专利名称：包括软切换升压转换器的燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种燃料电池系统。
背景技术：
近年来，燃料电池因其卓越的工作效率和环境友好性而成为ー种备受关注的电源。通过控制燃料气体的供应量，燃料电池能够输出与负载需求相当的电力。然而，在ー些情况下，燃料电池的输出电压与由负载需求的电压不相等。因此，已经提出了一种技术，该技术通过经由DC/DC转换器转换燃料电池的输出电压来使燃料电池的输出电压与负载需求的电压相等(參见，例如日本专利申请公布No. 2003-217625 (JP-A-2003-217625))。DC/DC转换器具有作为基本元件的电子开关、ニ极管和电感，并通过电子开关的切换操作来改变电压。由于电子开关的切换操作会产生波紋，DC/DC转换器配备有吸收波纹的缓冲电路。缓冲电路利用电容器吸收波紋。如果不对电容器中存储的电荷加以利用，DC/DC转换器的能量转换效率就会降低。因此，已经提出了通过再生来有效利用存储在电容器中的电荷的技术(參见，例如日本专利申请公布No. 2005-143259 (JP-A-2005-143259))。众所周知，DC/DC转换器能够通过软切换来降低切換损耗。然而，如果将此方法应用于燃料电池的升压，则可能会导致将用于软切換而存储的电カ输入到燃料电池中。因而，应用DC/DC转换器是困难的。因此，已经提出了在日本专利申请公布No. 2009-165246(JP-A-2009-165246)描述的、能够通过进行软切換来升高燃料电池的输出电压的燃料电池系统。日本专利申请公布No. 2009-165246 (JP-A-2009-165246)中描述的燃料电池系统
配备有升压转换器。该升压转换器具有主升压部，其具有(由开关元件和ニ极管构成的)第一开关和第一线圈，并且所述主升压部通过第一开关对第一线圈进行切換操作而在第一线圈中产生的反电动势来升高燃料电池的输出电压；副升压部，其具有电容器，所述电容器通过在电容器中存储的电量来调节第一开关的两级之间的电势差，并且所述副升压部通过在切換操作期间调节电容器的电量来減少第一开关的切换损耗，以及所述副升压部包括(由开关元件和ニ极管构成的)第二开关和第二线圈。附帯地，在上述升压转换器中，如果第一开关和第二开关这两者关棹，反向电流会瞬间流入到第二开关的ニ极管中，然后瞬间停止。由于该现象，会发生浪涌电压。为了对付 该现象，本发明人以如下布置进行试验，在该布置中，向副升压部附加ニ极管，并将阴极连接在第二开关和第二线圈之间；以及观察发生浪涌电压的现象发生，以及浪涌电压造成附加ニ极管的过电压损坏。对于该现象，考虑加入第三线圈充当饱和电抗器是有利的；以及还想到使第ニ线圈作为谐振电抗器，以执行附加饱和电抗器功能。因此，还已经提出了谐振电抗器被提供有饱和电抗器特性的技术(參见，例如日本专利申请公布No. 2003-018833(JP-A-2003-018833))。附带地，日本专利申请公布No. 2003-018833 (JP-A-2003-018833)对谐振电抗器描述如下。具体而言，所述谐振电抗器具有的绕组线，所述绕组线是李兹线(绞合线)，并且其芯体具有环形形状。针对谐振电抗器的芯体，其外径与内径与回转变压器芯体的外径与内径基本相同，以及其厚度基本等于或小于回转变压器的芯体的厚度。另外，前述申请对谐振电抗器的芯体的磁化特性描述如下当谐振电抗器中的电流在预定范围内流动时芯体不饱和；其电感值在该区域内基本恒定；以及在电流位于预定区域上方的区域中，芯体饱和且电感值下降。由 此可见，日本专利申请公布No. 2003-018833( JP-A-2003-018833)对具有饱和特性的谐振电抗器的功能等进行了描述，但是没有明确描述其构造。因此，根据该专利申请，不清楚什么类型的饱和电抗器对燃料电池系统的升压转换器适用。
发明内容
