような炭素系材料、またはこれらの各材料の１種または２種以上を組み合わせた複合材料等が挙げられる。
【００３４】
なお、ケース６の少なくとも一部が金属材料で構成されているのが好ましく、全部が金属材料で構成されているのがより好ましい。金属材料は、熱伝導性に優れているため、この金属材料で構成された部位から、ケース６内の熱を効率よく外部に放出することができる。これにより、ケース６内が著しく高温になるのを防止することができる。
また、金属材料で構成された部位は、ケース６のうち、昇圧回路４の近傍に設けられているのが好ましく、リアクトル４５の近傍に設けられているのがより好ましい。これにより、ケース６は、昇圧回路４やリアクトル４５から発生した熱を、ケース６の外部に放出するためのヒートシンクとしての機能を有するものとなる。すなわち、昇圧回路４は、電池２やリレー３等に比べて発熱量が大きく、昇圧回路４の中でもリアクトル４５の発熱量は特に大きいため、ケース６がヒートシンクとしての機能を有していることにより、ケース６内の温度上昇を特に効果的に抑制することができる。その結果、電池２、リレー３、昇圧回路４および制御部５等が、熱による影響で故障したり、機能が低下したりするのを確実に防止することができる。
【００３５】
また、ケース６には、昇圧回路４の出力側とケース６の外部とを接続するためのコネクタ６１を備えている。このコネクタ６１は、外部機器に導通する端子（図示せず）を有する雄コネクタ６１１と、この雄コネクタ６１１が嵌合することにより、外部機器と昇圧回路４との導通をとり得る雌コネクタ６１２とで構成されており、これらは、着脱自在である。すなわち、コネクタ６１によれば、雄コネクタ６１１と雌コネクタ６１２とを結合し、昇圧回路４と外部機器とを簡単に導通したり、雄コネクタ６１１と雌コネクタ６１２とを分離し、昇圧回路４と外部機器とを簡単に分離したりすることができる。
【００３６】
ここで、昇圧回路４について詳しく説明する。
図２に示す昇圧回路４は、前述したように、スイッチング素子４２、コンデンサ４３、ダイオード４４およびリアクトル４５を備えるチョッパ方式の昇圧回路である。
図２に示すスイッチング素子４２は、電池２に対して並列に接続されている。すなわち、スイッチング素子４２は、電池２の正極側に接続された正極側ライン４０１と、電池２の負極側に接続された負極側ライン４０２とを介して、電池２に接続されている。そして、このようなスイッチング素子４２は、正極側ライン４０１から負極側ライン４０２への電流のＯＮ／ＯＦＦ制御を担っている。
このようなスイッチング素子４２には、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のようなバイポーラトランジスタ、金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のような電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、サイリスタ、ＳＣＲ等を用いることができる。
【００３７】
また、スイッチング素子４２には、特に、ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴを用いるのが好ましい。これらのスイッチング素子によれば、比較的大きな電力のスイッチングを高速で行うことができる。このため、昇圧回路４に流れる電流の制御をより高速かつ高精度に行うことができる。
また、本実施形態にかかる昇圧回路４は、スイッチング素子４２を跨ぐように設けられたコンデンサ４２５を有している。
【００３８】
コンデンサ４３は、スイッチング素子４２の負荷側に設けられ、電池２に対して並列に接続されている。コンデンサ４３は、負荷に供給される電力の一部を一時的に充電し、スイッチング素子４２のＯＮ／ＯＦＦ制御に応じて放電することにより、充電していた電力を負荷に供給する。
このようなコンデンサ４３には、例えば、図２に示すような電界コンデンサの他、フィルムコンデンサ、セラミックコンデンサ等を用いることができる。
【００３９】
ダイオード４４は、正極側ライン４０１上のスイッチング素子４２とコンデンサ４３との間に、直列に接続されている。このとき、ダイオード４４のアノードが電池２側に、カソードが負荷側に、それぞれ接続されている。ダイオード４４は、正極側ライン４０１上の電流の方向を制御し、負荷側から電池２側への電流を阻止する。
このようなダイオード４４は、特に限定されず、整流作用のある各種素子で代替することもできる。
【００４０】
リアクトル４５は、正極側ライン４０１上の電池２とスイッチング素子４２との間に、直列に接続されている。リアクトル４５は、電池２からの電流を、スイッチング素子４２によってＯＮ／ＯＦＦ制御されることによって発生する自己誘導起電力を充電する。そして、スイッチング素子４２のＯＮ／ＯＦＦ制御に応じて放電することにより、充電していた電力を負荷に供給する。
【００４１】
以下、リアクトル４５について詳述する。
図３に示すリアクトル４５は、圧粉磁心（コア）４５１と、圧粉磁心４５１の外周に沿って螺旋状に巻き回された導線（コイル）４５２とを有する。
このうち、圧粉磁心４５１は、アモルファス金属で構成された軟磁性粉末４５１０をバインダ４５１１で結着してなる加圧成形体で構成されている。アモルファス金属は保磁力が小さいため、軟磁性粉末４５１０を含む圧粉磁心４５１は、ヒステリシス損失の小さいものとなる。
【００４２】
具体的には、（ａ）アモルファス金属で構成された圧粉磁心４５１と、（ｂ）Ｆｅ−Ｓｉ系の結晶金属材料で構成された従来の圧粉磁心とについて、磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）を評価すると、圧粉磁心４５１は、図４に示すように、従来の圧粉磁心に比べて、ヒステリシス損失を低減することができる。なお、図４は、前記（ａ）、（ｂ）における磁化曲線（Ｂ−Ｈ特性）を示すグラフである。
【００４３】
また、アモルファス金属は、結晶金属に比べて比抵抗が大きいため、軟磁性粉末４５１０に渦電流が生じ難くなる。これにより、圧粉磁心４５１の渦電流損失を低減することもできる。
さらに、圧粉磁心４５１では、軟磁性粉末４５１０の各粒子間にバインダ４５１１が介在しているので、粒子間が確実に絶縁される。その結果、圧粉磁心４５１では、発生する渦電流が各粒子間で分断されることとなるため、リアクトル４５全体において渦電流損失のさらなる低減を図ることができる。
【００４４】
以上のことから、圧粉磁心４５１において、主にヒステリシス損失と渦電流損失とからなる鉄損を低減することができる。
なお、鉄損の小さい圧粉磁心４５１によれば、リアクトル４５において、鉄損に伴うジュール熱の発生を抑制することができる。これにより、圧粉磁心４５１の温度上昇を抑制することができる。その結果、温度上昇に伴う電池２、リレー３、昇圧回路４および制御部５等の故障、機能低下を確実に防止することができる。
【００４５】
また、アモルファス金属で構成された軟磁性粉末４５１０を有する圧粉磁心４５１は、飽和磁束密度が高く、かつ、低磁場から高磁場まで比較的高い透磁率を示すものとなる。これにより、圧粉磁心４５１およびリアクトル４５をより小型化することができる。
また、圧粉磁心４５１は、その全体が一体的に成形されて作製されている。これにより、圧粉磁心４５１は、内部にギャップを有しないギャップレス構造となり、磁束の漏れをより確実に防止することができる。
【００４６】
また、従来、帯状のアモルファス金属（アモルファスリボン）を複数枚積層してなる磁心や、珪素鋼板を積層してなる磁心等が用いられていたが、これらの磁心は、層間において電磁騒音が発生するという問題を抱えていた。これに対して、圧粉磁心４５１は、層間が存在しないため、電磁騒音の発生を確実に防止することができる。したがって、加圧成形体で構成された圧粉磁心４５１は、より低騒音のものとなる。
【００４７】
また、圧粉磁心４５１は、その平面視形状が、好ましくは図３に示すようなトロイダル形状とされる。トロイダル形状の磁心は、その他の形状の磁心に比べて磁束の漏れが少ない。このため、漏れ出た磁束が隣接する電子部品に悪影響を及ぼしたり、鉄損が増大するのを防止することができる。
ここで、本発明の電池システムが備える圧粉磁心４５１は、前述したように、軟磁性粉末４５１０を、圧粉体密度が５．０〜６．０Ｍｇ／ｍ３になるように圧粉成形した後、非還元性雰囲気中において、４００〜５００℃の温度で１０〜３０分間の熱処理を施すことにより作製されたものであるという特徴を有する。
【００４８】
以下、圧粉磁心４５１の製造方法について説明する。
圧粉磁心４５１は、軟磁性粉末４５１０とバインダ４５１１との混合物を、各種成形方法を用いて成形することにより作製することができるが、この成形方法としては、例えば、プレス成形法、射出成形法、押出成形法等が挙げられる。
ここでは、一例として、プレス成形法により圧粉磁心４５１を作製する方法について説明する。
【００４９】
［１］まず、軟磁性粉末４５１０とバインダ４５１１とを用意する。そして、軟磁性粉末４５１０の各粒子の表面をバインダ４５１１で被覆する。
ここで、軟磁性粉末４５１０を構成するアモルファス金属としては、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ−Ｃ系、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｚｒ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ系、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系等の各アモルファス金属が挙げられる。
これらの中でも、特に、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属が好ましい。Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属は、保磁力が特に小さいものである。このため、圧粉磁心４５１のヒステリシス損失の低減を図ることができる。
【００５０】
また、このようなＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属は、Ｆｅを主成分とし、Ｓｉを４〜９重量％程度の含有率で含みＢを１〜５重量％程度の含有率で含むものが好ましく、Ｆｅを主成分とし、Ｓｉを４．５〜８．５重量％程度の含有率で含み、Ｂを２〜４重量％程度の含有率で含むものがより好ましい。このような組成のＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属は、保磁力が特に小さいため、圧粉磁心４５１のヒステリシス損失を特に小さくすることができる。
なお、軟磁性粉末４５１０を構成するアモルファス金属は、その他の成分、例えば、製造過程で不可避的に混入する成分（不可避不純物）を含んでいてもよい。その場合、その他の成分の含有率の総和は、１重量％以下とするのが好ましい。
【００５１】
このような軟磁性粉末４５１０は、いかなる方法で製造されたものでもよいが、例えば、アトマイズ法、冷却ロール法等の方法で製造されたものを用いることができる。
このうち、圧粉磁心４５１に用いる軟磁性粉末４５１０としては、アトマイズ法で製造されたものが好ましく用いられる。
アトマイズ法は、溶融物（溶湯）を、冷却媒（液体やガス等）に衝突させることにより粉末化する方法である。溶湯は、噴霧されたり、冷却媒と衝突させることにより、微細な液滴となるとともに、この液滴が冷却媒と接触することにより急速に冷却され固化する。このとき、液滴の冷却が極めて急速に行われるため、各原子が液体状態の無秩序な原子配置を保存したまま急速に固化に至る。その結果、アモルファス金属で構成された軟磁性粉末４５１０を効率よく製造することができる。
なお、アトマイズ法としては、例えば、水アトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法、ガスアトマイズ法、真空溶解ガスアトマイズ法、ガス−水アトマイズ法、超音波アトマイズ法等が挙げられる。
【００５２】
また、軟磁性粉末４５１０の粒径は、その組成や製造条件によって多少は異なるが、１５０μｍ以下であるのが好ましく、５３μｍ以下であるのがより好ましい。軟磁性粉末４５１０の粒径を前記範囲内とすることにより、渦電流が流れる経路を特に短縮することができるため、圧粉磁心４５１における渦電流損失のさらなる低減を図ることができる。
さらに、軟磁性粉末４５１０の粒径が前記範囲内であれば、負荷が軽くなったとき、リアクトル４５のインダクタンスがより大きくなるので、高周波リップルの高さをより低くすることができる。
【００５３】
なお、軟磁性粉末４５１０の下限値は、特に限定されないが、好ましくは２５μｍとされる。軟磁性粉末４５１０がこの下限値未満の粒径の粉末のみで構成されていると、軟磁性粉末４５１０を加圧成形する際に、軟磁性粉末４５１０の圧縮性が著しく悪化するおそれがある。このため、得られる圧粉体の密度が著しく低下し、最終的に得られる圧粉磁心４５１のインダクタンスの絶対値が小さくなりすぎるおそれがある。
【００５４】
一方、バインダ４５１１としては、例えば、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛、リン酸マンガン、リン酸カドミウムのようなリン酸塩、ケイ酸ナトリウムのようなケイ酸塩（水ガラス）、酸化ケイ素等の無機バインダ、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂等の有機バインダ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、バインダ４５１１としては、特に、無機バインダを用いるのが好ましい。これにより、圧粉磁心４５１の耐熱性および絶縁性を高めることができる。
【００５５】
なお、バインダ４５１１の重量は、バインダ４５１１の組成に応じて若干異なるが、軟磁性粉末４５１０の重量１ｋｇ当たり０．５〜５０ｇ程度であるのが好ましく、１０〜３０ｇ程度であるのがより好ましい。
また、軟磁性粉末４５１０の各粒子の表面をバインダ４５１１で被覆する方法としては、特に限定されないが、例えば、軟磁性粉末４５１０とバインダ４５１１との混合物を、ボールミルのような各種混合法で混合したり、噴霧法、転動法、転動流動法のような各種造粒法等を用いて造粒したりする方法が挙げられる。
【００５６】
［２］次に、プレス成形装置のキャビティ内に、表面をバインダ４５１１で被覆した軟磁性粉末４５１０を投入し、プレス成形する。これにより、圧粉体を得る。
ここで、プレス成形の際の荷重は、プレス成形後の圧粉体の密度が５．０〜６．０Ｍｇ／ｍ３になるように調整されるのが好ましい。この場合、事前に、荷重を何段階かに変えてプレス成形を行い、得られた圧粉体の密度を測定することにより、プレス成形の荷重と圧粉体の密度との関係を把握しておけばよい。
【００５７】
プレス成形の荷重を前記範囲内とすることにより、例えば、８００００Ａ／ｍの高磁場においても、磁束密度が飽和しない圧粉磁心４５１が得られる。これにより、低磁場側から高磁場側まで、比較的高い透磁率を示す圧粉磁心４５１が得られる。このような特性は、圧粉磁心４５１の内部に適度な量の気孔が分散していることにより得られるものである。そして、このような圧粉磁心４５１を備えた昇圧回路４は、電池２の電圧を、より安定的に昇圧可能なものとなる。
なお、圧粉体の密度が前記下限値を下回った場合、圧粉磁心４５１の透磁率が全体的に低くなりすぎるおそれがある。一方、圧粉体の密度が前記上限値を上回った場合、高磁場側において圧粉磁心４５１の磁束密度が飽和してしまい、透磁率が小さくなるおそれがある。
【００５８】
［３］次に、得られた圧粉体に対し、非還元性雰囲気中において熱処理を施す。これにより、圧粉磁心４５１が得られる。
この熱処理の条件は、温度が４００〜５００℃で、１０〜３０分間程度であるのが好ましい。このような条件で圧粉体に熱処理を施すことにより、ヒステリシス現象をほとんど示さない圧粉磁心４５１が得られる。したがって、このような圧粉磁心４５１は、ヒステリシス損失が特に抑制されたものとなる。
【００５９】
なお、熱処理の温度や時間が前記下限値を下回ると、プレス成形による歪みの除去が不十分となり、圧粉磁心４５１のヒステリシス損失が増大するおそれがある。一方、熱処理の温度や時間が前記上限値を上回ると、圧粉体の結晶化が始まり、圧粉磁心４５１のヒステリシス損失が増大するおそれがある。
また、熱処理を行う雰囲気は、前述したように、非還元性雰囲気中とされるが、この非還元性雰囲気としては、例えば、窒素ガス、アルゴンガスのような不活性雰囲気、大気（空気）、酸素ガスのような酸化性雰囲気等が挙げられる。
以上のようにして、圧粉磁心４５１を作製することができる。
【００６０】
このような方法で製造した圧粉磁心４５１を備えていることにより、昇圧回路４は、下記のような優れた性能（効果）を発揮する。
