(57)【要約】【課題】所定状態において適切な検出精度を確保しつつガスセンサでの消費電力を低減する。【解決手段】制御器５を、通電切替判定部４７と切替指令出力部４８とを備えて構成し、通電切替判定部４７における、各水素センサから入力される検出値の信号と記憶装置に格納されている所定切替閾値との比較結果に基づいて、各水素センサに供給される通電量を変更する指令を切替指令出力部４８から基準電圧発生回路４４へ出力させる。制御器５は、燃料電池の作動状態や車両の車両状態に応じて、各水素センサに供給される通電量を変更する指令を切替指令出力部４８から基準電圧発生回路４４へ出力させる。【選択図】　　　図６
2004061433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出素子と補償素子との電気抵抗値の差異に基づき被検出ガスを検出するガスセンサの制御装置であって、
前記検出素子と前記補償素子とが接続されてなる回路部に電力供給を行う電源と、
前記検出素子と前記補償素子との電気抵抗値の差異に係る状態量に基づいて前記電源から前記回路部への通電量を変更する通電量変更手段と
を備えることを特徴とするガスセンサの制御装置。
【請求項２】
前記ガスセンサは、前記検出素子の触媒に接触する前記被検出ガスの燃焼に応じて発生する前記検出素子の電気抵抗値と前記補償素子の電気抵抗値との差異に基づいてガス濃度を検出可能な接触燃焼式のガスセンサであって、
前記通電量変更手段は、前記回路部への前記通電量を、前記触媒の温度を前記触媒が所定の活性状態となるような温度にするために要する第１の通電量、または、前記第１の通電量よりも大きい通電量であって、前記触媒の温度を前記触媒が前記所定の活性状態よりも高い活性状態となるような温度にするために要する第２の通電量の少なくとも何れかに切り替えることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサの制御装置。
【請求項３】
反応ガスとして、水素を燃料極へ供給し、酸素を酸素極へ供給し、電気化学反応によって発電する燃料電池を備え、
検出素子と補償素子との電気抵抗値の差異に基づき被検出ガスを検出するガスセンサを具備する燃料電池システムであって、
前記検出素子と前記補償素子とが接続されてなる回路部に電力供給を行う電源と、
前記燃料電池の作動状態に基づいて前記電源から前記回路部への通電量を変更する通電量変更手段と
を備えることを特徴とするガスセンサを具備する燃料電池システム。
【請求項４】
前記ガスセンサは、前記検出素子の触媒に接触する前記被検出ガスの燃焼に応じて発生する前記検出素子の電気抵抗値と前記補償素子の電気抵抗値との差異に基づいてガス濃度を検出可能な接触燃焼式のガスセンサであって、
前記通電量変更手段は、前記回路部への前記通電量を前記触媒の温度を前記触媒が所定の活性状態となるような温度にするために要する第１の通電量とし、前記燃料電池の作動状態が所定作動状態に到達した場合、あるいは、前記燃料電池の作動状態の変化が所定変化となる場合に、前記回路部への前記通電量を前記第１の通電量よりも大きい通電量であって、前記触媒の温度を前記触媒が前記所定の活性状態よりも高い活性状態となるような温度にするために要する第２の通電量へと切り替えることを特徴とする請求項３に記載のガスセンサを具備する燃料電池システム。
【請求項５】
反応ガスとして、水素を燃料極へ供給し、酸素を酸素極へ供給し、電気化学反応によって発電する燃料電池を動力源として備え、
検出素子と補償素子との電気抵抗値の差異に基づき被検出ガスを検出するガスセンサを具備する燃料電池車両であって、
前記検出素子と前記補償素子とが接続されてなる回路部に電力供給を行う電源と、
前記燃料電池車両の車両状態に基づいて前記電源から前記回路部への通電量を変更する通電量変更手段と
を備えることを特徴とするガスセンサを具備する燃料電池車両。
【請求項６】
前記ガスセンサは、前記検出素子の触媒に接触する前記被検出ガスの燃焼に応じて発生する前記検出素子の電気抵抗値と前記補償素子の電気抵抗値との差異に基づいてガス濃度を検出可能な接触燃焼式のガスセンサであって、
前記通電量変更手段は、前記回路部への前記通電量を、前記触媒の温度を前記触媒が所定の活性状態となるような温度にするために要する第１の通電量とし、前記燃料電池車両の車両状態が所定作動状態に到達した場合、あるいは、前記燃料電池車両の作動状態の変化が所定変化となる場合に、前記回路部への前記通電量を、前記第１の通電量よりも大きい通電量であって、前記触媒の温度を前記触媒が前記所定の活性状態よりも高い活性状態となるような温度にするために要する第２の通電量へと切り替えることを特徴とする請求項５に記載のガスセンサを具備する燃料電池車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば接触燃焼式ガスセンサ等のガスセンサの制御装置およびガスセンサを具備する燃料電池システムおよびガスセンサを具備する燃料電池車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば固体高分子膜型燃料電池は、固体高分子電解質膜を燃料極と酸素極とで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して構成されたスタック（以下において燃料電池と呼ぶ）を備えており、燃料極に燃料として水素が供給され、酸素極に酸化剤として空気が供給されて、燃料極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過して酸素極まで移動して、酸素極で酸素と電気化学反応を起こして発電するようになっている。
