(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出ガスが取り込まれる検出室を有する素子ハウジングと、
前記検出室に配置され、被検出ガスを検出する接触燃焼式の検出素子と、
前記素子ハウジングの外側に固定されると共に、通電により発熱することで前記検出室を加熱し、その温度に対応してその抵抗値が変化するヒータと、
前記素子ハウジングが底壁部に固定されたケースと、
前記ヒータを制御する制御手段と、
を備えるガスセンサであって、
前記制御手段は、
前記ヒータの抵抗値に基づいて前記ヒータへの通電を制御することで、前記検出室の温度を制御し、
前記ヒータの抵抗値に基づいて、前記検出素子の出力値を補正し、
前記素子ハウジングに対して、前記ケースの前記底壁部の熱伝導度は低く熱抵抗は大きい
ことを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
被検出ガスが取り込まれる検出室を有する素子ハウジングと、
前記検出室に配置され、被検出ガスを検出する接触燃焼式の検出素子と、
前記素子ハウジングの外側に固定されると共に、通電により発熱することで前記検出室を加熱し、その温度に対応してその抵抗値が変化するヒータと、
前記素子ハウジングが底壁部に固定されたケースと、
前記ヒータを制御する制御手段と、
を備えるガスセンサであって、
前記制御手段は、
前記ヒータの抵抗値に基づいて前記ヒータへの通電を制御することで、前記検出室の温度を制御し、
前記ヒータを駆動させるエネルギに基づいて、前記検出素子の出力値を補正し、
前記素子ハウジングに対して、前記ケースの前記底壁部の熱伝導度は低く熱抵抗は大きい
ことを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
前記ヒータと第Ａ抵抗と第Ｂ抵抗と第Ｃ抵抗とを含んで構成されるブリッジ回路を備え、
前記制御手段は、前記ブリッジ回路の出力する電位差をフィードバックして、前記ヒータへの電流を制御するヒータ駆動回路を備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記制御手段は、前記検出室における結露が防止されるように、前記検出室の温度を結露防止温度以上とする
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記検出素子は、燃料電池のカソードから排出されたカソードオフガス中の水素を検出し、
前記制御手段は、カソードオフガスの温度に基づいて、前記検出素子の出力値を補正する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池車等の電源として着目されている燃料電池は、そのアノードから発電で消費されなかった水素（被検出ガス）を排出する。この水素は、燃料電池のカソードからのカソードオフガス（希釈用ガス）で希釈された後、車外（外部）に排出される。そして、このように車外に排出されるガス（希釈後ガス）中の水素濃度は、水素センサ（ガスセンサ）によって検出される。
【０００３】
燃料電池は発電に伴ってそのカソードで水分（水蒸気）を生成し、カソードオフガスや、水素センサに向かう希釈後ガスは多湿となる。ここで、希釈後ガスに含まれる水蒸気が結露して結露水を生成し、この結露水が水素センサの検出素子に付着してしまうと、水素の検出感度が低下してしまう。
【０００４】
そこで、前記した結露水の生成を防止し、検出素子への結露水の付着を防止するためのヒータ（発熱体）を備える水素センサが提案されている（特許文献１参照）。なお、このヒータの近傍に温度センサを設け、この温度センサの検出するヒータの温度に基づいて、結露水の生成・付着が防止されるように、ヒータの出力を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９４６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記したように、ヒータの温度を検出する温度センサを備える構成とすると、水素センサの部品点数が増え、小型化し難いという不都合がある。
【０００７】
そこで、本発明は、結露防止用のヒータの温度を検出する温度センサを不要とするガスセンサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、被検出ガスが取り込まれる検出室を有する素子ハウジングと、前記検出室に配置され、被検出ガスを検出する検出素子と、通電により発熱することで前記検出室を加熱し、その温度に対応してその抵抗値が変化するヒータと、前記ヒータを制御する制御手段と、を備えるガスセンサであって、前記制御手段は、前記ヒータの抵抗値に基づいて前記ヒータへの通電を制御することで、前記検出室の温度を制御することを特徴とするガスセンサである。
【０００９】