まず、前述したように、低鉄損のリアクトル４５（圧粉磁心４５１）を用いることにより、通電時における昇圧回路４の発熱量を小さくすることができる。
また、圧粉磁心４５１が、アモルファス金属で構成された軟磁性粉末４５１０を有することにより、圧粉磁心４５１の小型化を図ることができる。
【００６１】
このような性能を有する昇圧回路４は、ケース６内に収納されても高い信頼性を発揮し得るものとなる。すなわち、昇圧回路４の発熱量が小さいため、昇圧回路４がケース６内に収納されたことによって放熱性が低下したとしても、ケース６内の温度上昇を抑制することができる。これにより、昇圧回路４をケース６内に収納しても、電池２、リレー３、昇圧回路４および制御部５が、熱による影響で故障したり、機能が低下したりするのを確実に防止することができる。
【００６２】
また、圧粉磁心４５１が小さければ、昇圧回路４全体の小型化を図ることができる。これにより、昇圧回路４をケース６内に容易に収納することができる。その結果、ケース６のサイズ、ひいては電池システム１の小型化を図ることができ、電池システム１の可搬性、実装容易性を高めることができる。
また、圧粉磁心４５１は、リアクトル４５の導線（コイル）４５２に２００Ａの直流を重畳したときのインダクタンスが、直流を重畳しなかったときのインダクタンスの２０％以上であるのが好ましい。このような直流磁気特性を示す圧粉磁心４５１は、高電流の直流重畳に対して安定したインダクタンスを示すものであり、直流重畳特性に優れたものとなる。したがって、このような圧粉磁心４５１を備えた昇圧回路４は、高電流であっても、確実に昇圧可能なものとなる。
【００６３】
また、圧粉磁心４５１は、リアクトル４５の導線（コイル）４５２に１００ｋＨｚの交流を印加したときの透磁率が、５０Ｈｚの交流を印加したときの透磁率の７０％以上であるのが好ましく、８０％以上であるのがより好ましい。このような交流磁気特性を示す圧粉磁心４５１は、低周波から高周波まで安定した透磁率を示すものとなる。したがって、このような圧粉磁心４５１を備えた昇圧回路４では、スイッチング周波数の設定値の幅を広くしても、確実に昇圧することができる。
【００６４】
また、リアクトル４５のインダクタンスは、好ましくは０．０１〜５ｍＨ程度とされる。このような大きなインダクタンスのリアクトル４５であれば、例えば、昇圧回路４を、ハイブリッド自動車の車両駆動用モータに電力を供給する電池システム１内に設けられる昇圧回路に適用した場合、より大電力を車両駆動用モータに供給することができ、ハイブリッド自動車の走行性能を高めることができる。
【００６５】
なお、本実施形態では、圧粉磁心４５１の形状がトロイダル形状である場合について説明したが、これに限定されず、圧粉磁心４５１の形状は、例えば、平面視で、楕円形、長円形のような閉磁路形状のほか、略Ｉ字状、略Ｔ字状、略Ｅ字状、略Ｕ字状等の形状であってもよい。
また、本実施形態では、圧粉磁心４５１の全体が一体的に成形されている場合について説明したが、圧粉磁心４５１は、複数個に分割されていて、これらが互いに接触または接着されたものでもよい。
この場合、例えば、２個の略Ｕ字状の磁心または２個の略Ｅ字状の磁心を、リング状になるように、または、８の字状になるように、それぞれ組み合わせることにより、閉磁路を形成するのが好ましい。このようにすれば、磁束が漏れ出るのを抑制することができ、圧粉磁心４５１の鉄損の低減を図ることができる。
【００６６】
次に、昇圧回路４の動作（作用）について説明する。
図５は、図２に示す昇圧回路の動作原理を説明するための図である。
図５に示す昇圧回路４で、電池２の電圧Ｖｉを昇圧して負荷Ｌに印加する場合、まず、スイッチング素子４２を、所定の周波数でＯＮとＯＦＦとを繰り返すように操作する。
まず、スイッチング素子４２をＯＮにすると、図５（ａ）に示すように、昇圧回路４の正極側ライン４０１と正極側ライン４０２とが短絡し、リアクトル４５を流れる電流が急激に立ち上がる。この電流は、リアクトル４５に、逆方向への電流を増加させるように、逆起電力ＶＬを誘起する。これにより、リアクトル４５にエネルギーが蓄積される。
【００６７】
このタイミングで、スイッチング素子４２をＯＦＦすると、図５（ｂ）に示すように、リアクトル４５に蓄積されたエネルギーが、負荷Ｌに供給される。この際、リアクトル４５に誘起された逆起電力ＶＬは、電池２の電圧Ｖｉに加わることとなるため、負荷Ｌに印加される電圧は、電池２の電圧Ｖｉより、リアクトル４５に誘起された逆起電力ＶＬの分だけ高い電圧Ｖｉ＋ＶＬとなる。
また、それとともに、電圧Ｖｉ＋ＶＬで、コンデンサ４３が充電される。
その後、再び、スイッチング素子４２をＯＮにすると、リアクトル４５に流れる電流が再び急激に立ち上がり、リアクトル４５にエネルギーが蓄積される。
また、それとともに、図５（ｃ）に示すように、コンデンサ４３に充電されたエネルギーが、負荷Ｌに供給される。これにより、負荷Ｌには、電圧Ｖｉ＋ＶＬが印加される。
【００６８】
以上のようにして、スイッチング素子４２を所定の周波数でＯＮ／ＯＦＦすると、負荷Ｌには、常時、電池２の電圧Ｖｉを昇圧した電圧Ｖｉ＋ＶＬが印加されることとなる。なお、スイッチング素子４２をＯＮ／ＯＦＦするための信号は、制御部５から供給される。
また、昇圧回路４において、スイッチング素子４２のＯＮとＯＦＦとを繰り返す周波数、すなわち、スイッチング周波数）は、好ましくは５〜１００ｋＨｚとされる。このような高い周波数でスイッチング素子４２をＯＮ／ＯＦＦすると、リアクトル４５の圧粉磁心４５１には、短時間で変化する磁束が生じることとなる。
【００６９】
このような磁束の短時間での変化は、従来のリアクトルでは、磁心に大きな渦電流を発生させ、この渦電流によるジュール熱によって磁心の発熱を招いていた。そして、磁心の温度が高温になると、磁心の磁気特性が低下するばかりでなく、磁心が変質・劣化し、リアクトルとしての機能が損なわれるという問題が発生していた。
これに対し、本発明では、前述したように、リアクトル４５の圧粉磁心４５１を、アモルファス金属で構成された軟磁性粉末４５１０をバインダ４５１１で結着してなる加圧成形体で構成することとした（図３参照）。
【００７０】
このような圧粉磁心４５１では、軟磁性粉末４５１０の各粒子間の絶縁を確保したことと、軟磁性粉末４５１０の比抵抗が小さいことにより、たとえ前述したような高い周波数で使用されたとしても、渦電流損失によるジュール熱の発生を確実に抑制することができる。その結果、圧粉磁心４５１の温度上昇を確実に抑制することができる。
また、スイッチング周波数を前述のような範囲に設定することにより、電流の制御を高速かつ高精度に行うことができる。これにより、昇圧回路４の昇圧比の調整を、より高速かつ高精度に行うことができるようになるため、高性能の電池システム１が得られる。
なお、スイッチング素子４２を開閉する際の周波数は、好ましくは２０〜５０ｋＨｚ程度とされる。
【００７１】
また、スイッチング周波数が前記範囲のように大きいと、ＯＮ時間が短くなり、圧粉磁心４５１における磁束密度の変化量も小さくなる。そして、圧粉磁心４５１のヒステリシス損失を低減することができる。したがって、これらの作用により、昇圧回路４の無駄な電力消費を低減することができる。
以上のように、圧粉磁心４５１は、スイッチング周波数を高くしても、渦電流損失およびヒステリシス損失が著しく増大するのを防止することができる。すなわち、圧粉磁心４５１は、鉄損の小さいものとなる。
【００７２】
ここで、図６は、圧粉磁心４５１と、Ｆｅ−Ｓｉ系の結晶金属材料粉末で構成された圧粉磁心（従来の磁心）と、珪素鋼板で構成された磁心（従来の磁心）とについて、印加する交流の周波数に対する各磁心の鉄損を示すグラフである。
図６によれば、特に高い周波数領域において、圧粉磁心４５１の鉄損が、従来の磁心に比べて著しく小さくなっていることが認められる。
【００７３】
ところで、スイッチング素子４２を前述したような周波数で開閉したとき、リアクトル４５に流れる電流の波形は、直流電流の波形に、前記周波数でＯＮ／ＯＦＦしたときの高周波リップルが重畳した波形となる。
ここで、図７（ａ）は、図２に示す昇圧回路４が備えるスイッチング素子４２を前記範囲の周波数で開閉したときに、リアクトル４５に流れる電流波形の一例を示している。
また、図７（ｂ）は、図２に示すリアクトル４５を、複数枚のアモルファスリボンを積層することにより形成した磁心を備えたリアクトルで置き換えた昇圧回路（従来の昇圧回路）のスイッチング素子を、前記範囲の周波数で開閉したときに、リアクトル４５に流れる電流波形の一例を示している。
【００７４】
このうち、従来の昇圧回路の場合、昇圧回路４を流れる平均電流が大きければ、すなわち、負荷が重負荷であれば、図７（ｂ）に示すように、リアクトルに流れる電流は途切れることなく流れ続ける。これに対し、昇圧回路４が流れる平均電流が小さい場合、すなわち、負荷が軽負荷であれば、リアクトルに流れる電流が、図７（ｂ）に示すように、一時的に０になる時間帯が生じる。
リアクトルに流れる電流が、このような断続的な電流になると、従来の昇圧回路では間欠発振モードになってしまい、安定的に昇圧することができないという問題があった。
【００７５】
これに対し、図７（ａ）に示す昇圧回路の場合、昇圧回路４を流れる平均電流の大きさによらず、すなわち、負荷が重負荷および軽負荷にかかわらず、リアクトル４５に流れる電流は途切れることなく流れ続けることができる。これは、軟磁性粉末４５１０を含む圧粉磁心４５１を有するリアクトル４５では、負荷が軽くなるにつれて、そのインダクタンスが大きくなる現象が発現するためである。リアクトル４５のインダクタンスが大きくなると、リアクトル４５に流れる電流の波形に重畳していた高周波リップルの高さが低くなる。このため、電流が一時的に０になる時間帯がなくなって、昇圧回路４は連続発振モードを維持することができる。
したがって、昇圧回路４では、電池２の電圧を、連続発振モードで昇圧し、負荷に対して安定的かつ連続的に高電圧を印加することができる。
なお、上記の重負荷とは、例えば、負荷の最大負荷の５０％以上のことを言い、上記の軽負荷とは、例えば、負荷の最大負荷の５０％未満のことを言う。
【００７６】
また、スイッチング素子４２を開閉する際の周波数を、前述したような比較的高い周波数に設定すれば、スイッチング素子４２のＯＮ時間およびＯＦＦ時間をそれぞれ短くすることができ、それに伴って高周波リップルの時間幅を小さくすることができる。これにより、高周波リップルの高さが小さくなる。このような作用によっても、昇圧回路４が間欠発振モードに移行するのが防止され、連続発振モードを確実に維持することができる。
【００７７】
なお、スイッチング素子４２を開閉する際の周波数（スイッチング周波数）が、前記下限値を下回った場合、昇圧回路４が間欠発振モードになるおそれがある。一方、スイッチング周波数が前記上限値を上回った場合、鉄損が著しく増大し、リアクトル４５の温度上昇が顕著になるおそれがある。したがって、スイッチング周波数が前記範囲内であれば、昇圧回路４が間欠発振モードになるのを防止しつつ、リアクトル４５の温度上昇を最小限に抑えることができる。
【００７８】
また、このようなスイッチング素子４２の周波数と高周波リップルの高さとの関係を考慮すると、昇圧回路４では、軽負荷のときに、リアクトル４５のインダクタンスが大きくなり、間欠発振モードになり難くなるので、その分、スイッチング素子４２を開閉する際の周波数を低下させることもできる。これにより、圧粉磁心４５１に発生する渦電流損失を低減することができる。その結果、昇圧回路４の効率を高め、消費電力の低減を図るとともに、圧粉磁心４５１の温度上昇を抑制することができる。
【００７９】
また、スイッチング素子４２を開閉する際のＯＮデューティは、９５％以下に設定するのが好ましく、９０％以下に設定するのがより好ましい。昇圧回路４は、チョッパ方式の昇圧回路であるため、スイッチング素子４２を開閉する際のＯＮデューティに応じて、昇圧比を制御することができる。そして、昇圧回路４では、スイッチング素子４２を開閉する際のＯＮデューティを前記範囲のような広い範囲に設定しても、安定的に昇圧を行うことができる。すなわち、電池２の電圧を、より幅広い昇圧比で安定的に昇圧することができる。その結果、幅広い電圧を出力し得る電池システム１が得られる。
なお、前記ＯＮデューティが前記上限値を上回った場合、スイッチング素子４２を流れる電流量が大きい場合には、スイッチング素子４２をＯＮからＯＦＦに切り替えた際に、電流を確実に遮断することができなくなるおそれがある。
【００８０】
また、ＯＮデューティを０％に設定した場合、昇圧回路４の昇圧比は０となり、実質的に昇圧機能が発現されない。
また、昇圧回路４は、電圧が１００Ｖ以上であるような高電圧を発生させる電池２に接続されて使用されるのが好ましい。すなわち、電池２の電圧は、１００Ｖ以上であるのが好ましい。これにより、高電圧の出力が可能な電池システム１が得られる。その結果、電池システム１を、例えばハイブリッド自動車のような高電圧を必要とする機器に組み込むことが可能になり、その用途の拡大を図ることができる。
【００８１】
ここで、従来の昇圧回路では、電池２の電圧を前記範囲のように高くした場合、渦電流が大きくなるため、渦電流損失が著しく増大するという問題があった。このため、例えば、珪素鋼板のように、複数枚の金属板を積層して形成された従来の磁心では、金属板の厚さを薄くすることによって渦電流損失を低減する試みがなされていた。しかしながら、金属板の機械的強度および加工技術の限界から、金属板の厚さを十分に薄くすることができなかった。このため、珪素鋼板で構成された磁心に、前記範囲のような高電圧を印加した場合、リアクトルが極めて高温になってしまうという問題があった。
【００８２】
リアクトルが高温になると、磁心の磁気特性が著しく低下するとともに、磁心中のバインダが変質・劣化してしまい、磁心としての機能が損なわれる。
このような問題点を考慮して、従来の昇圧回路では、定期的に通電を止めることによって、リアクトルの温度が耐熱温度以上にならないよう制御されていた。このため、従来の昇圧回路では、時間的に連続して昇圧を行うことができなかった。
【００８３】
これに対し、昇圧回路４では、前述したように、圧粉磁心４５１の作用により鉄損を低減することができる。このため、前記範囲のような高電圧で使用されても、リアクトル４５の温度が著しく上昇するのを防止することができる。その結果、昇圧回路４では、通電を止めることなく、時間的に連続して昇圧を行うことができる。
なお、電池２の電圧は、好ましくは１５０Ｖ以上とされる。また、電池２の電圧の上限値は、特に限定されないが、好ましくは１０００Ｖ以下とされる。
【００８４】
また、昇圧回路４によれば、通電中のリアクトル４５の温度を、好ましくは−４０℃以上１５０℃以下に維持することができ、より好ましくは０℃以上１００℃以下に維持することができる。リアクトル４５の温度を前記範囲内に維持するようにすれば、たとえ昇圧回路４をケース６内に収納したとしても、圧粉磁心４５１の磁気特性が著しく低下するのを防止するとともに、熱による圧粉磁心４５１の変質・劣化を確実に防止することができる。そして、昇圧回路４は、通電を定期的に休止する必要がなくなり、電池２の電圧を、時間的に連続して昇圧することができる。
すなわち、このような昇圧回路４を用いることによってはじめて、昇圧回路４をケース６内に収納するとともに、電池２の電圧を時間的に連続して昇圧可能な電池システム１を構築することができる。
【００８５】
以上説明したような電池システム１は、電池２と昇圧回路４とがケース６内に一体的に収納されているため、電池システム１は、優れた可搬性を有するものとなる。
また、電池システム１を機器に組み込む（実装する）場合、機器にケース６を固定しさえすれば、電池２や昇圧回路４等を簡単に組み込むことができる。すなわち、電池システム１は、実装容易性に優れたものである。
なお、昇圧回路は、図８に示すようなノイズフィルタを備えていてもよい。
【００８６】
図８は、本発明の電池システムが備える昇圧回路の他の構成例を示す回路図である。
図８に示す昇圧回路４’は、図２に示す昇圧回路４の電池２側に、ノイズフィルタ８を追加してなる回路である。
以下、ノイズフィルタ８について詳述する。
このようなノイズフィルタ８は、２つのコンデンサ８１、８２と、コモンモードチョークコイル８３と、ノーマルモードチョークコイル８４とを有している。
【００８７】
このうち、２つのコンデンサ８１、８２は、電池２と並列に接続されている。
また、コモンモードチョークコイル８３は、２つのコンデンサ８１、８２の電池２側に、電池２と並列に接続されている。
さらに、ノーマルモードチョークコイル８４は、正極側ライン４０１のうち、コンデンサ８１とコンデンサ８２との間に直列に接続されている。
このようなノイズフィルタ８は、電池２から出力される電流のノイズを除去するものである。
【００８８】
