ガスセンサの制御装置
【課題】ガスセンサの異常判定の精度を向上させることができるガスセンサの制御装置を提供する。
【解決手段】同一構成の常用検知素子回路５０Ａと基準検知素子回路５０Ｂを有する検出部５０と接続され、定期的に基準検知素子回路５０Ｂを起動して常用検知素子回路５０Ａと基準検知素子回路５０Ｂの双方の出力値を比較して、常用検知素子回路５０Ａが正常に出力しているかどうかを判定する異常判定部２１ａを有するガスセンサの制御装置１００において、基準検知素子回路５０Ｂの起動時に当該基準検知素子回路５０Ｂに印加される電圧によって基準検知素子５２が所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化が、常用検知素子回路５０Ａの起動時に当該常用検知素子回路５０Ａに印加される電圧によって常用検知素子５１が所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化よりもゆるやかになるように基準検知素子回路５０Ｂに印加される電圧を制御する。
【解決手段】同一構成の常用検知素子回路５０Ａと基準検知素子回路５０Ｂを有する検出部５０と接続され、定期的に基準検知素子回路５０Ｂを起動して常用検知素子回路５０Ａと基準検知素子回路５０Ｂの双方の出力値を比較して、常用検知素子回路５０Ａが正常に出力しているかどうかを判定する異常判定部２１ａを有するガスセンサの制御装置１００において、基準検知素子回路５０Ｂの起動時に当該基準検知素子回路５０Ｂに印加される電圧によって基準検知素子５２が所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化が、常用検知素子回路５０Ａの起動時に当該常用検知素子回路５０Ａに印加される電圧によって常用検知素子５１が所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化よりもゆるやかになるように基準検知素子回路５０Ｂに印加される電圧を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサの異常手法を備えたガスセンサの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスセンサの劣化判定に関して、常用検知素子と基準検知素子とを互いに近傍に配置して、常用検知素子回路からの出力値と基準検知素子回路からの出力値との差異が所定値以内か否かによって劣化判定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２５１８６２号公報（段落００６２，００６３、図７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の劣化判定は、常用検知素子回路と基準検知素子回路の各出力を比較して、その出力差で常用検知素子の劣化を検知するものであるため、基準検知素子と常用検知素子とが同じ推移で劣化すると、劣化判定の精度が落ちるという問題があった。
【０００５】
また、ガスセンサには、センサ通電時にセンサ素子に対して通電時の熱による応力が発生する問題がある。さらに、ガスセンサが加湿環境下に設置されると、通電時においてセンサ素子が水蒸気を含んだ状態で通電され、水蒸気応力が発生するという問題もある。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題を解決するものであり、ガスセンサの異常判定の精度を向上させることができるガスセンサの制御装置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】
【０００７】
本発明は、同一構成の常用検知素子回路と基準検知素子回路を有する検出部と接続され、定期的に前記基準検知素子回路を起動して前記常用検知素子回路と前記基準検知素子回路の双方の出力値を比較して、前記常用検知素子回路が正常に出力しているかどうかを判定する判定手段を有するガスセンサの制御装置において、前記基準検知素子回路の起動時に当該基準検知素子回路に印加される電圧によって基準検知素子が所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化が、前記常用検知素子回路の起動時に当該常用検知素子回路に印加される電圧によって常用検知素子が前記所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化よりもゆるやかになるように前記基準検知素子回路に印加される電圧を制御する電圧制御手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、基準検知素子が所定の検知可能温度に到達するまでの時間を、常用検知素子が前記所定の検知可能温度に到達するまでの時間よりも遅らせることで、基準検知素子回路の起動時における通電熱の応力による劣化を低減して、常用検知素子より基準検知素子の劣化速度を遅らせることができ、常用検知素子が正常に出力しているかどうかを精度よく判定することが可能になる。
【０００９】
また、前記ガスセンサは、燃料電池のカソードオフガス流路に設置され、前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路が前記判定手段による判定を行わない待機状態である場合、前記基準検知素子の温度が、前記カソードオフガス流路から排出されるカソードオフガスの温度以上、前記所定の検知可能温度未満となるように前記基準検知素子回路に印加される電圧を制御することを特徴とする。
【００１０】
これによれば、基準検知素子回路が判定手段による判定を行わない待機状態である場合、基準検知素子の素子温度をカソードオフガスの温度以上にすることで、結露による劣化や応力（水蒸気応力）による劣化を抑制できる。その結果、基準検知素子の劣化が抑制され、常用検知素子より基準検知素子の劣化速度を遅らせることができ、常用検知素子が正常に出力しているかどうかを高精度に判定することが可能になる。
【００１１】
また、前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路の起動時に印加される電圧を、駆動電圧となるまで段階的に上昇させることを特徴とする。なお、段階的とは、所定時間経過毎に所定の電圧値を増加させる状態を意味している。この構成は、後記する実施形態における図５に対応する。
【００１２】
これによれば、電圧制御手段は、印加電圧を駆動電圧となるまで段階的に上昇させることで、簡単な回路構成で基準検知素子回路の印加電圧を上昇させることが可能になる。
【００１３】
また、前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路の起動時に印加される電圧を、駆動電圧となるまで連続的に上昇させることを特徴とする。なお、連続的とは、同一時間において電圧の急激な変化が生じないような状態を意味している。この構成は、後記する実施形態における図６に対応する。
【００１４】
これによれば、電圧制御手段は、印加電圧を駆動電圧となるまで連続的に上昇させることで、印加電圧の急変を極力抑えることができるため、基準検知素子の劣化速度をより遅くすることが可能になる。
【００１５】
また、前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路の起動時に印加される電圧を、駆動電圧と、前記基準検知素子回路を待機状態とする待機電圧とが交互に、かつ、前記駆動電圧が印加される時間間隔が所定値となるように制御することを特徴とする。なお、この構成は、後記する実施形態における図７に対応する。
【００１６】
これによれば、電圧制御手段は、駆動電圧と待機電圧の２種類の電圧値を出力するだけでよいので、その回路構成を簡素化できる。
【００１７】
また、前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路の起動時に印加される電圧を、駆動電圧と、前記基準検知素子回路を待機状態とする待機電圧とが交互に、かつ、前記駆動電圧が印加される時間間隔が徐々に拡大するように制御することを特徴とする。なお、この構成は、後記する実施形態における図８に対応する。
【００１８】
これによれば、電圧制御手段は、駆動電圧と待機電圧の２種類の電圧値を出力するだけでよいので、その回路構成を簡素化できる。
【００１９】
また、前記ガスセンサは加湿環境下に置かれるシステムに設けられ、前記電圧制御手段は、システム起動時において前記基準検知素子が前記所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化が、定常時の前記基準検知素子回路の起動時において前記基準検知素子が前記所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化よりもゆるやかになるように前記基準検出素子回路に印加される電圧を制御することを特徴とする。
【００２０】
ところで、システム起動時は結露した水分が基準検知素子内に残留していることが多いと考えられる。これによれば、システム起動時において基準検知素子が所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化が、定常時において基準検知素子が前記所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化よりもゆるやかになるように基準検知素子回路に印加される電圧を制御することで、急激な温度変化によって基準検知素子に発生する熱応力と水応力（水蒸気応力）を低減できる。その結果、定常時の基準検知素子回路を良好に起動でき、常用検知素子の正常性を迅速に判定できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、劣化判定の精度を向上させることができるガスセンサの制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係るガスセンサの制御装置を燃料電池システムに適用した構成図である。
【図２】第１実施形態に係る水素センサを示す断面図である。
【図３】第１実施形態に係るガスセンサの制御装置を示す回路構成図である。
【図４】第１実施形態に係るガスセンサの制御装置の劣化判定の処理を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。
【図６】第２実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。
【図７】第３実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。
【図８】第４実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。
【図９】第５実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。
【図１０】本実施形態に係る水素センサの変形例を示す断面図である。
【図１１】図１０の変形例に係る水素センサをガス取込部側から見たときの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態に係るガスセンサの制御装置（ガスセンサの劣化判定装置）を燃料電池システムＳに適用した場合について図面を参照して説明する。なお、以下では、ガスセンサの制御装置を燃料電池自動車に適用した場合を例に挙げて説明するが、これに限定されず、船舶用や航空機用、または家庭用や業務用の定置式の燃料電池システムなど様々なものに適用することができる。また、水素を直接に燃焼して動力を取り出す内燃機関を備えた自動車などにも適用できる。また、検出対象ガス（被検出ガス）としては、水素に限定されるものではなく、メタン、プロパンなどの他の種類の可燃性ガスに適用できる。
【００２４】
（第１実施形態）
図１に示すように、燃料電池システムＳは、例えば、燃料電池自動車（車両）に搭載され、燃料電池２と、燃料極（アノード）側の入口側配管３および出口側配管５と、酸素極（カソード）側の入口側配管４および出口側配管（カソードオフガス流路）６と、水素センサ１０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit、電子制御装置）２０とを含んで構成されている。
【００２５】
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膜電極接合体を、更に一対のセパレータで挟持してなる単セル（図示しない）を多数組積層して構成されたスタックからなる。
【００２６】
燃料電池２には、例えば高圧の水素タンク等を備える水素供給装置（図示しない）から燃料極側の入口側配管３を介して燃料として水素が燃料極に供給されるとともに、コンプレッサ１１により酸素極側の入口側配管４を介して酸化剤として空気が酸素極に供給される。燃料極の触媒電極上では、触媒反応により水素がイオン化され、生成された水素イオンが適度に加湿された固体高分子電解質膜を拡散・通過して酸素極まで移動する。そして、この水素イオンが移動する間に、電子が走行モータなどを含む外部回路（外部負荷）に取り出され、直流の電気エネルギ（電力）として利用される。また、酸素極には酸素を含む空気が供給されているために、この酸素極において、水素イオン、電子および酸素が、酸素極の触媒の作用により化学反応して水が生成される。
