(57)【要約】【課題】圧力センサが凍結して正常に検出不能状態を確実に検知することのできる凍結診断装置を提供すること。【解決手段】本発明の圧力センサ凍結診断装置は、診断対象の圧力センサ１０Ａ及び凍結診断時に比較に用いる圧力センサ１０Ｂと、両圧力センサ１０Ａ，１０Ｂの検出状態を判定する検出状態判定手段と、圧力センサ１０Ａ，１０Ｂの凍結時に両センサの検出状態に差異が生じるようにする凍結時差異付与手段１３ａ，１３ｂとを備えたことを特徴としている。本発明は、少なくとも二つの圧力センサの凍結時に両センサの検出状態に差異を生じさせる凍結時差異付与手段を備えており、検出状態判定手段によって圧力センサの検出状態を判定・比較した結果、センサ凍結時には出力に特定の差異が生じる。この差異が生じているか否かで圧力センサが凍結しているか否かを確実に判定することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
診断対象の圧力センサ及び凍結診断時に比較に用いる圧力センサと、
前記両圧力センサの検出状態を判定する検出状態判定手段と、
前記圧力センサの凍結時に前記両センサの検出状態に差異が生じるようにする凍結時差異付与手段とを備えたことを特徴とする圧力センサ凍結診断装置。
【請求項２】
凍結時差異付与手段が、前記圧力センサ毎に受圧部の表面処理を異ならせたものであることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ凍結診断装置。
【請求項３】
一方の前記圧力センサの受圧部に撥水処理又は親水処理を施し、他方の前記圧力センサの受圧部に表面処理を施さないことで前記凍結時差異付与手段としたことを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ凍結診断装置。
【請求項４】
一方の前記圧力センサの受圧部に撥水処理を施し、他方の前記圧力センサの受圧部に親水処理を施すことで前記凍結時差異付与手段としたことを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ凍結診断装置。
【請求項５】
一方の前記圧力センサの受圧部中央近傍と他方の前記圧力センサの受圧部外周部及び受圧部に続くポート内面とに、撥水処理又は親水処理を施すことで前記凍結時差異付与手段としたことを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ凍結診断装置。
【請求項６】
凍結時差異付与手段が、前記圧力センサ毎に受圧部に続くポート内径を異ならせたものであることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ凍結診断装置。
【請求項７】
一方の前記圧力センサのポート内径を１０ｍｍ以上とし、他方の前記圧力センサのポート内径を５ｍｍ以下とすることで前記凍結時差異付与手段としたことを特徴とする請求項６に記載の圧力センサ凍結診断装置。
【請求項８】
前記圧力センサ毎に受圧部の表面処理も異ならせたことを特徴とする請求項６又は７に記載の圧力センサ凍結診断装置。
【請求項９】
凍結時差異付与手段が、前記圧力センサ毎にセンサ取付孔への取付形態を異ならせたものであることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ凍結診断装置。
【請求項１０】
一方の前記圧力センサのポートを水平より下方に向け、他方の前記圧力センサのポートを水平よりも上方に向けて各センサ取付孔に取り付けることで前記凍結時差異付与手段としたことを特徴とする請求項９に記載の圧力センサ凍結診断装置。
【請求項１１】
一方の前記圧力センサのセンサ取付孔の放熱性と、他方の前記圧力センサのセンサ取付孔の放熱性とに差を持たせることで前記凍結時差異付与手段としたことを特徴とする請求項９に記載の圧力センサ凍結診断装置。
【請求項１２】
一方の前記圧力センサのセンサ取付孔への取付角度と他方の前記圧力センサのセンサ取付孔への取付角度との角度差が１０°以上となるように各センサ取付孔に取り付け、かつ一方の前記圧力センサの受圧部に撥水処理又は親水処理を施し、他方の前記圧力センサの受圧部に表面処理を施さないことで前記凍結時差異付与手段としたことを特徴とする請求項９に記載の圧力センサ凍結診断装置。
【請求項１３】
前記検出状態判定手段は、双方の前記圧力センサで検出された圧力を比較し、その比較結果に基づいて前記圧力センサの凍結を診断することを特徴とする請求項１２に記載の圧力センサ凍結診断装置。
【請求項１４】
凍結診断時に比較に用いる前記圧力センサは、大気圧を検出する大気圧センサで構成され、