そして、昇圧回路４’がノイズフィルタ８を備えていることにより、昇圧回路４’は、例えば、電池２からスパイク成分を含む電流が供給された場合でも、このスパイク成分によってスイッチング素子４２が破壊されたり、昇圧回路４’の発振が不安定になるのを防止することができる。また、図８に示す構成のノイズフィルタ８によれば、簡単な構成で、確実なフィルタリング作用を示す。
以上説明したような電池システムは、例えば、ハイブリッド自動車、燃料電池車のような各種自動車、電車、電動自転車、航空機、船舶、エレベータ、フォークリフト、工作機械、人工衛星、太陽光発電システム、コージェネレーションシステム、自家発電装置等の機器に組み込むことができる。
【００８９】
＜ハイブリッド自動車＞
ここでは、電池システム１を組み込む機器の一例として、電池システム１を備えるハイブリッド自動車について説明する。
図９は、電池システム１を備えるハイブリッド自動車の実施形態を示す概略図（平面図）である。なお、ハイブリッド自動車とは、駆動源として内燃機関（エンジン）と、電気モータとを併用することにより、燃料の消費率を低減し得る自動車である。
図９に示すハイブリッド自動車２００は、電池システム１と、２つの前輪２０１、２０１と、これらを連結する車軸２０３と、２つの後輪２０２、２０２と、これらを連結する車軸２０４とを有している。
【００９０】
また、ハイブリッド自動車２００は、それぞれ車両前部に設けられた、電池システム１の出力先であるインバータ２１０と、車両駆動用モータ２２０と、エンジン２３０とを有している。そして、車両駆動用モータ２２０およびエンジン２３０の駆動力は、ギア２４０を介して、車軸２０３に伝達される。これにより、ハイブリッド自動車２００が駆動される。
ここで、本実施形態では、電池システム１がハイブリッド自動車２００の車両後部に設けられている。そして、電池システム１の出力は、配線２６０と車両前部にインバータ２１０とを介して、車両駆動用モータ２２０に供給されるよう構成されている。
【００９１】
また、ハイブリッド自動車２００は、ＥＣＵ（電子式制御装置：Electronic Control Unit）２５０を有している。このＥＣＵ２５０は、インバータ２１０およびエンジン２３０に電気的に接続されており、ハイブリッド自動車２００の車両駆動用モータ２２０の駆動を制御する。
また、ＥＣＵ２５０は、電池システム１の制御部５と電気的に接続されている。これにより、電池システム１の出力を、ＥＣＵ２５０によって制御することが可能である。
【００９２】
このようなハイブリッド自動車２００では、走行状態やアクセルの開度等の情報に基づいて、ＥＣＵ２５０から、電池システム１の制御部５を介して、電池システム１の出力電圧等を制御することができる。これにより、ＥＣＵ２５０によって、エンジン２３０の出力と車両駆動用モータ２２０の出力とを協調して制御することができる。このため、エンジン２３０と車両駆動用モータ２２０のそれぞれの特性を活かし、両者の駆動力の配分を最適化することによって、ハイブリッド自動車２００の燃料消費率の低減を図ることができる。
【００９３】
ところで、電池システム１では、負荷の大きさ、すなわち、本実施形態では車両駆動用モータ２２０が発生すべき出力の大きさに応じて、求められる電圧が異なる。具体的には、電池システム１が出力する電圧は、ハイブリッド自動車２００の車種や設計仕様によって異なる。このため、従来では、新型のハイブリッド自動車を開発するたびに、自動車メーカーでは、電池の種類を変えたり、昇圧回路の設計を変更したりしていた。このため、電池の調達や昇圧回路の設計変更に多大な手間とコストを要していた。
【００９４】
これに対し、本発明の電池システムでは、車両駆動用モータ２２０が発生すべき出力の大きさに応じて、電池システム１の電圧を電気的に設定しさえすれば、この車両駆動用モータ２２０に電力を供給する電源として、電池システム１を簡単に最適化することができる。これにより、本発明の電池システムは、ハイブリッド自動車２００に、車種や設計仕様を問わず搭載することができる。その結果、電池の調達や昇圧回路の設計変更に要していた手間やコストを削減し、ハイブリッド自動車２００の製造コストの大幅な削減を図ることができる。
【００９５】
また、電池２と昇圧回路４とを同一のケース６内に同梱したことから、必然的に、電池２と昇圧回路４との間の配線７の長さを短くすることができる。これにより、配線７の重量を抑え、ハイブリッド自動車２００の車両重量を減少させることができる。
さらに、昇圧回路４をケース６内に収納したことにより、圧粉磁心４５１からの磁束の漏れや、圧粉磁心４５１から発生する騒音が、ケース６の外部に及ぶのを防止することができる。
【００９６】
また、電池システム１が備える昇圧回路４は、前述したように、通電を止めることなく、電池２の電圧を時間的に連続して昇圧することができる。このため、例えば、車両駆動用モータ２２０が長時間にわたって高出力を連続して発生させる必要がある状況でも、電池システム１によれば、車両駆動用モータ２２０に十分な電力を供給することができる。
さらに、電池システム１によれば、車両駆動用モータ２２０を低出力で駆動する場合、すなわち、軽負荷に対して電力供給を行う場合では、昇圧回路４が間欠発振モードに陥ることなく、安定的に駆動することができる。
以上により、電池システム１によれば、ハイブリッド自動車２００の走行性能をより高めることができる。
【００９７】
ここで、従来は、ハイブリッド自動車において、電池と昇圧回路とが別々に配置されていた。例えば、車両後部に電池が設けられ、車両前部に昇圧回路が設けられる例が多かった。このため、電池と昇圧回路との間の配線長さが必然的に長くなり、車両重量の増大を招いていた。また、この配線に流れる電圧は昇圧前の低い電圧であるため、外径の大きな配線を用いる必要があり、車両重量のさらなる増大を招いていた。
また、電池と昇圧回路との間にノイズを含む電流が流れることになるため、このノイズが、配線の途中に接続された補機類や、補機類向けに電圧を降圧するためのコンバータに悪影響を及ぼしていた。
【００９８】
これに対し、電池システム１によれば、昇圧回路４においてノイズが除去または抑制されるため、配線２６０にノイズを含む電流が流れるのを抑制することができる。その結果、配線２６０の途中に接続された補機類（図示せず）やコンバータ（図示せず）が、ノイズの影響によって故障するのを確実に防止することができる。
また、昇圧回路４を介することにより、補機類やコンバータに印加する電圧のバラツキを抑制することができる。これにより、補機類やコンバータを安定に動作させることができる。
また、配線２６０には、電池２の電圧を昇圧した後の高電圧の電流が流れるため、外径の小さい配線２６０を用いても、損失の増加を防止することができる。したがって、外径が小さくなった分だけ、配線２６０の重量を削減することができる。
【００９９】
また、電池システム１によれば、電池２と昇圧回路４とをケース６内に同梱したことから、従来、車両前部（例えば、エンジンルーム内）に設けられていた昇圧回路を、車両後部に設けることができるようになる。これにより、昇圧回路４の分だけ、エンジンルーム内のスペースを節約することができる。その結果、ハイブリッド自動車２００のエンジン２３０や車両駆動用モータ２２０の設計自由度を高めることができる。
【０１００】
また、これにより、昇圧回路４の分だけ、ハイブリッド自動車２００の重心を後方に移動することができる。その結果、ハイブリッド自動車２００の駆動性能をより高めることができる。
さらに、エンジン２３０のような発熱量の大きな機器から、昇圧回路４を離間させることができるので、昇圧回路４の温度上昇をさらに抑制することができる。
【０１０１】
以上、本発明の電池システムについて、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明の電池システムが備える昇圧回路は、前記実施形態にかかる回路構成に加え、任意の電子部品（ダイオード、コンデンサ、コイル、スイッチング素子等）を、１つ以上追加されたものであってもよい。
【実施例】
【０１０２】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．圧粉磁心の成形条件の評価
１．１ 圧粉磁心の作製
（サンプル１Ａ）
＜１＞まず、Ｓｉ：５．３重量％、Ｂ：３重量％、およびＦｅ：残部と、不可避不純物とを含む組成であり、粒径が５３μｍ以下のＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス磁性粉末（軟磁性粉末）を用意し、このアモルファス磁性粉末の表面を酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で被覆する処理を行った。
【０１０３】
＜２＞次いで、処理後のアモルファス磁性粉末を、プレス成形装置のキャビティ内に投入し、常温にてプレス成形を行った。これにより、内径φ２０ｍｍ×外径φ３０ｍｍ×厚さ（高さ）５ｍｍのトロイダル形状をなす試験片（圧粉体）を作製した。なお、試験片の密度は、４．８Ｍｇ／ｍ３であった。
＜３＞次いで、得られた試験片に対し、大気雰囲気中で熱処理を施した。これにより、圧粉磁心を得た。なお、熱処理の条件は、４５０℃で２０分間とした。
＜４＞次いで、得られた圧粉磁心に、導線を巻き回し、サンプル１Ａのリアクトルを得た。
【０１０４】
（サンプル２Ａ〜５Ａ）
前記サンプル１Ａの製造時に、試験片の密度が、それぞれ、５．０Ｍｇ／ｍ３、５．５Ｍｇ／ｍ３、６．０Ｍｇ／ｍ３、６．２Ｍｇ／ｍ３となるように成形条件を設定した以外は、前記サンプル１Ａと同様にして、サンプル２Ａ〜５Ａのリアクトルを得た。
【０１０５】
１．２ 成形条件の評価
サンプル１Ａ〜５Ａのリアクトルについて、それぞれの磁化曲線（Ｂ−Ｈ特性）を評価した。評価結果を図１０に示す。
図１０から明らかなように、サンプル２Ａ〜４Ａのリアクトルは、８００００Ａ／ｍの高磁場においても、磁束密度が飽和せず、低磁場から高磁場まで安定した透磁率を示した。
一方、サンプル１Ａのリアクトルは、透磁率が全体的に低くなり過ぎた。
また、サンプル５Ａのリアクトルは、低磁場側での透磁率は高くなるものの、高磁場側では、磁束密度が飽和して透磁率が小さくなる。
【０１０６】
２．リアクトルの磁気特性の評価
２．１ リアクトルの作製
（サンプル１Ｂ）
＜１＞まず、Ｓｉ：５．３重量％、Ｂ：３重量％、およびＦｅ：残部と、不可避不純物とを含む組成であり、粒径が５３μｍ以下のＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス磁性粉末（軟磁性粉末）を用意し、このアモルファス磁性粉末の表面を酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で被覆する処理を行った。
【０１０７】
＜２＞次いで、処理後のアモルファス磁性粉末を、プレス成形装置のキャビティ内に投入し、常温にてプレス成形を行った。これにより、内径φ２０ｍｍ×外径φ３０ｍｍ×厚さ（高さ）５ｍｍのトロイダル形状をなす試験片（圧粉体）を作製した。なお、試験片の密度は、５．２Ｍｇ／ｍ３であった。
＜３＞次いで、得られた試験片に対し、大気雰囲気中で熱処理を施した。これにより、圧粉磁心を得た。なお、熱処理の条件は、４５０℃で２０分間とした。
＜４＞次いで、得られた圧粉磁心に、導線を巻き回し、サンプル１Ｂのリアクトルを得た。
【０１０８】
（サンプル２Ｂ〜７Ｂ）
Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス磁性粉末として、表１に示す粒径の粉末をそれぞれ用い、圧粉体の密度が表１に示す値になるように、プレス成形の荷重を調整してそれぞれプレス成形をした以外は、前記サンプル１Ｂの場合と同様にして、サンプル２Ｂ〜７Ｂのリアクトルを得た。
【０１０９】
【表１】
【０１１０】
（サンプル８Ｂ）
Ｆｅ−Ｓｉ系の結晶質磁性粉末を用いた以外は、前記サンプル５Ｂの場合と同様にして、サンプル８Ｂのリアクトルを得た。
（サンプル９Ｂ）
圧粉磁心に代えて、珪素鋼板の磁心を用いた以外は、前記サンプル５Ｂの場合と同様にして、サンプル９Ｂのリアクトルを得た。
【０１１１】
２．２ 磁気特性の評価
２．２．１ 直流重畳特性の評価
次に、作製したサンプル１Ｂ〜９Ｂのリアクトルに対し、直流重畳特性を測定した。
この直流重畳特性の測定では、まず、各リアクトルのコイル（導線）に１００ｋＨｚの交流を印加するとともに、２００Ａの直流電流を重畳した。そして、各リアクトルのインダクタンスを測定することにより、直流重畳特性を評価した。
評価結果を図１１のグラフに示す。なお、図１１のグラフの横軸は、直流重畳電流を示し、縦軸は、直流電流を重畳しない場合のインダクタンスを１００％としたときの、インダクタンスの変化率を示している。
【０１１２】
図１１から明らかなように、比較例に相当するサンプル８Ｂ〜９Ｂのリアクトルでは、それぞれ、コイルに２００Ａの直流重畳電流を流したときのインダクタンスが、直流電流を重畳しない場合の５〜１０％程度と低かった。これに対し、実施例に相当するサンプル１Ｂ〜７Ｂのリアクトルでは、それぞれ、コイルに２００Ａの直流重畳電流を流したときのインダクタンスが、直流電流を重畳しない場合の１５％以上と高かった。特に、サンプル１Ｂ〜６Ｂのリアクトルでは、それぞれ、２０％以上であった。したがって、サンプル１Ｂ〜７Ｂのリアクトルは、低磁場から高磁場まで優れた直流重畳特性を示すことが認められた。
また、サンプル１Ｂ〜７Ｂにおいては、アモルファス磁性粉末の粒径が小さいほど、また、圧粉磁心の密度が低いほど、それぞれ高電流側でのインダクタンスの低下率が小さく、インダクタンスの安定性がより優れていた。
【０１１３】
２．２．２ 透磁率−周波数特性の評価
次に、作製したサンプル１Ｂ〜９Ｂのリアクトルに対し、透磁率−周波数特性を測定した。
この透磁率−周波数特性の測定では、各リアクトルのコイルに印加する交流の周波数を変化させたときの透磁率の変化を測定した。
測定結果を図１２のグラフに示す。なお、図１２のグラフの横軸は、コイルに印加する交流の周波数を示し、縦軸は、コイルに印加する交流の周波数が５０Ｈｚのときの透磁率を１００％としたときの、透磁率の変化率を示している。
【０１１４】
図１２から明らかなように、比較例に相当するサンプル８Ｂ〜９Ｂのリアクトルでは、周波数が１ｋＨｚを超えると透磁率が急激に低下した。これに対し、実施例に相当するサンプル１Ｂ〜７Ｂのリアクトルでは、それぞれ、周波数が１００ｋＨｚと高くても、透磁率は５０Ｈｚのときの７０％以上であった。特に、サンプル１Ｂ〜６Ｂのリアクトルでは、それぞれ、８０％以上であった。
【０１１５】
したがって、サンプル１Ｂ〜７Ｂのリアクトルでは、低周波から高周波まで安定して高い透磁率を示すことが認められた。
また、サンプル１Ｂ〜７Ｂのうち、アモルファス磁性粉末の粒径が１０６μｍ以下であるリアクトル（サンプル１Ｂ〜４Ｂ）では、それぞれ、１００ｋＨｚにおける透磁率が、５０Ｈｚにおける透磁率の９８％以上と特に高い値を示した。
【０１１６】
３．電池システムの作製・評価
３．１ 電池システムの作製
（実施例１）
次に、作製したサンプル１Ｂのリアクトルを、図８に示す回路中のリアクトルとして用いることにより、昇圧回路を得た。
また、得られた昇圧回路の入力側に電圧２００Ｖのバッテリ（電池）を接続した。
これらの昇圧回路および電池を、ケース内に収納し、図１に示す電池システムを得た。
なお、スイッチング素子には、ＩＧＢＴを用いた。
また、リアクトルのインダクタンスは、０．５ｍＨであった。
さらに、ケースとして、アルミニウム製のケースを用いた。
【０１１７】
（実施例２〜７）
サンプル２Ｂ〜７Ｂのリアクトルを用いた以外は、それぞれ、前記実施例１と同様にして、電池システムを得た。
（比較例１〜２）
サンプル８Ｂ〜９Ｂのリアクトルを用いた以外は、それぞれ、前記実施例１と同様にして、電池システムを得た。
【０１１８】
３．２ 電池システムの評価
次に、各実施例および各比較例で得られた電池システムの出力側にインバータと交流モータをこの順で接続した。そして、３０ｋＨｚの繰り返し周波数でＩＧＢＴのＯＮ／ＯＦＦを行い、各電池システムにより交流モータを回転させることにより、各電池システムについて評価した。
なお、この評価は、リアクトルに流れる電流が２０Ａになるよう運転した場合（重負荷）と、３Ａになるよう運転した場合（軽負荷）とで、交流モータの回転の安定性と、リアクトルの表面温度とについて評価した。
【０１１９】
その結果、各実施例で得られた電池システムでは、負荷の大きさによらず、交流モータを安定的に回転させることができた。また、運転中のリアクトルの表面温度は、いずれも１５０℃以下であった。特に、アモルファス磁性粉末の粒径が小さいほど、リアクトルの表面温度が低かった。
一方、各比較例で得られた電池システムでは、軽負荷のときに、交流モータの回転が不安定になった。また、運転中のリアクトルの表面温度が急激に上昇し、いずれも１５０℃を超えた。
通電終了後、リアクトルを確認したところ、磁心に変色が認められた。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の電池システムの実施形態を示す概略図（斜視図）である。