【００２７】
なお、コンプレッサ１１は、ＥＣＵ２０により発電要求（アクセルの踏込み量など）に対応してモータの回転速度が適宜制御される。そして、燃料極側の出口側配管５および酸素極側の出口側配管６から未反応の反応ガス（例えば、水素や空気等）を含むいわゆるオフガスが排出される。また、出口側配管６からは、反応ガスに同伴して凝縮水が排出され、出口側配管５からも、固体高分子電解質膜を透過した水分（凝縮水、水蒸気）が排出される。
【００２８】
ここで、未反応の水素を含む水素オフガス（アノードオフガス）は、燃料電池２の燃料極側の出口側配管５から水素循環配管１２に排出され、エゼクタ１３を介して燃料極側の入口側配管３に戻され、再び燃料電池２の燃料極に供給されるようになっている。一方、反応済みの空気中に水分を多量に含んだ空気オフガス（カソードオフガス）は、希釈器１６および出口側配管６を介して大気中へ排出される。したがって、燃料電池システムＳにおいて、燃料電池２の酸素極の出口に接続される出口側配管６は水分を多く含んだ加湿環境下であり、この加湿環境下に水素センサ１０が設置されている。
【００２９】
さらに、燃料電池２の燃料極側の出口側配管５にはパージ弁１４を介して水素排出配管１５が接続され、この水素排出配管１５には希釈器１６が接続されている。そして、水素オフガスは、パージ弁１４を介して水素排出配管１５に排出可能とされ、さらに、水素排出配管１５を通って希釈器１６に導入可能とされている。
【００３０】
希釈器１６は、水素排出配管１５から取り込んだ水素オフガスを、酸素極側の出口側配管６から排出された空気オフガスによって規定の水素濃度を超えないように希釈し、希釈ガスとして排出することができるように構成されている。なお、パージ弁１４は、ＥＣＵ２０によって開閉制御される。
【００３１】
そして、この希釈器１６の下流側の出口側配管６には、水素を検出するガス接触燃焼式の水素センサ１０が配置されており、これによりオフガス（希釈ガス）中の水素濃度が監視される。水素センサ１０は、オフガスの流通方向が水平方向となるように配置された出口側配管６の鉛直方向上部に配置されている。また、水素センサ１０は、燃料電池システムＳの運転を制御するＥＣＵ２０と電気的に接続されている。
【００３２】
なお、図示していないが、入口側配管４には、コンプレッサ１１によって導入された乾燥空気（低湿度なガス）を加湿する加湿器が設けられている。この加湿器は、例えば、複数本の水透過性を有する中空糸膜を束ねた中空糸膜束を備えて構成され、燃料電池２の酸素極側の出口から排出される水分を利用して前記乾燥ガスを加湿するように構成されている。
【００３３】
ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成され、異常判定部２１ａ（図３参照）と、電圧設定部２１ｂ（図３参照）とを主に備えている。また、ＥＣＵ２０は、コンプレッサ１１およびパージ弁１４と電気的に接続され、コンプレッサ１１のモータ（不図示）の回転速度、パージ弁１４の開閉動作を制御するようになっている。
【００３４】
また、ＥＣＵ２０は、車室内に設けられた警報装置２２と、イグニッション（ＩＧ）２３と電気的に接続されている。警報装置２２は、水素センサ１０の劣化（異常）を運転者に対して警告するものであり、光や音などを発する警告手段を有して構成されている。ＩＧ２３は、燃料電池自動車（燃料電池システムＳ）の起動スイッチであり、ＥＣＵ２０がオン信号を取得することにより燃料電池システムＳの運転（燃料電池２の発電）が開始され、オフ信号を取得することにより燃料電池システムＳの運転（燃料電池２の発電）が停止される。
【００３５】
図２に示すように、水素センサ１０は、出口側配管６（カソードオフガス流路）内を流れるオフガス（希釈ガス）中の水素を検出し、検出した水素の濃度に対応した出力をＥＣＵ２０に出力する機能を有している。
【００３６】
また、水素センサ１０は、制御基板４１を収容した直方体形状のケース３０と、このケース３０の下面３０ａに一対の筒状部３４，３４とを備え、酸素極側の出口側配管６に図示しないボルト等によって締結されて構成されている。
【００３７】
筒状部３４の先端（下面）は開口しており、水素を含むオフガスを取り込むガス取込部３６となっている。筒状部３４の内部は、ガス検出室３５として機能しており、一方の筒状部３４に常用検知素子５１が設けられ、他方の筒状部３４に基準検知素子５２が設けられている。
【００３８】
常用検知素子５１は、検知用素子Ｓ１と温度補償素子Ｒ１とで構成され、それぞれ金属などで形成された導電性のステー（電極ピン）３３ａ，３３ａを介して、ガス検出室３５の天井部を構成するベース３７に固定されている。
【００３９】
基準検知素子５２は、常用検知素子５１と同一構成であり、検知用素子Ｓ２と温度補償素子Ｒ２とで構成され、それぞれ金属などで形成された導電性のステー（電極ピン）３３ａ，３３ａを介して、ガス検出室３５の天井部を構成するベース３７に固定されている。
【００４０】
また、筒状部３４のガス取込部３６には、例えば、防爆フィルタ３８と撥水フィルタ３９とを積層したものが設けられている。防爆フィルタ３８は、防爆性を確保するためのフィルタであり、液体状の水を通すことが可能な程度の金属製のメッシュや多孔質体などから構成されている。撥水フィルタ３９は、例えばテトラフルオロエチレン膜から構成され、気体状のオフガス（水素、空気、水蒸気）をガス検出室３５に取り込みつつ、オフガスに同伴される液体の水分が撥水フィルタ３９ではじかれ、ガス検出室３５内に侵入しないようになっている。
【００４１】
また、水素センサ１０にはヒータ４０Ａ，４０Ａ，４０Ｂが設けられている。ヒータ４０Ａは、筒状部３４の天井部を構成するベース３７の上部に設けられている。ヒータ４０Ａは、常用検知素子５１、基準検知素子５２、防爆フィルタ３８、撥水フィルタ３９を加熱する電気ヒータであり、例えば、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ、焼結体ヒータ、薄いステンレス板（ＳＵＳ板）で構成されたヒータ、ニクロム線によって構成される。なお、ヒータ４０Ａの位置は、筒状部３４の外周面側などに設けられていてもよく、適宜変更できる。一方、ヒータ４０Ｂは、制御基板４１に設けられ、該制御基板４１が結露するのを防止するようになっている。
【００４２】
図３に示すように、常用検知素子回路５０Ａと基準検知素子回路５０Ｂは、いずれも検知用素子Ｓ１（Ｓ２）と温度補償素子Ｒ１（Ｒ２）を備えて、互いに同一の構成からなるブリッジ回路となっている。検知用素子Ｓ１（Ｓ２）は、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ａが、触媒を坦持したアルミナ等の坦体ｂで被覆されて形成されている。触媒は、水素などの被検出ガスに対して活性な貴金属などからなる。温度補償素子Ｒ１（Ｒ２）は、被検出ガスに対して不活性とされ、例えば検知用素子Ｓ１（Ｓ２）と同等のコイルａの表面が、アルミナ等の坦体ｃで被覆されて形成されている。
【００４３】
そして、水素ガスが担体ｂの触媒に接触した際に生じる反応熱により検知用素子Ｓ１（Ｓ２）が高温になると、検知用素子Ｓ１（Ｓ２）と温度補償素子Ｒ１（Ｒ２）の抵抗値に差が生じるので、この差から水素濃度を検出することができるようになっている。なお、雰囲気温度による電気抵抗値の変化は、温度補償素子Ｒ１（Ｒ２）を利用することにより相殺されるようになっている。
【００４４】
検知用素子Ｓ１（Ｓ２）と温度補償素子Ｒ１（Ｒ２）は、互いに近接して配置され、常用検知素子５１と基準検知素子５２も互いに近接して配置されている。また、検知用素子Ｓ１（Ｓ２）および温度補償素子Ｒ１（Ｒ２）は、ステー３３ａ（図２参照）を介してベース３７から所定距離離間して設置され、ベース３７（図２参照）に対し同じ高さに位置している。なお、ここでいう近接とは、雰囲気が同じ領域内であることをいい、例えば、被検出ガスである水素の濃度や温度が実質的に同一な領域であることをいう。常用検知素子５１と基準検知素子５２により検出された水素濃度でいえば、各濃度検出値間の偏差が各濃度検出値に対して所定割合以内、例えば±２０％以内とされ、より好ましくは、例えば±１０％以内とされ、さらに好ましくは、例えば±５％以内なるようにして各素子が配置されている。
【００４５】
水素センサ１０は、常用検知素子回路５０Ａおよび基準検知素子回路５０Ｂを含む検出部５０と、検出部５０の出力から水素濃度を算出してＥＣＵ２０に出力する回路部（センサＥＣＵ）６０と、を備えている。回路部６０は、基準電圧発生回路６１、電圧コントローラ６２Ａ，６２Ｂ、常用検出部６３Ａ、基準検出部６３Ｂ、濃度出力部６４を含んで構成されている。
【００４６】
常用検知素子回路５０Ａからなるブリッジ回路は、検知用素子Ｓ１（抵抗値ｒ４）と温度補償素子Ｒ１（抵抗値ｒ３）とが直列接続されてなる第１直列辺の両端と、固定抵抗ｄ（抵抗値ｒ１）と固定抵抗ｅ（抵抗値ｒ２）とが直列接続されてなる第２直列辺の両端とが、それぞれ接続されて、電圧コントローラ６２Ａを介して基準電圧発生回路６１に接続されている。基準電圧発生回路６１には、水素センサ１０の外部の電源Ｅ（１２Ｖバッテリなど）から供給される。
【００４７】
基準検知素子回路５０Ｂからなるブリッジ回路は、定期的に起動されるものであり、検知用素子Ｓ２（抵抗値ｒ４）と温度補償素子Ｒ２（抵抗値ｒ３）とが直列接続されてなる第１直列辺の両端と、固定抵抗ｄ（抵抗値ｒ１）と固定抵抗ｅ（抵抗値ｒ２）とが直列接続されてなる第２直列辺の両端とが、それぞれ接続されて、電圧コントローラ６２Ｂを介して基準電圧発生回路６１に接続されている。
【００４８】
各ブリッジ回路において、検知用素子Ｓ１（Ｓ２）と温度補償素子Ｒ１（Ｒ２）の接続点ＰＳと、固定抵抗ｄと固定抵抗ｅ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常用検出部６３Ａ（基準検出部６３Ｂ）が接続されている。
【００４９】
ここで、ガス検出室３５（図２参照）内に導入された検査対象ガス中に水素（被検出ガス）が存在しないときには、前記各ブリッジ回路はバランスしてｒ１×ｒ４＝ｒ２×ｒ３の平衡状態にあり、常用検出部６３Ａおよび基準検出部６３Ｂの出力がともにゼロとなる。一方、水素が存在すると、検知用素子Ｓ１（Ｓ２）の担体ｂの触媒において水素が燃焼することでコイルａ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Ｒ１（Ｒ２）においては水素が燃焼せず、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、常用検出部６３Ａ（基準検出部６３Ｂ）に、水素濃度の増大変化に応じた電圧が印加されるようになっている。
【００５０】
常用検出部６３Ａおよび基準検出部６３Ｂは、前記ブリッジ回路に印加されて得られた電圧の検出値（出力値）を、濃度出力部６４に出力する。濃度出力部６４は、常用検出部６３Ａと基準検出部６３Ｂから送られる検出値（出力値）に対応した水素濃度を、図示しない記憶部に記憶された水素濃度マップに基づいて算出し、算出した水素濃度をＥＣＵ２０の異常判定部２１ａ（判定手段）に出力するようになっている。なお、水素濃度マップとは、常用検出部６３Ａ、基準検出部６３Ｂから送られる出力値と、水素濃度とが関連付けられたデータである。また、水素濃度の算出は、マップに限定されるものではなく、テーブルや関数を用いて算出するようにしてもよい。
【００５１】
異常判定部２１ａは、常用検知素子回路５０Ａの検出値（出力値）と、基準検知素子回路５０Ｂの検出値（出力値）とを、互いに独立に、その内部に記憶された所定閾値と比較する絶対診断によって（後記する図４のＳ１１１参照）、常用検知素子５１の異常判定（検知用素子Ｓ１の劣化判定、回路の断線等）を行うようになっている。
【００５２】
なお、常用検知素子回路５０Ａが異常状態であるとは、例えば、常用検知素子回路５０Ａからの検出値と、基準検知素子回路５０Ｂからの検出値との差が所定閾値より大きく、常用検知素子５１が劣化していると推定される状態である。一方、常用検知素子回路５０Ａが異常でない、つまり正常な状態であるとは、常用検知素子回路５０Ａからの検出値と、基準検知素子回路５０Ｂからの検出値との差が所定閾値以下であり、常用検知素子回路５０Ａが正常に作動していると推定される状態である。
【００５３】
電圧コントローラ６２Ａは、後記する電圧設定部２１ｂから常用検知素子回路５０Ａに印加する電圧を制御する制御指令が送られるようになっており、この制御指令に従って、常用検知素子回路５０Ａの印加電圧を制御する。
【００５４】
電圧コントローラ６２Ｂは、電圧設定部２１ｂから基準検知素子回路５０Ｂに印加する電圧を制御する制御指令が送られるようになっており、この制御指令に従って、基準検知素子回路５０Ｂの印加電圧を制御する。
【００５５】
電圧設定部２１ｂは、所定のタイミングに基づいて、各電圧コントローラ６２Ａ、６２Ｂの動作を指示するようになっている。また、電圧設定部２１ｂは、ＩＧ２３（図１参照）のオン信号に基づいて、電圧コントローラ６２Ａを制御して、常用検知素子回路５０Ａに駆動電圧（Ｖ１）を印加する。駆動電圧（Ｖ１）とは、水素センサ１０による水素濃度の検出に必要な電圧である。これにより、所定時間（後記するＴ０）経過後に、常用検知素子５１（検知用素子Ｓ１および温度補償素子Ｒ１）が所定の検知可能温度まで上昇する。所定の検知可能温度とは、水素濃度を検出できる状態の温度（素子が活性化される温度）である。
