JP2003294676A - ガスセンサ起動時のガス濃度予測方法およびガス検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス接触燃焼式ガスセンサの起動時におい
て、ガス検知の早期化を図る。 【解決手段】 燃料電池のカソードから排出される空気
オフガス中の水素ガス濃度が所定濃度を越えたか否かを
検知するガス検知方法において、ガス接触燃焼式ガスセ
ンサからなる水素センサを用い、水素センサの起動時
に、水素センサの出力が安定する前の起動時判定時間Ｔ
ａにおける水素センサの出力値Ｓ２が判定値Ａを越えた
ときは、被検知ガスが前記所定濃度を越えたと判定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガス接触燃焼式
ガスセンサの起動時におけるガス濃度予測方法と、ガス
接触燃焼式ガスセンサを利用したガス検知方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば固体高分子膜型燃料電池は、固体
高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み
込んで形成されたセルを複数積層して構成されたスタッ
クを備えており、アノードに燃料として水素が供給さ
れ、カソードに酸化剤として空気が供給されて、アノー
ド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カソードまで移動して、カソードで
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。

【０００３】また、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は、カソードから排出される未反
応の空気（空気オフガスという）は系外に排出するのが
一般的であるが、その場合には、空気オフガス中に水素
ガスが存在しないことを確認する必要がある。そこで、
従来から、特公平６−５２６６２号公報や特開平６−２
２３８５０号公報等に開示されているように、燃料電池
のカソード側の排出系に水素センサを設置し、この水素
センサによって空気オフガス中に水素ガスが存在してい
ないことを確認するシステムが開発されている。これら
のシステムにおいては、前記水素センサの出力に基づい
て空気オフガス中のガス検知が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記水素セ
ンサにガス接触燃焼式のガスセンサを用いることが考え
られている。このガス接触燃焼式ガスセンサは、触媒が
付着されている検出素子と触媒が付着されていない温度
補償素子とを備えて構成されており、被検知ガス（水素
センサの場合は水素）が触媒に接触した際に燃焼する熱
を利用して検出素子と温度補償素子との電気抵抗の差異
から前記被検知ガスのガス濃度を検出するものである。

【０００５】このようなガス接触燃焼式ガスセンサから
なる水素センサでは、水素濃度に応じた大きさの電気信
号（電流値等）を出力するが、触媒燃焼による熱を利用
しているため、触媒が十分に活性していないと水素濃度
に応じた大きさの電気信号を出力することができない。
ここで、触媒の活性は触媒温度に依存し、一般的に、触
媒温度が高い方が触媒は活性化される。このため、水素
センサの起動時には、触媒が十分に活性するまでの間、
水素センサの出力が安定せず、正しい水素濃度を検出す
ることができないので、水素センサの出力が安定した後
に、その出力値に基づいてガス検知を実行せざるを得な
い。

【０００６】しかしながら、このようにすると、水素セ
ンサを起動してから水素センサの出力が安定するまでの
間はガス検知を実行しないこととなるため、センサ起動
時のガス検知実行の早期化が求められた。そこで、この
発明は、ガスセンサ起動時にガスセンサの出力が安定す
る前に被検知ガスのガス濃度を予測することができるガ
ス接触燃焼式ガスセンサのガス濃度予測方法と、ガスセ
ンサ起動時にガスセンサの出力が安定する前に被検知ガ
スを検知することができるガス検知方法を提供するもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この出願に係る第１の発明は、被検知ガスが触媒に
接触した際に燃焼する熱を利用して検出素子と温度補償
素子との電気抵抗の差異から前記被検知ガスのガス濃度
を検出するガス接触燃焼式ガスセンサの起動時に、前記
被検知ガスのガス濃度を予測する方法であって、前記ガ
スセンサの出力が安定する前の所定時期に該ガスセンサ
の起動特性により決定される出力特性値に基づいて、前
記被検知ガスのガス濃度を予測することを特徴とするガ
スセンサ起動時のガス濃度予測方法である。

【０００８】ガス接触燃焼式ガスセンサにおいては、ガ
スセンサの起動時に、触媒が十分に活性するまでの間、
被検知ガスのガス濃度に応じて一定の規則性を持って徐
々に増大変化し、その増大変化の変化速度は被検知ガス
のガス濃度が高いほど速い。このセンサ起動時の出力変
化特性を、この出願ではガスセンサの起動特性と称す。
したがって、このガスセンサの起動特性が既知であれ
ば、ガスセンサの出力が被検知ガスのガス濃度に対応す
る出力値に安定する時（以下、安定時期と称す）よりも
前の所定時期におけるガスセンサの出力値、あるいは、
出力上昇の傾き（すなわち、出力増大の変化速度）か
ら、前記安定時期のガスセンサの出力、すなわち、被検
知ガスのガス濃度を予測することができる。