このような構成によれば、ヒータの温度に対応してヒータの抵抗値が変化するので、ヒータの抵抗値に基づいて、ヒータの温度を、そして、検出室の温度を推定できる。したがって、制御手段は、ヒータの抵抗値に基づいて検出室の温度を推定しつつ、ヒータへの通電を制御することにより、結露水が生成等しないように検出室の温度を制御できる。
このようにして、ヒータの温度を検出する温度センサが不要となるので、ガスセンサの部品点数は少なくなり、小型化され、低コストで構成される。
【００１０】
また、前記ガスセンサにおいて、前記ヒータと第Ａ抵抗と第Ｂ抵抗と第Ｃ抵抗とを含んで構成されるブリッジ回路を備え、前記制御手段は、前記ブリッジ回路の出力する電位差をフィードバックして、前記ヒータへの電流を制御するヒータ駆動回路を備えることが好ましい。
【００１１】
このような構成によれば、制御手段のヒータ駆動回路が、ブリッジ回路の出力する電位差をフィードバックして、ヒータへの電流を制御することにより、検出室の温度を制御する。これにより、制御手段における制御プログラム等に従ったヒータの制御処理（後記する実施形態では、図８のヒータ制御処理）が不要となる。
【００１２】
また、前記ガスセンサにおいて、前記制御手段は、前記検出室における結露が防止されるように、前記検出室の温度を結露防止温度以上とすることが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、制御手段が検出室の温度を結露防止温度以上とするので、検出室における結露が防止される。
【００１４】
また、前記ガスセンサにおいて、前記検出素子は、接触燃焼式の素子であって、前記制御手段は、前記ヒータの抵抗値に基づいて、前記検出素子の出力値を補正することが好ましい。
【００１５】
ここで、接触燃焼式の検出素子はこれに接触する被検出ガスを燃焼させるように構成され、この燃焼熱によって検出素子の温度が上昇する。また、検出素子は、その温度に対応して、その抵抗値が変化する材料（白金等）から形成され、検出素子の温度が上昇すると、検出素子の抵抗値が変化する。そして、検出素子の抵抗値の変化を利用して、被検出ガスの濃度を検出している。
【００１６】
ところが、検出素子の温度及び抵抗値は、被検出ガスの濃度が０（燃焼熱が０）であっても、検出素子の配置された検出室の温度（環境温度）に対応しても変化するので、これを考慮して、被検出ガスの濃度を算出する必要ある。
そこで、検出素子の近傍に、被検出ガスに対して不活性であるが、検出室の温度に対応して、その温度及び抵抗値が変化する温度補償素子を設け、検出素子と温度補償素子とを含んでブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路が、検出素子の抵抗値から温度補償素子の抵抗値を相殺し、検出素子の被検出ガスの燃焼熱のみによる抵抗値に基づいて出力するように構成し、被検出ガスの濃度を検出する技術が知られている。
しかしながら、このような技術では、検出素子の近傍に温度補償素子を配置しなければならず、ガスセンサを小型化し難くなる。
【００１７】
そこで、本発明に係るガスセンサによれば、制御手段が、ヒータの抵抗値に基づいて、検出素子の出力値を補正するので、温度補償素子を省略でき、ガスセンサを小型化し易くなる。
すなわち、制御手段が、ヒータの抵抗値に基づいて検出室の温度を推定し、検出室の温度に基づいて、検出室の温度変化（環境温度の変化）に起因する検出素子の抵抗値の変化量を推定する。そして、制御手段が、検出室の温度変化に起因する検出素子の抵抗値の変化量を、例えば、相殺・減ずるように、検出素子の出力値を補正することで、被検出ガスの濃度を検出できる。
【００１８】
また、前記ガスセンサにおいて、前記検出素子は、接触燃焼式の素子であって、前記制御手段は、前記ヒータを駆動させるエネルギに基づいて、前記検出素子の出力値を補正することが好ましい。
【００１９】
このような構成によれば、制御手段が、ヒータを駆動させるエネルギに基づいて、検出素子の出力値を補正するので、温度補償素子を省略でき、ガスセンサを小型化し易くなる。
すなわち、制御手段が、ヒータを駆動させるエネルギ（電流値、電圧値、電力等）に基づいて、ヒータの抵抗値を推定し、ヒータの抵抗値に基づいて検出室の温度を推定し、検出室の温度に基づいて、検出室の温度変化（環境温度の変化）に起因する検出素子の抵抗値の変化量を推定する。そして、制御手段が、検出室の温度変化に起因する検出素子の抵抗値の変化量を、例えば、相殺・減ずるように、検出素子の出力値を補正することで、被検出ガスの濃度を検出できる。
【００２０】
また、前記ガスセンサにおいて、前記検出素子は、燃料電池のカソードから排出されたカソードオフガス中の水素を検出し、前記制御手段は、カソードオフガスの温度に基づいて、前記検出素子の出力値を補正することが好ましい。
【００２１】
このような構成によれば、接触燃焼式の検出素子の抵抗値は、カソードオフガスの温度に対応して変化する。例えば、カソードオフガスの温度が高くなるにつれて、検出素子の抵抗値が大きくなる。