【００５６】
また、電圧設定部２１ｂは、ＩＧ２３（図１参照）のオン信号に基づいて、電圧コントローラ６２Ｂを制御して、基準検知素子回路５０Ｂに対して、例えば待機電圧Ｖ２（システム起動時は０Ｖ）から段階的に上昇させて最終的に駆動電圧Ｖ１とする制御を行う。なお、待機電圧Ｖ２とは、基準検知素子５２が起動していないときの印加電圧であり、例えば、０（Ｖ）以上、かつ、駆動電圧（Ｖ１）未満に設定される。また、段階的とは、所定時間経過毎に所定の増加幅（増加量）で印加電圧を増加させることをいう。このように、待機電圧Ｖ２を駆動電圧Ｖ１未満に設定することにより、基準検知素子５２に対して通電熱による熱応力が作用するのを低減することができ、基準検知素子５２の劣化を抑制できる。
【００５７】
また、基準検知素子５２が待機電圧Ｖ２から駆動電圧Ｖ１となるまでの時間（後記する所定時間Ｔ１）は、常用検知素子５１がＩＧ−ＯＮから前記所定の検知可能温度となるまでの所定時間（Ｔ０）よりも長く設定される。つまり、基準検知素子５２が起動したときに該基準検知素子５２が検知可能温度に昇温するまでの時間が、常用検知素子５１が起動したときに該常用検知素子５１が検知可能温度になるまでの時間よりも遅れるように（長くなるように）印加電圧が制御される。
【００５８】
警報装置２２は、異常判定部２１ａが異常である（常用検知素子５１が劣化した）と判定したときに運転者に対して異常であることを警告する装置である。
【００５９】
なお、第１実施形態では、電圧設定部２１ｂ、基準電圧発生回路６１および電圧コントローラ６２Ａ，６２Ｂによって電圧制御手段が構成されている。また、第１実施形態では、ＥＣＵ２０（異常判定部２１ａ、電圧設定部２１ｂ）および回路部６０によってガスセンサの制御装置（以下、制御装置１００と略記する）が構成されている。以下に示す第２実施形態ないし第５実施形態についても同様である。
【００６０】
なお、本実施形態では、水素センサ１０に搭載された回路部６０（センサＥＣＵ）で水素濃度を算出（出力）する構成としたが、これに限定されるものではなく、ＥＣＵ２０側で水素濃度を算出（出力）、すなわち濃度出力部６４が異常判定部２１ａおよび電圧設定部２１ｂとともにＥＣＵ２０に備えられていてもよい。また逆に、異常判定部２１ａおよび電圧設定部２１ｂが回路部６０に備えられていてもよい。
【００６１】
次に、第１実施形態に係る制御装置１００の劣化判定の処理について図４および図５を参照（適宜、図１ないし図３を参照）して説明する。図４は第１実施形態に係るガスセンサの制御装置の劣化判定の処理を示すフローチャート、図５は第１実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。
【００６２】
図４に示すように、制御装置１００は、ステップＳ１０１において、ＩＧ２３のＯＮによる燃料電池自動車（燃料電池システムＳ）の起動信号を取得したか否かを判断し、起動信号を取得していないと判断した場合には（Ｎｏ）、リターンし、起動信号を取得した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２に進む。
【００６３】
ステップＳ１０２において、制御装置１００は、電圧制御手段（電圧設定部２１ｂ、基準電圧発生回路６１および電圧コントローラ６２Ａ，６２Ｂ）を介して、常用検知素子５１に対して駆動電圧Ｖ１を印加するとともに、基準検知素子５２に対して待機電圧Ｖ２（初回は、システム起動時なので０Ｖ）から駆動電圧Ｖ１となるまで段階的に電圧を印加する。これにより、基準検知素子５２の温度変化が、常用検知素子５１の温度変化よりもゆるやかに上昇する。
【００６４】
そして、ステップＳ１０３において、制御装置１００は、ＩＧ−ＯＮしてから所定時間Ｔ０が経過したか否かを判断し、所定時間Ｔ０が経過していないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１０２に戻り、所定時間Ｔ０が経過したと判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４に進む。なお、所定時間Ｔ０は、常用検知素子５１が検知可能温度（所定の検知可能温度）となるまでに必要な時間、換言すると常用検知素子５１の検知用素子Ｓ１が活性化する温度になるまでに必要な時間である。
【００６５】
ステップＳ１０４において、制御装置１００は、常用検知素子回路５０Ａを介して水素濃度の検出を開始する。すなわち、制御装置１００は、常用検知素子回路５０Ａの電圧（出力値）を常用検出部６３Ａによって検出し、前記出力値を濃度出力部６４において水素濃度マップに基づいて水素濃度を算出し、ＥＣＵ２０に送る。
【００６６】
そして、ステップＳ１０５に進み、制御装置１００は、ＩＧ−ＯＮから所定時間Ｔ１が経過したか否かを判断する。なお、所定時間Ｔ１は、前記した所定時間Ｔ０よりも長い時間に設定され、基準検知素子５２の昇温に要する時間（所定の検知可能温度に要する時間、検知用素子Ｓ２が活性化する温度）である。制御装置１００は、所定時間Ｔ１が経過していないと判断した場合には（Ｓ１０５、Ｎｏ）、ステップＳ１０２に戻り、所定時間Ｔ１が経過したと判断した場合には（Ｓ１０５、Ｙｅｓ）、ステップＳ１０６に進む。
【００６７】
ステップＳ１０６において、制御装置１００は、常用検知素子５１および基準検知素子５２が正常であるか否かを判断する。正常であるか否かの判断は、前記したように、常用検知素子回路５０Ａと基準検知素子回路５０Ｂから得られる出力値が所定閾値以内か否かによって行う。制御装置１００は、所定閾値以内であり、素子が正常であると判断した場合には（正常：Ｓ１０６、Ｎｏ）、ステップＳ１０７に進み、所定閾値以内でなく、素子が正常ではないと判断した場合には（異常：Ｓ１０６、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１２に進む。なお、素子が異常である場合には、制御装置１００は、異常信号を出力して、警報装置２２を介して運転者に水素センサ１０の異常を警告する。
【００６８】
ステップＳ１０７において、制御装置１００は、現在、常用検知素子５１によって水素濃度を検出する検出モードであるか否かを判断する。検出モードとは、基準検知素子回路５０Ｂが起動状態ではなく、常用検知素子回路５０Ａによって水素濃度を検出している状態（通常モード）を意味している。また、検出モードを行う時間は、図示しないタイマにより設定することができ、基準検知素子回路５０Ｂの起動間隔に応じて適宜変更することができる。
【００６９】
ステップＳ１０７において、制御装置１００は、検出モードであると判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１１３に進み、電圧制御手段を介して、基準検知素子５２を駆動電圧Ｖ１から待機電圧Ｖ２に降圧する。なお、常用検知素子５１に対しては駆動電圧Ｖ１を維持して、常用検知素子回路５０Ａにて水素濃度の検出を継続する。
【００７０】
なお、待機電圧Ｖ２は、本実施形態のように、燃料電池２の出口側配管６（カソードオフガス流路）に設置された場合、出口側配管６から排出されるカソードオフガスの温度以上、かつ、検知可能温度未満となるように電圧制御手段によって印加電圧が制御される。例えば、カソードオフガスの温度が５０℃、検知可能温度が２００℃であれば、待機電圧Ｖ２は、５０℃以上、かつ２００℃未満となるように印加電圧が制御される。
【００７１】
そして、ステップＳ１１４に進み、制御装置１００は、ＩＧ２３がオフ（ＩＧ−ＯＦＦ）されたか否かを判断し、ＩＧ−ＯＦＦされていないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１０７に戻り、ＩＧ−ＯＦＦされたと判断した場合には（Ｙｅｓ）、リターンする。
【００７２】
一方、ステップＳ１０７において、制御装置１００は、検出モードではないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１０８に進み、基準検知素子回路５０Ｂを起動して、ステップＳ１０２と同様にして、基準検知素子５２が駆動電圧Ｖ１となるまで段階的に電圧を印加する。なお、このとき常用検知素子５１は駆動電圧Ｖ１を維持する。
【００７３】
そして、ステップＳ１０９に進み、制御装置１００は、基準検知素子５２の電圧を昇圧し始めてから所定時間Ｔ１が経過したか否かを判断する。制御装置１００は、所定時間Ｔ１が経過していないと判断した場合には（Ｓ１０９、Ｎｏ）、ステップＳ１０８に戻り、所定時間Ｔ１が経過したと判断した場合には（Ｓ１０９、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１０に進む。所定時間Ｔ１は、ステップＳ１０５にて判断される所定時間と同様であり、基準検知素子５２を昇温するのに必要な時間（基準検知素子５２を活性化させるのに必要な時間）である。
【００７４】
ステップＳ１１０において、制御装置１００は、常用検知素子回路５０Ａおよび基準検知素子回路５０Ｂを介して水素濃度を検出する。
【００７５】
そして、ステップＳ１１１に進み、制御装置１００は、常用検知素子５１が異常であるか否かを判定する。常用検知素子５１が異常であるか否かは、前記したステップＳ１０６における異常判定と同様に、常用検知素子回路５０Ａから得られる水素濃度と、基準検知素子回路５０Ｂから得られる水素濃度との差異（差分）が所定値以内であるかどうかによって判定することができる。なお、常用検知素子５１が異常であるとは、例えば、常用検知素子５１が劣化し過ぎて、これ以上水素濃度を検出することができない状態、または、制御装置１００の回路に断線が生じて濃度検出ができなくなった状態である。制御装置１００は、差異が所定値以内であると判断した場合には（正常：Ｓ１１１、Ｎｏ）、ステップＳ１１４に進み、差異が所定値以内ではないと判断した場合には（異常：Ｓ１１１、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１２に進む。異常と判断された場合、制御装置１００は、異常信号を出力し（Ｓ１１２）、警報装置２２を介して運転者に水素センサ１０が異常であることを警告する。
【００７６】
さらに、図５を参照して説明すると、ＩＧ−ＯＮされ（Ｓ１０１、Ｙｅｓ）、常用検知素子５１に駆動電圧Ｖ１が印加されると（Ｓ１０２）、常用検知素子５１の温度が上昇し、所定時間Ｔ０経過時に（Ｓ１０３、Ｙｅｓ）、常用検知素子５１の温度が検知可能温度Ｔｍｐに到達する。また、基準検知素子５２に対しては、最終的に駆動電圧Ｖ１となるように段階的に昇圧する（Ｓ１０２）。これにより、基準検知素子５２の温度が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの時間（所定時間Ｔ１）を、常用検知素子５１の場合よりも遅らせることができ、基準検知素子５２の温度変化を、常用検知素子５１の温度変化よりもゆるやかにできる。なお、段階的に昇圧とは、所定時間経過毎に、所定電圧を加算しながら昇圧することを意味している。
【００７７】
また、水素センサ１０が検出モードである場合には（Ｓ１０７、Ｙｅｓ）、常用検知素子５１を駆動電圧Ｖ１とし、基準検知素子５２を待機電圧Ｖ２とする（Ｓ１１３）。なお、前記したように、水素センサ１０が出口側配管６に設置された場合には、基準検知素子５２における待機電圧Ｖ２を、カソードオフガス温度以上、かつ、検知可能温度Ｔｍｐ未満とすることが好ましい。また、待機電圧Ｖ２は、０ボルトよりも大きい電圧に限定されるものではなく、０ボルトに設定するものであってもよい。
【００７８】
また、水素センサ１０が監視モード（異常判定モード）である場合には（Ｓ１０７、Ｎｏ）、基準検知素子５２の電圧を駆動電圧Ｖ１となるまで段階的に上昇するように制御する（Ｓ１０８）。これにより、基準検知素子５２が検知可能温度Ｔｍｐとなるまでの時間を常用検知素子５１の場合よりも遅らせることができ、基準検知素子５２の温度変化を、常用検知素子５１の温度変化よりもゆるやかにできる。
【００７９】
そして、所定時間Ｔ１が経過して基準検知素子５２の昇温が完了した後に（Ｓ１０９、Ｙｅｓ）、回路部６０を介して常用検知素子回路５０Ａと基準検知素子回路５０Ｂからそれぞれ水素濃度を算出し（Ｓ１１０）、異常判定部２１ａによって、常用検知素子回路５０Ａが異常であるか否かが判定される（Ｓ１１１）。このように、検出モードと監視モードとを繰り返し、検出モードでは、常用検知素子回路５０Ａを介して水素濃度を検出し、監視モードでは、常用検知素子５１の異常判定（劣化判定など）を行う。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態に係る制御装置１００（ガスセンサの制御装置）では、基準検知素子回路５０Ｂの起動時に当該基準検知素子回路５０Ｂに印加される電圧によって基準検知素子５２が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの温度変化が、常用検知素子回路５０Ａの起動時に当該常用検知素子回路５０Ａに印加される電圧によって常用検知素子５１が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの温度変化よりもゆるやかに上昇するように基準検知素子回路５０Ｂに印加される電圧を、電圧制御手段を介して制御する。これにより、基準検知素子回路５０Ｂの起動時における基準検知素子５２の通電熱の応力による劣化（熱応力による劣化）を低減でき、常用検知素子５１よりも基準検知素子５２の劣化速度を確実に遅らせることができる。基準検知素子５２の劣化速度が遅くなることにより、常用検知素子が正常に出力しているかどうかを精度よく判定することが可能になる。