【図２】本発明の電池システムが備える昇圧回路の実施形態を示す回路図である。
【図３】図２に示す昇圧回路が有するリアクトルを説明するための概略図である。
【図４】（ａ）アモルファス金属で構成された圧粉磁心と、（ｂ）従来の圧粉磁心とにおける磁化曲線（Ｂ−Ｈ特性）とをそれぞれ示すグラフである。
【図５】図２に示す昇圧回路の動作原理を説明するための図である。
【図６】アモルファス金属で構成された圧粉磁心と、従来の圧粉磁心と、珪素鋼板で構成された従来の磁心とについて、印加する交流の周波数に対する各磁心の鉄損を示すグラフである。
【図７】（ａ）図２に示す昇圧回路のリアクトルに流れる電流波形の一例と、（ｂ）図２に示すリアクトルを、複数枚のアモルファスリボンを積層してなる磁心を備えたリアクトルで置き換えた昇圧回路（従来の昇圧回路）のリアクトルに流れる電流波形の一例とをそれぞれ示すグラフである。
【図８】本発明の電池システムが備える昇圧回路の他の構成例を示す回路図である。
【図９】本発明の電池システムを有するハイブリッド自動車の実施形態を示す概略図（平面図）である。
【図１０】サンプル１Ａ〜５Ａのリアクトルの各磁化曲線（Ｂ−Ｈ特性）を示すグラフである。
【図１１】サンプル１Ｂ〜９Ｂのリアクトルの直流重畳特性を示すグラフである。
【図１２】サンプル１Ｂ〜９Ｂのリアクトルの透磁率−周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２１】
１……電池システム ２……電池 ３……リレー ４……昇圧回路 ４０１……正極側ライン ４０２……負極側ライン ４２……スイッチング素子 ４２５……コンデンサ ４３……コンデンサ ４４……ダイオード ４５……リアクトル ４５１……圧粉磁心（コア） ４５１０……軟磁性粉末 ４５１１……バインダ ４５２……導線（コイル） ５……制御部 ６……ケース ６１……コネクタ ６１１……雄コネクタ ６１２……雌コネクタ ７……配線 ８……ノイズフィルタ ８１、８２……コンデンサ ８３……コモンモードチョークコイル ８４……ノーマルモードチョークコイル ２００……ハイブリッド自動車 ２０１……前輪 ２０２……後輪 ２０３、２０４……車軸 ２１０……インバータ ２２０……車両駆動用モータ ２３０……エンジン ２４０……ギア ２５０……ＥＣＵ ２６０……配線 Ｌ……負荷
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池車、電気自動車、ハイブリッド自動車等のいわゆる低公害車の開発が進められている。特に、ハイブリッド自動車は、国内外で普及が進みつつある。
例えば、ハイブリッド自動車は、駆動源として内燃機関（エンジン）と、電気モータとを併用することにより、燃料の消費率を低減し、低燃費を実現可能な自動車である。
このようなハイブリッド自動車については、近年、低燃費を実現するのみでなく、走行性能を高めることにも市場の要求が拡大している。このため、電気モータの出力向上を図ることによって走行性能を高めるべく、電気モータを駆動する電圧の高電圧化が望まれている。
そこで、搭載されたバッテリの電圧を昇圧することにより、電気モータに高電圧を印加することができる昇圧回路を備えたハイブリッド自動車が実用化されている。この昇圧回路は、バッテリと、車両駆動用モータに交流電力を供給するインバータとの間に設けられている。
【０００３】
このような昇圧回路は、リアクトル、コンデンサ、ダイオードおよびスイッチを備えている。そして、スイッチがＯＮのときには、バッテリのエネルギーをリアクトルに蓄え、スイッチがＯＦＦのときには、リアクトルに蓄えられたエネルギーをバッテリのエネルギーに重畳させて、バッテリの電圧より高い電圧をコンデンサとインバータとに出力することができる。
【０００４】
しかしながら、ハイブリッド自動車における電気モータの出力の大きさは、ハイブリッド自動車の車種や設計仕様によって異なっている。このため、従来、自動車メーカーでは、ハイブリッド自動車に用いる電気モータの出力の大きさに応じて、昇圧回路の設計を変更している。このような昇圧回路の設計変更には、多大な手間とコストを要している。したがって、ハイブリッド自動車の車種や設計仕様によらずに搭載することのできる蓄電手段が求められている。
【０００５】
ところで、このような昇圧回路が有するリアクトルの磁心として、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ系の軟磁性粉末とバインダとを加圧成形してなる圧粉成形体で構成された圧粉磁心が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このような従来の圧粉磁心には、一般に、結晶質の軟磁性粉末が用いられている。
しかしながら、スイッチングの周波数が高くなると、リアクトルの磁心に渦電流が発生する。磁心に渦電流が流れると、ジュール熱による発熱を生じ、リアクトルの温度が急激に上昇する。このため、リアクトルの温度が高くなり過ぎて、磁心の磁気特性が低下するばかりでなく、磁心が変質・劣化し、リアクトルとしての機能が損なわれるおそれがある。
例えば、Ｆｅ−Ｓｉ系の結晶質の軟磁性粉末で構成された磁心では、比抵抗が小さいため、渦電流が増大し、発熱が大きいという問題がある。
【０００６】
したがって、従来の昇圧回路では、この発熱を考慮して、定期的に通電を止めることによって、リアクトルの温度が耐熱温度以上にならないよう制御されている。このため、インバータに対して、高電圧を連続的に印加することができないという問題がある。
また、このような圧粉成形された磁心の他に、帯状の珪素鋼板（Ｆｅ−Ｓｉ系材料）を複数枚積層することにより形成した磁心が知られている。
【０００７】
しかしながら、珪素鋼板は、最大透磁率が非常に高いという特徴を有する。このため、珪素鋼板を複数枚積層して磁心を形成した場合、低磁場側では優れた特性を示すものの、中磁場または高磁場側では、珪素鋼板の透磁率が極めて低くなり、優れた特性が得られないという問題がある。
そこで、高磁場側でも高い透磁率が得られるよう、磁心にギャップを設けたギャップ付き磁心が提案されている。
【０００８】
しかしながら、磁心のギャップにおいて磁束が漏れ出るおそれがあり、漏れ出た磁束が他の電子部品の誤作動を招いたり、鉄損の増大を招くおそれがある。
さらに、帯状のアモルファス金属（アモルファスリボン）を複数枚積層することにより形成した磁心も知られている。
このようなアモルファスリボンは、厚さが１０〜３０μｍと非常に薄いため、複数枚のアモルファスリボンを緻密に積層する必要があり、多大な手間とコストを要している。また、リアクトルに通電したとき、アモルファスリボンの層間において、電磁騒音が発生するという問題もある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２８８９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、磁束の漏出や騒音の発生を防止するとともに、負荷側の設計仕様によらず、所望の直流電力を安定的に出力可能で、かつ可搬性および実装容易性に優れた電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の電池システムは、電池と、
スイッチ、コンデンサ、ダイオードおよびリアクトルを備え、前記電池の電圧を昇圧する昇圧回路と、
筐体とを有し、
前記リアクトルの磁心は、アモルファス軟磁性粉末を、圧粉体密度が５．０〜６．０Ｍｇ／ｍ３になるように圧粉成形した後、非還元性雰囲気中において、４００〜５００℃の温度で１０〜３０分間の熱処理を施すことにより作製されたものであり、
前記電池および前記昇圧回路が、前記筐体内に一体的に収納されていることを特徴とする。
これにより、磁束の漏出や騒音の発生を防止するとともに、負荷側の設計仕様によらず、所望の直流電力を安定的かつ連続的に出力可能で、かつ可搬性および実装容易性に優れた電池システムが得られる。
【００１２】
本発明の電池システムでは、前記昇圧回路は、昇圧比可変のチョッパ方式の昇圧回路であることが好ましい。
これにより、幅広い電圧を出力し得る電池システムが得られる。
本発明の電池システムでは、さらに、前記筐体内に設けられ、前記スイッチの開閉動作を制御する機能を有する制御手段を有し、
該制御手段は、自発的に、または、当該電池システムの外部からの情報に基づいて、前記スイッチの開閉動作を制御することにより、前記昇圧回路の昇圧比を決定するよう構成されていることが好ましい。
これにより、電池システムが出力する電圧を自発的または外部からの情報に基づいて制御することができ、負荷にとって最適な電圧を出力することができる。
【００１３】
本発明の電池システムでは、駆動用モータに交流電力を供給するインバータ部に接続して使用されるものであり、
前記制御手段は、前記駆動用モータが発生すべき出力に応じて、前記昇圧回路の昇圧比を決定するよう構成されていることが好ましい。
これにより、駆動用モータが発生すべき出力に応じて、駆動用モータに電力を供給する電源として最適な電池システムを提供することができる。
【００１４】
本発明の電池システムでは、前記アモルファス磁性粉末は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属を主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、磁心が、飽和磁束密度が高く、かつ、低磁場から高磁場まで比較的高い透磁率を示すものとなる。これにより、磁心およびリアクトルをより小型化することができる。
本発明の電池システムでは、前記アモルファス磁性粉末の粒径は、１５０μｍ以下であることが好ましい。
これにより、磁心において、渦電流が流れる経路を特に短縮することができるため、渦電流損失のさらなる低減を図ることができる。
【００１５】
本発明の電池システムでは、前記磁心は、２００Ａの直流を重畳したときのインダクタンスが、直流を重畳しなかったときのインダクタンスの５〜２０％となるものであることが好ましい。
これにより、直流重畳特性に特に優れた磁心が得られる。そして、このような磁心を備えた昇圧回路は、高電流であっても、確実に昇圧可能なものとなる。
【００１６】
本発明の電池システムでは、前記磁心は、１００ｋＨｚの交流を印加したときの透磁率が、５０Ｈｚの交流を印加したときの透磁率の７０％以上となるものであることが好ましい。
これにより、磁心は、低周波から高周波まで安定した透磁率を示すものとなる。したがって、このような磁心を備えた昇圧回路では、スイッチング周波数の設定値の幅を広くしても、確実に昇圧することができる。
【００１７】
本発明の電池システムでは、前記電池の電圧を、時間的に連続して昇圧可能であることが好ましい。
これにより、通電を休止することなく、時間的に連続して電池の電圧を昇圧して出力することができる。その結果、例えば、電池システムを、ハイブリッド自動車の車両駆動用モータに電力を供給する電源に適用した場合、車両駆動用モータを長時間にわたって連続駆動することができる。
【００１８】
本発明の電池システムでは、前記スイッチを開閉する際の周波数を５〜１００ｋＨｚに設定して使用されることが好ましい。
これにより、スイッチング周波数を前記範囲のような高い周波数に設定したとしても、リアクトルの温度上昇を確実に抑制し得る電池システムが得られる。その結果、出力する電圧の調整をより高速かつ高精度に行うことのできる高性能の電池システムが得られる。
【００１９】
本発明の電池システムでは、前記電池の電圧は、１００Ｖ以上であることが好ましい。
これにより、１００Ｖ以上の高電圧を出力可能な電池システムが得られる。その結果、電池システムを、例えばハイブリッド自動車のような高電圧を必要とする機器に組み込むことが可能になり、電池システムの用途の拡大を図ることができる。
本発明の電池システムでは、前記スイッチを開閉する際のＯＮデューティは、９５％以下に設定されることが好ましい。
これにより、直流電源の電圧を、より幅広い昇圧比で安定的に昇圧することができる。
本発明の電池システムでは、前記昇圧回路は、前記負荷の大きさによらず、前記直流電源の電圧を連続発振モードで昇圧可能になっていることが好ましい。
これにより、直流電源の電圧を、負荷に対して安定的かつ連続的に高電圧を印加することができる。
【００２０】
本発明の電池システムでは、前記リアクトルのインダクタンスは、０．０１〜５ｍＨであることが好ましい。
これにより、負荷に対してより大電力を供給することができる。例えば、電池システムを、ハイブリッド自動車の車両駆動用モータに電力を供給する電源に適用した場合、より大電力を車両駆動用モータに供給することができ、ハイブリッド自動車の走行性能を高めることができる。
【００２１】
本発明の電池システムでは、前記リアクトルの通電中の温度を、−４０℃以上１５０℃以下に維持することができる。
これにより、磁心の磁気特性が著しく低下するのを防止するとともに、熱による磁心の変質・劣化を確実に防止することができる。その結果、直流電源の電圧を、時間的に連続して昇圧可能な昇圧回路が得られる。
【００２２】
本発明の電池システムでは、前記磁心は、トロイダル形状をなしていることが好ましい。
これにより、磁束の漏れが少ない磁心が得られる。その結果、漏れ出た磁束が隣接する電子部品に悪影響を及ぼしたり、鉄損が増大したりするのを防止することができる。
本発明の電池システムでは、前記磁心は、全体を一体的に成形することにより作製されたものであることが好ましい。
これにより、磁心は、内部にギャップを有しないギャップレス構造となり、磁束の漏れをより確実に防止することができる。
【００２３】
本発明の電池システムでは、前記筐体は、その少なくとも一部が金属材料で構成されていることが好ましい。
金属材料は、熱伝導性に優れているため、ケースのうち、金属材料で構成された部位から、ケース内の熱を効率よく外部に放出することができる。これにより、ケース内が著しく高温になるのを防止することができる。その結果、ケース内の電池や昇圧回路等が熱による影響で故障したり、機能が低下したりするのを確実に防止することができる。
【００２４】
本発明の電池システムでは、前記筐体は、前記昇圧回路から発生した熱を、前記筐体の外部に放出するためのヒートシンクの機能を有することが好ましい。
昇圧回路は、発熱量が特に大きいため、筐体がヒートシンクの機能を有することにより、ケース内の温度上昇を特に効果的に抑制することができる。これにより、ケース内の電池や昇圧回路等が熱による影響で故障したり、機能が低下したりするのを確実に防止することができる。
本発明の電池システムでは、前記電池は、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池であることが好ましい。
これにより、簡単に充電可能であるとともに、エネルギー密度が特に高い高性能の電池システムが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の電池システムについて、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜電池システム＞
図１は、本発明の電池システムの実施形態を示す概略図（平面図）、図２は、本発明の電池システムが備える昇圧回路の実施形態を示す回路図、図３は、図２に示す昇圧回路が有するリアクトルを説明するための概略図である。
【００２６】
図１に示す電池システム１は、電池（バッテリ）２と、電池２からの出力を開閉するリレー３と、電池２からの電圧を昇圧する昇圧回路４と、電池２の状態をモニターするとともに、リレー３および昇圧回路４の動作を制御する制御部（制御手段）５と、これらを収納するケース（筐体）６とを有する。
すなわち、図１に示す電池システム１は、電池２と昇圧回路４とを同一のケース６内に同梱してなるものである。
【００２７】
また、昇圧回路４は、図２に示すように、スイッチング素子（スイッチ）４２、コンデンサ４３、ダイオード４４およびリアクトル４５を備えるチョッパ方式の昇圧回路である。このうち、リアクトル４５の磁心は、アモルファス磁性粉末を、圧粉体密度が５．０〜６．０Ｍｇ／ｍ３になるように圧粉成形した後、非還元性雰囲気中において、４００〜５００℃の温度で１０〜３０分間の熱処理を施すことにより作製されたものである。
このような電池システム１は、電池２の電圧を昇圧回路４によって昇圧し、昇圧された電圧を負荷に対して出力することができる。
【００２８】
以下、電池システム１の各部の構成について順次詳述する。
電池２は、直流電源となり得る電池であれば、いかなるものでもよく、例えば、アルカリ電池、マンガン電池、リチウム電池、酸化銀電池のような一次電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池のような二次電池、燃料電池、太陽電池等が挙げられる。