そこで、制御手段が、カソードオフガスの温度に基づいて、検出素子の出力値を補正することにより、ガスセンサは高精度となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、結露防止用のヒータの温度を検出する温度センサを不要とするガスセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る水素センサの側断面図である。
【図３】第１実施形態に係るヒータの抵抗値と温度との関係を示すマップである。
【図４】第１実施形態に係る水素センサの回路図である。
【図５】第１実施形態に係るヒータの抵抗値と検出室の温度との関係を示すマップである。
【図６】第１実施形態に係る水素センサにおいて、検出室の温度と、ブリッジ回路（水素センサ）の出力を補正するための補正係数αと関係を示すマップである。
【図７】第１実施形態に係る水素センサにおいて、カソードオフガスの温度と、ブリッジ回路（水素センサ）の出力を補正するための補正係数βと関係を示すマップである。
【図８】第１実施形態に係る水素センサにおけるヒータ制御処理を示すフローチャートである。
【図９】第１実施形態に係るブリッジ回路（水素センサ）の出力の補正処理を示すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態に係る水素センサの回路図である。
【図１１】第２実施形態に係るヒータ駆動回路の回路図である。
【図１２】第２実施形態に係るヒータへの電力と検出室の温度との関係を示すマップである。
【図１３】第２実施形態に係るブリッジ回路（水素センサ）の出力の補正処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
≪第１実施形態≫
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。
【００２５】
まず、水素センサ１（ガスセンサ）が組み込まれた燃料電池システム１００を説明する。燃料電池システム１００は、燃料電池車（移動体）に搭載されており、燃料電池スタック１１０（燃料電池）と、希釈器１２０と、温度センサ１１３と、水素センサ１と、ＥＣＵ１３０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。
【００２６】
＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１１０は、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）であり、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体）をセパレータ（図示しない）で挟持してなる単セルが複数積層されて構成されている。ＭＥＡは、電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟持するカソード及びアノードとを備えている。各セパレータには、溝や貫通孔からなるアノード流路１１１及びカソード流路１１２が形成されている。
【００２７】
そして、水素が、水素タンク（図示しない）から、アノード流路１１１を介してアノードに供給され、酸素を含む空気が、外気を吸気するコンプレッサ（図示しない）から、カソード流路１１２を介してカソードに供給されると、アノード及びカソードに含まれる触媒（Ｐｔ等）上で電極反応が起こり、燃料電池スタック１１０が発電可能な状態となる。このように発電可能な状態の燃料電池スタック１１０と外部負荷（例えば走行用のモータ）とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１１０が発電するようになっている。
【００２８】
また、アノード流路１１１から排出された未消費の水素を含むアノードオフガスは、配管１１１ａを通って希釈器１２０に向かうようになっている。一方、カソード流路１１２から排出されたカソードオフガス（希釈用ガス）は、配管１１２ａを通って希釈器１２０に向かうようになっている。
【００２９】
＜温度センサ＞
温度センサ１１３は、配管１１２ａに取り付けられており、カソード流路１１２から排出され水素センサ１に向かうカソードオフガスの温度を検出し、水素センサ１の後記する補正回路５３（図４参照）に出力するようになっている。
【００３０】
＜希釈器＞
希釈器１２０は、アノードオフガス中の水素を、カソードオフガス等で希釈する容器であり、その内部に希釈空間を有している。そして、水素を含む希釈後のガスは、配管１２０ａを通って車外（外部）に排出されるようになっている。
【００３１】
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ１３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されている。そして、ＥＣＵ１３０は、ＩＧ１３１のＯＮ信号を検知した場合、水素センサ１の後記するマイコン５１、補正回路５３及び基準電圧発生回路５４（図４参照）に起動指令を出力するようになっている。なお、ＩＧ１３１は、燃料電池システム１００（燃料電池車）の起動スイッチであり、運転席周りに配置されている。