【００８１】
また、本実施形態に係る制御装置１００によれば、水素センサ１０が燃料電池２の出口側配管６（カソードオフガス流路）に設置され、基準検知素子回路５０Ｂが待機状態である場合、基準検知素子５２の温度を出口側配管６から排出されるカソードオフガスの温度以上、かつ、検知可能温度未満となるように電圧を制御し、これを待機電圧Ｖ２とすることで、結露を抑制できる。その結果、素子に水が付着することによる劣化や水蒸気応力による劣化を抑制することができ、常用検知素子５１が正常に出力しているかどうかを高精度に判定することが可能になる。
【００８２】
すなわち、基準検知素子５２の温度をカソードオフガスの温度以上にすることで、カソードオフガスが結露して基準検知素子５２に結露水が付着するのを抑制することができ、結露水によって素子に水が付着することによる劣化や応力（水応力、水蒸気応力）によって素子が劣化することを抑制できる。
【００８３】
また、本実施形態の制御装置１００によれば、基準検知素子回路５０Ｂの起動時に印加される電圧を駆動電圧Ｖ１となるまで段階的に上昇させることで、簡単な回路構成で基準検知素子回路５０Ｂの印加電圧を待機電圧Ｖ２から駆動電圧Ｖ１まで上昇させることができる。
【００８４】
（第２実施形態）
図６は第２実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。この第２実施形態に係る制御装置１００は、基準検知素子５２に印加する電圧を段階的に制御する構成に替えて、印加電圧を連続的に制御する構成としたものであり（符号Ｅ参照）、その他の構成は図１ないし図４に示す第１実施形態と同様である。なお、図４に示すフローチャートのステップＳ１０２およびステップＳ１０８においては、括弧書きで記載したように、基準検知素子５２に対して連続的に電圧を印加する処理が行われる。
【００８５】
図６に示すように、制御装置１００は、電圧制御手段を介して、基準検知素子回路５０Ｂの起動時に、基準検知素子５２を待機電圧Ｖ２から駆動電圧Ｖ１に昇圧する際に、電圧が連続的に変化するように制御する。なお、連続的とは、同一時間において電圧の急激な変化が生じないような状態をいう。この場合にも、基準検知素子５２が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの時間（所定時間Ｔ１）を、常用検知素子５１が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの時間（所定時間Ｔ０）よりも遅らせることができる。
【００８６】
第２実施形態に係る制御装置１００によれば、印加電圧を連続的に上昇させることで、印加電圧の急変を極力抑えることができ、基準検知素子５２に対する急激な熱による応力を低減でき、基準検知素子５２の劣化速度をより遅くすることが可能になる。
【００８７】
（第３実施形態）
図７は第３実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。この第３実施形態に係る制御装置１００は、基準検知素子５２に印加する電圧を間欠的に制御する構成としたものであり（符号Ｆ参照）、その他の構成は図１ないし図４に示す第１実施形態と同様である。なお、図４に示すフローのステップＳ１０２およびステップＳ１０８においては、括弧書きで記載したように、間欠的に電圧を印加する処理が行われる。
【００８８】
図７に示すように、制御装置１００は、電圧制御手段を介して、基準検知素子回路５０Ｂの起動時に、基準検知素子５２を待機電圧Ｖ２から駆動電圧Ｖ１に昇圧する際、駆動電圧Ｖ１と待機電圧Ｖ２とが交互に繰り返され、かつ、駆動電圧Ｖ１の印加時間が等しくなるように制御する。この場合にも、基準検知素子５２が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの時間（所定時間Ｔ１）を、常用検知素子５１が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの時間（所定時間Ｔ０）よりも遅らせることができる。
【００８９】
第３実施形態に係る制御装置１００によれば、印加電圧を、駆動電圧Ｖ１と待機電圧Ｖ２とが交互に、かつ、駆動電圧Ｖ１の印加時間が等しくなるように間欠的に制御することで、駆動電圧Ｖ１と待機電圧Ｖ２の２種類の電圧値を出力するだけでよいので、電圧制御手段の回路構成を簡素化することが可能になる。
【００９０】
なお、駆動電圧Ｖ１と駆動電圧Ｖ１との間の待機電圧Ｖ２の時間Ｒは、駆動電圧Ｖ１の印加時間と等しくなるように設定してもよく、駆動電圧Ｖ１の印加時間よりも短くてもよく、長くてもよい。
【００９１】
（第４実施形態）
図８は第４実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。この第４実施形態に係る制御装置１００は、基準検知素子５２に印加する電圧を間欠的に制御する別の構成としたものであり（符号Ｇ参照）、その他の構成は図１ないし図４に示す第１実施形態と同様である。
【００９２】
図８に示すように、制御装置１００は、電圧制御手段を介して、基準検知素子回路５０Ｂの起動時に、基準検知素子５２を待機電圧Ｖ２から駆動電圧Ｖ１に昇圧する際、駆動電圧Ｖ１が印加される時間が、時間経過とともに長くなるように制御する。この場合にも、基準検知素子５２が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの時間（所定時間Ｔ１）を、常用検知素子５１が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの時間（所定時間Ｔ０）よりも遅らせることができる。
【００９３】
第４実施形態に係る制御装置１００によれば、第３実施形態と同様に、駆動電圧Ｖ１と待機電圧Ｖ２の２種類の電圧値を出力するだけでよいので、電圧制御手段の回路構成を簡素化することが可能になる。
【００９４】
（第５実施形態）
図９は第５実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。この第５実施形態に係る制御装置１００は、水素センサ１０が加湿環境下に設けられた燃料電池システムＳ（図１参照）において、システム起動時（ＩＧ−ＯＮ時）に基準検知素子５２が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの時間（所定時間Ｔ１０）を、定常時（システム起動時以外）に基準検知素子５２が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの時間（所定時間Ｔ１）よりも長くなるように制御する。
【００９５】
ところで、システム起動時は結露した水分が基準検知素子５２内に残留していることが多い。そこで、第５実施形態では、システム起動時（ＩＧ−ＯＮ時）に基準検知素子５２が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの温度変化が、定常時に基準検知素子が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの温度変化よりもゆるやかになるように基準検知素子回路５０Ｂに印加される電圧が制御される。これにより、システム起動時における基準検知素子５２の急激な温度変化が抑制され、基準検知素子５２に発生する水応力（水蒸気応力）を低減できる。その結果、定常時には基準検知素子回路５０Ｂを良好に起動することができ、常用検知素子５１の正常性を迅速に判定できる。
【００９６】
なお、図９では、基準検知素子５２に印加する電圧を段階的に昇圧して基準検知素子５２を昇温する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されず、第２実施形態に示したように連続的に昇圧して基準検知素子５２を昇温する構成にしてもよく、あるいは第３実施形態および第４実施形態に示したように間欠的に昇圧して基準検知素子５２を昇温する構成にしてもよい。また、段階的な昇圧、連続的な昇圧、間欠的に昇圧を適宜組み合わせて、基準検知素子５２を昇温するようにしてもよい。
【００９７】
なお、本発明は前記した各実施形態に限定されるものではなく、図２に示す水素センサ１０に替えて図１０および図１１に示す水素センサ１０Ａとしてもよい。図１０および図１１に示す水素センサ１０Ａは、検知用素子Ｓ１および温度補償素子Ｒ１を備えた常用検知素子５１と、検知用素子Ｓ２および温度補償素子Ｒ２を備えた基準検知素子５２とがひとつの筒状部３４に収容された構成である。この水素センサ１０Ａの他の構成については、図２と同様であるので同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００９８】
また、本実施形態に係るガスセンサは、接触燃焼式に限定されるものではなく、半導体式、熱伝導式、プロトン導電体式、ＦＥＴ式など、素子を大気温度よりも高温に熱する方式であれば、本発明を適用可能である。
【符号の説明】
【００９９】
２ 燃料電池
６ 出口側配管（カソードオフガス流路）
１０，１０Ａ 水素センサ（ガスセンサ）
２０ ＥＣＵ
２１ａ 異常判定部（判定手段）
２１ｂ 電圧設定部（電圧制御手段）
５０ 検出部
５０Ａ 常用検知素子回路
５０Ｂ 基準検知素子回路
５１ 常用検知素子
５２ 基準検知素子
６０ 回路部
６１ 基準電圧発生回路（電圧制御手段）
６２Ａ，６２Ｂ 電圧コントローラ（電圧制御手段）
６３Ａ 常用検出部
６３Ｂ 基準検出部
６４ 濃度出力部
１００ ガスセンサの制御装置
Ｓ 燃料電池システム（システム）
Ｓ１，Ｓ２ 検知用素子
Ｒ１，Ｒ２ 温度補償素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサの異常手法を備えたガスセンサの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスセンサの劣化判定に関して、常用検知素子と基準検知素子とを互いに近傍に配置して、常用検知素子回路からの出力値と基準検知素子回路からの出力値との差異が所定値以内か否かによって劣化判定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２５１８６２号公報（段落００６２，００６３、図７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の劣化判定は、常用検知素子回路と基準検知素子回路の各出力を比較して、その出力差で常用検知素子の劣化を検知するものであるため、基準検知素子と常用検知素子とが同じ推移で劣化すると、劣化判定の精度が落ちるという問題があった。
【０００５】
また、ガスセンサには、センサ通電時にセンサ素子に対して通電時の熱による応力が発生する問題がある。さらに、ガスセンサが加湿環境下に設置されると、通電時においてセンサ素子が水蒸気を含んだ状態で通電され、水蒸気応力が発生するという問題もある。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題を解決するものであり、ガスセンサの異常判定の精度を向上させることができるガスセンサの制御装置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】
【０００７】
本発明は、同一構成の常用検知素子回路と基準検知素子回路を有する検出部と接続され、定期的に前記基準検知素子回路を起動して前記常用検知素子回路と前記基準検知素子回路の双方の出力値を比較して、前記常用検知素子回路が正常に出力しているかどうかを判定する判定手段を有するガスセンサの制御装置において、前記基準検知素子回路の起動時に当該基準検知素子回路に印加される電圧によって基準検知素子が所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化が、前記常用検知素子回路の起動時に当該常用検知素子回路に印加される電圧によって常用検知素子が前記所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化よりもゆるやかになるように前記基準検知素子回路に印加される電圧を制御する電圧制御手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、基準検知素子が所定の検知可能温度に到達するまでの時間を、常用検知素子が前記所定の検知可能温度に到達するまでの時間よりも遅らせることで、基準検知素子回路の起動時における通電熱の応力による劣化を低減して、常用検知素子より基準検知素子の劣化速度を遅らせることができ、常用検知素子が正常に出力しているかどうかを精度よく判定することが可能になる。
【０００９】