【０００９】ここで、安定時期より前の所定時期におけ
るガスセンサの出力値、あるいは、出力増大の変化速度
を、前記所定時期の「出力特性値」と定義すれば、前記
所定時期の出力特性値は、そのガスセンサの起動特性に
より決定されるということができる。したがって、ガス
接触燃焼式ガスセンサの起動時においては、ガスセンサ
の出力が安定する前の所定時期に該ガスセンサの起動特
性により決定される出力特性値に基づいて、被検知ガス
のガス濃度を予測することができる。これにより、ガス
センサの出力が安定する前に被検知ガスの濃度を予測す
ることができる

【００１０】また、前記第１の発明において、前記出力
特性値は、前記ガスセンサを起動してから所定時間後に
おける該ガスセンサの出力値とすることができる。ま
た、前記第１の発明において、前記出力特性値は、前記
ガスセンサを起動してから所定時間後における該ガスセ
ンサの出力値の変化速度とすることができる。

【００１１】また、この出願に係る第２の発明は、被検
知ガス（例えば、後述する実施の形態における水素ガ
ス）が触媒に接触した際に燃焼する熱を利用して検出素
子（例えば、後述する実施の形態における検出素子３
２）と温度補償素子（例えば、後述する実施の形態にお
ける温度補償素子３３）との電気抵抗の差異から前記被
検知ガスのガス濃度を検出するガス接触燃焼式ガスセン
サ（例えば、後述する実施の形態における水素センサ２
５）により、前記被検知ガスが所定濃度（例えば、後述
する実施の形態における許容水素濃度）を越えたか否か
を検知するガス検知方法であって、前記ガスセンサの起
動時に、前記ガスセンサの出力が安定する前の所定時期
（例えば、後述する実施の形態における起動時判定時間
Ｔａ，Ｔａ１，Ｔａ２）に該ガスセンサの起動特性によ
り決定される出力特性値（例えば、後述する実施の形態
における水素センサ２５の出力値、あるいは、出力増大
の変化速度）が所定の判定値（例えば、後述する実施の
形態における判定値Ａ，Ａ１，Ａ２，Ｖ，Ｖ１，Ｖ２）
を越えたときは、被検知ガスが前記所定濃度を越えたと
判定することを特徴とするガス検知方法である。

【００１２】前述したように、ガス接触燃焼式ガスセン
サの起動時においては、ガスセンサの出力が安定する前
の所定時期に該ガスセンサの起動特性により決定される
出力特性値に基づいて、被検知ガスのガス濃度を予測す
ることができるので、このガス接触燃焼式ガスセンサを
用いて被検知ガスが所定濃度を越えたか否かを検知する
場合、出力安定前に予測したガス濃度と前記所定濃度と
を比較することにより、出力安定前に被検知ガスが前記
所定濃度を越えたか否かを判定することができる。

【００１３】さらに、ガス接触燃焼式ガスセンサでは、
前記所定濃度に対応するガスセンサの出力値を安定後判
定値と設定した場合、安定時期にガスセンサの出力が安
定後判定値となるときの起動特性を予め実験的に求め、
この起動特性における安定時期前の所定時期における出
力特性値を求めて、これを安定時期前の前記所定時期に
おける「起動時判定値」とすれば、実際にガスセンサを
起動してガス検知を実行した時の前記所定時期における
ガスセンサの出力特性値を検出して、この検出された出
力特性値と前記「起動時判定値」とを比較して、被検知
ガスが前記所定濃度を越えたか否かを判定することがで
きる。

【００１４】したがって、ガス接触燃焼式ガスセンサに
よりガス検知をする場合には、前記ガスセンサの起動時
に、前記ガスセンサの出力が安定する前の所定時期に該
ガスセンサの起動特性により決定される出力特性値が所
定の判定値を越えたときは、被検知ガスが前記所定濃度
を越えたと判定することができる。これにより、被検知
ガスが前記所定濃度を越えた虞がある時には、ガスセン
サの出力が安定する以前にこれを検知することができ、
ガス検知の早期化を図ることができる。

【００１５】また、前記第２の発明において、前記出力
特性値は、前記ガスセンサを起動してから所定時間後に
おける前記ガスセンサの出力値とすることができる。ま
た、前記第２の発明において、前記出力特性値は、前記
ガスセンサを起動してから所定時間後における前記ガス
センサの出力値の変化速度とすることができる。