そして、このような固体高分子膜型燃料電池等の燃料電池において、例えば特開平６−２２３８５０号公報に開示された燃料電池の保護システムのように、燃料電池の酸素極側の排出系に水素ガスを検出するガスセンサを備え、このガスセンサによって、燃料極側の水素が固体高分子電解質膜を通じて酸素極側に漏洩したことを検知したときは、燃料の供給を遮断する保護システムが知られている。ここで、水素ガスを検知する水素センサとしては、例えば白金等の触媒からなるガス検出素子と温度補償素子とを一対備え、水素ガスが白金等の触媒に接触した際の燃焼により発生する熱によってガス検出素子が相対的に高温の状態になったときに、例えば雰囲気温度下等の相対的に低温の状態の温度補償素子との間に生じる電気抵抗値の差異に応じて、水素ガスの濃度を検出するガス接触燃焼式の水素センサが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような固体高分子膜型燃料電池等の燃料電池を動力源として備える燃料電池車両等の車両においては、車両の停止状態や作動状態において消費電力を低減することが望まれている。
しかも、燃料電池車両等の車両においては、燃料電池の酸素極側の排出系に限らず、複数の水素センサを作動させる場合には、消費電力が増大してしまうという問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所定状態において適切な検出精度を確保しつつガスセンサでの消費電力を低減することが可能なガスセンサの制御装置およびガスセンサを具備する燃料電池システムおよびガスセンサを具備する燃料電池車両を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明のガスセンサの制御装置は、検出素子（例えば、実施の形態での検出素子３１）と補償素子（例えば、実施の形態での温度補償素子３２）との電気抵抗値の差異に係る状態量に基づき被検出ガス（例えば、実施の形態での水素）を検出するガスセンサの制御装置（例えば、実施の形態でのガスセンサの制御装置１）であって、前記検出素子と前記補償素子とが接続されてなる回路部（例えば、実施の形態でのブリッジ回路）に電力供給を行う電源（例えば、実施の形態での電源４３）と、前記検出素子と前記補償素子との電気抵抗値の差異に基づいて前記電源から前記回路部への通電量を変更する通電量変更手段（例えば、実施の形態での基準電圧発生回路４４）とを備えることを特徴としている。
【０００５】
上記構成のガスセンサの制御装置によれば、例えば、検出素子と補償素子との電気抵抗値の差異が相対的に小さい場合には、通電量変更手段は検査対象ガスに含まれる被検出ガスの濃度が相対的に低いと判断して、ガスセンサが所定の作動状態（例えば、被検出ガスを検知可能となる状態等）となるために要する第１の通電量を設定する。一方、検出素子と補償素子との電気抵抗値の差異が相対的に大きい場合には、通電量変更手段は検査対象ガスに含まれる被検出ガスの濃度が相対的に高く、濃度検出を精度良く行う必要があると判断して、第１の通電量よりも大きい通電量であって、ガスセンサが被検出ガスを所望の検出精度で精度良く検知することができるような作動状態となるために要する第２の通電量を設定する。ここで、通電量変更手段は、検出素子と補償素子との電気抵抗値の差異自体に限らず、電気抵抗値の差異に係る状態量（例えば、電流値や電圧値や、電流値や電圧値の時間変化等）に応じて通電量を変更する。
これにより、検査対象ガスに含まれる被検出ガスの濃度に応じた適切な検出精度で被検出ガスを検出することができると共に、ガスセンサでの消費電力量を低減させることができ、電源をなす蓄電装置の残容量等が過剰に低下することを防止することができる。
【０００６】
さらに、請求項２に記載の本発明のガスセンサの制御装置では、前記ガスセンサは、前記検出素子の触媒（例えば、実施の形態での触媒３１ｂ）に接触する前記被検出ガスの燃焼に応じて発生する前記検出素子の電気抵抗値と前記補償素子の電気抵抗値との差異に基づいてガス濃度を検出可能な接触燃焼式のガスセンサであって、前記通電量変更手段は、前記回路部への前記通電量を、前記触媒の温度を前記触媒が所定の活性状態となるような温度にするために要する第１の通電量、または、前記第１の通電量よりも大きい通電量であって、前記触媒の温度を前記触媒が前記所定の活性状態よりも高い活性状態となるような温度にするために要する第２の通電量の少なくとも何れかに切り替えることを特徴としている。
【０００７】
上記構成のガスセンサの制御装置によれば、例えば、検出素子と補償素子との電気抵抗値の差異が相対的に小さい場合には、通電量変更手段はガスセンサの触媒の温度を触媒が所定の活性状態（例えば、被検出ガスを検知可能となる状態等）となるような温度にするために要する第１の通電量を設定する。一方、検出素子と補償素子との電気抵抗値の差異が相対的に大きい場合には、通電量変更手段は、濃度検出を精度良く行う必要があると判断し、ガスセンサが被検出ガスを所望の検出精度で精度良く検知することができるような通電量として、第１の通電量よりも大きい通電量であって、触媒の温度を触媒が所定の活性状態よりも高い活性状態となるような温度にするために要する第２の通電量を設定する。
【０００８】