本发明提供了ー种燃料电池系统，所述燃料电池系统在升压转换器中具有提供有适当饱和特性的谐振电抗器。本发明的第一方面涉及ー种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括燃料电池和升压转换器，所述燃料电池是直流电源，所述升压转换器用于升高燃料电池的输出电压并向负载供应电力。在该燃料电池系统中，升压转换器包括主升压部，其具有第一开关和第一线圈，并且所述主升压部通过利用由所述第一开关在所述第一线圈上进行切換操作所引起的所述第一线圈的反电动势来升高所述燃料电池的输出电压；副升压部，其具有电容器，该电容器通过存储在电容器中的电量来调节所述第一开关的两极之间电势差，并且所述副升压部通过对在所述切换操作期间存储在所述电容器中的电量进行调节来降低所述第一开关的切換损耗。副升压部具有第二开关和第二线圈。通过围绕由磁性体形成的芯体的至少一部分缠绕绕组线，来形成所述第二线圈。所述芯体设置有由非磁性体形成的间隙，并且由磁性体形成的芯体区域被设置为与所述间隙相邻。本发明的第二个方面涉及ー种燃料电池系统。该燃料电池系统包括燃料电池和升压转换器，所述燃料电池是直流电源，所述升压转换器用于升高燃料电池的输出电压并向负载供应电力。另外，在该燃料电池系统中，升压转换器包括主升压部，其具有第一开关和第一线圈，并且所述主升压部通过利用由所述第一开关在所述第一线圈上进行切換操作所引起的所述第一线圈的反电动势来升高所述燃料电池的输出电压；副升压部，其具有电容器，该电容器通过存储在电容器中的电量来调节所述第一开关的两极之间电势差，并且所述副升压部通过对在所述切换操作期间存储在所述电容器中的电量进行调节来降低所述第一开关的切換损耗。副升压部具有第二开关和第二线圈。通过围绕由磁性体形成的芯体的至少一部分缠绕绕组线，来形成所述第二线圈。所述芯体设置有由非磁性体形成的间隙，并且由磁性体形成的芯体区域被设置为与所述间隙相邻。根据本发明的上述方面，因为通过围绕由磁性体形成的芯体的至少一部分缠绕绕组线、以及在芯体中设置间隙并且芯体区域被设置成与间隙相邻来形成在升压转换器的副升压部中用作谐振电抗器的第二线圈，所以使第二线圈能够用作具有饱和特性的饱和电抗器。更具体地说，由于形成由与形成间隙的部分相邻的磁性体构成的芯体区域，所以该芯体区域变成具有小磁敏电阻的路径，使得能够提高在低电流侧的电感值。由于芯体区域与间隙相邻，所以芯体区域的容量小作为磁力通过的路径，与其他芯体区域不同，该芯体区域在高电流侧饱和，使得在完全形成间隙的情形下在高电流侧处，电感值能够被降低。因此，当第一开关和第二开关被一起关掉的情形中，第二线圈能够用作电抗器，所述电抗器抑制浪涌电压并且能够避免构成副升压部的其他元件的过电压毁坏。在上述燃料电池系统中，芯体区域被设置成与所述间隙相邻，以便形成具有比所述芯体的磁敏电阻小的磁敏电阻的磁路。在该燃料电池系统中，芯体可以具有多个芯体构件，并且间隙和芯体区域被设置在芯体构件之间的各个间隔中。在该燃料电池系统中，芯体区域可以与芯体接触。根据本发明的上述方面，可以提供ー种燃料电池系统，其在升压转换器中具有带有适当饱和特性的谐振电抗器。
參考附图，在本发明的示例实施例的下面详细描述中将描述本发明的特征、优点、技术和エ业重要性，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，以及其中 图I是根据本发明实施例的采用升压转换器的燃料电池系统的总体结构示意图；图2是图I所示的燃料电池系统中使用的升压转换器的电路结构图；图3是示出用于图2所示的升压转换器的提供有饱和特性的谐振电抗器特性的示意图；图4是示出用于图2所示的升压转换器的提供有饱和特性的谐振电抗器的示意图；图5是示出用于图2所示的升压转换器的提供有饱和特性的谐振电抗器的示意图；图6是示出用于图2所示的升压转换器的提供有饱和特性的谐振电抗器的示意图；图7是示出用于图2所示的升压转换器的提供有饱和特性的谐振电抗器的示意图；以及图8是示出用于图7所示的谐振电抗器的饱和芯体的示意图。图9是示出用于图2所示的升压转换器的提供有饱和特性的谐振电抗器的示意具体实施例方式下面将參考附图对本发明的具体实施方式