また、前記ガスセンサは、燃料電池のカソードオフガス流路に設置され、前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路が前記判定手段による判定を行わない待機状態である場合、前記基準検知素子の温度が、前記カソードオフガス流路から排出されるカソードオフガスの温度以上、前記所定の検知可能温度未満となるように前記基準検知素子回路に印加される電圧を制御することを特徴とする。
【００１０】
これによれば、基準検知素子回路が判定手段による判定を行わない待機状態である場合、基準検知素子の素子温度をカソードオフガスの温度以上にすることで、結露による劣化や応力（水蒸気応力）による劣化を抑制できる。その結果、基準検知素子の劣化が抑制され、常用検知素子より基準検知素子の劣化速度を遅らせることができ、常用検知素子が正常に出力しているかどうかを高精度に判定することが可能になる。
【００１１】
また、前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路の起動時に印加される電圧を、駆動電圧となるまで段階的に上昇させることを特徴とする。なお、段階的とは、所定時間経過毎に所定の電圧値を増加させる状態を意味している。この構成は、後記する実施形態における図５に対応する。
【００１２】
これによれば、電圧制御手段は、印加電圧を駆動電圧となるまで段階的に上昇させることで、簡単な回路構成で基準検知素子回路の印加電圧を上昇させることが可能になる。
【００１３】
また、前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路の起動時に印加される電圧を、駆動電圧となるまで連続的に上昇させることを特徴とする。なお、連続的とは、同一時間において電圧の急激な変化が生じないような状態を意味している。この構成は、後記する実施形態における図６に対応する。
【００１４】
これによれば、電圧制御手段は、印加電圧を駆動電圧となるまで連続的に上昇させることで、印加電圧の急変を極力抑えることができるため、基準検知素子の劣化速度をより遅くすることが可能になる。
【００１５】
また、前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路の起動時に印加される電圧を、駆動電圧と、前記基準検知素子回路を待機状態とする待機電圧とが交互に、かつ、前記駆動電圧が印加される時間間隔が所定値となるように制御することを特徴とする。なお、この構成は、後記する実施形態における図７に対応する。
【００１６】
これによれば、電圧制御手段は、駆動電圧と待機電圧の２種類の電圧値を出力するだけでよいので、その回路構成を簡素化できる。
【００１７】
また、前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路の起動時に印加される電圧を、駆動電圧と、前記基準検知素子回路を待機状態とする待機電圧とが交互に、かつ、前記駆動電圧が印加される時間間隔が徐々に拡大するように制御することを特徴とする。なお、この構成は、後記する実施形態における図８に対応する。
【００１８】
これによれば、電圧制御手段は、駆動電圧と待機電圧の２種類の電圧値を出力するだけでよいので、その回路構成を簡素化できる。
【００１９】
また、前記ガスセンサは加湿環境下に置かれるシステムに設けられ、前記電圧制御手段は、システム起動時において前記基準検知素子が前記所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化が、定常時の前記基準検知素子回路の起動時において前記基準検知素子が前記所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化よりもゆるやかになるように前記基準検出素子回路に印加される電圧を制御することを特徴とする。
【００２０】
ところで、システム起動時は結露した水分が基準検知素子内に残留していることが多いと考えられる。これによれば、システム起動時において基準検知素子が所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化が、定常時において基準検知素子が前記所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化よりもゆるやかになるように基準検知素子回路に印加される電圧を制御することで、急激な温度変化によって基準検知素子に発生する熱応力と水応力（水蒸気応力）を低減できる。その結果、定常時の基準検知素子回路を良好に起動でき、常用検知素子の正常性を迅速に判定できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、劣化判定の精度を向上させることができるガスセンサの制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係るガスセンサの制御装置を燃料電池システムに適用した構成図である。
【図２】第１実施形態に係る水素センサを示す断面図である。
【図３】第１実施形態に係るガスセンサの制御装置を示す回路構成図である。
【図４】第１実施形態に係るガスセンサの制御装置の劣化判定の処理を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。
【図６】第２実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。
【図７】第３実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。
【図８】第４実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。
【図９】第５実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。
【図１０】本実施形態に係る水素センサの変形例を示す断面図である。
【図１１】図１０の変形例に係る水素センサをガス取込部側から見たときの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態に係るガスセンサの制御装置（ガスセンサの劣化判定装置）を燃料電池システムＳに適用した場合について図面を参照して説明する。なお、以下では、ガスセンサの制御装置を燃料電池自動車に適用した場合を例に挙げて説明するが、これに限定されず、船舶用や航空機用、または家庭用や業務用の定置式の燃料電池システムなど様々なものに適用することができる。また、水素を直接に燃焼して動力を取り出す内燃機関を備えた自動車などにも適用できる。また、検出対象ガス（被検出ガス）としては、水素に限定されるものではなく、メタン、プロパンなどの他の種類の可燃性ガスに適用できる。
【００２４】
（第１実施形態）
図１に示すように、燃料電池システムＳは、例えば、燃料電池自動車（車両）に搭載され、燃料電池２と、燃料極（アノード）側の入口側配管３および出口側配管５と、酸素極（カソード）側の入口側配管４および出口側配管（カソードオフガス流路）６と、水素センサ１０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit、電子制御装置）２０とを含んで構成されている。
【００２５】
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膜電極接合体を、更に一対のセパレータで挟持してなる単セル（図示しない）を多数組積層して構成されたスタックからなる。
【００２６】
燃料電池２には、例えば高圧の水素タンク等を備える水素供給装置（図示しない）から燃料極側の入口側配管３を介して燃料として水素が燃料極に供給されるとともに、コンプレッサ１１により酸素極側の入口側配管４を介して酸化剤として空気が酸素極に供給される。燃料極の触媒電極上では、触媒反応により水素がイオン化され、生成された水素イオンが適度に加湿された固体高分子電解質膜を拡散・通過して酸素極まで移動する。そして、この水素イオンが移動する間に、電子が走行モータなどを含む外部回路（外部負荷）に取り出され、直流の電気エネルギ（電力）として利用される。また、酸素極には酸素を含む空気が供給されているために、この酸素極において、水素イオン、電子および酸素が、酸素極の触媒の作用により化学反応して水が生成される。
【００２７】
なお、コンプレッサ１１は、ＥＣＵ２０により発電要求（アクセルの踏込み量など）に対応してモータの回転速度が適宜制御される。そして、燃料極側の出口側配管５および酸素極側の出口側配管６から未反応の反応ガス（例えば、水素や空気等）を含むいわゆるオフガスが排出される。また、出口側配管６からは、反応ガスに同伴して凝縮水が排出され、出口側配管５からも、固体高分子電解質膜を透過した水分（凝縮水、水蒸気）が排出される。
【００２８】
ここで、未反応の水素を含む水素オフガス（アノードオフガス）は、燃料電池２の燃料極側の出口側配管５から水素循環配管１２に排出され、エゼクタ１３を介して燃料極側の入口側配管３に戻され、再び燃料電池２の燃料極に供給されるようになっている。一方、反応済みの空気中に水分を多量に含んだ空気オフガス（カソードオフガス）は、希釈器１６および出口側配管６を介して大気中へ排出される。したがって、燃料電池システムＳにおいて、燃料電池２の酸素極の出口に接続される出口側配管６は水分を多く含んだ加湿環境下であり、この加湿環境下に水素センサ１０が設置されている。
【００２９】
さらに、燃料電池２の燃料極側の出口側配管５にはパージ弁１４を介して水素排出配管１５が接続され、この水素排出配管１５には希釈器１６が接続されている。そして、水素オフガスは、パージ弁１４を介して水素排出配管１５に排出可能とされ、さらに、水素排出配管１５を通って希釈器１６に導入可能とされている。
【００３０】
希釈器１６は、水素排出配管１５から取り込んだ水素オフガスを、酸素極側の出口側配管６から排出された空気オフガスによって規定の水素濃度を超えないように希釈し、希釈ガスとして排出することができるように構成されている。なお、パージ弁１４は、ＥＣＵ２０によって開閉制御される。
【００３１】
そして、この希釈器１６の下流側の出口側配管６には、水素を検出するガス接触燃焼式の水素センサ１０が配置されており、これによりオフガス（希釈ガス）中の水素濃度が監視される。水素センサ１０は、オフガスの流通方向が水平方向となるように配置された出口側配管６の鉛直方向上部に配置されている。また、水素センサ１０は、燃料電池システムＳの運転を制御するＥＣＵ２０と電気的に接続されている。
【００３２】
なお、図示していないが、入口側配管４には、コンプレッサ１１によって導入された乾燥空気（低湿度なガス）を加湿する加湿器が設けられている。この加湿器は、例えば、複数本の水透過性を有する中空糸膜を束ねた中空糸膜束を備えて構成され、燃料電池２の酸素極側の出口から排出される水分を利用して前記乾燥ガスを加湿するように構成されている。
【００３３】
ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成され、異常判定部２１ａ（図３参照）と、電圧設定部２１ｂ（図３参照）とを主に備えている。また、ＥＣＵ２０は、コンプレッサ１１およびパージ弁１４と電気的に接続され、コンプレッサ１１のモータ（不図示）の回転速度、パージ弁１４の開閉動作を制御するようになっている。
【００３４】
また、ＥＣＵ２０は、車室内に設けられた警報装置２２と、イグニッション（ＩＧ）２３と電気的に接続されている。警報装置２２は、水素センサ１０の劣化（異常）を運転者に対して警告するものであり、光や音などを発する警告手段を有して構成されている。ＩＧ２３は、燃料電池自動車（燃料電池システムＳ）の起動スイッチであり、ＥＣＵ２０がオン信号を取得することにより燃料電池システムＳの運転（燃料電池２の発電）が開始され、オフ信号を取得することにより燃料電池システムＳの運転（燃料電池２の発電）が停止される。
【００３５】
図２に示すように、水素センサ１０は、出口側配管６（カソードオフガス流路）内を流れるオフガス（希釈ガス）中の水素を検出し、検出した水素の濃度に対応した出力をＥＣＵ２０に出力する機能を有している。
【００３６】
また、水素センサ１０は、制御基板４１を収容した直方体形状のケース３０と、このケース３０の下面３０ａに一対の筒状部３４，３４とを備え、酸素極側の出口側配管６に図示しないボルト等によって締結されて構成されている。
【００３７】
筒状部３４の先端（下面）は開口しており、水素を含むオフガスを取り込むガス取込部３６となっている。筒状部３４の内部は、ガス検出室３５として機能しており、一方の筒状部３４に常用検知素子５１が設けられ、他方の筒状部３４に基準検知素子５２が設けられている。
【００３８】
常用検知素子５１は、検知用素子Ｓ１と温度補償素子Ｒ１とで構成され、それぞれ金属などで形成された導電性のステー（電極ピン）３３ａ，３３ａを介して、ガス検出室３５の天井部を構成するベース３７に固定されている。
【００３９】
基準検知素子５２は、常用検知素子５１と同一構成であり、検知用素子Ｓ２と温度補償素子Ｒ２とで構成され、それぞれ金属などで形成された導電性のステー（電極ピン）３３ａ，３３ａを介して、ガス検出室３５の天井部を構成するベース３７に固定されている。
【００４０】