このうち、リチウムイオン電池やニッケル水素電池は、簡単に充電可能であるとともに、エネルギー密度が特に高いことから、高性能の電池システム１を実現し得る電池２として好適に用いられる。
【００２９】
リレー３は、電池２と昇圧回路４との間に設けられている。
このようなリレー３は、電池２から昇圧回路４への出力を開閉するものである。電池システム１内にリレー３を設けることにより、例えば、短絡等によって電池２から昇圧回路４に向けて想定以上の高電圧が出力された場合でも、この高電圧が昇圧回路４に供給されるのを防止することができる。これにより、昇圧回路４や電池システム１に接続された機器が、想定以上の高電圧が供給されることによって破壊されるのを防止することができる。
このようなリレー３としては、直流電流を短時間に遮断し得る機器であればよく、例えば、各種開閉器、各種遮断器等で置き換えてもよい。
なお、リレー３は必要に応じて設ければよく、省略することもできる。
昇圧回路４は、前述したように、スイッチング素子４２、コンデンサ４３、ダイオード４４およびリアクトル４５を備えている。
なお、昇圧回路４については、後に詳述する。
【００３０】
制御部５は、電池２の状態（例えば、電圧、温度等）をモニターするとともに、リレー３および昇圧回路４の動作を制御する。
このような制御部５は、例えば、ＩＣ、ＬＳＩ等の集積回路で構成される。
このような制御部５は、内蔵するプログラムに応じて、すなわち自発的に、リレー３の開閉や、昇圧回路４の動作を制御することにより、昇圧回路４による昇圧比を制御し、昇圧回路４に所望の電圧を出力させることができる。
【００３１】
また、制御部５は、電池システム１の外部に設けられた機器と接続されていてもよい。これにより、外部機器からの情報に基づいて、電池システム１が出力する電圧を制御し、負荷にとって最適な電圧を出力することができる。
さらに、制御部５は、電池２の状態に応じて、リレー３や昇圧回路４の動作を制御することができる。このため、例えば、電池２が短絡を生じたり、電池２の温度が高くなり過ぎたりしても、そのような電池２の状態を検出して、リレー３を切断したり、昇圧回路４の昇圧比を下げたりすることにより、電池システム１や外部機器に悪影響が及ぶのを防止することができる。
なお、制御部５は、必ずしもケース６内に設けられなくてもよく、ケース６の外表面に設けたり、ケース６の外部に設けられた同等の機能を有する機器で代替することもできる。
【００３２】
ケース６は、図１に示すように、電池２、リレー３、昇圧回路４および制御部５を収納する筐体である。
このようなケース６の形状は、電池２、リレー３、昇圧回路４および制御部５を同梱し得るような内容積を有する形状であればよく、例えば、直方体形状、立方体形状、球形状、柱状等の各種立体形状とされる。
【００３３】
また、ケース６を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼のようなＦｅ系、チタン系、アルミニウム系、銅系、ニッケル系、マグネシウム系、亜鉛系のような各種金属材料、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリ−（４−メチルペンテン−１）、アイオノマー、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリシクロヘキサンテレフタレート（ＰＣＴ）等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アラミド系樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等の樹脂系材料、ケイ酸ガラス（石英ガラス）、ケイ酸アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリ石灰ガラス、鉛（アルカリ）ガラス、バリウムガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス系材料、アルミナ、ジルコニア、フェライト、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化タングステンのようなセラミックス系材料、グラファイトのような炭素系材料、またはこれらの各材料の１種または２種以上を組み合わせた複合材料等が挙げられる。
【００３４】
なお、ケース６の少なくとも一部が金属材料で構成されているのが好ましく、全部が金属材料で構成されているのがより好ましい。金属材料は、熱伝導性に優れているため、この金属材料で構成された部位から、ケース６内の熱を効率よく外部に放出することができる。これにより、ケース６内が著しく高温になるのを防止することができる。
また、金属材料で構成された部位は、ケース６のうち、昇圧回路４の近傍に設けられているのが好ましく、リアクトル４５の近傍に設けられているのがより好ましい。これにより、ケース６は、昇圧回路４やリアクトル４５から発生した熱を、ケース６の外部に放出するためのヒートシンクとしての機能を有するものとなる。すなわち、昇圧回路４は、電池２やリレー３等に比べて発熱量が大きく、昇圧回路４の中でもリアクトル４５の発熱量は特に大きいため、ケース６がヒートシンクとしての機能を有していることにより、ケース６内の温度上昇を特に効果的に抑制することができる。その結果、電池２、リレー３、昇圧回路４および制御部５等が、熱による影響で故障したり、機能が低下したりするのを確実に防止することができる。
【００３５】
また、ケース６には、昇圧回路４の出力側とケース６の外部とを接続するためのコネクタ６１を備えている。このコネクタ６１は、外部機器に導通する端子（図示せず）を有する雄コネクタ６１１と、この雄コネクタ６１１が嵌合することにより、外部機器と昇圧回路４との導通をとり得る雌コネクタ６１２とで構成されており、これらは、着脱自在である。すなわち、コネクタ６１によれば、雄コネクタ６１１と雌コネクタ６１２とを結合し、昇圧回路４と外部機器とを簡単に導通したり、雄コネクタ６１１と雌コネクタ６１２とを分離し、昇圧回路４と外部機器とを簡単に分離したりすることができる。
【００３６】
ここで、昇圧回路４について詳しく説明する。
図２に示す昇圧回路４は、前述したように、スイッチング素子４２、コンデンサ４３、ダイオード４４およびリアクトル４５を備えるチョッパ方式の昇圧回路である。
図２に示すスイッチング素子４２は、電池２に対して並列に接続されている。すなわち、スイッチング素子４２は、電池２の正極側に接続された正極側ライン４０１と、電池２の負極側に接続された負極側ライン４０２とを介して、電池２に接続されている。そして、このようなスイッチング素子４２は、正極側ライン４０１から負極側ライン４０２への電流のＯＮ／ＯＦＦ制御を担っている。
このようなスイッチング素子４２には、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のようなバイポーラトランジスタ、金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のような電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、サイリスタ、ＳＣＲ等を用いることができる。
【００３７】
また、スイッチング素子４２には、特に、ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴを用いるのが好ましい。これらのスイッチング素子によれば、比較的大きな電力のスイッチングを高速で行うことができる。このため、昇圧回路４に流れる電流の制御をより高速かつ高精度に行うことができる。
また、本実施形態にかかる昇圧回路４は、スイッチング素子４２を跨ぐように設けられたコンデンサ４２５を有している。
【００３８】
コンデンサ４３は、スイッチング素子４２の負荷側に設けられ、電池２に対して並列に接続されている。コンデンサ４３は、負荷に供給される電力の一部を一時的に充電し、スイッチング素子４２のＯＮ／ＯＦＦ制御に応じて放電することにより、充電していた電力を負荷に供給する。
このようなコンデンサ４３には、例えば、図２に示すような電界コンデンサの他、フィルムコンデンサ、セラミックコンデンサ等を用いることができる。
【００３９】
ダイオード４４は、正極側ライン４０１上のスイッチング素子４２とコンデンサ４３との間に、直列に接続されている。このとき、ダイオード４４のアノードが電池２側に、カソードが負荷側に、それぞれ接続されている。ダイオード４４は、正極側ライン４０１上の電流の方向を制御し、負荷側から電池２側への電流を阻止する。
このようなダイオード４４は、特に限定されず、整流作用のある各種素子で代替することもできる。
【００４０】
リアクトル４５は、正極側ライン４０１上の電池２とスイッチング素子４２との間に、直列に接続されている。リアクトル４５は、電池２からの電流を、スイッチング素子４２によってＯＮ／ＯＦＦ制御されることによって発生する自己誘導起電力を充電する。そして、スイッチング素子４２のＯＮ／ＯＦＦ制御に応じて放電することにより、充電していた電力を負荷に供給する。
【００４１】
以下、リアクトル４５について詳述する。
図３に示すリアクトル４５は、圧粉磁心（コア）４５１と、圧粉磁心４５１の外周に沿って螺旋状に巻き回された導線（コイル）４５２とを有する。
このうち、圧粉磁心４５１は、アモルファス金属で構成された軟磁性粉末４５１０をバインダ４５１１で結着してなる加圧成形体で構成されている。アモルファス金属は保磁力が小さいため、軟磁性粉末４５１０を含む圧粉磁心４５１は、ヒステリシス損失の小さいものとなる。
【００４２】
具体的には、（ａ）アモルファス金属で構成された圧粉磁心４５１と、（ｂ）Ｆｅ−Ｓｉ系の結晶金属材料で構成された従来の圧粉磁心とについて、磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）を評価すると、圧粉磁心４５１は、図４に示すように、従来の圧粉磁心に比べて、ヒステリシス損失を低減することができる。なお、図４は、前記（ａ）、（ｂ）における磁化曲線（Ｂ−Ｈ特性）を示すグラフである。
【００４３】
また、アモルファス金属は、結晶金属に比べて比抵抗が大きいため、軟磁性粉末４５１０に渦電流が生じ難くなる。これにより、圧粉磁心４５１の渦電流損失を低減することもできる。
さらに、圧粉磁心４５１では、軟磁性粉末４５１０の各粒子間にバインダ４５１１が介在しているので、粒子間が確実に絶縁される。その結果、圧粉磁心４５１では、発生する渦電流が各粒子間で分断されることとなるため、リアクトル４５全体において渦電流損失のさらなる低減を図ることができる。
【００４４】
以上のことから、圧粉磁心４５１において、主にヒステリシス損失と渦電流損失とからなる鉄損を低減することができる。
なお、鉄損の小さい圧粉磁心４５１によれば、リアクトル４５において、鉄損に伴うジュール熱の発生を抑制することができる。これにより、圧粉磁心４５１の温度上昇を抑制することができる。その結果、温度上昇に伴う電池２、リレー３、昇圧回路４および制御部５等の故障、機能低下を確実に防止することができる。
【００４５】
また、アモルファス金属で構成された軟磁性粉末４５１０を有する圧粉磁心４５１は、飽和磁束密度が高く、かつ、低磁場から高磁場まで比較的高い透磁率を示すものとなる。これにより、圧粉磁心４５１およびリアクトル４５をより小型化することができる。
また、圧粉磁心４５１は、その全体が一体的に成形されて作製されている。これにより、圧粉磁心４５１は、内部にギャップを有しないギャップレス構造となり、磁束の漏れをより確実に防止することができる。
【００４６】
また、従来、帯状のアモルファス金属（アモルファスリボン）を複数枚積層してなる磁心や、珪素鋼板を積層してなる磁心等が用いられていたが、これらの磁心は、層間において電磁騒音が発生するという問題を抱えていた。これに対して、圧粉磁心４５１は、層間が存在しないため、電磁騒音の発生を確実に防止することができる。したがって、加圧成形体で構成された圧粉磁心４５１は、より低騒音のものとなる。
【００４７】
また、圧粉磁心４５１は、その平面視形状が、好ましくは図３に示すようなトロイダル形状とされる。トロイダル形状の磁心は、その他の形状の磁心に比べて磁束の漏れが少ない。このため、漏れ出た磁束が隣接する電子部品に悪影響を及ぼしたり、鉄損が増大するのを防止することができる。
ここで、本発明の電池システムが備える圧粉磁心４５１は、前述したように、軟磁性粉末４５１０を、圧粉体密度が５．０〜６．０Ｍｇ／ｍ３になるように圧粉成形した後、非還元性雰囲気中において、４００〜５００℃の温度で１０〜３０分間の熱処理を施すことにより作製されたものであるという特徴を有する。
【００４８】
以下、圧粉磁心４５１の製造方法について説明する。
圧粉磁心４５１は、軟磁性粉末４５１０とバインダ４５１１との混合物を、各種成形方法を用いて成形することにより作製することができるが、この成形方法としては、例えば、プレス成形法、射出成形法、押出成形法等が挙げられる。
ここでは、一例として、プレス成形法により圧粉磁心４５１を作製する方法について説明する。
【００４９】
［１］まず、軟磁性粉末４５１０とバインダ４５１１とを用意する。そして、軟磁性粉末４５１０の各粒子の表面をバインダ４５１１で被覆する。
ここで、軟磁性粉末４５１０を構成するアモルファス金属としては、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ−Ｃ系、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｚｒ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ系、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系等の各アモルファス金属が挙げられる。
これらの中でも、特に、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属が好ましい。Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属は、保磁力が特に小さいものである。このため、圧粉磁心４５１のヒステリシス損失の低減を図ることができる。
【００５０】
また、このようなＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属は、Ｆｅを主成分とし、Ｓｉを４〜９重量％程度の含有率で含みＢを１〜５重量％程度の含有率で含むものが好ましく、Ｆｅを主成分とし、Ｓｉを４．５〜８．５重量％程度の含有率で含み、Ｂを２〜４重量％程度の含有率で含むものがより好ましい。このような組成のＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属は、保磁力が特に小さいため、圧粉磁心４５１のヒステリシス損失を特に小さくすることができる。
なお、軟磁性粉末４５１０を構成するアモルファス金属は、その他の成分、例えば、製造過程で不可避的に混入する成分（不可避不純物）を含んでいてもよい。その場合、その他の成分の含有率の総和は、１重量％以下とするのが好ましい。
【００５１】
このような軟磁性粉末４５１０は、いかなる方法で製造されたものでもよいが、例えば、アトマイズ法、冷却ロール法等の方法で製造されたものを用いることができる。
このうち、圧粉磁心４５１に用いる軟磁性粉末４５１０としては、アトマイズ法で製造されたものが好ましく用いられる。
アトマイズ法は、溶融物（溶湯）を、冷却媒（液体やガス等）に衝突させることにより粉末化する方法である。溶湯は、噴霧されたり、冷却媒と衝突させることにより、微細な液滴となるとともに、この液滴が冷却媒と接触することにより急速に冷却され固化する。このとき、液滴の冷却が極めて急速に行われるため、各原子が液体状態の無秩序な原子配置を保存したまま急速に固化に至る。その結果、アモルファス金属で構成された軟磁性粉末４５１０を効率よく製造することができる。
なお、アトマイズ法としては、例えば、水アトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法、ガスアトマイズ法、真空溶解ガスアトマイズ法、ガス−水アトマイズ法、超音波アトマイズ法等が挙げられる。
【００５２】
また、軟磁性粉末４５１０の粒径は、その組成や製造条件によって多少は異なるが、１５０μｍ以下であるのが好ましく、５３μｍ以下であるのがより好ましい。軟磁性粉末４５１０の粒径を前記範囲内とすることにより、渦電流が流れる経路を特に短縮することができるため、圧粉磁心４５１における渦電流損失のさらなる低減を図ることができる。
さらに、軟磁性粉末４５１０の粒径が前記範囲内であれば、負荷が軽くなったとき、リアクトル４５のインダクタンスがより大きくなるので、高周波リップルの高さをより低くすることができる。
【００５３】