进行描述。为便于理解上述的内容，下文将尽可能多地对附图中相同的组件元件赋予相同的特征，且下面避免冗余的描述。首先，将參考图I来描述在燃料电池车辆上安装的、本发明实施例的燃料电池系统FCS。图I是用作燃料电池车辆的车载电源系统的燃料电池系统的系统结构的示意图。燃料电池系统FCS能够安装在包括燃料电池电动车辆(FCHV)、电动车辆、混合电动车辆等的各种车辆中。燃料电池系统FCS配备有燃料电池FC、氧化气体供应系统ASS、燃料气体供应系统FSS、电カ系统ES、冷却系统CS以及控制器EC。当向燃料电池FC供应反应气体(燃料气体和氧化气体)时，燃料电池FC产生电力。氧化气体供应系统ASS是向燃料电池FC供应作为氧化气体的空气的系统。燃料气体供应系统FSS是向燃料电池FC供应作为燃料气体的氢气的系统。电カ系统ES是用于控制电力的充电和放电的系统。冷却系统CS是用于冷却燃料电池FC的系统。控制器EC (控制部分)是用于控制整个燃料电池系统FCS的系统。燃料电池FC被构造为固体聚合物电解质型电池堆叠，所述固体聚合物电解质型电池堆叠是由串联堆叠的多个电池(単元电池(发电体)，均包括阳极、阴极和电解质)来形成。在燃料电池FC的正常操作中，阳极处发生由公式(I)所表示的氧化反应，阴极处发生由公式(2)所表示的还原反应。在整个燃料电池中，发生由公式(3)所表示的生电反应。H2 — 2H.+2e- (I)(l/2)02+2H++2e-— H2O (2)H2+(1/2) O2 — H2O (3)氧化气体供应系统ASS具有氧化气体通道AS3和氧化废气通道AS4。氧化气体通 道AS3是使供应到燃料电池FC的阴极的氧化气体通过其流过的通道。氧化废气通道AS4是使从燃料电池FC排放的氧化废气通过其流过的通道。氧化气体通道AS3提供有空气压缩机AS2和增湿器AS5。空气压缩机AS2是用于通过过滤器ASl从大气中吸入氧化气体的压缩机。增湿器AS5是用于使由空气压缩机AS2加压的氧化气体增湿的增湿器。氧化废气通道AS4配备有压力传感器S6、背压调节阀A3和增湿器AS5。背压调节阀A3是用于调节氧化气体供给压カ的阀。增湿器AS5被提供用于在氧化气体(干气体)和氧化废气(湿气体)之间进行湿度交換。燃料气体供应系统FSS具有燃料气体供应源FS1、燃料气体通道FS3、循环通道FS4、循环泵FS5、排气排水通道[sl]FS6。燃料气体通道FS3是使从燃料气体供应源FSl供应到燃料电池FC的阳极的燃料气体通过其流动的通道。循环通道FS4是用于使从燃料电池FC排放出来的燃料废气回到燃料气体通道FS3中的通道。循环泵FS5是用于将循环通道FS4中的燃料废气用泵抽到燃料气体通道FS3的泵。排气排水通道FS6是作为分支的与循环通道FS4相连接的通道。燃料气体供应源FSl由例如高压カ氢气罐、氢存储合金等构成，并且在高压カ处存储氢气(例如，35Mpa至70MPa)。当截止阀Hl打开时，燃料气体从燃料气体供应源FSl流出并进入到燃料气体通道FS3。燃料气体由调节器H2和喷射器FS2解压至例如200kPa，并且然后供应到燃料电池FC。燃料气体通道FS3提供有截止阀H1、调节器H2、喷射器FS2、截止阀H3和压カ传感器S4。截止阀Hl是用于关闭和允许来自燃料气体供应源FSl的燃料气体的阀。调节器H2被提供用于调节燃料气体的压カ。喷射器FS2控制供应到燃料电池FC的燃料气体的量。截止阀H3是用于关闭对燃料电池FC的燃料气体供应的阀。调节器H2是将上游侧压力(一次压力)调节为预设的二次压カ并且由例如用于降低一次压カ的机械降压阀等构成的设备。机械降压阀具有壳体，其中背压腔室和压カ调节腔室被形成在隔板的相对侧。使用背压腔室中的背压，降压阀将一次压カ在压カ调节腔室中以预定压カ降低至二次压力。调节器H2被设置在喷射器FS2的上游侧，使得可以有效降低喷射器FS2的上游侧压力。喷射器FS2是电磁驱动型开-关阀，其通过在预定驱动循环上经由阀体的直接电磁驱动来将阀体和阀座分离，从而能够调节气体流量和气体压力。喷射器FS2包括具有喷射诸如燃料气体等的气态燃料的喷射孔的阀座、供应气态燃料并将其引导至喷射孔的喷嘴以及被容纳并固定的阀体，以便在轴的方向(气体流动方向)上转动以打开和关闭喷射孔。