【００１６】また、前記第２の発明においては、前記検
出素子の温度に応じて前記判定値を変更するようにして
もよい。このように構成することにより、ガス検知精度
が向上し、ガス検知の信頼性を向上することができる。

【００１７】また、前記第２の発明においては、前記検
出素子の温度に応じて前記所定時期を変更するようにし
てもよい。このように構成することにより、ガス検知精
度が向上し、ガス検知の信頼性を向上することができ
る。

【００１８】また、第２の発明においては、前記被検知
ガスが水素ガスであり、燃料電池（例えば、後述する実
施の形態における燃料電池２）のカソードから排出され
るカソードオフガス（例えば、後述する実施の形態にお
ける空気オフガス）中の水素ガス濃度が所定濃度を越え
たか否かを検知するガス検知方法とすることができる。
このように構成することにより、万が一、空気オフガス
中の水素ガス濃度が所定濃度を越えた虞がある時には、
前記ガスセンサの出力が安定する前にこれを検知するこ
とができ、ガス検知の早期化を図ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係るガス接触燃
焼式ガスセンサのガス濃度予測方法およびガス検知方法
を説明する。初めに、この発明に係るガス接触燃焼式ガ
スセンサのガス濃度予測方法の原理を図１の図面を参照
して説明する。前述したように、ガス接触燃焼式ガスセ
ンサは、触媒が付着されている検出素子と触媒が付着さ
れていない温度補償素子とを備えて構成され、被検知ガ
ス（水素センサの場合は水素）が触媒に接触した際に燃
焼する熱を利用して検出素子と温度補償素子との電気抵
抗の差異から前記被検知ガスのガス濃度を検出するもの
であるため、ガスセンサの起動時には、触媒が十分に活
性するまでの間、ガスセンサの出力が安定しない。

【００２０】ここで、本発明者は、ガスセンサが起動さ
れてから出力が安定するまでの間、ガスセンサの出力は
不規則に変化するわけではなく、被検知ガスのガス濃度
に応じて一定の規則性を持って変化することに着目し
た。図１は、前記ガスセンサの起動時の出力変化を実験
的に求めた一例であり、横軸にガスセンサ起動からの時
間、縦軸にガスセンサの出力をとっている。図１に示す
ように、被検知ガスのガス濃度が高い場合および低い場
合のいずれの場合も、ガスセンサの出力は、起動から時
間が経過するにしたがって徐々に増大していき、被検知
ガスのガス濃度に対応する出力値を一旦越えた後、被検
知ガスのガス濃度に対応する出力値に収束していき、所
定時間Ｔｂが経過した後は出力が安定する。

【００２１】そして、被検知ガスのガス濃度が高いほど
センサ出力の上昇が速いことが、実験的に確認された。
しかも、ガスセンサ起動から出力安定までの出力の変化
は、被検知ガスのガス濃度に応じて再現性があること
も、実験的に確認された。つまり、このガスセンサにお
いては、被検知ガスのガス濃度に応じて、ガスセンサ起
動からセンサ出力が安定するまでの出力変化パターンが
決まる。この起動時の出力変化特性を、この出願ではガ
スセンサの起動特性と称す。

【００２２】したがって、このガスセンサの起動特性が
既知であれば、ガスセンサの出力が被検知ガスのガス濃
度に対応する出力値に安定するまでにかかる所定時間
（以下、これを安定時間という）Ｔｂよりも前の所定時
期（例えば、図１における時間Ｔａ）におけるガスセン
サの出力値、あるいは、出力上昇の傾き（すなわち、出
力増大の変化速度）から、安定時間Ｔｂ経過後のガスセ
ンサの出力、すなわち、被検知ガスのガス濃度を予測す
ることができる。

【００２３】ここで、安定時間Ｔｂより前の所定時期に
おけるガスセンサの出力値、あるいは、出力上昇の傾き
（すなわち、出力増大の変化速度）を、前記所定時期の
「出力特性値」と定義すると、安定時間Ｔｂより前の所
定時期の出力特性値は、そのガスセンサの起動特性によ
り決定されるということができる。つまり、ガス接触燃
焼式ガスセンサの起動時においては、ガスセンサの出力
が安定する前の所定時期に該ガスセンサの起動特性によ
り決定される出力特性値に基づいて、被検知ガスのガス
濃度を予測することができる。これにより、ガスセンサ
の出力が安定する前に被検知ガスの濃度を予測すること
ができる