【００３２】
≪水素センサの構成≫
水素センサ１は、図２に示すように、その検出素子３１で水素を燃焼させることによって、配管１２０ａを通流するガス中の水素濃度を検出する接触燃焼式のセンサである。
水素センサ１は、所定の回路が形成された基板１１と、基板１１を収容する薄箱状のケース１２と、ケース１２の底壁部から鉛直下向きに延びる有底円筒状の素子ハウジング１３と、素子ハウジング１３の外側に取り付けられた円筒状のヒータ２１と、を備えている。
ただし、ヒータ２１の形状・位置・数はこれに限定されず、例えば、素子ハウジング１３内の検出室１３ａに、板状のヒータを複数備える構成としてもよい。
【００３３】
ケース１２は、ポリフェニレンサルファイド等の樹脂製である。そして、ケース１２は、配管１２０ａの天壁部１２０ｂにボルトによって取り付けられている。
【００３４】
＜素子ハウジング＞
素子ハウジング１３は、その内部に水素を検出するために水素を含むガスを取り込む検出室１３ａを有しており、この検出室１３ａに、後記する検出素子３１が配置されている。つまり、素子ハウジング１３は、検出素子３１を収容している。
【００３５】
このような素子ハウジング１３は、ヒータ２１の熱が検出室１３ａに伝達するように、熱伝導度の高い材料（ＳＵＳ等の金属や、熱伝導度の高い樹脂）から形成されている。また、素子ハウジング１３は、継ぎ目の少ない構造、例えば、押し出し成形による一体成形品で構成し、素子ハウジング１３の熱抵抗を小さくすることが好ましい。さらに、素子ハウジング１３に対して、素子ハウジング１３の固定されるケース１２の底壁部の熱伝導度を低くし、熱抵抗を大きくする構成とすることで、水素センサ１の起動時等におけるヒータ２１による昇温時において、ヒータ２１と検出室１３ａ（素子周辺部）との温度差を小さくし、水素センサ１の出力の誤差を小さくすることが可能となる。
【００３６】
また、素子ハウジング１３の底壁部には、平面視で円形のガス出入口１３ｂが形成されている。そして、ガス出入口１３ｂを介して、水素を含むガスが、検出室１３ａと配管１２０ａとの間で、出入するようになっている。
【００３７】
なお、ガス出入口１３ｂに蓋をするように、防爆フィルタ及び撥水フィルタ（いずれも図示しない）が設けられている。防爆フィルタは、防爆性を確保するためのフィルタであり、例えば、金属製のメッシュや多孔質体から構成される。撥水フィルタは、ガス（水素）の通過を許容するが、液体（水滴）の通過を許容しないフィルタであり、例えば、テトラフルオロエチレン膜から構成される。
【００３８】
＜ヒータ＞
ヒータ２１は、抵抗器であって電気ヒータであり、通電により発熱する発熱体である。ヒータ２１は、温度抵抗係数が大きく、その抵抗値とその温度とが線形関係となる材料で形成されている（図３参照）。温度抵抗係数は、抵抗温度係数とも称され、ヒータの温度変化に対する抵抗値変化の割合であり、その単位は「ｐｐｍ／℃」で表される事が多い。
【００３９】
このような特性を有する材料としては、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、銅（Ｃｕ）等の金属や、ニクロム、ＳＵＳ等の合金から選択された少なくとも一種を使用できる。なお、図３のマップは、事前試験等によって求められる。
これにより、ヒータ２１の抵抗値と、図３のマップとに基づいて、ヒータ２１の温度が推定（算出）されるようになっている。なお、ヒータ２１の抵抗値は、例えば、ヒータ２１を通流している電流の電流値と、ヒータ２１に印加している電圧の電圧値とに基づいて算出される。
【００４０】
＜電流電圧検出器＞
水素センサ１は、図４に示すように、電流電圧検出器２２を備えている。電流電圧検出器２２は、ヒータ２１を通流している電流の電流値と、ヒータ２１に印加している電圧の電圧値とを検出する機器であり、電流センサと電圧センサとを備えている。そして、電流電圧検出器２２は、検出した電流値及び電圧値を、後記するマイコン５１に出力するようになっている。
【００４１】
＜ブリッジ回路＞
水素センサ１は、図４に示すように、水素濃度を検出するためのブリッジ回路Ｂ１を備えている。ブリッジ回路Ｂ１は、第１直列辺３０と第２直列辺４０とを備えている。
【００４２】
＜ブリッジ回路−第１直列辺＞
第１直列辺３０は、検出素子３１（抵抗値Ｒ３１）と第１抵抗３２（抵抗値Ｒ３２）とを備え、検出素子３１と第１抵抗３２とが直列に接続されることで構成されている。
【００４３】
検出素子３１は、基板１１から鉛直下向きに延びると共に第１直列辺３０の一部を構成する金属製のステー３１ｄ、３１ｄに固定されており、検出室１３ａに配置されている（図２参照）。
一方、第１抵抗３２は、基板１１上に取り付けられており、その抵抗値Ｒ３２は固定値である。
【００４４】