喷射器FS2的阀体被构造为由作为电磁驱动装置的螺线管来驱动，并且被构造成能够根据来自控制器EC的控制信号来控制喷射器的气体喷射持续时间和气体喷射时刻。为了向下游侧供应需要的气体流量，通过改变喷射器FS2的气体通道中提供的阀体的打开的面积(或开ロ程度)和打开的持续时间中的至少ー个区域，喷射器FS2调节供应到下游侧的气体流量(或氢的摩尔浓度)。循环通道FS4提供有截止阀H4。排气排水通道FS6连接到循环通道FS4。排气排水通道FS6提供有排气排水阀H5[s2]。排气 排水阀H5是通过根据来自控制器EC的命令激励阀H5而将循环通道FS4中的湿气和含杂质的燃料废气排放到外部的阀。排气排水阀H5打开时，循环通道FS4中的燃料废气中的杂质浓度降低，从而使在循环系统中循环的燃料废气中的氢浓度增加。经由排气排水阀H5排出的燃料废气与氧化废气通道AS4中流动的氧化废气混合，并且混合物由稀释剂(未示出)来稀释。循环泵FS5在循环系统中循环燃料废气，并且当由电动马达驱动时将其供应到燃料电池FC。电カ系统ES包括DC/DC转换器ESI、电池ES2、牵引逆变器ES3、牵引马达ES4、附件ES5和FC升压转换器ES6。燃料电池系统FCS被构造为并行混合系统，其中DC/DC转换器ESl和牵引逆变器ES3彼此并行地连接到燃料电池FC。DC/DC转换器ESl和牵引逆变器ES3构成P⑶(动カ控制单元)。FC升压转换器ES6是DC/DC转换器，所述DC/DC转换器具有升高燃料电池FC的输出电压并且将升高的电压向牵引逆变器ES3和牵引马达ES4输出的功能。DC/DC转换器ESl具有升高从电池ES2供应的直流电压并且将升高的电压输出到牵引逆变器ES3的功能，以及降低由燃料电池FC产生的直流电カ或者在再生制动期间牵引马达ED4恢复的再生电カ的电压并且将降低的电压充电到电池ES2的功能。由于DC/DC转换器ESl的这些功能，电池ES2的充电/放电被控制。此外，由于DC/DC转换器ESl控制电压转换，燃料电池FC的操作点(其输出端电压或者输出电流)被控制。电压传感器SI和电流传感器S2附接到燃料电池FC。电压传感器SI是用于检测由FC升压转换器ES6从燃料电池FC的输出端电压升高的电压的传感器。电流传感器S2是用于检测燃料电池FC的输出电流的传感器。此外，温度传感器S7提供在升压转换器ES6和牵引逆变器ES3之间。电池ES2起到如下作用用于过剩电カ的储存器、用于在再生制动期间恢复的再生能量的储存器、以及用干与燃料电池车辆的加速或者減速相关联的负载变化的能量缓冲器。电池ES2优选地是二次电池，例如，镍镉蓄电池、镍金属氢化物蓄电池、锂二次电池等。电池ES2提供有用于检测电池ES2的SOC (充电状态)的SOC传感器S3。牵引逆变器ES3例如是以脉冲调制方法驱动的PWM逆变器。牵引逆变器ES3根据来自控制器EC的控制命令，将来自燃料电池FC或者电池ES2的直流电压转换为三相交流电压，并且控制牵引马达ES4的旋转扭矩。牵引马达ES4例如是三相交流马达，并且构成燃料电池车辆的动力源。附件ES5包括在燃料电池系统FCS中以各种部分设置的电动马达(例如，泵等的动力源)、用于驱动这些马达的逆变器等、以及各种车载附件(例如，空气压缩机、喷射器、冷却剂循环泵、散热器等)。冷却系统CS具有散热器CS1、冷却液泵CS2、冷却液流出路径CS3和冷却液流入路径CS4。散热器CSl通过加快从冷却液耗散热来冷却提供用于冷却燃料电池FC的冷却液。冷却液泵CS2是用于在燃料电池FC和散热器CSl之间循环冷却液的泵。冷却液流出路径CS3是连接散热器CSl和燃料电池FC的通道，并且被提供有冷却液泵CS2。当冷却液泵CS2被驱动时，冷却液从散热器CSl通过冷却液流出路径CS3流到燃料电池Fe。冷却液流入路径CS4是连接燃料电池FC和散热器CSl的通道，并且提供有水温度传感器S5。当冷却液泵CS2被驱动吋，已经冷却了燃料电池FC的冷却液流回到散热器CSl。控制器EC (控制部分)是包括CPU、ROM、RAM和输入/输出接ロ的计算机系统，并且控制燃料电池FC的各个部分。例如，控制器EC在从点火开关接收到点火信号IG吋，开始操作燃料电池系统FCS。此后，控制器EC基于从加速器传感器输入的加速器操作量信号