【００２４】また、このガス接触燃焼式ガスセンサを用
いて被検知ガスが所定濃度を越えたか否かを検知する場
合、このガスセンサの起動時には、ガスセンサの出力が
安定する前の所定時期（例えば、図１における時間Ｔ
ａ）に該ガスセンサの起動特性により決定される出力特
性値に基づいて被検知ガスのガス濃度を予測し、この予
測したガス濃度と前記所定濃度とを比較することによ
り、出力安定前に被検知ガスが前記所定濃度を越えたか
否かを判定することができる。

【００２５】さらに、ガス接触燃焼式ガスセンサでは、
例えば、図１に示すように、前記所定濃度に対応するガ
スセンサの出力値を判定値Ｂと設定した場合、安定時間
Ｔｂ後にガスセンサの出力が判定値Ｂとなるときの起動
特性を予め実験的に求め、この起動特性における所定時
期（Ｔａ）の出力特性値Ａを求めて、これを所定時期
（Ｔａ）における判定値Ａとすれば、実際にガスセンサ
を起動してガス検知を実行した時の所定時期（Ｔａ）に
おけるガスセンサの出力特性値を検出して、この検出さ
れた出力特性値と前記判定値Ａとを比較して、被検知ガ
スが前記所定濃度を越えたか否かを判定することができ
る。以下、ガス検知をする場合における安定時間Ｔｂ前
の前記所定時間Ｔａを起動時判定時間Ｔａと呼ぶことと
する。

【００２６】図１を参照して、具体的に説明すると、実
際にガスセンサを起動してガス検知を実行した時の起動
時判定時間Ｔａにおける出力特性値が、判定値Ａよりも
小さい「Ｓ１」の場合は、被検知ガスが前記所定濃度以
下であると判定することができ、判定値Ａよりも大きい
「Ｓ２」の場合は、被検知ガスが前記所定濃度を越えた
と判定することができる。すなわち、ガス接触燃焼式ガ
スセンサの起動時には、ガスセンサの出力が安定する前
の起動時判定時間Ｔａに該ガスセンサの起動特性により
決定される出力特性値が所定の判定値を越えたときは、
被検知ガスが前記所定濃度を越えたと判定することがで
きる。これは、出力特性値をガスセンサの出力値とした
場合、あるいは、センサ出力増大の変化速度とした場合
のいずれの場合にも成立する。

【００２７】＜第１の実施の形態＞次に、図２および図
３の図面を参照して、この発明に係るガス検知方法の第
１の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態
では、ガス接触燃焼式ガスセンサは、水素ガスを検出す
る水素センサとしての態様であり、この水素センサを用
いて、燃料電池のカソードから排出されるカソードオフ
ガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度（所定濃度）以下
であることを確認するガス検知方法の態様である。ここ
で、許容水素濃度は、例えば、空気オフガス中に水素ガ
スが存在しないと判断される上限濃度とすることができ
る。

【００２８】図２は、燃料電池システムの構成図であ
り、この実施の形態において、燃料電池システムは例え
ば該燃料電池の発電電力によって駆動する電気自動車等
の車両に搭載されている。燃料電池２は、例えば固体ポ
リマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をア
ノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセ
ルを複数積層して構成されたスタックからなる。この燃
料電池２では、水素供給路１１を介して燃料として水素
ガスが前記アノードに供給されるとともに、空気供給路
２１を介して酸化剤として空気が前記カソードに供給さ
れ、アノード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カソードまで移動して、
カソード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、未反応の水素ガス、すなわち水
素オフガスは水素排出路１２から排出されて図示しない
循環路を介して再利用され、反応済みの空気、すなわち
空気オフガス（カソードオフガス）は空気排出路（ガス
流路）２２から系外に排出される。

【００２９】空気排出路２２の途中には、その重力方向
上側にガス接触燃焼式の水素センサ２５が取り付けられ
ており、この水素センサ２５により空気オフガス中に水
素ガスが存在しないことを確認することができるように
なっている。水素センサ２５はケース３０を備え、前記
空気排出路２２の取付座に締め付け固定されている。ケ
ース３０の下面には、空気排出路２２の貫通孔（図示せ
ず）に外側から挿通される筒状部３１が形成されてい
る。筒状部３１の内部はガス検出室として形成されてお
り、このガス検出室に空気オフガスが下方から導入され
るようになっている。