また、筒状部３４のガス取込部３６には、例えば、防爆フィルタ３８と撥水フィルタ３９とを積層したものが設けられている。防爆フィルタ３８は、防爆性を確保するためのフィルタであり、液体状の水を通すことが可能な程度の金属製のメッシュや多孔質体などから構成されている。撥水フィルタ３９は、例えばテトラフルオロエチレン膜から構成され、気体状のオフガス（水素、空気、水蒸気）をガス検出室３５に取り込みつつ、オフガスに同伴される液体の水分が撥水フィルタ３９ではじかれ、ガス検出室３５内に侵入しないようになっている。
【００４１】
また、水素センサ１０にはヒータ４０Ａ，４０Ａ，４０Ｂが設けられている。ヒータ４０Ａは、筒状部３４の天井部を構成するベース３７の上部に設けられている。ヒータ４０Ａは、常用検知素子５１、基準検知素子５２、防爆フィルタ３８、撥水フィルタ３９を加熱する電気ヒータであり、例えば、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ、焼結体ヒータ、薄いステンレス板（ＳＵＳ板）で構成されたヒータ、ニクロム線によって構成される。なお、ヒータ４０Ａの位置は、筒状部３４の外周面側などに設けられていてもよく、適宜変更できる。一方、ヒータ４０Ｂは、制御基板４１に設けられ、該制御基板４１が結露するのを防止するようになっている。
【００４２】
図３に示すように、常用検知素子回路５０Ａと基準検知素子回路５０Ｂは、いずれも検知用素子Ｓ１（Ｓ２）と温度補償素子Ｒ１（Ｒ２）を備えて、互いに同一の構成からなるブリッジ回路となっている。検知用素子Ｓ１（Ｓ２）は、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ａが、触媒を坦持したアルミナ等の坦体ｂで被覆されて形成されている。触媒は、水素などの被検出ガスに対して活性な貴金属などからなる。温度補償素子Ｒ１（Ｒ２）は、被検出ガスに対して不活性とされ、例えば検知用素子Ｓ１（Ｓ２）と同等のコイルａの表面が、アルミナ等の坦体ｃで被覆されて形成されている。
【００４３】
そして、水素ガスが担体ｂの触媒に接触した際に生じる反応熱により検知用素子Ｓ１（Ｓ２）が高温になると、検知用素子Ｓ１（Ｓ２）と温度補償素子Ｒ１（Ｒ２）の抵抗値に差が生じるので、この差から水素濃度を検出することができるようになっている。なお、雰囲気温度による電気抵抗値の変化は、温度補償素子Ｒ１（Ｒ２）を利用することにより相殺されるようになっている。
【００４４】
検知用素子Ｓ１（Ｓ２）と温度補償素子Ｒ１（Ｒ２）は、互いに近接して配置され、常用検知素子５１と基準検知素子５２も互いに近接して配置されている。また、検知用素子Ｓ１（Ｓ２）および温度補償素子Ｒ１（Ｒ２）は、ステー３３ａ（図２参照）を介してベース３７から所定距離離間して設置され、ベース３７（図２参照）に対し同じ高さに位置している。なお、ここでいう近接とは、雰囲気が同じ領域内であることをいい、例えば、被検出ガスである水素の濃度や温度が実質的に同一な領域であることをいう。常用検知素子５１と基準検知素子５２により検出された水素濃度でいえば、各濃度検出値間の偏差が各濃度検出値に対して所定割合以内、例えば±２０％以内とされ、より好ましくは、例えば±１０％以内とされ、さらに好ましくは、例えば±５％以内なるようにして各素子が配置されている。
【００４５】
水素センサ１０は、常用検知素子回路５０Ａおよび基準検知素子回路５０Ｂを含む検出部５０と、検出部５０の出力から水素濃度を算出してＥＣＵ２０に出力する回路部（センサＥＣＵ）６０と、を備えている。回路部６０は、基準電圧発生回路６１、電圧コントローラ６２Ａ，６２Ｂ、常用検出部６３Ａ、基準検出部６３Ｂ、濃度出力部６４を含んで構成されている。
【００４６】
常用検知素子回路５０Ａからなるブリッジ回路は、検知用素子Ｓ１（抵抗値ｒ４）と温度補償素子Ｒ１（抵抗値ｒ３）とが直列接続されてなる第１直列辺の両端と、固定抵抗ｄ（抵抗値ｒ１）と固定抵抗ｅ（抵抗値ｒ２）とが直列接続されてなる第２直列辺の両端とが、それぞれ接続されて、電圧コントローラ６２Ａを介して基準電圧発生回路６１に接続されている。基準電圧発生回路６１には、水素センサ１０の外部の電源Ｅ（１２Ｖバッテリなど）から供給される。
【００４７】
基準検知素子回路５０Ｂからなるブリッジ回路は、定期的に起動されるものであり、検知用素子Ｓ２（抵抗値ｒ４）と温度補償素子Ｒ２（抵抗値ｒ３）とが直列接続されてなる第１直列辺の両端と、固定抵抗ｄ（抵抗値ｒ１）と固定抵抗ｅ（抵抗値ｒ２）とが直列接続されてなる第２直列辺の両端とが、それぞれ接続されて、電圧コントローラ６２Ｂを介して基準電圧発生回路６１に接続されている。
【００４８】
各ブリッジ回路において、検知用素子Ｓ１（Ｓ２）と温度補償素子Ｒ１（Ｒ２）の接続点ＰＳと、固定抵抗ｄと固定抵抗ｅ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常用検出部６３Ａ（基準検出部６３Ｂ）が接続されている。
【００４９】
ここで、ガス検出室３５（図２参照）内に導入された検査対象ガス中に水素（被検出ガス）が存在しないときには、前記各ブリッジ回路はバランスしてｒ１×ｒ４＝ｒ２×ｒ３の平衡状態にあり、常用検出部６３Ａおよび基準検出部６３Ｂの出力がともにゼロとなる。一方、水素が存在すると、検知用素子Ｓ１（Ｓ２）の担体ｂの触媒において水素が燃焼することでコイルａ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Ｒ１（Ｒ２）においては水素が燃焼せず、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、常用検出部６３Ａ（基準検出部６３Ｂ）に、水素濃度の増大変化に応じた電圧が印加されるようになっている。
【００５０】
常用検出部６３Ａおよび基準検出部６３Ｂは、前記ブリッジ回路に印加されて得られた電圧の検出値（出力値）を、濃度出力部６４に出力する。濃度出力部６４は、常用検出部６３Ａと基準検出部６３Ｂから送られる検出値（出力値）に対応した水素濃度を、図示しない記憶部に記憶された水素濃度マップに基づいて算出し、算出した水素濃度をＥＣＵ２０の異常判定部２１ａ（判定手段）に出力するようになっている。なお、水素濃度マップとは、常用検出部６３Ａ、基準検出部６３Ｂから送られる出力値と、水素濃度とが関連付けられたデータである。また、水素濃度の算出は、マップに限定されるものではなく、テーブルや関数を用いて算出するようにしてもよい。
【００５１】
異常判定部２１ａは、常用検知素子回路５０Ａの検出値（出力値）と、基準検知素子回路５０Ｂの検出値（出力値）とを、互いに独立に、その内部に記憶された所定閾値と比較する絶対診断によって（後記する図４のＳ１１１参照）、常用検知素子５１の異常判定（検知用素子Ｓ１の劣化判定、回路の断線等）を行うようになっている。
【００５２】
なお、常用検知素子回路５０Ａが異常状態であるとは、例えば、常用検知素子回路５０Ａからの検出値と、基準検知素子回路５０Ｂからの検出値との差が所定閾値より大きく、常用検知素子５１が劣化していると推定される状態である。一方、常用検知素子回路５０Ａが異常でない、つまり正常な状態であるとは、常用検知素子回路５０Ａからの検出値と、基準検知素子回路５０Ｂからの検出値との差が所定閾値以下であり、常用検知素子回路５０Ａが正常に作動していると推定される状態である。
【００５３】
電圧コントローラ６２Ａは、後記する電圧設定部２１ｂから常用検知素子回路５０Ａに印加する電圧を制御する制御指令が送られるようになっており、この制御指令に従って、常用検知素子回路５０Ａの印加電圧を制御する。
【００５４】
電圧コントローラ６２Ｂは、電圧設定部２１ｂから基準検知素子回路５０Ｂに印加する電圧を制御する制御指令が送られるようになっており、この制御指令に従って、基準検知素子回路５０Ｂの印加電圧を制御する。
【００５５】
電圧設定部２１ｂは、所定のタイミングに基づいて、各電圧コントローラ６２Ａ、６２Ｂの動作を指示するようになっている。また、電圧設定部２１ｂは、ＩＧ２３（図１参照）のオン信号に基づいて、電圧コントローラ６２Ａを制御して、常用検知素子回路５０Ａに駆動電圧（Ｖ１）を印加する。駆動電圧（Ｖ１）とは、水素センサ１０による水素濃度の検出に必要な電圧である。これにより、所定時間（後記するＴ０）経過後に、常用検知素子５１（検知用素子Ｓ１および温度補償素子Ｒ１）が所定の検知可能温度まで上昇する。所定の検知可能温度とは、水素濃度を検出できる状態の温度（素子が活性化される温度）である。
【００５６】
また、電圧設定部２１ｂは、ＩＧ２３（図１参照）のオン信号に基づいて、電圧コントローラ６２Ｂを制御して、基準検知素子回路５０Ｂに対して、例えば待機電圧Ｖ２（システム起動時は０Ｖ）から段階的に上昇させて最終的に駆動電圧Ｖ１とする制御を行う。なお、待機電圧Ｖ２とは、基準検知素子５２が起動していないときの印加電圧であり、例えば、０（Ｖ）以上、かつ、駆動電圧（Ｖ１）未満に設定される。また、段階的とは、所定時間経過毎に所定の増加幅（増加量）で印加電圧を増加させることをいう。このように、待機電圧Ｖ２を駆動電圧Ｖ１未満に設定することにより、基準検知素子５２に対して通電熱による熱応力が作用するのを低減することができ、基準検知素子５２の劣化を抑制できる。
【００５７】
また、基準検知素子５２が待機電圧Ｖ２から駆動電圧Ｖ１となるまでの時間（後記する所定時間Ｔ１）は、常用検知素子５１がＩＧ−ＯＮから前記所定の検知可能温度となるまでの所定時間（Ｔ０）よりも長く設定される。つまり、基準検知素子５２が起動したときに該基準検知素子５２が検知可能温度に昇温するまでの時間が、常用検知素子５１が起動したときに該常用検知素子５１が検知可能温度になるまでの時間よりも遅れるように（長くなるように）印加電圧が制御される。
【００５８】
警報装置２２は、異常判定部２１ａが異常である（常用検知素子５１が劣化した）と判定したときに運転者に対して異常であることを警告する装置である。
【００５９】
なお、第１実施形態では、電圧設定部２１ｂ、基準電圧発生回路６１および電圧コントローラ６２Ａ，６２Ｂによって電圧制御手段が構成されている。また、第１実施形態では、ＥＣＵ２０（異常判定部２１ａ、電圧設定部２１ｂ）および回路部６０によってガスセンサの制御装置（以下、制御装置１００と略記する）が構成されている。以下に示す第２実施形態ないし第５実施形態についても同様である。
【００６０】
なお、本実施形態では、水素センサ１０に搭載された回路部６０（センサＥＣＵ）で水素濃度を算出（出力）する構成としたが、これに限定されるものではなく、ＥＣＵ２０側で水素濃度を算出（出力）、すなわち濃度出力部６４が異常判定部２１ａおよび電圧設定部２１ｂとともにＥＣＵ２０に備えられていてもよい。また逆に、異常判定部２１ａおよび電圧設定部２１ｂが回路部６０に備えられていてもよい。
【００６１】
次に、第１実施形態に係る制御装置１００の劣化判定の処理について図４および図５を参照（適宜、図１ないし図３を参照）して説明する。図４は第１実施形態に係るガスセンサの制御装置の劣化判定の処理を示すフローチャート、図５は第１実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。
【００６２】
図４に示すように、制御装置１００は、ステップＳ１０１において、ＩＧ２３のＯＮによる燃料電池自動車（燃料電池システムＳ）の起動信号を取得したか否かを判断し、起動信号を取得していないと判断した場合には（Ｎｏ）、リターンし、起動信号を取得した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２に進む。
【００６３】
ステップＳ１０２において、制御装置１００は、電圧制御手段（電圧設定部２１ｂ、基準電圧発生回路６１および電圧コントローラ６２Ａ，６２Ｂ）を介して、常用検知素子５１に対して駆動電圧Ｖ１を印加するとともに、基準検知素子５２に対して待機電圧Ｖ２（初回は、システム起動時なので０Ｖ）から駆動電圧Ｖ１となるまで段階的に電圧を印加する。これにより、基準検知素子５２の温度変化が、常用検知素子５１の温度変化よりもゆるやかに上昇する。
【００６４】
そして、ステップＳ１０３において、制御装置１００は、ＩＧ−ＯＮしてから所定時間Ｔ０が経過したか否かを判断し、所定時間Ｔ０が経過していないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１０２に戻り、所定時間Ｔ０が経過したと判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４に進む。なお、所定時間Ｔ０は、常用検知素子５１が検知可能温度（所定の検知可能温度）となるまでに必要な時間、換言すると常用検知素子５１の検知用素子Ｓ１が活性化する温度になるまでに必要な時間である。
【００６５】
ステップＳ１０４において、制御装置１００は、常用検知素子回路５０Ａを介して水素濃度の検出を開始する。すなわち、制御装置１００は、常用検知素子回路５０Ａの電圧（出力値）を常用検出部６３Ａによって検出し、前記出力値を濃度出力部６４において水素濃度マップに基づいて水素濃度を算出し、ＥＣＵ２０に送る。
【００６６】