例えば図１に示すように、触媒温度が所定の第１温度Ｔ１未満において不活性状態とされ、第１温度Ｔ１以上においては、触媒温度の上昇に伴い触媒活性状態が増大傾向に変化する触媒に対して、第１の通電量が設定されることで、例えば触媒温度が所定の第１温度Ｔ１以上かつ第１温度Ｔ１よりも高い第２温度Ｔ２以下とされる低活性（低電力消費時）状態、つまり少なくとも被検出ガスを検知可能となる状態等となるように設定され、第１の通電量よりも大きい第２の通電量が設定されることで、例えば触媒温度が所定の第２温度Ｔ２よりも高い第３温度Ｔ３以上かつ第３温度Ｔ３よりも高い第４温度Ｔ４以下とされる高活性（通常時）状態、つまり所望の検出精度でより精度良く被検出ガスを検知可能な状態となるように設定される。
これにより、検査対象ガスに含まれる被検出ガスの濃度に応じた適切な検出精度で被検出ガスを検出することができると共に、ガスセンサでの消費電力量を低減させることができる。
【０００９】
また、請求項３に記載の本発明のガスセンサを具備する燃料電池システムは、反応ガスとして、水素を燃料極へ供給し、酸素を酸素極へ供給し、電気化学反応によって発電する燃料電池（例えば、実施の形態での燃料電池２）を備え、検出素子（例えば、実施の形態での検出素子３１）と補償素子（例えば、実施の形態での温度補償素子３２）との電気抵抗値の差異に基づき被検出ガス（例えば、実施の形態での水素）を検出するガスセンサ（例えば、実施の形態での水素センサ４）を具備する燃料電池システム（例えば、実施の形態での燃料電池システム２ａ）であって、前記検出素子と前記補償素子とが接続されてなる回路部（例えば、実施の形態でのブリッジ回路）に電力供給を行う電源（例えば、実施の形態での電源４３）と、前記燃料電池の作動状態に基づいて前記電源から前記回路部への通電量を変更する通電量変更手段（例えば、実施の形態での基準電圧発生回路４４）とを備えることを特徴としている。
【００１０】
上記構成のガスセンサを具備する燃料電池システムによれば、例えば、燃料電池の停止状態や、所定負荷以下での安定作動時等のように燃料電池の作動状態が所定作動状態に到達していない場合には、通電量変更手段は、ガスセンサが所定の作動状態（例えば、被検出ガスを検知可能となる状態等）となるために要する第１の通電量を設定する。一方、燃料電池の始動時や停止動作時、所定負荷を超える作動時や負荷の変動が所定変動を超える場合、あるいは、これらの状態が発生する可能性が所定の確率を超える場合等のように、燃料電池の作動状態が所定作動状態に到達している場合、あるいは、到達する可能性がある場合には、通電量変更手段は検査対象ガスに含まれる被検出ガスの濃度検出を精度良く行う必要があると判断して、第１の通電量よりも大きい通電量であって、ガスセンサが被検出ガスを所望の検出精度で精度良く検知することができるような作動状態となるために要する第２の通電量を設定する。ここで、通電量変更手段は、燃料電池の作動状態（例えば、燃料電池の始動時や停止時や所定負荷を超える作動時や、負荷の変動が所定変動を超える場合や、これらの作動状態の時間変化等）に応じて通電量を変更する。
これにより、燃料電池の作動状態に応じた適切な検出精度で被検出ガスを検出することができると共に、ガスセンサでの消費電力量を低減させることができ、電源をなす蓄電装置の残容量等が過剰に低下することを防止することができる。
【００１１】
さらに、請求項４に記載の本発明のガスセンサを具備する燃料電池システムでは、前記ガスセンサは、前記検出素子の触媒（例えば、実施の形態での触媒３１ｂ）に接触する前記被検出ガスの燃焼に応じて発生する前記検出素子の電気抵抗値と前記補償素子の電気抵抗値との差異に基づいてガス濃度を検出可能な接触燃焼式のガスセンサであって、前記通電量変更手段は、前記回路部への前記通電量を前記触媒の温度を前記触媒が所定の活性状態となるような温度にするために要する第１の通電量とし、前記燃料電池の作動状態が所定作動状態に到達した場合、あるいは、前記燃料電池の作動状態の変化が所定変化となる場合に、前記回路部への前記通電量を前記第１の通電量よりも大きい通電量であって、前記触媒の温度を前記触媒が前記所定の活性状態よりも高い活性状態となるような温度にするために要する第２の通電量へと切り替えることを特徴としている。
【００１２】
上記構成のガスセンサを具備する燃料電池システムによれば、例えば、燃料電池の作動状態が所定の作動状態に到達していない場合には、通電量変更手段はガスセンサの触媒の温度を触媒が所定の活性状態（例えば、被検出ガスを検知可能となる状態等）となるような温度にするために要する第１の通電量を設定する。一方、燃料電池の作動状態が所定の作動状態に到達している場合、あるいは、到達する可能性がある場合には、通電量変更手段は、ガスセンサが被検出ガスを所望の検出精度で精度良く検知することができるような通電量として、第１の通電量よりも大きい通電量であって、触媒の温度を触媒が所定の活性状態よりも高い活性状態となるような温度にするために要する第２の通電量を設定する。