ACC、从车辆速度传感器输入的车辆速度信号VC等找出整个燃料电池系统FCS需要的电カ。整个燃料电池系统FCS需要的电カ是驱动车辆所需的车辆驱动电カ和附属电カ的总和。附属电カ包括由车载附件(例如，增湿器、空气压缩机、氢泵、冷却剂泵等)消耗的电力、由行驶期间需要的设备(例如，传动、车轮控制设备、转向设备、悬挂设备等)消耗的电力、由安装在车厢空间内的设备(例如，空调设备、照明器、音频设备等)消耗的电カ等控制器EC确定输出电カ在燃料电池FC和电池ES2之间的分配。控制器EC控制氧化气体供应系统ASS和燃料气体供应系统FSS，使得由燃料电池FC的发电量变得等于目标电力。此外，控制器EC向DC/DC转换器ESl输出指令信号，以使DC/DC转换器ESl执行转换器控制，由此控制燃料电池FC的操作点(其输出端电压或输出电流)。此外，控制器EC例如向牵引逆变器ES3输出例如U相、V相和W相交流电压命令值作为切換命令，以控制牵引马达ES4的输出扭矩和转速，以便实现与加速器操作量相当的目标扭矩。此外，控制器EC控制冷却系统CS，使得燃料电池FC具有适当的温度。參考图2来描述FC升压转换器ES6的电路特征。图2是示出包括FC升压转换器ES6作为中心组件的燃料电池系统FCS的电气结构。为了简化说明，从图2的说明中省略了电池ES2、作为升压转换器的DC/DC转换器ESl等。FC升压转换器ES6由作为DC/DC转换器用于升压的主升压电路LNl和用于执行软切换操作的副升压电路LN2来构成。通过由开关元件El(第一开关)和ニ极管D4构成的切换电路的切换操作，经由ニ极管D3，将存储在线圈LI (第一线圈)中的能量释放到牵引马达ES4侧(牵引逆变器ES3侧)，主升压电路LNl升高燃料电池FC的输出电压。具体地，线圈LI的一端连接到燃料电池FC的较高电势侧端子。线圈LI的另一端连接到开关元件El的一端扱。开关元件El的另ー端极连接到燃料电池FC的较低电势侧端子。此外，ニ极管D3的阳极端子连接到线圈LI的另一端。电容器C3连接在ニ极管D3的阴极端子和开关元件El的另一端之间。顺便提及，在主升压电路LNl中，电容器C3起到用于升压的平滑电容器的作用。主升压电路LNl还在燃料电池FC侧提供有平滑电容器Cl，使得可以减小燃料电池FC的输出电流的波紋。作用在电容器C3的两端的电压是FC升压转换器ES6的输出电压。此外，燃料电池FC的电源电压是作用在平滑电容器Cl的两端的电压，并且是FC升压转换器ES6的输入电压。
接下来，副升压电路LN2包括第一串联连接単元，该第一串联连接単元与开关元件El并联连接，并且具有ニ极管D2以及与ニ极管D2串联连接的缓冲电容器C2。在该第一串联连接単元中，ニ极管D2的阳极端子连接到线圈LI的另一端，并且ニ极管D2的阴极端子连接到缓冲电容器C2的一端。缓冲电容器C2的另一端连接到燃料电池FC的较低电势侧端子。副升压电路LN2还包括第二串联连接単元，在第二串联连接単元中，作为电感元件的线圈L2 (第二线圈)、ニ极管Dl以及由开关元件E2 (第二开关)和ニ极管D5构成的切換电路串联连接。在第二串联连接単元中，开关元件E2的一端连接到第一串联连接単元的ニ极管D2和缓冲电容器C2之间的连接点。此外，ニ极管Dl的阴极端子连接到线圈L2的一端，并且ニ极管Dl的阳极端子连接到开关元件E2的另一端扱。此外，线圈L2的另一端连接到线圈LI的一端。此外，副升压电路LN2还包括ニ极管D6。ニ极管D6的阴极端子连接到第二串联连接単元的线圈L2和ニ极管Dl之间的连接点，并且ニ极管D6的阳极端子连接到燃料电池FC的较低电势侧。