なお、軟磁性粉末４５１０の下限値は、特に限定されないが、好ましくは２５μｍとされる。軟磁性粉末４５１０がこの下限値未満の粒径の粉末のみで構成されていると、軟磁性粉末４５１０を加圧成形する際に、軟磁性粉末４５１０の圧縮性が著しく悪化するおそれがある。このため、得られる圧粉体の密度が著しく低下し、最終的に得られる圧粉磁心４５１のインダクタンスの絶対値が小さくなりすぎるおそれがある。
【００５４】
一方、バインダ４５１１としては、例えば、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛、リン酸マンガン、リン酸カドミウムのようなリン酸塩、ケイ酸ナトリウムのようなケイ酸塩（水ガラス）、酸化ケイ素等の無機バインダ、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂等の有機バインダ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、バインダ４５１１としては、特に、無機バインダを用いるのが好ましい。これにより、圧粉磁心４５１の耐熱性および絶縁性を高めることができる。
【００５５】
なお、バインダ４５１１の重量は、バインダ４５１１の組成に応じて若干異なるが、軟磁性粉末４５１０の重量１ｋｇ当たり０．５〜５０ｇ程度であるのが好ましく、１０〜３０ｇ程度であるのがより好ましい。
また、軟磁性粉末４５１０の各粒子の表面をバインダ４５１１で被覆する方法としては、特に限定されないが、例えば、軟磁性粉末４５１０とバインダ４５１１との混合物を、ボールミルのような各種混合法で混合したり、噴霧法、転動法、転動流動法のような各種造粒法等を用いて造粒したりする方法が挙げられる。
【００５６】
［２］次に、プレス成形装置のキャビティ内に、表面をバインダ４５１１で被覆した軟磁性粉末４５１０を投入し、プレス成形する。これにより、圧粉体を得る。
ここで、プレス成形の際の荷重は、プレス成形後の圧粉体の密度が５．０〜６．０Ｍｇ／ｍ３になるように調整されるのが好ましい。この場合、事前に、荷重を何段階かに変えてプレス成形を行い、得られた圧粉体の密度を測定することにより、プレス成形の荷重と圧粉体の密度との関係を把握しておけばよい。
【００５７】
プレス成形の荷重を前記範囲内とすることにより、例えば、８００００Ａ／ｍの高磁場においても、磁束密度が飽和しない圧粉磁心４５１が得られる。これにより、低磁場側から高磁場側まで、比較的高い透磁率を示す圧粉磁心４５１が得られる。このような特性は、圧粉磁心４５１の内部に適度な量の気孔が分散していることにより得られるものである。そして、このような圧粉磁心４５１を備えた昇圧回路４は、電池２の電圧を、より安定的に昇圧可能なものとなる。
なお、圧粉体の密度が前記下限値を下回った場合、圧粉磁心４５１の透磁率が全体的に低くなりすぎるおそれがある。一方、圧粉体の密度が前記上限値を上回った場合、高磁場側において圧粉磁心４５１の磁束密度が飽和してしまい、透磁率が小さくなるおそれがある。
【００５８】
［３］次に、得られた圧粉体に対し、非還元性雰囲気中において熱処理を施す。これにより、圧粉磁心４５１が得られる。
この熱処理の条件は、温度が４００〜５００℃で、１０〜３０分間程度であるのが好ましい。このような条件で圧粉体に熱処理を施すことにより、ヒステリシス現象をほとんど示さない圧粉磁心４５１が得られる。したがって、このような圧粉磁心４５１は、ヒステリシス損失が特に抑制されたものとなる。
【００５９】
なお、熱処理の温度や時間が前記下限値を下回ると、プレス成形による歪みの除去が不十分となり、圧粉磁心４５１のヒステリシス損失が増大するおそれがある。一方、熱処理の温度や時間が前記上限値を上回ると、圧粉体の結晶化が始まり、圧粉磁心４５１のヒステリシス損失が増大するおそれがある。
また、熱処理を行う雰囲気は、前述したように、非還元性雰囲気中とされるが、この非還元性雰囲気としては、例えば、窒素ガス、アルゴンガスのような不活性雰囲気、大気（空気）、酸素ガスのような酸化性雰囲気等が挙げられる。
以上のようにして、圧粉磁心４５１を作製することができる。
【００６０】
このような方法で製造した圧粉磁心４５１を備えていることにより、昇圧回路４は、下記のような優れた性能（効果）を発揮する。
まず、前述したように、低鉄損のリアクトル４５（圧粉磁心４５１）を用いることにより、通電時における昇圧回路４の発熱量を小さくすることができる。
また、圧粉磁心４５１が、アモルファス金属で構成された軟磁性粉末４５１０を有することにより、圧粉磁心４５１の小型化を図ることができる。
【００６１】
このような性能を有する昇圧回路４は、ケース６内に収納されても高い信頼性を発揮し得るものとなる。すなわち、昇圧回路４の発熱量が小さいため、昇圧回路４がケース６内に収納されたことによって放熱性が低下したとしても、ケース６内の温度上昇を抑制することができる。これにより、昇圧回路４をケース６内に収納しても、電池２、リレー３、昇圧回路４および制御部５が、熱による影響で故障したり、機能が低下したりするのを確実に防止することができる。
【００６２】
また、圧粉磁心４５１が小さければ、昇圧回路４全体の小型化を図ることができる。これにより、昇圧回路４をケース６内に容易に収納することができる。その結果、ケース６のサイズ、ひいては電池システム１の小型化を図ることができ、電池システム１の可搬性、実装容易性を高めることができる。
また、圧粉磁心４５１は、リアクトル４５の導線（コイル）４５２に２００Ａの直流を重畳したときのインダクタンスが、直流を重畳しなかったときのインダクタンスの２０％以上であるのが好ましい。このような直流磁気特性を示す圧粉磁心４５１は、高電流の直流重畳に対して安定したインダクタンスを示すものであり、直流重畳特性に優れたものとなる。したがって、このような圧粉磁心４５１を備えた昇圧回路４は、高電流であっても、確実に昇圧可能なものとなる。
【００６３】
また、圧粉磁心４５１は、リアクトル４５の導線（コイル）４５２に１００ｋＨｚの交流を印加したときの透磁率が、５０Ｈｚの交流を印加したときの透磁率の７０％以上であるのが好ましく、８０％以上であるのがより好ましい。このような交流磁気特性を示す圧粉磁心４５１は、低周波から高周波まで安定した透磁率を示すものとなる。したがって、このような圧粉磁心４５１を備えた昇圧回路４では、スイッチング周波数の設定値の幅を広くしても、確実に昇圧することができる。
【００６４】
また、リアクトル４５のインダクタンスは、好ましくは０．０１〜５ｍＨ程度とされる。このような大きなインダクタンスのリアクトル４５であれば、例えば、昇圧回路４を、ハイブリッド自動車の車両駆動用モータに電力を供給する電池システム１内に設けられる昇圧回路に適用した場合、より大電力を車両駆動用モータに供給することができ、ハイブリッド自動車の走行性能を高めることができる。
【００６５】
なお、本実施形態では、圧粉磁心４５１の形状がトロイダル形状である場合について説明したが、これに限定されず、圧粉磁心４５１の形状は、例えば、平面視で、楕円形、長円形のような閉磁路形状のほか、略Ｉ字状、略Ｔ字状、略Ｅ字状、略Ｕ字状等の形状であってもよい。
また、本実施形態では、圧粉磁心４５１の全体が一体的に成形されている場合について説明したが、圧粉磁心４５１は、複数個に分割されていて、これらが互いに接触または接着されたものでもよい。
この場合、例えば、２個の略Ｕ字状の磁心または２個の略Ｅ字状の磁心を、リング状になるように、または、８の字状になるように、それぞれ組み合わせることにより、閉磁路を形成するのが好ましい。このようにすれば、磁束が漏れ出るのを抑制することができ、圧粉磁心４５１の鉄損の低減を図ることができる。
【００６６】
次に、昇圧回路４の動作（作用）について説明する。
図５は、図２に示す昇圧回路の動作原理を説明するための図である。
図５に示す昇圧回路４で、電池２の電圧Ｖｉを昇圧して負荷Ｌに印加する場合、まず、スイッチング素子４２を、所定の周波数でＯＮとＯＦＦとを繰り返すように操作する。
まず、スイッチング素子４２をＯＮにすると、図５（ａ）に示すように、昇圧回路４の正極側ライン４０１と正極側ライン４０２とが短絡し、リアクトル４５を流れる電流が急激に立ち上がる。この電流は、リアクトル４５に、逆方向への電流を増加させるように、逆起電力ＶＬを誘起する。これにより、リアクトル４５にエネルギーが蓄積される。
【００６７】
このタイミングで、スイッチング素子４２をＯＦＦすると、図５（ｂ）に示すように、リアクトル４５に蓄積されたエネルギーが、負荷Ｌに供給される。この際、リアクトル４５に誘起された逆起電力ＶＬは、電池２の電圧Ｖｉに加わることとなるため、負荷Ｌに印加される電圧は、電池２の電圧Ｖｉより、リアクトル４５に誘起された逆起電力ＶＬの分だけ高い電圧Ｖｉ＋ＶＬとなる。
また、それとともに、電圧Ｖｉ＋ＶＬで、コンデンサ４３が充電される。
その後、再び、スイッチング素子４２をＯＮにすると、リアクトル４５に流れる電流が再び急激に立ち上がり、リアクトル４５にエネルギーが蓄積される。
また、それとともに、図５（ｃ）に示すように、コンデンサ４３に充電されたエネルギーが、負荷Ｌに供給される。これにより、負荷Ｌには、電圧Ｖｉ＋ＶＬが印加される。
【００６８】
以上のようにして、スイッチング素子４２を所定の周波数でＯＮ／ＯＦＦすると、負荷Ｌには、常時、電池２の電圧Ｖｉを昇圧した電圧Ｖｉ＋ＶＬが印加されることとなる。なお、スイッチング素子４２をＯＮ／ＯＦＦするための信号は、制御部５から供給される。
また、昇圧回路４において、スイッチング素子４２のＯＮとＯＦＦとを繰り返す周波数、すなわち、スイッチング周波数）は、好ましくは５〜１００ｋＨｚとされる。このような高い周波数でスイッチング素子４２をＯＮ／ＯＦＦすると、リアクトル４５の圧粉磁心４５１には、短時間で変化する磁束が生じることとなる。
【００６９】
このような磁束の短時間での変化は、従来のリアクトルでは、磁心に大きな渦電流を発生させ、この渦電流によるジュール熱によって磁心の発熱を招いていた。そして、磁心の温度が高温になると、磁心の磁気特性が低下するばかりでなく、磁心が変質・劣化し、リアクトルとしての機能が損なわれるという問題が発生していた。
これに対し、本発明では、前述したように、リアクトル４５の圧粉磁心４５１を、アモルファス金属で構成された軟磁性粉末４５１０をバインダ４５１１で結着してなる加圧成形体で構成することとした（図３参照）。
【００７０】
このような圧粉磁心４５１では、軟磁性粉末４５１０の各粒子間の絶縁を確保したことと、軟磁性粉末４５１０の比抵抗が小さいことにより、たとえ前述したような高い周波数で使用されたとしても、渦電流損失によるジュール熱の発生を確実に抑制することができる。その結果、圧粉磁心４５１の温度上昇を確実に抑制することができる。
また、スイッチング周波数を前述のような範囲に設定することにより、電流の制御を高速かつ高精度に行うことができる。これにより、昇圧回路４の昇圧比の調整を、より高速かつ高精度に行うことができるようになるため、高性能の電池システム１が得られる。
なお、スイッチング素子４２を開閉する際の周波数は、好ましくは２０〜５０ｋＨｚ程度とされる。
【００７１】
また、スイッチング周波数が前記範囲のように大きいと、ＯＮ時間が短くなり、圧粉磁心４５１における磁束密度の変化量も小さくなる。そして、圧粉磁心４５１のヒステリシス損失を低減することができる。したがって、これらの作用により、昇圧回路４の無駄な電力消費を低減することができる。
以上のように、圧粉磁心４５１は、スイッチング周波数を高くしても、渦電流損失およびヒステリシス損失が著しく増大するのを防止することができる。すなわち、圧粉磁心４５１は、鉄損の小さいものとなる。
【００７２】
ここで、図６は、圧粉磁心４５１と、Ｆｅ−Ｓｉ系の結晶金属材料粉末で構成された圧粉磁心（従来の磁心）と、珪素鋼板で構成された磁心（従来の磁心）とについて、印加する交流の周波数に対する各磁心の鉄損を示すグラフである。
図６によれば、特に高い周波数領域において、圧粉磁心４５１の鉄損が、従来の磁心に比べて著しく小さくなっていることが認められる。
【００７３】
ところで、スイッチング素子４２を前述したような周波数で開閉したとき、リアクトル４５に流れる電流の波形は、直流電流の波形に、前記周波数でＯＮ／ＯＦＦしたときの高周波リップルが重畳した波形となる。
ここで、図７（ａ）は、図２に示す昇圧回路４が備えるスイッチング素子４２を前記範囲の周波数で開閉したときに、リアクトル４５に流れる電流波形の一例を示している。
また、図７（ｂ）は、図２に示すリアクトル４５を、複数枚のアモルファスリボンを積層することにより形成した磁心を備えたリアクトルで置き換えた昇圧回路（従来の昇圧回路）のスイッチング素子を、前記範囲の周波数で開閉したときに、リアクトル４５に流れる電流波形の一例を示している。
【００７４】
このうち、従来の昇圧回路の場合、昇圧回路４を流れる平均電流が大きければ、すなわち、負荷が重負荷であれば、図７（ｂ）に示すように、リアクトルに流れる電流は途切れることなく流れ続ける。これに対し、昇圧回路４が流れる平均電流が小さい場合、すなわち、負荷が軽負荷であれば、リアクトルに流れる電流が、図７（ｂ）に示すように、一時的に０になる時間帯が生じる。
リアクトルに流れる電流が、このような断続的な電流になると、従来の昇圧回路では間欠発振モードになってしまい、安定的に昇圧することができないという問題があった。
【００７５】
これに対し、図７（ａ）に示す昇圧回路の場合、昇圧回路４を流れる平均電流の大きさによらず、すなわち、負荷が重負荷および軽負荷にかかわらず、リアクトル４５に流れる電流は途切れることなく流れ続けることができる。これは、軟磁性粉末４５１０を含む圧粉磁心４５１を有するリアクトル４５では、負荷が軽くなるにつれて、そのインダクタンスが大きくなる現象が発現するためである。リアクトル４５のインダクタンスが大きくなると、リアクトル４５に流れる電流の波形に重畳していた高周波リップルの高さが低くなる。このため、電流が一時的に０になる時間帯がなくなって、昇圧回路４は連続発振モードを維持することができる。
したがって、昇圧回路４では、電池２の電圧を、連続発振モードで昇圧し、負荷に対して安定的かつ連続的に高電圧を印加することができる。
なお、上記の重負荷とは、例えば、負荷の最大負荷の５０％以上のことを言い、上記の軽負荷とは、例えば、負荷の最大負荷の５０％未満のことを言う。
【００７６】
また、スイッチング素子４２を開閉する際の周波数を、前述したような比較的高い周波数に設定すれば、スイッチング素子４２のＯＮ時間およびＯＦＦ時間をそれぞれ短くすることができ、それに伴って高周波リップルの時間幅を小さくすることができる。これにより、高周波リップルの高さが小さくなる。このような作用によっても、昇圧回路４が間欠発振モードに移行するのが防止され、連続発振モードを確実に維持することができる。
【００７７】
なお、スイッチング素子４２を開閉する際の周波数（スイッチング周波数）が、前記下限値を下回った場合、昇圧回路４が間欠発振モードになるおそれがある。一方、スイッチング周波数が前記上限値を上回った場合、鉄損が著しく増大し、リアクトル４５の温度上昇が顕著になるおそれがある。したがって、スイッチング周波数が前記範囲内であれば、昇圧回路４が間欠発振モードになるのを防止しつつ、リアクトル４５の温度上昇を最小限に抑えることができる。
【００７８】
また、このようなスイッチング素子４２の周波数と高周波リップルの高さとの関係を考慮すると、昇圧回路４では、軽負荷のときに、リアクトル４５のインダクタンスが大きくなり、間欠発振モードになり難くなるので、その分、スイッチング素子４２を開閉する際の周波数を低下させることもできる。これにより、圧粉磁心４５１に発生する渦電流損失を低減することができる。その結果、昇圧回路４の効率を高め、消費電力の低減を図るとともに、圧粉磁心４５１の温度上昇を抑制することができる。
【００７９】
また、スイッチング素子４２を開閉する際のＯＮデューティは、９５％以下に設定するのが好ましく、９０％以下に設定するのがより好ましい。昇圧回路４は、チョッパ方式の昇圧回路であるため、スイッチング素子４２を開閉する際のＯＮデューティに応じて、昇圧比を制御することができる。そして、昇圧回路４では、スイッチング素子４２を開閉する際のＯＮデューティを前記範囲のような広い範囲に設定しても、安定的に昇圧を行うことができる。すなわち、電池２の電圧を、より幅広い昇圧比で安定的に昇圧することができる。その結果、幅広い電圧を出力し得る電池システム１が得られる。
なお、前記ＯＮデューティが前記上限値を上回った場合、スイッチング素子４２を流れる電流量が大きい場合には、スイッチング素子４２をＯＮからＯＦＦに切り替えた際に、電流を確実に遮断することができなくなるおそれがある。
【００８０】
また、ＯＮデューティを０％に設定した場合、昇圧回路４の昇圧比は０となり、実質的に昇圧機能が発現されない。
また、昇圧回路４は、電圧が１００Ｖ以上であるような高電圧を発生させる電池２に接続されて使用されるのが好ましい。すなわち、電池２の電圧は、１００Ｖ以上であるのが好ましい。これにより、高電圧の出力が可能な電池システム１が得られる。その結果、電池システム１を、例えばハイブリッド自動車のような高電圧を必要とする機器に組み込むことが可能になり、その用途の拡大を図ることができる。