検出素子３１は、水素に対して活性である公知の素子であって、触媒抵抗体とも称されるものであり、コイル３１ａと、コイル３１ａを被覆し酸化触媒３１ｃが担持された担体３１ｂと、を備えている。
コイル３１ａは、前記したヒータ２１と同様に、白金（Ｐｔ）等の温度抵抗係数の大きい材料で形成されている。担体３１ｂは、アルミナ等から形成された多孔質体である。酸化触媒３１ｃは、水素に対して活性が高く、水素を酸化（燃焼）させる貴金属（白金等）から形成されている。
【００４５】
したがって、検出素子３１の抵抗値Ｒ３１は、（１）検出室１３ａの温度（環境温度、雰囲気温度）と、（２）水素が酸化触媒３１ｃに接触し、燃焼（酸化）したことによる燃焼熱と、に基づいて変化することになる。
【００４６】
＜ブリッジ回路−第２直列辺＞
第２直列辺４０は、第２抵抗４１（抵抗値Ｒ４１）と、第３抵抗４２（抵抗値Ｒ４２）とを備え、第２抵抗４１と第３抵抗４２とが直列に接続されることで構成されている。第２抵抗４１及び第３抵抗４２は、基板１１上に取り付けられている。第２抵抗４１の抵抗値Ｒ４１、第３抵抗４２の抵抗値Ｒ４２は、固定値である。
【００４７】
＜第１直列辺、第２直列辺の接続状態＞
第１直列辺３０の両端と、第２直列辺４０の両端とは、それぞれ接続されて入力端子Ｔ１、入力端子Ｔ２を構成している。入力端子Ｔ１、入力端子Ｔ２は、基準電圧発生回路５４に接続されており、基準電圧発生回路５４で発生した電圧ＶＩＮが入力端子Ｔ１、Ｔ２に印加し、ブリッジ回路Ｂ１に通電するようになっている。
【００４８】
第１直列辺３０において、検出素子３１と第１抵抗３２との間の中間点は、出力端子Ｔ３を構成し、第２直列辺４０において、第２抵抗４１と第３抵抗４２との間の中間点は出力端子Ｔ４を構成している。そして、出力端子Ｔ３、出力端子Ｔ４は、補正回路５３に接続されており、ブリッジ回路Ｂ１の電圧ＶＯＵＴ（出力）が、補正回路５３に出力されるようになっている。
【００４９】
すなわち、第１抵抗３２の抵抗値Ｒ３２、第２抵抗４１の抵抗値Ｒ４１及び第３抵抗４２の抵抗値Ｒ４２は固定値であることに対して、検出素子３１の抵抗値Ｒ３１が、（１）検出室１３ａの温度と、（２）水素の燃焼熱とに基づいて変化し、出力端子Ｔ３、Ｔ４の電位差（ＶＯＵＴ）が、ブリッジ回路Ｂ１の出力として、補正回路５３に出力される。
【００５０】
このように、検出室１３ａの温度と水素の燃焼熱とに基づいて変化するブリッジ回路Ｂ１の出力（ＶＯＵＴ）が、補正回路５３に入力されることになるが、後記するように、補正回路５３が、検出室１３ａの温度が大きくなるにつれて小さくなる補正係数αを、ブリッジ回路Ｂ１の出力（ＶＯＵＴ）に乗算することにより、（１）検出室１３ａの温度に基づくブリッジ回路Ｂ１の出力が相殺、つまり、減じられ、水素の燃焼熱（水素濃度）に基づくブリッジ回路Ｂ１の出力に補正（変換）されるようになっている。
【００５１】
なお、例えば、検出室１３ａの温度が常温（２５℃）であり、水素濃度が０である場合、ブリッジ回路Ｂ１の出力が０となるように、検出素子３１の抵抗値Ｒ３１、第１抵抗３２の抵抗値Ｒ３２、第２抵抗４１の抵抗値Ｒ４１及び第３抵抗４２の抵抗値Ｒ４２は、設定されている。また、検出室１３ａの温度が常温（２５℃）である場合、補正係数αは１であり、検出室１３ａの温度が高くなるにつれて、小さくなる関係となっている（図６参照）。
【００５２】
＜マイコン、ヒータ駆動回路＞
水素センサ１は、マイコン５１（演算処理装置、制御手段）と、ヒータ駆動回路５２（制御手段）と、を備えている。
【００５３】
マイコン５１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機能を発揮する。
また、マイコン５１は、電流電圧検出器２２から入力されたヒータ２１の電流値及び電圧値に基づいて、ヒータ２１の抵抗値を算出する機能を備えている。そして、マイコン５１は、ヒータ２１の抵抗値と、図３のマップとに基づいて、ヒータ２１の現在の温度を推定（算出）する機能を備えている。また、マイコン５１は、ヒータ２１の抵抗値を、後記する補正回路５３に出力する機能を備えている。
【００５４】
さらに、マイコン５１は、ヒータ２１の現在の温度と、ヒータ２１の目標温度とに基づいて、ヒータ駆動回路５２を制御（ＰＷＭ制御、ＯＮ／ＯＦＦ制御等）する機能を備えている。ヒータ２１の目標温度は、検出室１３ａでオフガスの水蒸気が結露しない結露防止温度以上に設定される。
【００５５】
ヒータ駆動回路５２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を備えて構成され、外部電源６１（１２Ｖバッテリ等）と接続されている。そして、ヒータ駆動回路５２は、マイコン５１の指令に従って、外部電源６１からの電力を、その電流値を可変しつつ、ヒータ２１に供給する機能を備えている。
【００５６】
＜補正回路、基準電圧発生回路＞
水素センサ１は、補正回路５３（制御手段）と、基準電圧発生回路５４と、を備えている。補正回路５３、基準電圧発生回路５４は、各種電子部品によって構成されている。