如上所述构造的FC升压转换器ES6调节开关元件El的切换占空比，以控制FC升压转换器ES6的升压比，即，施加到牵引逆变器ES3的FC升压转换器ES6的输出电压与输入到FC升压转换器ES6的燃料电池FC的输出电压之比。此外，由于开关元件El的切换操作伴随着副升压电路LN2的开关元件E2的切換操作，实现了所谓的软切換，使得能够很大地降低FC升压转换器ES6的切換。接下来，将描述用作线圈L2的提供有饱和特性的谐振电抗器。图3是示出提供有饱和特性的谐振电抗器的感应特性的图。如图3所示，谐振电抗器被构成为在低电流范围内具有30 μ H的电感值，并且在高电流范围内具有O. 9 μ H的电感值。通常，在这种类型的谐振电抗器中，在低电流范围中具有30 μ H电感值的线圈串联连接到在高电流范围中具有0.9μΗ电感值的线圈。然而，在本实施例中，谐振电抗器呈现饱和特性，使得通过单个线圈来实现谐振电抗器的前述电感特性。在图4中示出用作线圈L2并且用作具有饱和特定的谐振电抗器的线圈La的结构。如图4所示，线圈La由磁性材料制成的芯体10和15以及由缠绕的铜线形成的绕组线17构成。芯体10是E形芯体，并且提供有中心芯体102和边芯体101和103。芯体15也是E形芯体，并且提供有中心芯体152和边芯体151和153。芯体10和芯体15被设置成使得中心芯体102和中心芯体152彼此面对，并且边芯体101和边芯体153彼此面对。绕组线17围绕中心芯体102和中心芯体152缠绕。在中心芯体102和中心芯体152之间提供间隙22和23。在间隙22和间隙23之间提供芯体区域32。间隙22和23由非磁性体(例如，陶瓷材料)形成，并且芯体区域2有磁性体形成。间隙20提供在边芯体101和边芯体151之间。芯体区域30被提供成与间隙20相邻。间隙20由非磁性体(例如，陶瓷材料)形成，并且芯体区域30由磁性体形成。间隙21提供在边芯体103和边芯体153之间。芯体区域31被提供成与间隙21相邻。间隙21由非磁性体(例如，陶瓷材料)形成,并且芯体区域31由磁性体形成。在图5中示出作为用作线圈L2的线圈的另ー示例的线圈Lb的结构。如图5所示，线圈Lb由磁性材料形成的芯体40、45、42a、42b、43a和43b、以及通过缠绕铜线形成的绕组线18组成。
芯体40和45是U形芯体，并且芯体42a、42b、43a和43b是I形芯体。芯体42a被设置为面对芯体40的两个腿部中的ー个(第一腿部)。芯体42b被设置为面对芯体40的两个腿部中的另ー个(第二腿部)。此外，芯体43a被设置为面对芯体45的两个腿部中的一个。芯体43b被设置为面对芯体45的两个腿部中的另ー个。此外，芯体42a和芯体43a彼此面对，并且芯体42b和芯体43b彼此面对。因此，芯体40、45、42a、42b、43a和43b形成环形芯体。绕组线18开始是围绕芯体45的两个腿部之ー缠绕，然后围绕芯体43a和42a缠绕。此后，绕组线18从芯体40的两个腿部中的ー个(第一腿部)穿过其另ー个腿部，然后围绕从芯体42b到芯体43b缠绕，然后到芯体45的另ー个腿部(第二腿部)。间隙50a提供在芯体40的第一腿部和芯体42a之间。芯体区域60a被提供成与、间隙50a相邻。间隙52a提供在芯体42a和芯体43a之间。芯体区域62a被提供成与间隙52a相邻。间隙54a提供在芯体43a和芯体45的第一腿部之间。芯体64a被提供成与间隙54a相邻。间隙50b提供在芯体40的第二腿部和芯体42b之间。芯体60b被提供成与间隙50b相邻。间隙52b提供在芯体42b和芯体43b之间。芯体区域62b被提供成与间隙52b相邻。间隙54b提供在芯体43b和芯体45的第二腿部之间。芯体区域64b被提供成与间隙54b相邻。间隙50a、52a、54a、50b、52b和54b由非磁性体(例如，陶瓷材料)形成，并且芯体区域60a、62a、64a、60b、62b和64b由磁性体形成。接下来，将參考图6来描述用作线圈L2的线圈的又一个示例的线圈Lc的构造。如图6所示，线圈Lc由经由磁性材料形成的线圈70以及通过缠绕铜线形成的绕组线19构成。芯体70是C形芯体，具有方形的U形芯体部73 ;从芯体部73的第一端朝其第二端延伸的芯体部71 ;以及从芯体部73的第二端朝其第一端延伸的芯体部72。芯体部71的远端和芯体部73的远端彼此面对。绕组线19围绕芯体部71和芯体部72缠绕。间隙80提供在芯体部71的远端和芯体部72的远端之间。芯体区域90被提供成与间隙80相邻。