【００８１】
ここで、従来の昇圧回路では、電池２の電圧を前記範囲のように高くした場合、渦電流が大きくなるため、渦電流損失が著しく増大するという問題があった。このため、例えば、珪素鋼板のように、複数枚の金属板を積層して形成された従来の磁心では、金属板の厚さを薄くすることによって渦電流損失を低減する試みがなされていた。しかしながら、金属板の機械的強度および加工技術の限界から、金属板の厚さを十分に薄くすることができなかった。このため、珪素鋼板で構成された磁心に、前記範囲のような高電圧を印加した場合、リアクトルが極めて高温になってしまうという問題があった。
【００８２】
リアクトルが高温になると、磁心の磁気特性が著しく低下するとともに、磁心中のバインダが変質・劣化してしまい、磁心としての機能が損なわれる。
このような問題点を考慮して、従来の昇圧回路では、定期的に通電を止めることによって、リアクトルの温度が耐熱温度以上にならないよう制御されていた。このため、従来の昇圧回路では、時間的に連続して昇圧を行うことができなかった。
【００８３】
これに対し、昇圧回路４では、前述したように、圧粉磁心４５１の作用により鉄損を低減することができる。このため、前記範囲のような高電圧で使用されても、リアクトル４５の温度が著しく上昇するのを防止することができる。その結果、昇圧回路４では、通電を止めることなく、時間的に連続して昇圧を行うことができる。
なお、電池２の電圧は、好ましくは１５０Ｖ以上とされる。また、電池２の電圧の上限値は、特に限定されないが、好ましくは１０００Ｖ以下とされる。
【００８４】
また、昇圧回路４によれば、通電中のリアクトル４５の温度を、好ましくは−４０℃以上１５０℃以下に維持することができ、より好ましくは０℃以上１００℃以下に維持することができる。リアクトル４５の温度を前記範囲内に維持するようにすれば、たとえ昇圧回路４をケース６内に収納したとしても、圧粉磁心４５１の磁気特性が著しく低下するのを防止するとともに、熱による圧粉磁心４５１の変質・劣化を確実に防止することができる。そして、昇圧回路４は、通電を定期的に休止する必要がなくなり、電池２の電圧を、時間的に連続して昇圧することができる。
すなわち、このような昇圧回路４を用いることによってはじめて、昇圧回路４をケース６内に収納するとともに、電池２の電圧を時間的に連続して昇圧可能な電池システム１を構築することができる。
【００８５】
以上説明したような電池システム１は、電池２と昇圧回路４とがケース６内に一体的に収納されているため、電池システム１は、優れた可搬性を有するものとなる。
また、電池システム１を機器に組み込む（実装する）場合、機器にケース６を固定しさえすれば、電池２や昇圧回路４等を簡単に組み込むことができる。すなわち、電池システム１は、実装容易性に優れたものである。
なお、昇圧回路は、図８に示すようなノイズフィルタを備えていてもよい。
【００８６】
図８は、本発明の電池システムが備える昇圧回路の他の構成例を示す回路図である。
図８に示す昇圧回路４’は、図２に示す昇圧回路４の電池２側に、ノイズフィルタ８を追加してなる回路である。
以下、ノイズフィルタ８について詳述する。
このようなノイズフィルタ８は、２つのコンデンサ８１、８２と、コモンモードチョークコイル８３と、ノーマルモードチョークコイル８４とを有している。
【００８７】
このうち、２つのコンデンサ８１、８２は、電池２と並列に接続されている。
また、コモンモードチョークコイル８３は、２つのコンデンサ８１、８２の電池２側に、電池２と並列に接続されている。
さらに、ノーマルモードチョークコイル８４は、正極側ライン４０１のうち、コンデンサ８１とコンデンサ８２との間に直列に接続されている。
このようなノイズフィルタ８は、電池２から出力される電流のノイズを除去するものである。
【００８８】
そして、昇圧回路４’がノイズフィルタ８を備えていることにより、昇圧回路４’は、例えば、電池２からスパイク成分を含む電流が供給された場合でも、このスパイク成分によってスイッチング素子４２が破壊されたり、昇圧回路４’の発振が不安定になるのを防止することができる。また、図８に示す構成のノイズフィルタ８によれば、簡単な構成で、確実なフィルタリング作用を示す。
以上説明したような電池システムは、例えば、ハイブリッド自動車、燃料電池車のような各種自動車、電車、電動自転車、航空機、船舶、エレベータ、フォークリフト、工作機械、人工衛星、太陽光発電システム、コージェネレーションシステム、自家発電装置等の機器に組み込むことができる。
【００８９】
＜ハイブリッド自動車＞
ここでは、電池システム１を組み込む機器の一例として、電池システム１を備えるハイブリッド自動車について説明する。
図９は、電池システム１を備えるハイブリッド自動車の実施形態を示す概略図（平面図）である。なお、ハイブリッド自動車とは、駆動源として内燃機関（エンジン）と、電気モータとを併用することにより、燃料の消費率を低減し得る自動車である。
図９に示すハイブリッド自動車２００は、電池システム１と、２つの前輪２０１、２０１と、これらを連結する車軸２０３と、２つの後輪２０２、２０２と、これらを連結する車軸２０４とを有している。
【００９０】
また、ハイブリッド自動車２００は、それぞれ車両前部に設けられた、電池システム１の出力先であるインバータ２１０と、車両駆動用モータ２２０と、エンジン２３０とを有している。そして、車両駆動用モータ２２０およびエンジン２３０の駆動力は、ギア２４０を介して、車軸２０３に伝達される。これにより、ハイブリッド自動車２００が駆動される。
ここで、本実施形態では、電池システム１がハイブリッド自動車２００の車両後部に設けられている。そして、電池システム１の出力は、配線２６０と車両前部にインバータ２１０とを介して、車両駆動用モータ２２０に供給されるよう構成されている。
【００９１】
また、ハイブリッド自動車２００は、ＥＣＵ（電子式制御装置：Electronic Control Unit）２５０を有している。このＥＣＵ２５０は、インバータ２１０およびエンジン２３０に電気的に接続されており、ハイブリッド自動車２００の車両駆動用モータ２２０の駆動を制御する。
また、ＥＣＵ２５０は、電池システム１の制御部５と電気的に接続されている。これにより、電池システム１の出力を、ＥＣＵ２５０によって制御することが可能である。
【００９２】
このようなハイブリッド自動車２００では、走行状態やアクセルの開度等の情報に基づいて、ＥＣＵ２５０から、電池システム１の制御部５を介して、電池システム１の出力電圧等を制御することができる。これにより、ＥＣＵ２５０によって、エンジン２３０の出力と車両駆動用モータ２２０の出力とを協調して制御することができる。このため、エンジン２３０と車両駆動用モータ２２０のそれぞれの特性を活かし、両者の駆動力の配分を最適化することによって、ハイブリッド自動車２００の燃料消費率の低減を図ることができる。
【００９３】
ところで、電池システム１では、負荷の大きさ、すなわち、本実施形態では車両駆動用モータ２２０が発生すべき出力の大きさに応じて、求められる電圧が異なる。具体的には、電池システム１が出力する電圧は、ハイブリッド自動車２００の車種や設計仕様によって異なる。このため、従来では、新型のハイブリッド自動車を開発するたびに、自動車メーカーでは、電池の種類を変えたり、昇圧回路の設計を変更したりしていた。このため、電池の調達や昇圧回路の設計変更に多大な手間とコストを要していた。
【００９４】
これに対し、本発明の電池システムでは、車両駆動用モータ２２０が発生すべき出力の大きさに応じて、電池システム１の電圧を電気的に設定しさえすれば、この車両駆動用モータ２２０に電力を供給する電源として、電池システム１を簡単に最適化することができる。これにより、本発明の電池システムは、ハイブリッド自動車２００に、車種や設計仕様を問わず搭載することができる。その結果、電池の調達や昇圧回路の設計変更に要していた手間やコストを削減し、ハイブリッド自動車２００の製造コストの大幅な削減を図ることができる。
【００９５】
また、電池２と昇圧回路４とを同一のケース６内に同梱したことから、必然的に、電池２と昇圧回路４との間の配線７の長さを短くすることができる。これにより、配線７の重量を抑え、ハイブリッド自動車２００の車両重量を減少させることができる。
さらに、昇圧回路４をケース６内に収納したことにより、圧粉磁心４５１からの磁束の漏れや、圧粉磁心４５１から発生する騒音が、ケース６の外部に及ぶのを防止することができる。
【００９６】
また、電池システム１が備える昇圧回路４は、前述したように、通電を止めることなく、電池２の電圧を時間的に連続して昇圧することができる。このため、例えば、車両駆動用モータ２２０が長時間にわたって高出力を連続して発生させる必要がある状況でも、電池システム１によれば、車両駆動用モータ２２０に十分な電力を供給することができる。
さらに、電池システム１によれば、車両駆動用モータ２２０を低出力で駆動する場合、すなわち、軽負荷に対して電力供給を行う場合では、昇圧回路４が間欠発振モードに陥ることなく、安定的に駆動することができる。
以上により、電池システム１によれば、ハイブリッド自動車２００の走行性能をより高めることができる。
【００９７】
ここで、従来は、ハイブリッド自動車において、電池と昇圧回路とが別々に配置されていた。例えば、車両後部に電池が設けられ、車両前部に昇圧回路が設けられる例が多かった。このため、電池と昇圧回路との間の配線長さが必然的に長くなり、車両重量の増大を招いていた。また、この配線に流れる電圧は昇圧前の低い電圧であるため、外径の大きな配線を用いる必要があり、車両重量のさらなる増大を招いていた。
また、電池と昇圧回路との間にノイズを含む電流が流れることになるため、このノイズが、配線の途中に接続された補機類や、補機類向けに電圧を降圧するためのコンバータに悪影響を及ぼしていた。
【００９８】
これに対し、電池システム１によれば、昇圧回路４においてノイズが除去または抑制されるため、配線２６０にノイズを含む電流が流れるのを抑制することができる。その結果、配線２６０の途中に接続された補機類（図示せず）やコンバータ（図示せず）が、ノイズの影響によって故障するのを確実に防止することができる。
また、昇圧回路４を介することにより、補機類やコンバータに印加する電圧のバラツキを抑制することができる。これにより、補機類やコンバータを安定に動作させることができる。
また、配線２６０には、電池２の電圧を昇圧した後の高電圧の電流が流れるため、外径の小さい配線２６０を用いても、損失の増加を防止することができる。したがって、外径が小さくなった分だけ、配線２６０の重量を削減することができる。
【００９９】
また、電池システム１によれば、電池２と昇圧回路４とをケース６内に同梱したことから、従来、車両前部（例えば、エンジンルーム内）に設けられていた昇圧回路を、車両後部に設けることができるようになる。これにより、昇圧回路４の分だけ、エンジンルーム内のスペースを節約することができる。その結果、ハイブリッド自動車２００のエンジン２３０や車両駆動用モータ２２０の設計自由度を高めることができる。
【０１００】
また、これにより、昇圧回路４の分だけ、ハイブリッド自動車２００の重心を後方に移動することができる。その結果、ハイブリッド自動車２００の駆動性能をより高めることができる。
さらに、エンジン２３０のような発熱量の大きな機器から、昇圧回路４を離間させることができるので、昇圧回路４の温度上昇をさらに抑制することができる。
【０１０１】
以上、本発明の電池システムについて、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明の電池システムが備える昇圧回路は、前記実施形態にかかる回路構成に加え、任意の電子部品（ダイオード、コンデンサ、コイル、スイッチング素子等）を、１つ以上追加されたものであってもよい。
【実施例】
【０１０２】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．圧粉磁心の成形条件の評価
１．１ 圧粉磁心の作製
（サンプル１Ａ）
＜１＞まず、Ｓｉ：５．３重量％、Ｂ：３重量％、およびＦｅ：残部と、不可避不純物とを含む組成であり、粒径が５３μｍ以下のＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス磁性粉末（軟磁性粉末）を用意し、このアモルファス磁性粉末の表面を酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で被覆する処理を行った。
【０１０３】
＜２＞次いで、処理後のアモルファス磁性粉末を、プレス成形装置のキャビティ内に投入し、常温にてプレス成形を行った。これにより、内径φ２０ｍｍ×外径φ３０ｍｍ×厚さ（高さ）５ｍｍのトロイダル形状をなす試験片（圧粉体）を作製した。なお、試験片の密度は、４．８Ｍｇ／ｍ３であった。
＜３＞次いで、得られた試験片に対し、大気雰囲気中で熱処理を施した。これにより、圧粉磁心を得た。なお、熱処理の条件は、４５０℃で２０分間とした。
＜４＞次いで、得られた圧粉磁心に、導線を巻き回し、サンプル１Ａのリアクトルを得た。
【０１０４】
（サンプル２Ａ〜５Ａ）
前記サンプル１Ａの製造時に、試験片の密度が、それぞれ、５．０Ｍｇ／ｍ３、５．５Ｍｇ／ｍ３、６．０Ｍｇ／ｍ３、６．２Ｍｇ／ｍ３となるように成形条件を設定した以外は、前記サンプル１Ａと同様にして、サンプル２Ａ〜５Ａのリアクトルを得た。
【０１０５】
１．２ 成形条件の評価
サンプル１Ａ〜５Ａのリアクトルについて、それぞれの磁化曲線（Ｂ−Ｈ特性）を評価した。評価結果を図１０に示す。
図１０から明らかなように、サンプル２Ａ〜４Ａのリアクトルは、８００００Ａ／ｍの高磁場においても、磁束密度が飽和せず、低磁場から高磁場まで安定した透磁率を示した。
一方、サンプル１Ａのリアクトルは、透磁率が全体的に低くなり過ぎた。
また、サンプル５Ａのリアクトルは、低磁場側での透磁率は高くなるものの、高磁場側では、磁束密度が飽和して透磁率が小さくなる。
【０１０６】
２．リアクトルの磁気特性の評価
２．１ リアクトルの作製
（サンプル１Ｂ）
＜１＞まず、Ｓｉ：５．３重量％、Ｂ：３重量％、およびＦｅ：残部と、不可避不純物とを含む組成であり、粒径が５３μｍ以下のＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス磁性粉末（軟磁性粉末）を用意し、このアモルファス磁性粉末の表面を酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で被覆する処理を行った。
【０１０７】
＜２＞次いで、処理後のアモルファス磁性粉末を、プレス成形装置のキャビティ内に投入し、常温にてプレス成形を行った。これにより、内径φ２０ｍｍ×外径φ３０ｍｍ×厚さ（高さ）５ｍｍのトロイダル形状をなす試験片（圧粉体）を作製した。なお、試験片の密度は、５．２Ｍｇ／ｍ３であった。
＜３＞次いで、得られた試験片に対し、大気雰囲気中で熱処理を施した。これにより、圧粉磁心を得た。なお、熱処理の条件は、４５０℃で２０分間とした。
＜４＞次いで、得られた圧粉磁心に、導線を巻き回し、サンプル１Ｂのリアクトルを得た。
【０１０８】
（サンプル２Ｂ〜７Ｂ）
Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス磁性粉末として、表１に示す粒径の粉末をそれぞれ用い、圧粉体の密度が表１に示す値になるように、プレス成形の荷重を調整してそれぞれプレス成形をした以外は、前記サンプル１Ｂの場合と同様にして、サンプル２Ｂ〜７Ｂのリアクトルを得た。
【０１０９】
【表１】
【０１１０】
（サンプル８Ｂ）
Ｆｅ−Ｓｉ系の結晶質磁性粉末を用いた以外は、前記サンプル５Ｂの場合と同様にして、サンプル８Ｂのリアクトルを得た。
（サンプル９Ｂ）
圧粉磁心に代えて、珪素鋼板の磁心を用いた以外は、前記サンプル５Ｂの場合と同様にして、サンプル９Ｂのリアクトルを得た。
【０１１１】
２．２ 磁気特性の評価
２．２．１ 直流重畳特性の評価
次に、作製したサンプル１Ｂ〜９Ｂのリアクトルに対し、直流重畳特性を測定した。
この直流重畳特性の測定では、まず、各リアクトルのコイル（導線）に１００ｋＨｚの交流を印加するとともに、２００Ａの直流電流を重畳した。そして、各リアクトルのインダクタンスを測定することにより、直流重畳特性を評価した。
評価結果を図１１のグラフに示す。なお、図１１のグラフの横軸は、直流重畳電流を示し、縦軸は、直流電流を重畳しない場合のインダクタンスを１００％としたときの、インダクタンスの変化率を示している。
【０１１２】