そして、ステップＳ１０５に進み、制御装置１００は、ＩＧ−ＯＮから所定時間Ｔ１が経過したか否かを判断する。なお、所定時間Ｔ１は、前記した所定時間Ｔ０よりも長い時間に設定され、基準検知素子５２の昇温に要する時間（所定の検知可能温度に要する時間、検知用素子Ｓ２が活性化する温度）である。制御装置１００は、所定時間Ｔ１が経過していないと判断した場合には（Ｓ１０５、Ｎｏ）、ステップＳ１０２に戻り、所定時間Ｔ１が経過したと判断した場合には（Ｓ１０５、Ｙｅｓ）、ステップＳ１０６に進む。
【００６７】
ステップＳ１０６において、制御装置１００は、常用検知素子５１および基準検知素子５２が正常であるか否かを判断する。正常であるか否かの判断は、前記したように、常用検知素子回路５０Ａと基準検知素子回路５０Ｂから得られる出力値が所定閾値以内か否かによって行う。制御装置１００は、所定閾値以内であり、素子が正常であると判断した場合には（正常：Ｓ１０６、Ｎｏ）、ステップＳ１０７に進み、所定閾値以内でなく、素子が正常ではないと判断した場合には（異常：Ｓ１０６、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１２に進む。なお、素子が異常である場合には、制御装置１００は、異常信号を出力して、警報装置２２を介して運転者に水素センサ１０の異常を警告する。
【００６８】
ステップＳ１０７において、制御装置１００は、現在、常用検知素子５１によって水素濃度を検出する検出モードであるか否かを判断する。検出モードとは、基準検知素子回路５０Ｂが起動状態ではなく、常用検知素子回路５０Ａによって水素濃度を検出している状態（通常モード）を意味している。また、検出モードを行う時間は、図示しないタイマにより設定することができ、基準検知素子回路５０Ｂの起動間隔に応じて適宜変更することができる。
【００６９】
ステップＳ１０７において、制御装置１００は、検出モードであると判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１１３に進み、電圧制御手段を介して、基準検知素子５２を駆動電圧Ｖ１から待機電圧Ｖ２に降圧する。なお、常用検知素子５１に対しては駆動電圧Ｖ１を維持して、常用検知素子回路５０Ａにて水素濃度の検出を継続する。
【００７０】
なお、待機電圧Ｖ２は、本実施形態のように、燃料電池２の出口側配管６（カソードオフガス流路）に設置された場合、出口側配管６から排出されるカソードオフガスの温度以上、かつ、検知可能温度未満となるように電圧制御手段によって印加電圧が制御される。例えば、カソードオフガスの温度が５０℃、検知可能温度が２００℃であれば、待機電圧Ｖ２は、５０℃以上、かつ２００℃未満となるように印加電圧が制御される。
【００７１】
そして、ステップＳ１１４に進み、制御装置１００は、ＩＧ２３がオフ（ＩＧ−ＯＦＦ）されたか否かを判断し、ＩＧ−ＯＦＦされていないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１０７に戻り、ＩＧ−ＯＦＦされたと判断した場合には（Ｙｅｓ）、リターンする。
【００７２】
一方、ステップＳ１０７において、制御装置１００は、検出モードではないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１０８に進み、基準検知素子回路５０Ｂを起動して、ステップＳ１０２と同様にして、基準検知素子５２が駆動電圧Ｖ１となるまで段階的に電圧を印加する。なお、このとき常用検知素子５１は駆動電圧Ｖ１を維持する。
【００７３】
そして、ステップＳ１０９に進み、制御装置１００は、基準検知素子５２の電圧を昇圧し始めてから所定時間Ｔ１が経過したか否かを判断する。制御装置１００は、所定時間Ｔ１が経過していないと判断した場合には（Ｓ１０９、Ｎｏ）、ステップＳ１０８に戻り、所定時間Ｔ１が経過したと判断した場合には（Ｓ１０９、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１０に進む。所定時間Ｔ１は、ステップＳ１０５にて判断される所定時間と同様であり、基準検知素子５２を昇温するのに必要な時間（基準検知素子５２を活性化させるのに必要な時間）である。
【００７４】
ステップＳ１１０において、制御装置１００は、常用検知素子回路５０Ａおよび基準検知素子回路５０Ｂを介して水素濃度を検出する。
【００７５】
そして、ステップＳ１１１に進み、制御装置１００は、常用検知素子５１が異常であるか否かを判定する。常用検知素子５１が異常であるか否かは、前記したステップＳ１０６における異常判定と同様に、常用検知素子回路５０Ａから得られる水素濃度と、基準検知素子回路５０Ｂから得られる水素濃度との差異（差分）が所定値以内であるかどうかによって判定することができる。なお、常用検知素子５１が異常であるとは、例えば、常用検知素子５１が劣化し過ぎて、これ以上水素濃度を検出することができない状態、または、制御装置１００の回路に断線が生じて濃度検出ができなくなった状態である。制御装置１００は、差異が所定値以内であると判断した場合には（正常：Ｓ１１１、Ｎｏ）、ステップＳ１１４に進み、差異が所定値以内ではないと判断した場合には（異常：Ｓ１１１、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１２に進む。異常と判断された場合、制御装置１００は、異常信号を出力し（Ｓ１１２）、警報装置２２を介して運転者に水素センサ１０が異常であることを警告する。
【００７６】
さらに、図５を参照して説明すると、ＩＧ−ＯＮされ（Ｓ１０１、Ｙｅｓ）、常用検知素子５１に駆動電圧Ｖ１が印加されると（Ｓ１０２）、常用検知素子５１の温度が上昇し、所定時間Ｔ０経過時に（Ｓ１０３、Ｙｅｓ）、常用検知素子５１の温度が検知可能温度Ｔｍｐに到達する。また、基準検知素子５２に対しては、最終的に駆動電圧Ｖ１となるように段階的に昇圧する（Ｓ１０２）。これにより、基準検知素子５２の温度が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの時間（所定時間Ｔ１）を、常用検知素子５１の場合よりも遅らせることができ、基準検知素子５２の温度変化を、常用検知素子５１の温度変化よりもゆるやかにできる。なお、段階的に昇圧とは、所定時間経過毎に、所定電圧を加算しながら昇圧することを意味している。
【００７７】
また、水素センサ１０が検出モードである場合には（Ｓ１０７、Ｙｅｓ）、常用検知素子５１を駆動電圧Ｖ１とし、基準検知素子５２を待機電圧Ｖ２とする（Ｓ１１３）。なお、前記したように、水素センサ１０が出口側配管６に設置された場合には、基準検知素子５２における待機電圧Ｖ２を、カソードオフガス温度以上、かつ、検知可能温度Ｔｍｐ未満とすることが好ましい。また、待機電圧Ｖ２は、０ボルトよりも大きい電圧に限定されるものではなく、０ボルトに設定するものであってもよい。
【００７８】
また、水素センサ１０が監視モード（異常判定モード）である場合には（Ｓ１０７、Ｎｏ）、基準検知素子５２の電圧を駆動電圧Ｖ１となるまで段階的に上昇するように制御する（Ｓ１０８）。これにより、基準検知素子５２が検知可能温度Ｔｍｐとなるまでの時間を常用検知素子５１の場合よりも遅らせることができ、基準検知素子５２の温度変化を、常用検知素子５１の温度変化よりもゆるやかにできる。
【００７９】
そして、所定時間Ｔ１が経過して基準検知素子５２の昇温が完了した後に（Ｓ１０９、Ｙｅｓ）、回路部６０を介して常用検知素子回路５０Ａと基準検知素子回路５０Ｂからそれぞれ水素濃度を算出し（Ｓ１１０）、異常判定部２１ａによって、常用検知素子回路５０Ａが異常であるか否かが判定される（Ｓ１１１）。このように、検出モードと監視モードとを繰り返し、検出モードでは、常用検知素子回路５０Ａを介して水素濃度を検出し、監視モードでは、常用検知素子５１の異常判定（劣化判定など）を行う。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態に係る制御装置１００（ガスセンサの制御装置）では、基準検知素子回路５０Ｂの起動時に当該基準検知素子回路５０Ｂに印加される電圧によって基準検知素子５２が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの温度変化が、常用検知素子回路５０Ａの起動時に当該常用検知素子回路５０Ａに印加される電圧によって常用検知素子５１が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの温度変化よりもゆるやかに上昇するように基準検知素子回路５０Ｂに印加される電圧を、電圧制御手段を介して制御する。これにより、基準検知素子回路５０Ｂの起動時における基準検知素子５２の通電熱の応力による劣化（熱応力による劣化）を低減でき、常用検知素子５１よりも基準検知素子５２の劣化速度を確実に遅らせることができる。基準検知素子５２の劣化速度が遅くなることにより、常用検知素子が正常に出力しているかどうかを精度よく判定することが可能になる。
【００８１】
また、本実施形態に係る制御装置１００によれば、水素センサ１０が燃料電池２の出口側配管６（カソードオフガス流路）に設置され、基準検知素子回路５０Ｂが待機状態である場合、基準検知素子５２の温度を出口側配管６から排出されるカソードオフガスの温度以上、かつ、検知可能温度未満となるように電圧を制御し、これを待機電圧Ｖ２とすることで、結露を抑制できる。その結果、素子に水が付着することによる劣化や水蒸気応力による劣化を抑制することができ、常用検知素子５１が正常に出力しているかどうかを高精度に判定することが可能になる。
【００８２】
すなわち、基準検知素子５２の温度をカソードオフガスの温度以上にすることで、カソードオフガスが結露して基準検知素子５２に結露水が付着するのを抑制することができ、結露水によって素子に水が付着することによる劣化や応力（水応力、水蒸気応力）によって素子が劣化することを抑制できる。
【００８３】
また、本実施形態の制御装置１００によれば、基準検知素子回路５０Ｂの起動時に印加される電圧を駆動電圧Ｖ１となるまで段階的に上昇させることで、簡単な回路構成で基準検知素子回路５０Ｂの印加電圧を待機電圧Ｖ２から駆動電圧Ｖ１まで上昇させることができる。
【００８４】
（第２実施形態）
図６は第２実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。この第２実施形態に係る制御装置１００は、基準検知素子５２に印加する電圧を段階的に制御する構成に替えて、印加電圧を連続的に制御する構成としたものであり（符号Ｅ参照）、その他の構成は図１ないし図４に示す第１実施形態と同様である。なお、図４に示すフローチャートのステップＳ１０２およびステップＳ１０８においては、括弧書きで記載したように、基準検知素子５２に対して連続的に電圧を印加する処理が行われる。
【００８５】
図６に示すように、制御装置１００は、電圧制御手段を介して、基準検知素子回路５０Ｂの起動時に、基準検知素子５２を待機電圧Ｖ２から駆動電圧Ｖ１に昇圧する際に、電圧が連続的に変化するように制御する。なお、連続的とは、同一時間において電圧の急激な変化が生じないような状態をいう。この場合にも、基準検知素子５２が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの時間（所定時間Ｔ１）を、常用検知素子５１が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの時間（所定時間Ｔ０）よりも遅らせることができる。
【００８６】
第２実施形態に係る制御装置１００によれば、印加電圧を連続的に上昇させることで、印加電圧の急変を極力抑えることができ、基準検知素子５２に対する急激な熱による応力を低減でき、基準検知素子５２の劣化速度をより遅くすることが可能になる。
【００８７】
（第３実施形態）
図７は第３実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。この第３実施形態に係る制御装置１００は、基準検知素子５２に印加する電圧を間欠的に制御する構成としたものであり（符号Ｆ参照）、その他の構成は図１ないし図４に示す第１実施形態と同様である。なお、図４に示すフローのステップＳ１０２およびステップＳ１０８においては、括弧書きで記載したように、間欠的に電圧を印加する処理が行われる。
【００８８】
図７に示すように、制御装置１００は、電圧制御手段を介して、基準検知素子回路５０Ｂの起動時に、基準検知素子５２を待機電圧Ｖ２から駆動電圧Ｖ１に昇圧する際、駆動電圧Ｖ１と待機電圧Ｖ２とが交互に繰り返され、かつ、駆動電圧Ｖ１の印加時間が等しくなるように制御する。この場合にも、基準検知素子５２が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの時間（所定時間Ｔ１）を、常用検知素子５１が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの時間（所定時間Ｔ０）よりも遅らせることができる。
【００８９】
第３実施形態に係る制御装置１００によれば、印加電圧を、駆動電圧Ｖ１と待機電圧Ｖ２とが交互に、かつ、駆動電圧Ｖ１の印加時間が等しくなるように間欠的に制御することで、駆動電圧Ｖ１と待機電圧Ｖ２の２種類の電圧値を出力するだけでよいので、電圧制御手段の回路構成を簡素化することが可能になる。
【００９０】
なお、駆動電圧Ｖ１と駆動電圧Ｖ１との間の待機電圧Ｖ２の時間Ｒは、駆動電圧Ｖ１の印加時間と等しくなるように設定してもよく、駆動電圧Ｖ１の印加時間よりも短くてもよく、長くてもよい。