前記検出状態判定手段は、前記大気圧センサで検出された大気圧と診断対象の前記圧力センサで検出された圧力とを比較し、その比較結果に基づいて診断対象の前記圧力センサの凍結を診断することを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ凍結診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサの受圧面の凍結を検出・診断する圧力センサ凍結診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧力センサの凍結判断装置(例えば、下記［特許文献１］参照)では、以下のように凍結診断を行っていた。圧力センサの受圧部を大気圧側に連通させた状態と排気還流通路側に連通させた状態とに切換える切換弁と、この切換弁の切換操作に伴って変化する圧力センサの検出値に基づいてこの圧力センサの検出状態が正常であるか否かを判定する検出状態判定手段と、この検出状態判定手段によって圧力センサの検出状態が正常でないことが確認された場合に、圧力センサが凍結している可能性があるか否かを判定する（凍結している可能性がないことが確認された場合には圧力センサ系が故障していると判別する）。
【特許文献１】特開平１０−１８９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した従来の装置では、切替弁を用いてセンサ出力異常を判定し、センサ出力異常時には、そのときの温度情報から凍結によるものか、故障かを判断している。しかし、これは、切替弁が凍結してしまった場合などは切替弁が正常に機能しないため、正常な凍結判断を行えない恐れがある。従って、本発明の目的は、圧力センサが凍結して正常に検出不能状態を確実に検知することのできる凍結診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の圧力センサ凍結診断装置は、診断対象の圧力センサ及び凍結診断時に比較に用いる圧力センサと、両圧力センサの検出状態を判定する検出状態判定手段と、圧力センサの凍結時に両センサの検出状態に差異が生じるようにする凍結時差異付与手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の圧力センサ凍結診断装置は、二つの圧力センサ（少なくとも二つあればよく、二つ以上あってもよい）の凍結時に両センサの検出状態に差異が生じるようにする凍結時差異付与手段を備えているので、検出状態判定手段によって二つの圧力センサの検出状態を判定・比較した結果、センサ凍結時には両センサの出力に特定の差異が生じる。このような差異が生じているか否かで圧力センサが凍結しているか否かを確実に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の圧力センサ凍結診断装置の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。いくつかの実施形態を説明するが、各実施形態では、圧力センサの凍結時に両センサの検出状態に差異が生じるようにする凍結時差異付与手段の形態が異なっている。
【０００７】
以下に説明する実施形態の圧力センサは、燃料電池車の燃料電池に供給される燃料ガスの圧力を検出する圧力センサに関するものである。一般に燃料電池車には誤検知等を防止するために２つの圧力センサが取り付けられている。これらの圧力センサは、燃料電池に供給される燃料ガスの圧力を検出し、燃料電池の耐圧上限より低い値になるように燃料ガス圧力を制御している。従来は、２つのセンサの出力値が異なる場合に圧力センサの故障と判断していた。従って、基準圧力以下であってセンサの出力値が異ならない場合は、正常として判断されることがあった。
【０００８】
なお、圧力センサの受圧部が凍結した場合、正確な圧力値を出力しなくなるが、その凍結の仕方によって誤差の出方が異なる。具体的には、圧力センサ受圧部（ダイヤフラム）の中央部のみが凍結した場合は、誤差はプラス側（圧力値が高く）に現れる。一方、受圧部の周囲（及び導圧ポート内壁）が凍結した場合は、誤差はマイナス側（圧力値が低く）に現れる。そして、これらの誤差は、凍結量が大きくなるほど大きくなる傾向がある。なお、受圧部の全域にわたって微少凍結領域が点在するような場合は、誤差はほとんど生じない。
【０００９】
このため、二つの圧力センサが凍結してプラス側誤差が同様に示された場合は、異常と判定されないが耐圧上限を超える心配はなく、燃料電池を破損する可能性は低い。しかし、二つの圧力センサが凍結してマイナス側誤差が同様に示された場合は、異常と判定されないまま耐圧上限を超えてしまうおそれがあり、この場合は燃料電池を破損させる。本発明の圧力センサ凍結診断装置を用いれば、このようなことを回避できる。以下、各実施形態について説明するが、図１に、圧力センサ１０の基本的な取付構造を示す。なお、以下の図は実施形態の構成・作用を解かり易く描写したもので、実際の寸法等を反映したものではない。