これにより、燃料電池の作動状態に応じた適切な検出精度で被検出ガスを検出することができ、特に、燃料電池の高負荷時に高活性の触媒状態にて被検出ガスを検出することができると共に、ガスセンサでの消費電力量を低減させることができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の本発明のガスセンサを具備する燃料電池車両は、反応ガスとして、水素を燃料極へ供給し、酸素を酸素極へ供給し、電気化学反応によって発電する燃料電池（例えば、実施の形態での燃料電池２）を動力源として備え、検出素子（例えば、実施の形態での検出素子３１）と補償素子（例えば、実施の形態での温度補償素子３２）との電気抵抗値の差異に基づき被検出ガス（例えば、実施の形態での水素）を検出するガスセンサ（例えば、実施の形態での水素センサ４）を具備する燃料電池車両（例えば、実施の形態での燃料電池車両３）であって、前記検出素子と前記補償素子とが接続されてなる回路部（例えば、実施の形態でのブリッジ回路）に電力供給を行う電源（例えば、実施の形態での電源４３）と、前記燃料電池車両の車両状態に基づいて前記電源から前記回路部への通電量を変更する通電量変更手段（例えば、実施の形態での基準電圧発生回路４４）とを備えることを特徴としている。
【００１４】
上記構成のガスセンサを具備する燃料電池車両によれば、例えば、燃料電池車両の停止状態や、所定負荷以下での安定走行時等のように燃料電池車両の車両状態が所定車両状態に到達していない場合には、通電量変更手段は、ガスセンサが所定の作動状態（例えば、被検出ガスを検知可能となる状態等）となるために要する第１の通電量を設定する。一方、燃料電池車両の始動時や停止動作時、所定負荷を超える作動時や負荷の変動が所定変動を超える場合、あるいは、これらの状態が発生する可能性が所定の確率を超える場合等のように、燃料電池車両の車両状態が所定車両状態に到達している場合、あるいは、到達する可能性がある場合には、通電量変更手段は検査対象ガスに含まれる被検出ガスの濃度検出を精度良く行う必要があると判断して、第１の通電量よりも大きい通電量であって、ガスセンサが被検出ガスを所望の検出精度で精度良く検知することができるような作動状態となるために要する第２の通電量を設定する。ここで、通電量変更手段は、燃料電池車両の車両状態（例えば、燃料電池車両の始動時や停止動作時、所定負荷を超える作動時や、負荷の変動が所定変動を超える場合や、これらの車両状態の時間変化等）に応じて通電量を変更する。
これにより、燃料電池車両の車両状態に応じた適切な検出精度で被検出ガスを検出することができると共に、ガスセンサでの消費電力量を低減させることができ、電源をなす蓄電装置の残容量等が過剰に低下することを防止することができる。
【００１５】
さらに、請求項６に記載の本発明のガスセンサを具備する燃料電池車両では、前記ガスセンサは、前記検出素子の触媒（例えば、実施の形態での触媒３１ｂ）に接触する前記被検出ガスの燃焼に応じて発生する前記検出素子の電気抵抗値と前記補償素子の電気抵抗値との差異に基づいてガス濃度を検出可能な接触燃焼式のガスセンサであって、前記通電量変更手段は、前記回路部への前記通電量を、前記触媒の温度を前記触媒が所定の活性状態となるような温度にするために要する第１の通電量とし、前記燃料電池車両の車両状態が所定作動状態に到達した場合、あるいは、前記燃料電池車両の作動状態の変化が所定変化となる場合に、前記回路部への前記通電量を、前記第１の通電量よりも大きい通電量であって、前記触媒の温度を前記触媒が前記所定の活性状態よりも高い活性状態となるような温度にするために要する第２の通電量へと切り替えることを特徴としている。
【００１６】
上記構成のガスセンサを具備する燃料電池車両によれば、例えば、燃料電池車両の車両状態が所定車両状態に到達していない場合には、通電量変更手段はガスセンサの触媒の温度を触媒が所定の活性状態（例えば、被検出ガスを検知可能となる状態等）となるような温度にするために要する第１の通電量を設定する。一方、燃料電池車両の車両状態が所定車両状態に到達している場合、あるいは、到達する可能性がある場合には、通電量変更手段は、ガスセンサが被検出ガスを所望の検出精度で精度良く検知することができるような通電量として、第１の通電量よりも大きい通電量であって、触媒の温度を触媒が所定の活性状態よりも高い活性状態となるような温度にするために要する第２の通電量を設定する。
これにより、燃料電池車両の車両状態に応じた適切な検出精度で被検出ガスを検出することができ、特に、車両状態の高負荷時に高活性の触媒状態にて被検出ガスを検出することができると共に、ガスセンサでの消費電力量を低減させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るガスセンサの制御装置およびガスセンサを具備する燃料電池システムおよびガスセンサを具備する燃料電池車両について添付図面を参照しながら説明する。
本実施形態に係るガスセンサの制御装置１は、例えば図２に示すように、動力源として燃料電池２を搭載する燃料電池車両３（以下、単に、車両３と呼ぶ。）等に配置されたガス接触燃焼式の水素センサ４を制御するものであって、制御器５と、記憶装置６とを備えて構成されている。そして、水素センサ４により、車両３の各箇所において水素が排出されていないことを確認することができるようになっている。
【００１８】
燃料電池２は、例えば陽イオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜を燃料極と酸素極で挟持した電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セル（図示略）を多数組積層して構成されている。