図１１から明らかなように、比較例に相当するサンプル８Ｂ〜９Ｂのリアクトルでは、それぞれ、コイルに２００Ａの直流重畳電流を流したときのインダクタンスが、直流電流を重畳しない場合の５〜１０％程度と低かった。これに対し、実施例に相当するサンプル１Ｂ〜７Ｂのリアクトルでは、それぞれ、コイルに２００Ａの直流重畳電流を流したときのインダクタンスが、直流電流を重畳しない場合の１５％以上と高かった。特に、サンプル１Ｂ〜６Ｂのリアクトルでは、それぞれ、２０％以上であった。したがって、サンプル１Ｂ〜７Ｂのリアクトルは、低磁場から高磁場まで優れた直流重畳特性を示すことが認められた。
また、サンプル１Ｂ〜７Ｂにおいては、アモルファス磁性粉末の粒径が小さいほど、また、圧粉磁心の密度が低いほど、それぞれ高電流側でのインダクタンスの低下率が小さく、インダクタンスの安定性がより優れていた。
【０１１３】
２．２．２ 透磁率−周波数特性の評価
次に、作製したサンプル１Ｂ〜９Ｂのリアクトルに対し、透磁率−周波数特性を測定した。
この透磁率−周波数特性の測定では、各リアクトルのコイルに印加する交流の周波数を変化させたときの透磁率の変化を測定した。
測定結果を図１２のグラフに示す。なお、図１２のグラフの横軸は、コイルに印加する交流の周波数を示し、縦軸は、コイルに印加する交流の周波数が５０Ｈｚのときの透磁率を１００％としたときの、透磁率の変化率を示している。
【０１１４】
図１２から明らかなように、比較例に相当するサンプル８Ｂ〜９Ｂのリアクトルでは、周波数が１ｋＨｚを超えると透磁率が急激に低下した。これに対し、実施例に相当するサンプル１Ｂ〜７Ｂのリアクトルでは、それぞれ、周波数が１００ｋＨｚと高くても、透磁率は５０Ｈｚのときの７０％以上であった。特に、サンプル１Ｂ〜６Ｂのリアクトルでは、それぞれ、８０％以上であった。
【０１１５】
したがって、サンプル１Ｂ〜７Ｂのリアクトルでは、低周波から高周波まで安定して高い透磁率を示すことが認められた。
また、サンプル１Ｂ〜７Ｂのうち、アモルファス磁性粉末の粒径が１０６μｍ以下であるリアクトル（サンプル１Ｂ〜４Ｂ）では、それぞれ、１００ｋＨｚにおける透磁率が、５０Ｈｚにおける透磁率の９８％以上と特に高い値を示した。
【０１１６】
３．電池システムの作製・評価
３．１ 電池システムの作製
（実施例１）
次に、作製したサンプル１Ｂのリアクトルを、図８に示す回路中のリアクトルとして用いることにより、昇圧回路を得た。
また、得られた昇圧回路の入力側に電圧２００Ｖのバッテリ（電池）を接続した。
これらの昇圧回路および電池を、ケース内に収納し、図１に示す電池システムを得た。
なお、スイッチング素子には、ＩＧＢＴを用いた。
また、リアクトルのインダクタンスは、０．５ｍＨであった。
さらに、ケースとして、アルミニウム製のケースを用いた。
【０１１７】
（実施例２〜７）
サンプル２Ｂ〜７Ｂのリアクトルを用いた以外は、それぞれ、前記実施例１と同様にして、電池システムを得た。
（比較例１〜２）
サンプル８Ｂ〜９Ｂのリアクトルを用いた以外は、それぞれ、前記実施例１と同様にして、電池システムを得た。
【０１１８】
３．２ 電池システムの評価
次に、各実施例および各比較例で得られた電池システムの出力側にインバータと交流モータをこの順で接続した。そして、３０ｋＨｚの繰り返し周波数でＩＧＢＴのＯＮ／ＯＦＦを行い、各電池システムにより交流モータを回転させることにより、各電池システムについて評価した。
なお、この評価は、リアクトルに流れる電流が２０Ａになるよう運転した場合（重負荷）と、３Ａになるよう運転した場合（軽負荷）とで、交流モータの回転の安定性と、リアクトルの表面温度とについて評価した。
【０１１９】
その結果、各実施例で得られた電池システムでは、負荷の大きさによらず、交流モータを安定的に回転させることができた。また、運転中のリアクトルの表面温度は、いずれも１５０℃以下であった。特に、アモルファス磁性粉末の粒径が小さいほど、リアクトルの表面温度が低かった。
一方、各比較例で得られた電池システムでは、軽負荷のときに、交流モータの回転が不安定になった。また、運転中のリアクトルの表面温度が急激に上昇し、いずれも１５０℃を超えた。
通電終了後、リアクトルを確認したところ、磁心に変色が認められた。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の電池システムの実施形態を示す概略図（斜視図）である。
【図２】本発明の電池システムが備える昇圧回路の実施形態を示す回路図である。
【図３】図２に示す昇圧回路が有するリアクトルを説明するための概略図である。
【図４】（ａ）アモルファス金属で構成された圧粉磁心と、（ｂ）従来の圧粉磁心とにおける磁化曲線（Ｂ−Ｈ特性）とをそれぞれ示すグラフである。
【図５】図２に示す昇圧回路の動作原理を説明するための図である。
【図６】アモルファス金属で構成された圧粉磁心と、従来の圧粉磁心と、珪素鋼板で構成された従来の磁心とについて、印加する交流の周波数に対する各磁心の鉄損を示すグラフである。
【図７】（ａ）図２に示す昇圧回路のリアクトルに流れる電流波形の一例と、（ｂ）図２に示すリアクトルを、複数枚のアモルファスリボンを積層してなる磁心を備えたリアクトルで置き換えた昇圧回路（従来の昇圧回路）のリアクトルに流れる電流波形の一例とをそれぞれ示すグラフである。
【図８】本発明の電池システムが備える昇圧回路の他の構成例を示す回路図である。
【図９】本発明の電池システムを有するハイブリッド自動車の実施形態を示す概略図（平面図）である。
【図１０】サンプル１Ａ〜５Ａのリアクトルの各磁化曲線（Ｂ−Ｈ特性）を示すグラフである。
【図１１】サンプル１Ｂ〜９Ｂのリアクトルの直流重畳特性を示すグラフである。
【図１２】サンプル１Ｂ〜９Ｂのリアクトルの透磁率−周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２１】
１……電池システム ２……電池 ３……リレー ４……昇圧回路 ４０１……正極側ライン ４０２……負極側ライン ４２……スイッチング素子 ４２５……コンデンサ ４３……コンデンサ ４４……ダイオード ４５……リアクトル ４５１……圧粉磁心（コア） ４５１０……軟磁性粉末 ４５１１……バインダ ４５２……導線（コイル） ５……制御部 ６……ケース ６１……コネクタ ６１１……雄コネクタ ６１２……雌コネクタ ７……配線 ８……ノイズフィルタ ８１、８２……コンデンサ ８３……コモンモードチョークコイル ８４……ノーマルモードチョークコイル ２００……ハイブリッド自動車 ２０１……前輪 ２０２……後輪 ２０３、２０４……車軸 ２１０……インバータ ２２０……車両駆動用モータ ２３０……エンジン ２４０……ギア ２５０……ＥＣＵ ２６０……配線 Ｌ……負荷
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池と、
スイッチ、コンデンサ、ダイオードおよびリアクトルを備え、前記電池の電圧を昇圧する昇圧回路と、
筐体とを有し、
前記リアクトルの磁心は、アモルファス軟磁性粉末を、圧粉体密度が５．０〜６．０Ｍｇ／ｍ３になるように圧粉成形した後、非還元性雰囲気中において、４００〜５００℃の温度で１０〜３０分間の熱処理を施すことにより作製されたものであり、
前記電池および前記昇圧回路が、前記筐体内に一体的に収納されていることを特徴とする電池システム。
【請求項２】
前記昇圧回路は、昇圧比可変のチョッパ方式の昇圧回路である請求項１に記載の電池システム。
【請求項３】
さらに、前記筐体内に設けられ、前記スイッチの開閉動作を制御する機能を有する制御手段を有し、
該制御手段は、自発的に、または、当該電池システムの外部からの情報に基づいて、前記スイッチの開閉動作を制御することにより、前記昇圧回路の昇圧比を決定するよう構成されている請求項２に記載の電池システム。
【請求項４】
駆動用モータに交流電力を供給するインバータ部に接続して使用されるものであり、
前記制御手段は、前記駆動用モータが発生すべき出力に応じて、前記昇圧回路の昇圧比を決定するよう構成されている請求項３に記載の電池システム。
【請求項５】
前記アモルファス磁性粉末は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属を主材料として構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の電池システム。
【請求項６】
前記アモルファス磁性粉末の粒径は、１５０μｍ以下である請求項１ないし５のいずれかに記載の電池システム。
【請求項７】
前記磁心は、２００Ａの直流を重畳したときのインダクタンスが、直流を重畳しなかったときのインダクタンスの５〜２０％となるものである請求項１ないし６のいずれかに記載の電池システム。
【請求項８】
前記磁心は、１００ｋＨｚの交流を印加したときの透磁率が、５０Ｈｚの交流を印加したときの透磁率の７０％以上となるものである請求項１ないし７のいずれかに記載の電池システム。
【請求項９】
前記電池の電圧を、時間的に連続して昇圧可能である請求項１ないし８のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１０】
前記スイッチを開閉する際の周波数を５〜１００ｋＨｚに設定して使用される請求項１ないし９のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１１】
前記電池の電圧は、１００Ｖ以上である請求項１ないし１０のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１２】
前記スイッチを開閉する際のＯＮデューティは、９５％以下に設定される請求項１ないし１１のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１３】
前記昇圧回路は、前記負荷の大きさによらず、前記直流電源の電圧を連続発振モードで昇圧可能になっている請求項１ないし１２のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１４】
前記リアクトルのインダクタンスは、０．０１〜５ｍＨである請求項１ないし１３のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１５】
前記リアクトルの通電中の温度が、−４０℃以上１５０℃以下に維持される請求項１ないし１４のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１６】
前記磁心は、トロイダル形状をなしている請求項１ないし１５のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１７】
前記磁心は、全体を一体的に成形することにより作製されたものである請求項１ないし１６のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１８】
前記筐体は、その少なくとも一部が金属材料で構成されている請求項１ないし１７のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１９】
前記筐体は、前記昇圧回路から発生した熱を、前記筐体の外部に放出するためのヒートシンクの機能を有する請求項１８に記載の電池システム。
【請求項２０】
前記電池は、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池である請求項１ないし１９のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１】
電池と、
スイッチ、コンデンサ、ダイオードおよびリアクトルを備え、前記電池の電圧を昇圧する昇圧回路と、
筐体とを有し、
前記リアクトルの磁心は、アモルファス軟磁性粉末を、圧粉体密度が５．０〜６．０Ｍｇ／ｍ３になるように圧粉成形した後、非還元性雰囲気中において、４００〜５００℃の温度で１０〜３０分間の熱処理を施すことにより作製されたものであり、
前記電池および前記昇圧回路が、前記筐体内に一体的に収納されていることを特徴とする電池システム。
【請求項２】
前記昇圧回路は、昇圧比可変のチョッパ方式の昇圧回路である請求項１に記載の電池システム。
【請求項３】
さらに、前記筐体内に設けられ、前記スイッチの開閉動作を制御する機能を有する制御手段を有し、
該制御手段は、自発的に、または、当該電池システムの外部からの情報に基づいて、前記スイッチの開閉動作を制御することにより、前記昇圧回路の昇圧比を決定するよう構成されている請求項２に記載の電池システム。
【請求項４】
駆動用モータに交流電力を供給するインバータ部に接続して使用されるものであり、
前記制御手段は、前記駆動用モータが発生すべき出力に応じて、前記昇圧回路の昇圧比を決定するよう構成されている請求項３に記載の電池システム。
【請求項５】
前記アモルファス磁性粉末は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属を主材料として構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の電池システム。
【請求項６】
前記アモルファス磁性粉末の粒径は、１５０μｍ以下である請求項１ないし５のいずれかに記載の電池システム。
【請求項７】
前記磁心は、２００Ａの直流を重畳したときのインダクタンスが、直流を重畳しなかったときのインダクタンスの５〜２０％となるものである請求項１ないし６のいずれかに記載の電池システム。
【請求項８】
前記磁心は、１００ｋＨｚの交流を印加したときの透磁率が、５０Ｈｚの交流を印加したときの透磁率の７０％以上となるものである請求項１ないし７のいずれかに記載の電池システム。
【請求項９】
前記電池の電圧を、時間的に連続して昇圧可能である請求項１ないし８のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１０】
前記スイッチを開閉する際の周波数を５〜１００ｋＨｚに設定して使用される請求項１ないし９のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１１】
前記電池の電圧は、１００Ｖ以上である請求項１ないし１０のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１２】
前記スイッチを開閉する際のＯＮデューティは、９５％以下に設定される請求項１ないし１１のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１３】
前記昇圧回路は、前記負荷の大きさによらず、前記直流電源の電圧を連続発振モードで昇圧可能になっている請求項１ないし１２のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１４】
前記リアクトルのインダクタンスは、０．０１〜５ｍＨである請求項１ないし１３のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１５】
前記リアクトルの通電中の温度が、−４０℃以上１５０℃以下に維持される請求項１ないし１４のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１６】
前記磁心は、トロイダル形状をなしている請求項１ないし１５のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１７】
前記磁心は、全体を一体的に成形することにより作製されたものである請求項１ないし１６のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１８】
前記筐体は、その少なくとも一部が金属材料で構成されている請求項１ないし１７のいずれかに記載の電池システム。
【請求項１９】
前記筐体は、前記昇圧回路から発生した熱を、前記筐体の外部に放出するためのヒートシンクの機能を有する請求項１８に記載の電池システム。
【請求項２０】
前記電池は、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池である請求項１ないし１９のいずれかに記載の電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−１１８５５３（Ｐ２００９−１１８５５３Ａ）
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８５５３５（Ｐ２００７−２８５５３５）
【出願日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【出願人】（０００２３３５７２）日立粉末冶金株式会社 (272)
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【出願人】（０００２３３５７２）日立粉末冶金株式会社 (272)
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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