【００１０】
図１に示されるように、被測定ガスが流れている配管１に設けられたセンサ取付孔１ａに、圧力センサ１０が螺合されている。このとき、センサ取付孔１ａと圧力センサ１０との間にはシール材１２が挟み込まれており、配管１内の通路２と外部との気密性が確保されている。圧力センサ１０は、センサ筐体１１内には、受圧体（受圧部：ダイヤフラム）１３が収納されており、受圧部１３と導圧ポート２ａ側のセンサ筐体１１との間には、シール材１４が挟み込まれている。受圧体１３の受圧側背面側には、受圧体１３の検出信号を処理する処理回路１５が内蔵されており、処理回路１５には複数の端子１６が接続されている。端子１６は、図示されない外部装置（電源、センサ入力装置）と接続されている。この図１に示される状態が、圧力センサ１０の基本的な取付状態の断面図である。
【００１１】
図２に、第一実施形態に用いられる一対の圧力センサ１０Ａ（検出用），１０Ｂ（診断用）を示す。これらの一対の圧力センサ１０Ａ，１０Ｂは、配管１上の近接した位置（通路２内の圧力がほぼ同じ場所）に取付方向が同じになるように取り付けられている。主として出力値を圧力検出に用いる一方の圧力センサ１０Ａは、上述した図１の圧力センサ１０と同様であり、受圧体１３の通路２側表面１３ａは表面処理が施されていない。一方、主として凍結診断時に比較に用いる他方の圧力センサ１０Ｂは、受圧体１３の通路２側表面の全域に表面処理１３ｂ［図２（ｂ）中では点線で表示］が施されている。なお、導圧ポート２ａの断面は円形であり、受圧体（ダイヤフラム）１３も円形である。
【００１２】
表面処理１３ｂとしては、まず、撥水処理を施すことが考えられる。撥水処理を施すと水分が付着しにくくなり、他方の圧力センサ１０Ｂの受圧体１３が凍結しにくくなる。言い換えれば、受圧体１３の表面１３ａに何の表面処理も施していない圧力センサ１０Ａの受圧体１３の方が凍結しやすい。さらに、両方の圧力センサ１０Ａ，１０Ｂが凍結したとしても、その凍結度合い（凍結量）は異なるようになる。この結果、両方の圧力センサ１０Ａ，１０Ｂに出力差が生じ、凍結していることが判定できる。
【００１３】
表面処理１３ｂとしては、親水処理を施すことも考えられる。親水処理を施すと水分が付着し易くなり、他方の圧力センサ１０Ｂの受圧体１３が凍結し易くなる。言い換えれば、受圧体１３の表面１３ａに何の表面処理も施していない圧力センサ１０Ａの受圧体１３の方が凍結しにくい。この場合も、両方の圧力センサ１０Ａ，１０Ｂが凍結したとしても、その凍結度合い（凍結量）は異なるようになる。この結果、両方の圧力センサ１０Ａ，１０Ｂに出力差が生じ、凍結していることが判定できる。
【００１４】
図２には、一方の圧力センサ１０Ａには表面処理を施さず、他方の圧力センサ１０Ｂに表面処理（撥水処理又は親水処理）を施す場合を説明したが、一方の圧力センサに撥水処理を施し、他方の圧力センサに親水処理を施してもよい。この場合、撥水処理を施した方は受圧体１３が凍結しにくくなり、親水処理を施した方は受圧体１３が凍結し易くなる。この場合も、両方の圧力センサが凍結したとしても、その凍結度合い（凍結量）は異なるようになる。この結果、両方の圧力センサに出力差が生じ、凍結していることが判定できる。このように、圧力センサ１０Ａ，１０Ｂの表面処理を異ならせる（表面処理：なし・撥水処理・親水処理）ことで受圧体１３が凍結しやすくなったり凍結しにくくなり、圧力センサ１０Ａ，１０Ｂの検出結果の差異から凍結判断を確実に行える。
【００１５】
ここでは、燃料電池の燃料ガスの圧力を検出しているが、運転停止後に周囲の気温が零下になった場合などは、圧力センサ１０Ａ，１０Ｂの内部に付着した水はいずれ凍結することになる。このときに、上述したような凍結時における圧力センサ１０Ａ，１０Ｂの検出圧力差が所定値（５〜１０ｋＰａ程度）以上となった場合、圧力センサ１０Ａ，１０Ｂが凍結状態にあると判定し、燃料電池の制御装置に告知し、燃料電池を起動させないようにする。これにより、凍結による圧力センサ１０Ａ，１０Ｂ検出異常状態での燃料電池車の起動を防止でき、燃料電池車の故障を未然に防止できる。
【００１６】
上述した実施形態は、受圧体１３の表面全体に表面処理を施す（表面処理なしも含む）場合についてであったが、以下に説明する第二実施形態は、受圧体１３の表面の一部に表面処理を施すことによって、凍結を検出しようとするものである。図３に、第二施形態に用いられる一対の圧力センサ１０Ｃ（検出用），１０Ｄ（診断用）を示す。これらの一対の圧力センサ１０Ｃ，１０Ｄは、配管１上の近接した位置（通路２内の圧力がほぼ同じ場所）に取付方向が同じになるように取り付けられている。主として出力値を圧力検出に用いる一方の圧力センサ１０Ｃは、、受圧体１３の周囲（環状）と導圧ポート２ａ内壁に表面処理１３ｃ［図３（ａ）中では点線で表示］が施されている。一方、主として凍結診断時に比較に用いる他方の圧力センサ１０Ｄは、受圧体１３の通路２側表面の中央の一部領域（円形状）のみに表面処理１３ｄ［図３（ｂ）中では点線で表示］が施されている。