例えば図３に示すように、燃料極に入口側配管１１から供給された水素などの燃料ガスは、燃料極の触媒電極上で水素がイオン化され、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介して酸素極へと移動する、その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。酸素極には、例えば、酸素などの酸化剤ガスあるいは空気が入口側配管１２を介して供給されているために、この酸素極において、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。そして、燃料極側、酸素極側共に出口側配管１３、１４から反応済みのいわゆるオフガスが系外に排出される。
そして、燃料電池２と、燃料電池２に接続された各配管１１，１２，１３，１４と、酸素極側の出口側配管１４に設けられた水素センサ４と、制御器５と、記憶装置６と、電流制御器１５と、蓄電装置１６とを備えてガスセンサを具備する燃料電池システム２ａ（以下、単に、燃料電池システム２ａと呼ぶ）が構成され、酸素極側の出口側配管１４の鉛直方向上部に取り付けられた水素センサ４により、酸素極側の出口側配管１４内を流通するオフガス中に水素が排出されていないことを確認することができるようになっている。
【００１９】
また、燃料電池２から取り出される発電電流は、例えばＤＣ−ＤＣチョッパ等を備えた電流制御器１５に入力されており、この電流制御器１５には、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなる蓄電装置１６が接続されている。
電流制御器１５は、制御器５から出力される電流指令値、つまり燃料電池２に対する発電指令に基づいて、燃料電池２から取り出される発電電流の電流値を制御すると共に、実際に燃料電池２から取り出される発電電流を検出し、この検出値を制御器５へと入力している。
【００２０】
水素センサ４は、例えばガス接触燃焼式の水素センサとされ、例えば図４および図５に示すように、直方形状のケース２１を備えている。ケース２１は、例えばポリフェニレンサルファイド製であって、長手方向両端部にフランジ部２２を備えている。フランジ部２２にはカラー２３を取り付けてあり、例えば図４に示すように、このカラー２３内にボルト２４を挿入して、酸素極側の出口側配管１４に設けられた取付座２５に締め付け固定されるようになっている。
また、例えば図５に示すように、ケース２１の下面には筒状部２６が形成され、筒状部２６の内部はガス検出室２７として形成され、ガス検出室２７の内部側面には、内側に向かってフランジ部２８が形成され、フランジ部２８の内周部分がガス導入部２９として開口形成されている。
【００２１】
ケース２１内には樹脂で封止された回路基板３０が設けられ、筒状部２６の内部に配置された検出素子３１および温度補償素子３２は、回路基板３０に接続されている。そして、各素子３１，３２は回路基板３０に接続された複数、例えば４個のピン３３により、ガス検出室２７の底面２７Ａ上に配置されたベース３４から、水素センサ本体の厚さ方向に一定距離の高さで所定間隔を隔てて対をなすようにして配置されている。
また、例えば酸素極側の出口側配管１４に取り付けられる第１水素センサ４ａにおいては、筒状部２６の外周面にシール材３５が取り付けられ、出口側配管１４の貫通孔１４ａの内周壁に密接して気密性を確保している。
【００２２】
検出素子３１は周知の素子であって、例えば図６に示すように、電気抵抗に対する温度係数が高い白金等を含む金属線のコイル３１ａの表面を、被検出ガスとされる水素に対して活性な貴金属等からなる触媒３１ｂを坦持するアルミナ等の坦体で被覆されて形成されている。
温度補償素子３２は、被検出ガスに対して不活性とされ、例えば検出素子３１と同等のコイル３２ａの表面をアルミナ等の坦体で被覆されて形成されている。そして、被検出ガスである水素が検出素子３１の触媒３１ｂに接触した際に生じる燃焼反応の発熱により高温となった検出素子３１と、被検出ガスによる燃焼反応が発生せず検出素子３１よりも低温の温度補償素子３２との間に電気抵抗値の差が生ずることを利用し、雰囲気温度による電気抵抗値の変化分を相殺して水素濃度を検出することができるようになっている。
【００２３】
例えば図６に示すように、検出素子３１（抵抗値Ｒ４）及び温度補償素子３２（抵抗値Ｒ３）が直列接続されてなる枝辺と、固定抵抗４１（抵抗値Ｒ１）及び固定抵抗４２（抵抗値Ｒ２）が直列接続されてなる枝辺とが、外部の電源４３から供給される電圧に基づいて所定の基準電圧を印加する基準電圧発生回路４４に対して並列に接続されてなるブリッジ回路において、検出素子３１と温度補償素子３２同志の接続点ＰＳと、固定抵抗４１，４２同志の接続点ＰＲとの間に、これらの接続点ＰＳ，ＰＲ間の電圧を検出する検出回路４５が接続されており、さらに、検出回路４５には出力回路４６が接続されている。
【００２４】
ここで、ガス検出室２７内に導入された検査対象ガス中に被検出ガスである水素が存在しないときには、ブリッジ回路はバランスしてＲ１×Ｒ４＝Ｒ２×Ｒ３の状態にあり、検出回路４５の出力がゼロとなる。一方、水素が存在すると、検出素子３１の触媒３１ｂにおいて水素が燃焼し、コイル３１ａの温度が上昇し、抵抗値Ｒ４が増大する。これに対して温度補償素子３２においては水素は燃焼せず、抵抗値Ｒ３は変化しない。これにより、ブリッジ回路の平衡が破れて検出回路４５に、水素濃度の増大変化に応じて増大傾向に変化する適宜の電圧が印加される。この検出回路４５から出力される電圧の検出値は出力回路４６へ出力され、出力回路４６は入力された検出値を制御器５へ出力する。そして、制御器５においては、この電圧の検出値の変化に応じて予め設定された水素濃度のマップ等に基づいて、水素濃度が算出される。