【００５７】
補正回路５３は、マイコン５１から入力されるヒータ２１の抵抗値と、図５のマップとに基づいて、検出室１３ａの温度を推定（算出）する機能を備えている。図５のマップは、事前試験等によって求められ、補正回路５３に予め記憶されている。図５に示すように、ヒータ２１の抵抗値が大きくなるにつれて、検出室１３ａの温度が高くなる関係となっている。
【００５８】
また、補正回路５３は、前記検出室１３ａの温度と、図６のマップとに基づいて、ブリッジ回路Ｂ１の出力（水素センサ１の出力）を補正するための補正係数αを算出する機能を備えている。図６のマップは、事前試験等によって求められ、補正回路５３に予め記憶されている。図６に示すように、検出室１３ａの温度が高くなるにつれて、補正係数αが小さくなる関係となっている。
【００５９】
また、補正回路５３は、温度センサ１１３（図１参照）を介して検出されるカソードオフガスの温度と、図７のマップとに基づいて、ブリッジ回路Ｂ１の出力（水素センサ１の出力）を補正するための補正係数βを算出する機能を備えている。図７のマップは、事前試験等によって求められ、補正回路５３に予め記憶されている。図７に示すように、カソードオフガスの温度が高くなるにつれて、補正係数βが小さくなる関係となっている。
【００６０】
そして、補正回路５３は、ブリッジ回路Ｂ１の出力（ＶＯＵＴ）と、補正係数αと、補正係数βとを乗算し、ブリッジ回路Ｂ１の出力を補正し、補正後の出力をＥＣＵ１３０に出力する機能を備えている。
【００６１】
基準電圧発生回路５４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を備えて構成され、外部電源６２（例えば１２Ｖバッテリ）と接続されている。そして、基準電圧発生回路５４は、ブリッジ回路Ｂ１に所定電圧を印加するようになっている。
【００６２】
≪水素センサの動作≫
次に、水素センサ１の動作について、図８〜図９を参照して説明する。
【００６３】
＜ヒータ制御処理＞
図８を参照して、ヒータ２１の制御処理を説明する。なお、燃料電池システム１００（燃料電池車）のＩＧ１３１（起動スイッチ）がＯＮされると、図８の一連の処理が開始する。また、ＩＧ１３１のＯＮに連動して、基準電圧発生回路５４は、ブリッジ回路Ｂ１に基準電圧を印加する。
【００６４】
ステップＳ１０１において、マイコン５１は、初期ヒータ電流通電指令をヒータ駆動回路５２に出力する。そうすると、ヒータ駆動回路５２は、外部電源６１の電力を、初期ヒータ電流値としたうえでヒータ２１に供給し、ヒータ２１への通電を開始する。
【００６５】
ステップＳ１０２において、マイコン５１は、電流電圧検出器２２を介して検出されるヒータ２１についての電流値及び電圧値に基づいて、ヒータ２１の抵抗値を算出する。
【００６６】
ステップＳ１０３において、マイコン５１は、ステップＳ１０２で算出したヒータ２１の抵抗値と、図３のマップとに基づいて、ヒータ２１の温度を算出する。
【００６７】
ステップＳ１０４において、マイコン５１は、ステップＳ１０３で算出したヒータ温度が前記した目標温度よりも高いか否か判定する。
ヒータ温度は目標温度よりも高いと判定した場合（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、マイコン５１の処理はステップＳ１０６に進む。一方、ヒータ温度は目標温度よりも高くないと判定した場合（Ｓ１０４・Ｎｏ）、マイコン５１の処理はステップＳ１０５に進む。
【００６８】
ステップＳ１０５において、マイコン５１は、ステップＳ１０３で算出したヒータ温度が前記した目標温度よりも低いか否か判定する。
ヒータ温度は目標温度よりも低いと判定した場合（Ｓ１０５・Ｙｅｓ）、マイコン５１の処理はステップＳ１０７に進む。
一方、ヒータ温度は目標温度よりも低くないと判定した場合（Ｓ１０５・Ｎｏ）、マイコン５１の処理は、ステップＳ１０２に進む。なお、このようにステップＳ１０２に進む場合、ヒータ温度は目標温度と等しく、ヒータ２１を通流する電流値は維持されることになる。
【００６９】
ステップＳ１０６において、マイコン５１は、ヒータ電流値を所定幅にて小さくする指令をヒータ駆動回路５２に出力する。なお、ヒータ電流値を０、つまり、ヒータ２１への通電をＯＦＦする指令としてもよい。また、前記所定幅は、事前試験等により適宜に設定されている。
そして、ヒータ駆動回路５２は、マイコン５１からの指令に従って、ヒータ２１への電流値を小さくする。そうすると、ヒータ２１の発熱量が下がり、ヒータ２１の温度も低下し始めることになる。このように制御をすることでヒータ２１の温度が目標温度より上がりすぎることを防ぎ、目標温度に制御する事ができる。
その後、マイコン５１の処理はステップＳ１０２に進む。
【００７０】
ステップＳ１０７において、マイコン５１は、ヒータ電流値を所定幅にて大きくする指令をヒータ駆動回路５２に出力する。なお、ヒータ電流値が０である場合、初期ヒータ電流値の指令を、ヒータ駆動回路５２に出力し、ヒータ２１への通電を再開する構成としてもよい。