【００１７】
表面処理１３ｃ，１３ｄとしては、まず、撥水処理を施すことが考えられる。一方の圧力センサ１０Ｃに関しては、受圧体１３の周囲（環状）と導圧ポート２ａ内壁に撥水処理を施すことによって、受圧体１３の中央の一部領域（円形状）が凍結しやすくなる。即ち、凍結時には、上述したように、一方の圧力センサ１０Ｃの出力はプラス側に誤差を持つ傾向となる。また、他方の圧力センサ１０Ｄに関しては、受圧体１３の中央の一部領域（円形状）に撥水処理を施すことによって、受圧体１３の周囲（環状）と導圧ポート２ａ内壁が凍結しやすくなる。即ち、凍結時には、上述したように、他方の圧力センサ１０Ｄの出力はマイナス側に誤差を持つ傾向となる。この結果、凍結時に一対の圧力センサ１０Ｃ，１０Ｄの出力を比較すると差異が大きく現れるようになり、凍結検出をより確実に行うことができるようになる。
【００１８】
表面処理１３ｃ，１３ｄとしては、親水処理を施すことも考えられる。一方の圧力センサ１０Ｃに関しては、受圧体１３の周囲（環状）と導圧ポート２ａ内壁に親水処理を施すことによって、受圧体１３の周囲（環状）と導圧ポート２ａ内壁が凍結しやすくなる。即ち、凍結時には、上述したように、一方の圧力センサ１０Ｃの出力はマイナス側に誤差を持つ傾向となる。また、他方の圧力センサ１０Ｄに関しては、受圧体１３の中央の一部領域（円形状）に親水処理を施すことによって、受圧体１３の中央の一部領域（円形状）が凍結しやすくなる。即ち、凍結時には、上述したように、他方の圧力センサ１０Ｄの出力はプラス側に誤差を持つ傾向となる。この場合も、凍結時に一対の圧力センサ１０Ｃ，１０Ｄの出力を比較すると差異が大きく現れるようになり、凍結検出をより確実に行うことができるようになる。
【００１９】
上述した二つの実施形態は、受圧体１３の表面等に表面処理を施す（表面処理なしも含む）場合についてであったが、以下に説明する第三実施形態は、導圧ポートの内径を異ならせることによって、凍結を検出しようとするものである。図４に、第三実施形態に用いられる一対の圧力センサ１０Ｅ（検出用），１０Ｆ（診断用）を示す。これらの一対の圧力センサ１０Ｅ，１０Ｆは、配管１上の近接した位置（通路２内の圧力がほぼ同じ場所）に取付方向が同じになるように取り付けられている。主として出力値を圧力検出に用いる一方の圧力センサ１０Ｅは、上述した図１の圧力センサ１０と同様である（受圧体１３表面には表面処理が施されていない）。一方、主として凍結診断時に比較に用いる他方の圧力センサ１０Ｆは、導圧ポート２ｂの内径が、一方の圧力センサ１０Ｅの導圧ポート２ａの内径よりも小さくされている。具体的には、一方の圧力センサ１０Ｅの導圧ポート２ａの内径は１０ｍｍ以上とされ、他方の圧力センサ１０Ｆの導圧ポート２ｂの内径は５ｍｍ以下とされている。
【００２０】
小さいポート径では、導圧ポート２ｂの奥に狭いギャップ２ｃが形成され、僅かな結露環境下でも結露水はギャップ２ｃから抜けにくくなる。この結果、僅かな凍結量でも一方の圧力センサ１０Ｅと他方の圧力センサ１０Ｆとの間に出力変化が大きく現れる。このため、凍結時の一対の１０Ｅ，１０Ｆの出力差は大きくなり、凍結検出を確実に行える。なお、このとき、大きい方のポート径は１０ｍｍ以上とし、小さい方のポート径は５ｍｍ以下とすると、好適に凍結検出を行えることが実験的に確認された。さらに、図４では受圧体１３の表面に表面処理を行わなかったが、図２に示す第一実施形態で説明したような表面処理を施すことを併用して、より確実に凍結検出を行えるようにしてもよい。特に、表面処理として撥水処理を行うと一方の圧力センサ１０Ｅと他方の圧力センサ１０Ｆとの間に出力変化を大きくでき効果的である。
【００２１】
さらに、以下に説明する第四実施形態では、一対の圧力センサの取付状態（取付方向）を異ならせることによって、凍結を検出しようとするものである。図５に、第四実施形態に用いられる一対の圧力センサ１０Ｇ（検出用），１０Ｈ（診断用）を示す。これらの一対の圧力センサ１０Ｇ，１０Ｈは、配管１上のある位置に上下に対向して取り付けられている。主として出力値を圧力検出に用いる一方の圧力センサ１０Ｇは、上述した図１の圧力センサ１０と同様である（このため、一部符号の付与を省略する）。一方、主として凍結診断時に比較に用いる他方の圧力センサ１０Ｆも、上述した図１の圧力センサ１０と同様である（このため、一部符号の付与を省略する）。一方の圧力センサ１０Ｇは、その導圧ポート２ａを水平より下方に向け、他方の圧力センサ１０Ｆは、その導圧ポート２ａを水平よりも上方に向けて、互いに対向するようにそれぞれのセンサ取付孔１ａに取り付けられている。