【００２５】
例えば図６に示すように、制御器５は、通電切替判定部４７と、切替指令出力部４８とを備えて構成されており、通電切替判定部４７における、水素センサ４から入力される各検出値の信号と記憶装置６に格納されている所定切替閾値との比較結果に基づいて、水素センサ４に供給される通電量を変更する指令を切替指令出力部４８から基準電圧発生回路４４へ出力させる。
さらに、制御器５は、燃料電池２の作動状態や車両３の車両状態に応じて、水素センサ４に供給される通電量を変更する指令を切替指令出力部４８から基準電圧発生回路４４へ出力させる。
【００２６】
例えば燃料電池システム２ａにおいて、制御器５は、燃料電池２の停止状態や所定負荷以下での安定作動時等のように、燃料電池２の作動状態が所定作動状態に到達していない場合、あるいは、水素センサ４の検出素子３１と補償素子３２との電気抵抗値の差異に係る状態量（例えば、出力された電圧値や出力された電流値等）が所定の値に到達していない場合や、この状態量の変化が所定変化に到達していない場合には、酸素極側の出口側配管１４内を流通するオフガス中に含まれる水素の濃度が相対的に低いと判断して、水素センサ４の検出素子３１の触媒３１ｂの温度を触媒３１ｂが所定の活性状態（例えば、水素を検知可能となる状態等）となるような温度（例えば、最低活性温度等）にするために要する第１の通電量を設定し、基準電圧発生回路４４からブリッジ回路へ通電させる。
【００２７】
一方、燃料電池２の始動時や停止動作時、所定負荷を超える作動時や負荷の変動が所定変動を超える場合、あるいは、これらの状態が発生する可能性が所定の確率を超える場合等のように、燃料電池２の作動状態が所定作動状態に到達している場合、あるいは、到達する可能性がある場合、あるいは、水素センサ４の検出素子３１と補償素子３２との電気抵抗値の差異に係る状態量（例えば、出力された電圧値や出力された電流値等）が所定の値に到達した場合や、この状態量の変化が所定変化に到達した場合には、水素の濃度をより精度よく検知する必要があると判断して、例えば後述する正規通電フラグＦ＿Ｎｏｒのフラグ値に「１」を設定し、水素センサ４が被検出ガスである水素を所望の検出精度で精度良く検知することができるような通電量として、第１の通電量よりも大きい通電量であって、触媒３１ｂの温度を触媒３１ｂが所定の活性状態よりも高い活性状態（例えば、最適活性状態等）となるような温度にするために要する第２の通電量を設定し、基準電圧発生回路４４からブリッジ回路へ通電させる。
【００２８】
このため、例えば図３に示すように、燃料電池システム２ａにおいて、制御器５には、燃料電池２の燃料極側の入口側配管１１において燃料極側に供給される燃料ガスの圧力を検出する圧力検出器１１ａから出力される検出信号と、燃料電池２の酸素極側の入口側配管１２において酸素極側に供給される酸素などの酸化剤ガスあるいは空気の各圧力および流量を検出する圧力検出器１２ａおよび流量検出器１２ｂから出力される検出信号と、燃料電池２における固体高分子電解質膜等の温度を検出する温度検出器２ｂから出力される検出信号とが入力されている。
【００２９】
ここで、記憶装置６は、燃料電池２の作動状態、例えば燃料極と酸素極との反応ガスの圧力差とされる極間差圧や、燃料極に供給される燃料ガスの圧力、あるいは、酸素極に供給される酸素を含むガスの圧力等の作動圧力や、発電電流や、反応ガスの流量や、燃料電池２の温度等に対する所定の判定閾値のマップ等を記憶している。制御器５は、各検出器１１ａ，１２ａから入力される信号に基づいて算出した極間差圧や作動圧力、各検出器１２ｂ，２ｂ及び電流制御器１５から入力される反応ガスの流量や燃料電池２の温度や発電電流等の検出値と、記憶装置６に格納されている所定の判定閾値とを比較し、燃料電池２の作動状態が所定作動状態に到達しているか否か、あるいは、到達する可能性があるか否かを判定する。
【００３０】
さらに、制御器５には、例えばイグニッションスイッチ（図示略）から出力されるＯＮ／ＯＦＦ信号や、速度センサ（図示略）等から出力される車両３の速度の信号や、加速度センサ（図示略）等から出力される車両３の加速度および減速度の信号等が入力されている。
制御器５は、これらの信号に基づき、車両３の車両状態が所定車両状態、例えば車両３に搭載された補機類における消費電力が所定電力を超えて増大する状態や、例えば急加速や急減速、急停止等のように燃料電池２の作動状態が急激に変化する状態や、燃料電池システム２ａに適宜の衝撃力が作用する状態等に到達しているか否か、あるいは、到達する可能性があるか否かを判定する。そして、この判定結果に応じて、所定車両状態に到達していない場合、あるいは、水素センサ４の検出素子３１と補償素子３２との電気抵抗値の差異に係る状態量（例えば、出力された電圧値や出力された電流値等）が所定の値に到達していない場合や、この状態量の変化が所定変化に到達していない場合には、水素センサ４への通電量として、水素センサ４の検出素子３１の触媒３１ｂの温度を触媒３１ｂが所定の活性状態（例えば、水素を検知可能となる状態等）となるような温度（例えば、最低活性温度等）にするために要する第１の通電量を設定し、基準電圧発生回路４４からブリッジ回路へ通電させる。
【００３１】