间隙80由非磁性体(例如，陶瓷材料)形成，并且芯体区域90由磁性体形成。在上述线圈La、Lb和Lc中，通过利用由间隙提供的空间来提供可饱和芯体。然而，考虑到本发明的精神，还优选地是，通过利用除了间隙的空间之外的主芯体的空的空间来提供可饱和芯体。将參考图7和图8来描述作为可饱和芯体的磁性体并入到除了间隙之外的部分中的示例。图7是示出用作线圈L2的线圈的又一示例的线圈Ld的构造的图。图8是示出图7所示的可饱和芯体组件部件95的结构的透视图。如图7所示,线圈Ld由磁性材料形成的芯体75、通过缠绕铜线形成的绕组线195以及可饱和芯体组件部件95构成。芯体75通过组合E形芯体753和E形芯体754来形成。E形芯体753具有边芯体751a、中心芯体751b和边芯体751c。E形芯体754具有边芯体752a、中心芯体752b和边芯体752c。E形芯体753和E形芯体754被设置为使得边芯体751a和边芯体752a彼此面对，并且中心芯体751b和中心芯体752b彼此面对，并且边芯体751c和边芯体752c彼此面对。间隙85提供在彼此面对的边芯体751a和边芯体752a之间、以及彼此面对的中心芯体751b和中心芯体752b之间、以及彼此面对的边芯体751c和边芯体752c之间。每个间隙85由非磁性体形成。
可饱和芯体组件部件95被设置在由边芯体751a、中心芯体75Ib、边芯体752a和中心芯体752b包围的内部空间中。可饱和芯体组件部件95包括可饱和芯体952和L形固定装置951，如图7和图8所述。可饱和芯体952由磁性体形成，并且具有圆柱形形状，其中形成有空洞952a。L形固定装置951由附接部951a和可饱和芯体附接部951b构成。可饱和芯体952附接到L形固定装置951，在与附接部951a延伸的方向相同的方向上从可饱和芯体附接部951b延伸。在可饱和芯体组件部件95中，附接部951a紧密地附接到芯体75的内部空间的壁表面。因此，如果可饱和芯体952产生热，热经由L形固定装置951传送到芯体75。绕线组195从芯体75外部引入，并且穿过可饱和芯体952的空洞952a，然后围绕中心芯体751b和752b缠绕。此后，绕组线195引导出芯体75。在线圈Ld中，因为通过利用作为主芯体的芯体75中未占据的空间来并入可饱和芯体952，所以以从可饱和芯体952产生的热可以传送到主芯体75的方式，可以一起进行从主芯体75释放热以及从可饱和芯体952释放热。因此，“由磁性体形成的可饱和芯体区域被提供成与间隙相邻”的构造不限于可饱和区域被提供在接触间隙的构造，而是还包括 如下构造尽管与间隙相距预定距离，但是芯体实现了饱和特性，并且能够与主芯体一起冷却。此外，图9中示出用作线圈L2的作为线圈的另ー个示例的线圈Le的构造。如图9所示，线圈Le由磁性材料制成的芯体200和210、管状构件220以及通过将铜线缠绕到管状构件220形成的绕组线250来构成。芯体200是E形芯体，并且提供有中心芯体205和边芯体201和204。芯体210也是E形芯体，并且提供有中心芯体215和边芯体211和214。中心芯体205包括基本部202以及从基本部202的一部分突出的可饱和芯体(芯体区域)203。中心芯体215包括基本部212以及从基本部212的一部分突出的可饱和芯体(芯体区域)213。芯体200和芯体210被设置为使得可饱和芯体203和可饱和芯体213彼此接触，并且边芯体201和边芯体211彼此接触，并且边芯体204和边芯体214彼此接触。可饱和芯体203和213以及间隙230提供在基本部202和基本部212之间。间隙230由非磁性体(例如，空气)形成，并且可饱和芯体203和213由磁性体形成。管状构件220被形成为提供在基本部202和212的外表面上，并且覆盖间隙230。绕组线250围绕管状构件220缠绕。本发明不仅可以应用到上述实施例的単相电路，而且可以应用到多相电路(參考图I和图2)。例如，本发明可以应用到使用三个单相电路产生的三相交错式电路，并且其中在与三个相位相对应的三个电路中使用一个线圈(电抗器)L2。
权利要求