【００２２】
導圧ポート２ａ内に進入した液水や導圧ポート２ａ内で生成した結露水は、重力によって下方に滴下しやすい。このため、導圧ポート２ａの上方に受圧体１３が位置する一方の圧力センサ１０Ｇよりも、導圧ポート２ａの下方に受圧体１３が位置する他方の圧力センサ１０Ｈの方が水分が付着して凍結が生じやすい。このため、一対の圧力センサ１０Ｇ，１０Ｈでは、凍結量に差が生じることでセンサ出力に差異が生じやすく、これによって凍結を確実に検出することが可能となる。上述したように、センサ出力に含まれる凍結による誤差は、その絶対値が凍結量が多いほど大きくなる傾向がある。ここでは、この特性を利用している。
【００２３】
図６に第五実施形態を示す。第五実施形態は、上述した第四実施形態の変形例とも言える。この第五実施形態では、下方に位置する他方の圧力センサ１０Ｆのセンサ取付孔１ｂが複数の放熱フィンを有している。このため、上方のセンサ取付孔１ａよりも下方のセンサ取付孔１ｂの方が放熱性がよい。このため、下方に位置する他方の圧力センサ１０Ｆの方がより結露し易く、即ち、凍結しやすくなる。この結果、一対の圧力センサ１０Ｇ，１０Ｈでは、凍結量により一層差が生じることでセンサ出力に差異が生じやすくなり、これによって凍結をさらに確実に検出することが可能となる。
【００２４】
なお、第四実施形態や第五実施形態のように、圧力センサの設置方向（上下方向）の差による凍結検知に加えて、上述した第一実施形態や第二実施形態のような受圧体１３の表面処理の差を用いた凍結検知を併用することも可能である。また、上述した第五実施形態では、上下に対向配置した圧力センサ１０Ｇ，１０Ｈの一方（下方）のセンサ取付孔１ｂに放熱フィンを設けることで、凍結時における圧力センサ１０Ｇ，１０Ｈ間の出力差を生じさせたが、放熱フィンを用いて凍結検知を行おうとする場合、同方向に配置した一対の圧力センサの一方にのみ放熱フィンを設けることだけでも、出力差から凍結を検出することができる。また、放熱フィンを用いて凍結検知を行おうとする場合、一対の圧力センサは同方向でなくてもよく、凍結検出のためにその配置は限定されない。
【００２５】
図７ならびに図８に第六実施形態を示す。この第六実施形態は、配管１の長さ方向に対して近接して配置される一対の圧力センサの取り付け角度を異ならせることによって、凍結を検出しようとするものである。すなわち、第六実施形態の特徴とするところは、圧力検出用の一方の圧力センサ１０Ｉと凍結診断用の他方の圧力センサ１０Ｊとの配管１に対する取り付け角の角度差を１０°以上として任意の角度に取り付け、かつ圧力検出用の圧力センサ１０Ｉの受圧体１３の通路２側の表面１３ａには表面処理を施さず、一方凍結診断用の圧力センサ１０Ｊの受圧体１３の通路２側の表面１３ａには、先の第一または第二実施形態で説明した撥水処理または親水処理の表面処理を施したことにある。
【００２６】
図７に示す実施形態では、同図（ｂ）に示すように配管１の中心線（Ｘ線）に対して双方の圧力センサ１０Ｉ、１０Ｊを上方に取り付け、一方の圧力センサ１０Ｉの取り付け角を＋θ１（＋は上方を示す）とし、他方の圧力センサ１０Ｊの取り付け角を＋θ２とし、│θ１−θ２│＞１０°（０°≦θ１，θ２≦１８０°）としている。
【００２７】
一方、図８に示す実施形態では、同図（ｂ）に示すように中心線（Ｘ線）に対して双方の圧力センサ１０Ｉ、１０Ｊを下方に取り付け、一方の圧力センサ１０Ｉの取り付け角を−θ１（−は下方を示す）とし、他方の圧力センサ１０Ｊの取り付け角を−θ２とし、
│θ１−θ２│＞１０°（０°≦θ１，θ２≦１８０°）としている。
【００２８】
なお、取り付け角の角度差が１０°以上であれば、一方の圧力センサを中心線の上方側に取り付け、他方の圧力センサを下方側に取り付けるようにしてもよい。
【００２９】
このように取り付けれた一対の圧力センサ１０Ｉ、１０Ｊで得られた圧力検出信号は、燃料電池車両に搭載された燃料電池システムに備えられた制御装置の制御の下に処理されて圧力センサが凍結しているか否かが判定される。
【００３０】
ここで、凍結判定の処理手順を説明する前に、図９に示す燃料電池システムの構成を簡単に説明する。図９において、燃料電池システムの燃料電池スタック９０は、複数のセルが積層されて構成され、アノード極に燃料ガスの例えば水素が、カソード極に酸化剤ガスの空気（酸素）が供給され、以下に示す電極反応が進行され、電力が発電される。
アノード（水素）極反応：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