一方、車両状態が所定車両状態に到達している場合、あるいは、到達する可能性がある場合、あるいは、水素センサ４の検出素子３１と補償素子３２との電気抵抗値の差異に係る状態量（例えば、出力された電圧値や出力された電流値等）が所定の値に到達した場合や、この状態量の変化が所定変化に到達した場合には、水素センサ４が被検出ガスである水素を所望の検出精度で精度良く検知することができるような通電量として、第１の通電量よりも大きい通電量であって、触媒３１ｂの温度を触媒３１ｂが所定の活性状態よりも高い活性状態（例えば、最適活性状態等）となるような温度にするために要する第２の通電量を設定し、基準電圧発生回路４４からブリッジ回路へ通電させる。
【００３２】
本実施の形態によるガスセンサの制御装置１およびガスセンサを具備する燃料電池システム２ａおよびガスセンサを具備する燃料電池車両３は上記構成を備えており、次に、ガスセンサの制御装置１およびガスセンサを具備する燃料電池システム２ａおよびガスセンサを具備する燃料電池車両３の動作、特に、水素センサ４への通電量を切り替える処理について説明する。
先ず、図７に示すステップＳ０１においては、水素センサ４の検出素子３１の触媒３１ｂの温度を触媒３１ｂが所定の活性状態（例えば、水素を検知可能となる状態等）となるような温度（例えば、最低活性温度等）にするために要する第１の通電量よりも大きい通電量であって、触媒３１ｂの温度を触媒３１ｂが所定の活性状態よりも高い活性状態（例えば、最適活性状態等）となるような温度にするために要する第２の通電量の供給を指示する正規通電フラグＦ＿Ｎｏｒのフラグ値が「１」か否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、後述するステップＳ０８に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０２に進む。
ステップＳ０２においては、水素センサ４の検出素子３１の触媒３１ｂの温度を触媒３１ｂが所定の活性状態（例えば、水素を検知可能となる状態等）となるような温度（例えば、最低活性温度等）にするために要する第１の通電量を供給する水素センサ４の低電流駆動を開始する。
【００３３】
次に、ステップＳ０３においては、低電流駆動時における水素センサ４の検出値を取得する。
そして、ステップＳ０４においては、取得した水素センサ４の検出値が所定切替閾値を超えているか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０３に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０５に進む。
ステップＳ０５においては、タイマの計数を開始する、あるいは、既にタイマの計数が実行されている場合には、この計数を継続する。
【００３４】
次に、ステップＳ０６においては、タイマのタイマ計数値が所定計数値を超えたか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０３に戻る。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０７に進む。
ステップＳ０７においては、水素センサ４への通電量を、第１の通電量から、第２の通電量へと変更する駆動電流切替の処理を実行する。
次に、ステップＳ０９においては、第１の通電量よりも大きい通電量であって、触媒３１ｂの温度を触媒３１ｂが所定の活性状態よりも高い活性状態（例えば、最適活性状態等）となるような温度にするために要する第２の通電量を供給する水素センサ４の正規電流駆動を開始し、一連の低電流時における処理を終了する。
【００３５】
すなわち、例えば図８（ａ）に示すように、水素センサ４の低電流駆動時において、水素センサ４から出力される検出値が所定切替閾値ＴＨ１を超えた状態が、少なくとも所定時間Ｔ以上継続した時刻ｓ１において、図８（ｃ）に示すように、通電量が第１の通電量から第２の通電量へと切り替えられ、低電流駆動から正規電流駆動への切替処理が実行され、図８（ｂ）に示すように、触媒３１ｂの触媒温度が、少なくとも活性温度以上の低活性状態の温度から高活性状態の温度へと上昇するように設定されている。なお、触媒３１ｂに対して、活性温度は、例えば１３０〜１５０℃とされ、高活性状態の温度は、例えば１８０〜２００℃とされている。
ここで、所定時間Ｔは、例えば正規電流駆動への切替後に、水素センサ４から出力される検出値に応じて実行される適宜の処理、例えば燃料電池２へ供給される反応ガスの圧力や流量を低減させたり、燃料電池２に要求する発電電流を低減させる処理等に遅れ等が生じることが無いような許容時間に設定されている。
【００３６】
また、車両状態に応じて通電量を変更する場合には、例えば図９および図１０に示すように、先ず、例えばイグニッションスイッチがオン状態とされ、車両３の始動開始が指示される時刻ｔ０においては、第１の通電量よりも大きい通電量であって、触媒３１ｂの温度を触媒３１ｂが所定の活性状態よりも高い活性状態（例えば、最適活性状態等）となるような温度にするために要する第２の通電量である正規通電量Ｗｎｏｒを設定する。
そして、車両３の発進後、例えば適宜の加速度で安定的に加速される時刻ｔ１においては、通電量を正規通電量Ｗｎｏｒから、触媒３１ｂの温度を触媒３１ｂが所定の活性状態（例えば、水素を検知可能となる状態等）となるような温度（例えば、最低活性温度等）にするために要する第１の通電量である低通電量Ｗｅｃｏへと切り替える。
そして、例えば所定の程度を超える加速状態とされる時刻ｔ２においては、通電量を低通電量Ｗｅｃｏから正規通電量Ｗｎｏｒへと切り替え、さらに、相対的に高い速度であっても、所定の速度未満であれば、車両状態が安定する時刻ｔ３において、通電量を正規通電量Ｗｎｏｒから低通電量Ｗｅｃｏへと切り替える。