1.ー种燃料电池系统，其包括燃料电池和升压转换器，所述燃料电池是直流电源，所述升压转换器用于升高所述燃料电池的输出电压并向负载供应电力，其特征在干， 所述升压转换器包括 主升压部，所述主升压部具有第一开关和第一线圈，并且通过利用由所述第一开关在所述第一线圈上进行切換操作所引起的所述第一线圈的反电动势来升高所述燃料电池的输出电压；以及 副升压部，所述副升压部具有电容器，该电容器通过存储在电容器中的电量来调节所述第一开关的两极之间电势差，并且所述副升压部通过对在所述切换操作期间存储在所述电容器中的电量进行调节来降低所述第一开关的切換损耗， 所述副升压部具有第二开关和第二线圈， 通过围绕由磁性体形成的芯体的至少一部分缠绕绕组线，来形成所述第二线圈，并且所述芯体设置有由非磁性体形成的间隙，并且由磁性体形成的芯体区域被设置为与所述间隙相邻。
2.根据权利要求I所述的燃料电池系统，其中， 所述芯体区域被设置成与所述间隙相邻，以便形成具有比所述芯体的磁敏电阻小的磁敏电阻的磁路。
3.根据权利要求I或2所述的燃料电池系统，其中， 所述芯体具有多个芯体构件；并且 所述间隙和所述芯体区域被设置在所述芯体构件之间的各个间隔中。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的燃料电池系统，其中， 所述芯体区域与所述芯体接触。
5.ー种燃料电池系统，包括 燃料电池，所述燃料电池是直流电源；以及 升压转换器，所述升压转换器升高所述燃料电池的输出电压，并且向负载供应电カ， 其中，所述升压转换器包括 主升压部，所述主升压部具有第一开关和第一线圈，并且通过利用由所述第一开关在所述第一线圈上进行切換操作所引起的所述第一线圈的反电动势来升高所述燃料电池的输出电压； 副升压部，所述副升压部具有电容器，该电容器通过存储在电容器中的电量来调节所述第一开关的两极之间电势差，并且所述副升压部通过对在所述切换操作期间存储在所述电容器中的电量进行调节来降低所述第一开关的切換损耗， 所述副升压部具有第二开关和第二线圈， 通过围绕由磁性体形成的芯体的至少一部分缠绕绕组线，来形成所述第二线圈，并且所述芯体设置有由非磁性体形成的间隙，并且由磁性体形成的芯体区域被设置成与所述间隙相邻。
6.ー种直流电源系统，其包括直流电源和升压转换器，所述升压转换器用于升高所述直流电源的输出电压并向负载供应电力，其特征在于， 所述升压转换器包括 主升压部，所述主升压部具有第一开关和第一线圈，并且通过利用由所述第一开关在所述第一线圈上进行切換操作所引起的所述第一线圈的反电动势来升高所述直流电源的输出电压；以及 副升压部，所述副升压部具有电容器，该电容器通过存储在电容器中的电量来调整所述第一开关的两极之间电势差，并且所述副升压部通过对在所述切换操作期间存储在所述电容器中的电量进行调节来降低所述第一开关的切换损耗，所述副升压部具有第二开关和第二线圈， 通过围绕由磁性体形成的芯体的至少一部分缠绕绕组线，来 形成所述第二线圈，并且所述芯体设置有由非磁性体形成的间隙，并且由磁性体形成的芯体区域被设置成与所述间隙相邻。
全文摘要
一种升压转换器(ES6)，包括主升压部(LN1)，其具有第一开关(E1)和第一线圈(L1)，并且通过利用由所述开关在所述线圈上进行切换操作所引起的所述线圈的反电动势来升高直流电源(FC)的输出电压；以及副升压部(LN2)，其具有电容器(C2)，该电容器通过存储的电量来调节开关的两极之间电势差，并且所述副升压部(LN2)通过对在所述切换操作期间在所述电容器中的电量进行调节来降低所述开关的切换损耗，并且所述副升压部(LN2)具有第二开关(E2)和第二线圈。通过围绕由磁性体形成的芯体的至少一部分缠绕绕组线，来形成第二线圈。所述芯体设置有由非磁性体形成的间隙。由磁性体形成的芯体区域与所述间隙相邻。
文档编号H01M8/04GK102668346SQ201080057614
公开日2012年9月12日 申请日期2010年12月16日 优先权日2009年12月18日
发明者今西启之, 北村伸之, 弦田幸宪, 河村笃男, 真锅晃太, 长谷川贵彦 申请人:丰田自动车株式会社, 国立大学法人横浜国立大学