カソード（酸素）極反応：２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ
【００３１】
アノード極への水素供給は水素タンク９１から水素供給弁９２を介してなされる。燃料電池スタック９０に供給される水素の圧力は、燃料電池スタック９０の水素入口側に設けられた圧力センサ９３ａ，９３ｂで検出される。この一対の圧力センサ９３ａ，９３ｂが先に説明した圧力センサ１０Ｉ、１０Ｊに対応し、図７もしくは図８に示すように水素供給配管に取り付けされている。アノード極の水素圧力は、圧力センサ９３ａ，９３ｂで検出された水素圧力を制御装置９４に読み込み、読み込まれた圧力に基づいて制御装置９４により水素供給弁９２を駆動制御することによって制御される。水素圧力を一定に制御することによって、燃料電池スタック９０が消費した分だけの水素が水素タンク９１から供給されて補われる。
【００３２】
カソード極への空気は、コンプレッサ９５により圧縮されて加湿された後供給される。カソード極の空気圧は空気調圧弁９６の弁開度に基づいて制御される。燃料電池スタック９０に供給される空気の圧力は、燃料電池スタック９０の空気入口側に設けられた圧力センサ９７ａ，９７ｂで検出される。この一対の圧力センサ９７ａ、９７ｂが先に説明した圧力センサ１０Ｉ、１０Ｊに対応し、図７もしくは図８に示すように空気供給配管に取り付けられている。カソード極の空気圧は、圧力センサ９７ａ，９７ｂで検出された空気圧力を制御装置９４に読み込み、読み込まれた圧力に基づいて制御装置９４で空気調圧弁９６を駆動制御することによって制御される。
【００３３】
パワーマネージャー９８は、燃料電池スタック９０の発電で得られた出力（電流あるいは電力）を、燃料電池スタック９０から取り出し制御する。パワーマネージャー９８は、燃料電池スタック９０から取り出した出力を、負荷となる例えば車両を駆動するモータ（図示しない）に供給する。
【００３４】
制御装置９４は、本システムの運転を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵ、記憶装置、入出力装置等の資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現される。制御装置９４は、上記圧力センサ９３ａ，９３ｂ，９７ａ，９７ｂ、大気圧センサ９９ならびにこれらのセンサで得られない他の圧力、温度、濃度、電圧、電流等本システムの運転に必要な情報を収集するセンサ（図示せず）からの信号を読み込み、読み込んだ各種信号ならびに予め内部に保有する制御ロジック（プログラム）に基づいて、水素供給弁９２、空気調圧弁９６等のアクチュエータを含む本システムの制御を要する構成要素に指令を送り、以下に説明する凍結診断の動作を含む本システムの運転／停止に必要なすべての動作を統括管理して制御する。
【００３５】
このような構成の燃料電池システムに備えられた上記制御装置９４の制御の下に、図１０のフローチャートに示す手順にしたがって、凍結診断が実行される。
【００３６】
図１０において、先ずアノード系の圧力センサ９３ａ，９３ｂならびにカソード系の圧力センサ９７ａ，９７ｂで検出された圧力指示値を制御装置９４に読み込む（ステップＳ１０１）。
【００３７】
その後、アノード系の圧力センサ９３ａの圧力指示値Ｐ１（Ａ）と圧力センサ９３ｂの圧力指示値Ｐ２（Ａ）との差の絶対値（│Ｐ１（Ａ）−Ｐ２（Ａ）│）を算出する。算出後、この圧力差の絶対値（│Ｐ１（Ａ）−Ｐ２（Ａ）│）と判定しきい値Ｐｄとを比較し、圧力差の絶対値が判定しきい値以上（│Ｐ１（Ａ）−Ｐ２（Ａ）│≧Ｐｄ）であるか否かを判別する。同様に、カソード系の圧力センサ９７ａの圧力指示値Ｐ１（Ｃ）と圧力センサ９７ｂの圧力指示値Ｐ２（Ｃ）との差の絶対値（│Ｐ１（Ｃ）−Ｐ２（Ｃ）│）を算出する。算出後、この圧力差の絶対値（│Ｐ１（Ｃ）−Ｐ２（Ｃ）│）と判定しきい値Ｐｄとを比較し、圧力差の絶対値が判定しきい値以上（│Ｐ１（Ｃ）−Ｐ２（Ｃ）│≧Ｐｄ）であるか否かを判別する（ステップＳ１０２）。
【００３８】
ここで、判定しきい値Ｐｄは、予め実験やシミュレーション等の机上検討により設定される値であり、例えば５〜１０ｋＰａ程度に設定される。
【００３９】
判別の結果、│Ｐ１（Ａ）−Ｐ２（Ａ）│≧Ｐｄでない場合は、アノード系の双方の圧力センサ９３ａ，９３ｂは凍結していないものと判定する。また、│Ｐ１（Ｃ）−Ｐ２（Ｃ）│≧Ｐｄでない場合は、カソード系の双方の圧力センサ９７ａ，９７ｂは凍結していないものと判定する。その後、予め設定された通常制御の手順にしたがって燃料電池システムを起動する（ステップＳ１０３）。
【００４０】
一方、│Ｐ１（Ａ）−Ｐ２（Ａ）│≧Ｐｄである場合には、アノード系の一方もしくは双方の圧力センサ９３ａ，９３ｂは凍結しているものと判定する。また、