【００９１】
（第４実施形態）
図８は第４実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。この第４実施形態に係る制御装置１００は、基準検知素子５２に印加する電圧を間欠的に制御する別の構成としたものであり（符号Ｇ参照）、その他の構成は図１ないし図４に示す第１実施形態と同様である。
【００９２】
図８に示すように、制御装置１００は、電圧制御手段を介して、基準検知素子回路５０Ｂの起動時に、基準検知素子５２を待機電圧Ｖ２から駆動電圧Ｖ１に昇圧する際、駆動電圧Ｖ１が印加される時間が、時間経過とともに長くなるように制御する。この場合にも、基準検知素子５２が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの時間（所定時間Ｔ１）を、常用検知素子５１が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの時間（所定時間Ｔ０）よりも遅らせることができる。
【００９３】
第４実施形態に係る制御装置１００によれば、第３実施形態と同様に、駆動電圧Ｖ１と待機電圧Ｖ２の２種類の電圧値を出力するだけでよいので、電圧制御手段の回路構成を簡素化することが可能になる。
【００９４】
（第５実施形態）
図９は第５実施形態に係るガスセンサの制御装置の動作を示すタイムチャートである。この第５実施形態に係る制御装置１００は、水素センサ１０が加湿環境下に設けられた燃料電池システムＳ（図１参照）において、システム起動時（ＩＧ−ＯＮ時）に基準検知素子５２が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの時間（所定時間Ｔ１０）を、定常時（システム起動時以外）に基準検知素子５２が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの時間（所定時間Ｔ１）よりも長くなるように制御する。
【００９５】
ところで、システム起動時は結露した水分が基準検知素子５２内に残留していることが多い。そこで、第５実施形態では、システム起動時（ＩＧ−ＯＮ時）に基準検知素子５２が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの温度変化が、定常時に基準検知素子が検知可能温度Ｔｍｐに到達するまでの温度変化よりもゆるやかになるように基準検知素子回路５０Ｂに印加される電圧が制御される。これにより、システム起動時における基準検知素子５２の急激な温度変化が抑制され、基準検知素子５２に発生する水応力（水蒸気応力）を低減できる。その結果、定常時には基準検知素子回路５０Ｂを良好に起動することができ、常用検知素子５１の正常性を迅速に判定できる。
【００９６】
なお、図９では、基準検知素子５２に印加する電圧を段階的に昇圧して基準検知素子５２を昇温する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されず、第２実施形態に示したように連続的に昇圧して基準検知素子５２を昇温する構成にしてもよく、あるいは第３実施形態および第４実施形態に示したように間欠的に昇圧して基準検知素子５２を昇温する構成にしてもよい。また、段階的な昇圧、連続的な昇圧、間欠的に昇圧を適宜組み合わせて、基準検知素子５２を昇温するようにしてもよい。
【００９７】
なお、本発明は前記した各実施形態に限定されるものではなく、図２に示す水素センサ１０に替えて図１０および図１１に示す水素センサ１０Ａとしてもよい。図１０および図１１に示す水素センサ１０Ａは、検知用素子Ｓ１および温度補償素子Ｒ１を備えた常用検知素子５１と、検知用素子Ｓ２および温度補償素子Ｒ２を備えた基準検知素子５２とがひとつの筒状部３４に収容された構成である。この水素センサ１０Ａの他の構成については、図２と同様であるので同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００９８】
また、本実施形態に係るガスセンサは、接触燃焼式に限定されるものではなく、半導体式、熱伝導式、プロトン導電体式、ＦＥＴ式など、素子を大気温度よりも高温に熱する方式であれば、本発明を適用可能である。
【符号の説明】
【００９９】
２ 燃料電池
６ 出口側配管（カソードオフガス流路）
１０，１０Ａ 水素センサ（ガスセンサ）
２０ ＥＣＵ
２１ａ 異常判定部（判定手段）
２１ｂ 電圧設定部（電圧制御手段）
５０ 検出部
５０Ａ 常用検知素子回路
５０Ｂ 基準検知素子回路
５１ 常用検知素子
５２ 基準検知素子
６０ 回路部
６１ 基準電圧発生回路（電圧制御手段）
６２Ａ，６２Ｂ 電圧コントローラ（電圧制御手段）
６３Ａ 常用検出部
６３Ｂ 基準検出部
６４ 濃度出力部
１００ ガスセンサの制御装置
Ｓ 燃料電池システム（システム）
Ｓ１，Ｓ２ 検知用素子
Ｒ１，Ｒ２ 温度補償素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一構成の常用検知素子回路と基準検知素子回路を有する検出部と接続され、定期的に前記基準検知素子回路を起動して前記常用検知素子回路と前記基準検知素子回路の双方の出力値を比較して、前記常用検知素子回路が正常に出力しているかどうかを判定する判定手段を有するガスセンサの制御装置において、
前記基準検知素子回路の起動時に当該基準検知素子回路に印加される電圧によって基準検知素子が所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化が、前記常用検知素子回路の起動時に当該常用検知素子回路に印加される電圧によって常用検知素子が前記所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化よりもゆるやかになるように前記基準検知素子回路に印加される電圧を制御する電圧制御手段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、燃料電池のカソードオフガス流路に設置され、
前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路が前記判定手段による判定を行わない待機状態である場合、前記基準検知素子の温度が、前記カソードオフガス流路から排出されるカソードオフガスの温度以上、前記所定の検知可能温度未満となるように前記基準検知素子回路に印加される電圧を制御す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】
前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路の起動時に印加される電圧を、駆動電圧となるまで段階的に上昇させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサの制御装置。
【請求項４】
前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路の起動時に印加される電圧を、駆動電圧となるまで連続的に上昇させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサの制御装置。
【請求項５】
前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路の起動時に印加される電圧を、駆動電圧と、前記基準検知素子回路を待機状態とする待機電圧とが交互に、かつ、前記駆動電圧の印加時間が等しくなるように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサの制御装置。
【請求項６】
前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路の起動時に印加される電圧を、駆動電圧と、前記基準検知素子回路を待機状態とする待機電圧とが交互に、かつ、前記駆動電圧の印加時間が徐々に長くなるように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサの制御装置。
【請求項７】
前記ガスセンサは加湿環境下に置かれるシステムに設けられ、
前記電圧制御手段は、システム起動時において前記基準検知素子が前記所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化が、定常時の前記基準検知素子回路の起動時において前記基準検知素子が前記所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化よりもゆるやかになるように前記基準検出素子回路に印加される電圧を制御することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のガスセンサの制御装置。
【請求項１】
同一構成の常用検知素子回路と基準検知素子回路を有する検出部と接続され、定期的に前記基準検知素子回路を起動して前記常用検知素子回路と前記基準検知素子回路の双方の出力値を比較して、前記常用検知素子回路が正常に出力しているかどうかを判定する判定手段を有するガスセンサの制御装置において、
前記基準検知素子回路の起動時に当該基準検知素子回路に印加される電圧によって基準検知素子が所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化が、前記常用検知素子回路の起動時に当該常用検知素子回路に印加される電圧によって常用検知素子が前記所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化よりもゆるやかになるように前記基準検知素子回路に印加される電圧を制御する電圧制御手段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、燃料電池のカソードオフガス流路に設置され、
前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路が前記判定手段による判定を行わない待機状態である場合、前記基準検知素子の温度が、前記カソードオフガス流路から排出されるカソードオフガスの温度以上、前記所定の検知可能温度未満となるように前記基準検知素子回路に印加される電圧を制御す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】
前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路の起動時に印加される電圧を、駆動電圧となるまで段階的に上昇させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサの制御装置。
【請求項４】
前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路の起動時に印加される電圧を、駆動電圧となるまで連続的に上昇させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサの制御装置。
【請求項５】
前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路の起動時に印加される電圧を、駆動電圧と、前記基準検知素子回路を待機状態とする待機電圧とが交互に、かつ、前記駆動電圧の印加時間が等しくなるように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサの制御装置。
【請求項６】
前記電圧制御手段は、前記基準検知素子回路の起動時に印加される電圧を、駆動電圧と、前記基準検知素子回路を待機状態とする待機電圧とが交互に、かつ、前記駆動電圧の印加時間が徐々に長くなるように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサの制御装置。
【請求項７】
前記ガスセンサは加湿環境下に置かれるシステムに設けられ、
前記電圧制御手段は、システム起動時において前記基準検知素子が前記所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化が、定常時の前記基準検知素子回路の起動時において前記基準検知素子が前記所定の検知可能温度に到達するまでの温度変化よりもゆるやかになるように前記基準検出素子回路に印加される電圧を制御することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のガスセンサの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１４９８９４（Ｐ２０１２−１４９８９４Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６６３３（Ｐ２０１１−６６３３）
【出願日】平成２３年１月１７日（２０１１．１．１７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１７日（２０１１．１．１７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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