そして、ヒータ駆動回路５２は、マイコン５１からの指令に従って、ヒータ２１への電流値を大きくする。そうすると、ヒータ２１の発熱量が上がり、ヒータ２１の温度も上昇し始めることになる。このように制御をすることでヒータ２１の温度が目標温度より下がりすぎることを防ぎ、目標温度に制御する事ができる。
その後、マイコン５１の処理はステップＳ１０２に進む。
【００７１】
＜出力補正処理＞
次に、図９を参照して、ブリッジ回路Ｂ１の出力補正処理を説明する。
ステップＳ２０１において、補正回路５３は、マイコン５１から入力されたヒータ２１の抵抗値と、図５のマップとに基づいて、検出室１３ａの温度を算出（推定）する。
【００７２】
ステップＳ２０２において、補正回路５３は、ステップＳ２０１で算出した検出室１３ａの温度と、図６のマップとに基づいて、補正係数αを算出する。
【００７３】
ステップＳ２０３において、補正回路５３は、温度センサ１１３を介して検出されるカソードオフガス温度と、図７のマップとに基づいて、補正係数βを算出する。
【００７４】
ステップＳ２０４において、補正回路５３は、ブリッジ回路Ｂ１の出力と、ステップＳ２０２で算出した補正係数αと、ステップＳ２０３で算出した補正係数βとを乗算して、水素センサ１の出力を補正し、外部（燃料電池車のＥＣＵ等）に出力する。
【００７５】
その後、補正回路５３の処理は、リターンを通ってスタートに戻る。
【００７６】
≪水素センサの効果≫
このような水素センサ１によれば次の効果を得る。
ヒータ２１が、温度抵抗係数の大きい材料で形成され、その抵抗値とその温度とが相関関係を有するので（図３参照）、ヒータ２１の抵抗値に基づいて、ヒータ２１の温度を算出できる。これにより、ヒータ２１の温度の検出専用の温度センサを省略でき、部品点数を少なくでき、また、水素センサ１を低コストとできる。
【００７７】
ヒータ２１の目標温度を、オフガスの水蒸気が結露しない結露防止温度以上に設定するので、検出素子３１への結露水の付着を防止できる。
【００７８】
ヒータ２１の抵抗値に基づいて、検出室１３ａの温度、補正係数αを算出し、補正係数αに基づいてブリッジ回路Ｂ１の出力を補正するので、つまり、検出室１３ａの温度に基づく出力を減ずるので、水素に対して不活性であって検出室１３ａの温度に対応して抵抗値の変化する温度補償素子を省略できる。これにより、素子ハウジング１３を小型化できる。
【００７９】
カソードオフガスの温度に基づいて、補正係数βを算出し、この補正係数βに基づいてブリッジ回路Ｂ１の出力を補正するので、水素濃度の検出精度を高めることができる。
【００８０】
≪変形例≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、後記する形態の構成と適宜に組み合わせてもよいし、また、次のように変更してもよい。
【００８１】
前記した実施形態では、被検出ガスが水素である構成を例示したが、その他のガスでもよい。
前記した実施形態では、水素センサ１が接触燃焼式である構成を例示したが、その他の方式、例えば、半導体式のガスセンサであってもよい。
【００８２】
前記した実施形態では、燃料電池システム１００が燃料電池車に搭載された場合を例示したが、その他の移動体、例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された構成でもよい。また、家庭用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムに、本発明を適用してもよい。
【００８３】
≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態について、図１０〜図１３を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００８４】
≪水素センサの構成≫
図１０に示すように、ヒータ駆動回路５２（図４参照）に代えて、ヒータ駆動回路７０を備えている。そして、マイコン５１は、ヒータ駆動回路７０を制御せず、その制御処理は省略されている。
【００８５】
＜ヒータ駆動回路＞
ヒータ駆動回路７０は、図１１に示すように、ブリッジ回路Ｂ２と、アンプ９１と、トランジスタ９２（ＩＧＢＴ等）と、を備えている。
【００８６】
ブリッジ回路Ｂ２は、第１枝部８１と第２枝部８２とを備え、第１枝部８１と第２枝部８２とが外部電源に対して並列に接続されることで構成されている。第１枝部８１は、ヒータ２１と第Ａ抵抗８３とが直列に接続されることで構成され、第２枝部８２は、第Ｂ抵抗８４と第Ｃ抵抗８５とが直列に接続されることで構成されている。
【００８７】
第Ｂ抵抗８４の抵抗値Ｒ８４と第Ｃ抵抗８５の抵抗値Ｒ８５との比率は、目標温度である場合におけるヒータ２１の抵抗値Ｒ２１と第Ａ抵抗８３の抵抗値Ｒ８３との比率と等しくなるように設計されている。