│Ｐ１（Ｃ）−Ｐ２（Ｃ）│≧Ｐｄである場合には、カソード系の一方もしくは双方の圧力センサ９７ａ，９７ｂは凍結しているものと判定する。このように、少なくとも一方の系の圧力センサが凍結しているものと判定された場合には、燃料電池システムを起動しない（ステップＳ１０４）。
【００４１】
このような第六実施形態においては、先の第一、第二ならびに第四実施形態と同様の効果が得られることに加えて、先の第四実施形態に比べて優位な点として、圧力センサの取り付け位置の制約が格段に少なくなり、レイアウトの自由度が高められ、構成の小型化に寄与することができる。また、圧力センサを交換する際の作業性を考慮して取り付け位置を決めることが可能となるので、圧力センサの交換作業が格段に容易になる。
【００４２】
なお、第七実施形態として、上記第六実施形態に示す診断用の圧力センサ９３ｂ，９７ｂに代えて、燃料電池システムの周囲の大気圧を検出する大気圧センサ９９を設け、この大気圧センサ９９で検出された大気圧と圧力検出用（診断対象）の圧力センサ９３ａ，９７ａで検出された圧力との比較結果に基づいて、凍結診断を行うようにしてもよい。
【００４３】
この場合の診断手順は、図１１のフローチャートに示すように、先ずアノード系の圧力センサ９３ａならびにカソード系の圧力センサ９７ａで検出された圧力指示値を制御装置９４に読み込み、さらに大気圧センサ９９で検出された圧力指示値を制御装置９４に読み込む（ステップＳ１１１）。
【００４４】
その後、大気圧センサ９９の圧力指示値Ｐａとアノード系の圧力センサ９３ａの圧力指示値Ｐ１（Ａ）との差の絶対値（│Ｐａ−Ｐ１（Ａ）│）を算出する。算出後、この圧力差の絶対値（│Ｐａ−Ｐ１（Ａ）│）と判定しきい値Ｐｄとを比較し、圧力差の絶対値が判定しきい値以上（│Ｐａ−Ｐ１（Ａ）│≧Ｐｄ）であるか否かを判別する。同様に、大気圧センサ９９の圧力指示値Ｐａとカソード系の圧力センサ９７ａの圧力指示値Ｐ１（Ｃ）との差の絶対値（│Ｐａ−Ｐ１（Ｃ）│）を算出する。算出後、この圧力差の絶対値（│Ｐａ−Ｐ１（Ｃ）│）と判定しきい値Ｐｄとを比較し、圧力差の絶対値が判定しきい値以上（│Ｐａ−Ｐ１（Ｃ）│≧Ｐｄ）であるか否かを判別する（ステップＳ１１２）。
【００４５】
ここで、判定しきい値Ｐｄは、予め実験やシミュレーション等の机上検討により設定される値であり、例えば５〜１０ｋＰａ程度に設定される。
【００４６】
判別の結果、│Ｐａ−Ｐ１（Ａ）│≧Ｐｄでない場合は、アノード系の圧力センサ９３ａは凍結していないものと判定する。また、│Ｐａ−Ｐ１（Ｃ）│≧Ｐｄでない場合は、カソード系の圧力センサ９７ａは凍結していないものと判定する。その後、予め設定された通常制御の手順にしたがって燃料電池システムを起動する（ステップＳ１１３）。
【００４７】
一方、│Ｐａ−Ｐ１（Ａ）│≧Ｐｄである場合には、アノード系の圧力センサ９３ａは凍結しているものと判定する。また、│Ｐａ−Ｐ１（Ｃ）│≧Ｐｄである場合には、カソード系の圧力センサ９７ａは凍結しているものと判定する。このように、少なくとも一方の系の圧力センサが凍結しているものと判定された場合には、燃料電池システムを起動しない（ステップＳ１１４）。
【００４８】
このように、大気圧と診断対象の圧力センサで検出された圧力との比較結果に基づいて圧力センサの凍結を診断することで、配管１に取り付けられる診断用の圧力センサに比べて凍結の可能性が低い大気圧センサで検出された大気圧を診断用として用いることができる。これにより、診断対象の圧力センサが凍結した際に比較される圧力に圧力差が生じやすくなり、凍結診断の精度を高めることができる。
【００４９】
本発明の圧力センサ凍結診断装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態の圧力センサ凍結診断装置は、燃料電池に供給する燃料ガスの圧力を検出する圧力センサの凍結を診断するものであったが、燃料電池の燃料ガスの圧力を検出する圧力センサに関する凍結診断に限られるものではない。圧力センサの凍結診断を行うものであれば、燃料電池の燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ以外の圧力センサに関しても適用が可能である。
【００５０】
なお、上記実施形態では、一対の圧力センサの一方を燃料電池車の運転制御に用い、他方を検出状態診断に用いている。しかし、凍結による圧力影響が大きく出る方を診断用とする方が望ましい。それは、凍結時に大きな出力変化を伴う方がより確実に異常検知（凍結診断）を行えるからである。同時に、燃料電池制御に用いる圧力センサを凍結影響を受けにくい方とすることで、より真値に近い圧力値によって運転制御を行うことにもなる。
【００５１】