【００３７】
また、例えば所定の程度を超える減速状態とされる時刻ｔ４においては、通電量を低通電量Ｗｅｃｏから正規通電量Ｗｎｏｒへと切り替え、この後、所定の程度未満の減速状態が、例えば所定時間Ｔ以上継続した時点で、通電量を正規通電量Ｗｎｏｒから低通電量Ｗｅｃｏへと切り替える。
そして、例えばイグニッションスイッチがオフ状態とされ、車両３および燃料電池システム２ａの作動が停止される時刻ｔ５以降においては、通電量を低通電量Ｗｅｃｏへ設定する。
【００３８】
上述したように、ガスセンサの制御装置１およびガスセンサを具備する燃料電池システム２ａおよびガスセンサを具備する燃料電池車両３によれば、水素センサ４における水素濃度が所定濃度未満である場合には、水素センサ４への通電量を正規の通電量よりも少ない通電量とすることで、水素センサ４の消費電力を削減することができる。
しかも、水素濃度を精度良く検出する必要がある場合には通電量を正規の通電量へと切り替えるようにしたことで、燃料電池システム２ａや車両３の所望の状態（例えば、高負荷時等）においては、水素濃度の検出精度を低減させることなく、水素を適切に検出させることができる。
【００３９】
なお、上述した本実施の形態において、水素センサ４の検出値に対する所定切替閾値は、例えば所定の固定値であってもよいし、例えば水素センサ４への通電量に応じて変化する値や、例えば燃料電池２の作動状態や車両３の車両状態等に応じて変化する値等であってもよい。
【００４０】
なお、上述した本実施の形態において、ガスセンサを水素センサ４としたが、これに限定されず、その他のガス、例えば一酸化炭素やメタン等の可燃性ガスを検出するガスセンサであってもよい。
また、上述した本実施の形態においては、各素子３１，３２を接続してなる回路をブリッジ回路としたが、これに限定されず、例えば直列回路等のその他の回路であってもよい。
【００４１】
なお、上述した本実施の形態において、ガスセンサをガス接触燃焼式の水素センサ４としたが、これに限定されず、半導体式、熱線型半導体式、熱伝導式等のその他のガスセンサであってもよい。要するに、ガスセンサの温度を、ガスセンサが所定の作動状態（例えば、被検出ガスを検知可能となる状態等）となる温度よりも高い適正温度（例えば、常温より高く、数百℃程度等）に設定することによって、所望の精度で被検出ガスを検出可能なガスセンサであればよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガスセンサの制御装置によれば、検査対象ガスに含まれる被検出ガスの濃度に応じた適切な検出精度で被検出ガスを検出することができると共に、ガスセンサでの消費電力量を低減させることができる。
また、本発明のガスセンサを具備する燃料電池システムによれば、燃料電池の作動状態に応じた適切な検出精度で被検出ガスを検出することができると共に、ガスセンサでの消費電力量を低減させることができる。
また、本発明のガスセンサを具備する燃料電池車両によれば、燃料電池車両の車両状態に応じた適切な検出精度で被検出ガスを検出することができると共に、ガスセンサでの消費電力量を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】通電量変更手段によって切り替えられる通電量に応じた触媒温度および触媒活性状態の変化の一例を示すグラフ図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るガスセンサを具備する燃料電池車両の構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るガスセンサを具備する燃料電池システムの構成図である。
【図４】図２に示すガスセンサの平面図である。
【図５】図４に示すＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。
【図６】図２に示す水素センサおよび制御器の機能ブロック図である。
【図７】水素センサへの通電量を切り替える処理を示すフローチャートである。
【図８】図８（ａ）は水素センサの低電流駆動時における検出値の時間変化の一例を示すグラフ図であり、図８（ｂ）は触媒温度の時間変化の一例を示すグラフ図であり、図８（ｃ）は通電量の時間変化の一例を示すグラフ図である。
【図９】水素センサへの通電量の時間変化を示すグラフ図である。
【図１０】車両の速度の時間変化の一例を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１　ガスセンサの制御装置
２　燃料電池
２ａ　燃料電池システム
３　燃料電池車両
３１　検出素子（検出素子）
３１ｂ　触媒
３２　温度補償素子（補償素子）
４３　電源
４４　基準電圧発生回路（通電量変更手段）
【図１】
2004061433.tif 000003
【図２】
2004061433.tif 000004
【図３】
2004061433.tif 000005
【図４】
2004061433.tif 000006
【図５】
2004061433.tif 000007
【図６】
2004061433.tif 000008
【図７】
2004061433.tif 000009
【図８】
2004061433.tif 000010
【図９】
2004061433.tif 000011
【図１０】
2004061433.tif 000012