なお、第Ｂ抵抗８４の抵抗値Ｒ８４及び第Ｃ抵抗８５の抵抗値Ｒ８５は、目標温度である場合におけるヒータ２１の抵抗値Ｒ２１及び第Ａ抵抗８３の抵抗値Ｒ８３よりも大きくし、第２枝部８２を電流が通流し難くすることが好ましい。
【００８８】
そして、ヒータ２１が目標温度でなく、目標抵抗値でない場合、ヒータ２１と第Ａ抵抗８３との間の出力端子Ｔ５の電圧と、第Ｂ抵抗８４と第Ｃ抵抗との間の出力端子Ｔ６の電圧との差分信号（電圧差）がアンプ９１に入力され、アンプ９１において増幅された後、トランジスタ９２に入力されるようになっている。
次いで、このように信号が入力されると、トランジスタ９２がＯＮとなり、外部電源からヒータ２１を含むブリッジ回路Ｂ２に電流が通電するようになっている。
【００８９】
すなわち、出力端子Ｔ５、Ｔ６の電圧の差分が、フィードバックし、トランジスタ９２における増幅率が可変されることで、ヒータ２１の抵抗値Ｒ２１と第Ａ抵抗８３の抵抗値Ｒ８３との比率（ヒータ２１と第Ａ抵抗８３との電圧比率）と、第Ｂ抵抗８４の抵抗値Ｒ８４と第Ｃ抵抗８５の抵抗値Ｒ８４との比率（第Ｂ抵抗８４と第Ｃ抵抗８５の電圧比率）が等しくなるまで、ブリッジ回路Ｂ２を通流する電流が可変され、ヒータ２１が目標温度になるように構成されている。
【００９０】
したがって、ヒータ２１についての電流値及び電圧値が大きくなるにつれて、つまり、ヒータ２１に供給されている電力（エネルギ）が大きくなるにつれて、ヒータ２１の現在の抵抗値、温度が小さくなる関係となっている。よって、ヒータ２１への電力が大きくなるにつれて、検出室１３ａの温度が低くなる関係となっている（図１２参照）。ゆえに、ヒータ２１への電力と、図１２のマップとに基づいて、検出室１３ａの温度を推定（算出）することが可能となる。
【００９１】
なお、図１１において、抵抗９３ａ、９３ｂ、９３ｃ、９３ｄによって構成された回路は、トランジスタ９２を動作させるベース電流を供給するための回路である。
【００９２】
≪水素センサの動作≫
次に、第２実施形態に係る水素センサ１の動作を説明する。
ここで、第２実施形態では、マイコン５１はヒータ駆動回路７０を制御しておらず、ヒータ駆動回路７０のトランジスタ９２が、ブリッジ回路Ｂ２の出力に基づいて、ヒータ２１の温度が目標温度となるように、スイッチング制御している。
【００９３】
＜出力補正処理＞
次に、水素センサ１における出力補正処理について、図１３を参照して説明する。なお、図９の出力補正処理と異なる部分を説明する。
【００９４】
ステップＳ３０１において、マイコン５１は、電流電圧検出器２２を介して検出されるヒータ２１についての電流値及び電圧値に基づいて、ヒータ２１に現在供給（投入）されている電力を算出する。そして、マイコン５１は、この電力と、図１２のマップとに基づいて、検出室１３ａの温度を算出（推定）する。
この他、電力を算出せず、電流値や電圧値に基づいて、検出室１３ａの温度を算出（推定）する構成としてもよい。
【００９５】
その後、マイコン５１の処理は、ステップＳ２０２に進む。
【００９６】
≪水素センサの効果≫
このような水素センサ１によれば、次の効果を得る。
ヒータ駆動回路７０自体が、ヒータ２１の温度が目標温度となるように制御する構成であるので、マイコン５１におけるヒータ２１の制御処理を省略できる。
【００９７】
ヒータ２１への電力に基づいてヒータ２１の抵抗値を算出し、ヒータ２１の抵抗値に基づいて検出室１３ａの温度、補正係数αを算出し、補正係数αに基づいてブリッジ回路Ｂ２の出力を補正するので、水素に対して不活性であって検出室１３ａの温度に対応して抵抗値の変化する温度補償素子を省略できる。これにより、素子ハウジング１３を小型化できる。
【符号の説明】
【００９８】
１      水素センサ（ガスセンサ）
１１    基板
１２    ケース
１３    素子ハウジング
１３ａ  検出室
２１    ヒータ
３１    検出素子
５１    マイコン（制御手段）
５２、７０  ヒータ駆動回路（制御手段）
５３    補正回路（制御手段）
８３    第Ａ抵抗
８４    第Ｂ抵抗
８５    第Ｃ抵抗
１１０  燃料電池スタック（燃料電池）
Ｂ１、Ｂ２  ブリッジ回路
【図１】
0005297497.tif 000002
【図２】
0005297497.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005297497.tif 000005
【図５】
0005297497.tif 000006
【図６】
0005297497.tif 000007
【図７】
0005297497.tif 000008
【図８】
0005297497.tif 000009
【図９】
0005297497.tif 000010
【図１０】
0005297497.tif 000011
【図１１】
0005297497.tif 000012
【図１２】
0005297497.tif 000013
【図１３】
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