上述したように、凍結時差異付与手段が、圧力センサ毎に受圧部の表面処理を異ならせたものであると、表面処理の差による凍結状態の差異に基づく出力値変化から凍結検知を確実に行うことができる。
【００５２】
ここで、一方の圧力センサの受圧部に撥水処理又は親水処理を施し、他方の圧力センサの受圧部に表面処理を施さないことで凍結時差異付与手段とすることで、表面処理の差による凍結状態の差異を明確にし、凍結状態の差異に基づく出力値変化から凍結検知をより確実に行うことができる。
【００５３】
ここで、一方の圧力センサの受圧部に撥水処理を施し、他方の前記圧力センサの受圧部に親水処理を施すことで凍結時差異付与手段とすれば、表面処理の差による凍結状態の差異を大きくすることができ、凍結状態の差異に基づく出力値変化から凍結検知をより確実に行うことができる。
【００５４】
ここで、一方の圧力センサの受圧部中央近傍と他方の圧力センサの受圧部外周部及び受圧部に続くポート内面とに、撥水処理又は親水処理を施すことで凍結時差異付与手段とすることで、凍結部位による圧力センサ出力特性の差（プラス側の誤差となるかマイナス側の誤差となるか）を用いて、表面処理の差による凍結状態の差異を大きくすることができ、凍結状態の差異に基づく出力値変化から凍結検知をより確実に行うことができる。
【００５５】
また、凍結時差異付与手段が、圧力センサ毎に受圧部に続くポート内径を異ならせたものであると、ポート内径の差による凍結状態の差異に基づく出力値変化から凍結検知を確実に行うことができる。このとき、一方の圧力センサのポート内径を１０ｍｍ以上とし、他方の内圧圧力センサのポート内径を５ｍｍ以下とすることで凍結時差異付与手段とすることが好ましく、圧力センサ毎に受圧部の表面処理も異ならせることも好ましい。
【００５６】
また、凍結時差異付与手段が、圧力センサ毎にセンサ取付孔への取付形態を異ならせたものであると、センサ取付形態の差による凍結状態の差異に基づく出力値変化から凍結検知を確実に行うことができる。
【００５７】
ここで、一方の圧力センサのポートを水平より下方に向け、他方の内圧圧力センサのポートを水平よりも上方に向けて各センサ取付孔に取り付けることで凍結時差異付与手段とすることで、取付方向の差による凍結状態の差異に基づく出力値変化から凍結検知を確実に行うことができる。
【００５８】
ここで、一方の圧力センサのセンサ取付孔の放熱性と、他方の内圧圧力センサのセンサ取付孔の放熱性とに差を持たせることで凍結時差異付与手段とすれば、放熱性の差による結露のしやすさに基づく凍結状態の差異を大きくすることができ、凍結状態の差異に基づく出力値変化から凍結検知をより確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の圧力センサ凍結診断装置の各実施形態における基本的なセンサ取付状態を示す断面図である。
【図２】本発明の圧力センサ凍結診断装置の第一実施形態の断面図である。
【図３】本発明の圧力センサ凍結診断装置の第二実施形態の断面図である。
【図４】本発明の圧力センサ凍結診断装置の第三実施形態の断面図である。
【図５】本発明の圧力センサ凍結診断装置の第四実施形態の断面図である。
【図６】本発明の圧力センサ凍結診断装置の第五実施形態の断面図である。
【図７】本発明の圧力センサ凍結診断装置の第六実施形態の断面図である。
【図８】本発明の圧力センサ凍結診断装置の第六実施形態の断面図である。
【図９】燃料電池システムの構成を示す図である。
【図１０】第六実施形態の診断処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】第七実施形態の診断処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６０】
１…配管
１ａ，１ｂ…センサ取付孔
２…通路
２ａ，２ｂ…導圧ポート
２ｃ…ギャップ
１０，１０Ａ〜１０Ｊ，９３ａ，９３ｂ，９７ａ，９７ｂ…圧力センサ
１１…センサ筐体
１２…シール材
１３…受圧体（受圧部）
１３ａ…受圧体の表面
１３ｂ〜１３ｄ…表面処理
１４…シール材
１５…処理回路
１６…端子
９０…燃料電池スタック
９１…水素タンク
９２…水素供給弁
９４…制御装置
９５…コンプレッサ
９６…空気調圧弁
９８…パワーマネージャー
９９…大気圧センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007286031.tif 000009
【図８】
2007286031.tif 000010
【図９】
2007286031.tif 000011
【図１０】
2007286031.tif 000012
【図１１】
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