【００３０】そして、この筒状部３１の内部に、白金等
の触媒が付着された検出素子３２と触媒が付着されてい
ない温度補償素子３３とが装着されている。検出素子３
２と温度補償素子３３はガス検出室内で同一高さで所定
間隔を隔てて一対設けられている。これら検出素子３２
と温度補償素子３３はケース３０内に設けられた回路基
板（図示せず）に接続されている。検出素子３２は周知
の素子であって、被検出ガスである水素が白金等の触媒
に接触した際に燃焼する熱を利用し、水素の燃焼により
高温となった検出素子３２と雰囲気温度下の温度補償素
子３３との間に電気抵抗の差が生ずることを利用して、
水素ガス濃度を検出し、水素ガス濃度に応じた出力電流
を出力信号として制御装置２９に出力する。

【００３１】次に、水素センサ２５の起動時における水
素ガスの検知手順を図３のフローチャートに従って説明
する。図３に示すフローチャートは、センサ起動時ガス
検知処理ルーチンを示すものであり、このセンサ起動時
ガス検知処理ルーチンは、水素センサ２５が起動される
たびにＥＣＵ３０によって実行される。水素センサ２５
が起動されると（ステップＳ１０１）、ステップＳ１０
２において、水素センサ２５が起動してから起動時判定
時間Ｔａを経過したか否かを判定する。ここで、起動時
判定時間Ｔａは、水素センサ２５の出力が安定する安定
時間Ｔｂよりも前に設定する。

【００３２】ステップＳ１０２における判定結果が「Ｎ
Ｏ」（起動時判定時間Ｔａ経過前）である場合は、起動
時判定時間Ｔａが経過するまで待ち、ステップＳ１０２
における判定結果が「ＹＥＳ」（起動時判定時間Ｔａ経
過）である場合は、ステップＳ１０３ａに進んで、この
時の出力特性値として水素センサ２５の出力値を読み込
み、この出力値が判定値Ａよりも大きいか否かを判定す
る。なお、判定値Ａの設定方法は、予め実験的に、水素
センサ２５の出力が安定時間Ｔｂ後に許容水素濃度に対
応する出力値（すなわち判定値）Ｂとなるときの起動特
性を求め、この起動特性から、起動時判定時間Ｔａにお
ける出力特性値を求め、これを判定値Ａに設定する。

【００３３】ステップＳ１０３ａにおける判定結果が
「ＹＥＳ」（出力値が判定値Ａより大）である場合（例
えば、図１におけるＳ２）は、ステップＳ１０４に進
み、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を越
えている虞があると判定して警報を行い、本ルーチンの
実行を一旦終了する。一方、ステップＳ１０３ａにおけ
る判定結果が「ＮＯ」（出力値が判定値Ａ以下）である
場合（例えば、図１におけるＳ１）は、この時点では空
気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度以下である
と判定することができるので、ステップＳ１０５に進ん
で、安定時間Ｔｂを経過するまで待機し、本ルーチンの
実行を一旦終了する。

【００３４】なお、図示を省略するが、このセンサ起動
時ガス検知処理を終了した後で、安定時間Ｔｂを経過後
における通常のガス検知処理が実行される。このよう
に、安定時間Ｔｂ前の起動時判定時間Ｔａにおける水素
センサ２５の出力値に基づいてセンサ起動時ガス検知を
実行すると、万が一、空気オフガス中の水素ガス濃度が
許容水素濃度を越えている虞がある時には、水素センサ
２５の出力が安定する以前の段階で、早期に警報を発す
ることができる。

【００３５】＜第２の実施の形態＞次に、第２の実施の
形態におけるセンサ起動時の水素ガス検知を図４のフロ
ーチャートに従って説明する。第２の実施の形態におけ
るセンサ起動時ガス検知は、起動時判定時間Ｔａ経過後
の水素センサ２５の出力値の変化速度を出力特性値とし
て用いるものである。図４に示す第２の実施の形態にお
けるフローチャートが図３に示す第１の実施の形態のフ
ローチャートと相違する点は、ステップＳ１０３ａに代
えてステップＳ１０３ｂとした点だけであり、その他の
ステップは第１の実施の形態と同じであるので、同一ス
テップに同一符号を付してその説明を省略し、相違する
ステップＳ１０３ｂを中心に説明する。

【００３６】ステップＳ１０３ｂにおいては、起動時判
定時間Ｔａ後の水素センサ２５の出力値の増大速度、す
なわち、出力増大の変化速度を算出し、この変化速度が
判定値Ｖよりも大きいか否かを判定する。なお、出力増
大の変化速度は、微小時間における出力の増大量として
算出することができる。なお、判定値Ｖの設定方法は、
予め実験的に、水素センサ２５の出力が安定時間Ｔｂ後
に許容水素濃度に対応する出力値（すなわち判定値）Ｂ
となるときの起動特性を求め、この起動特性から、起動
時判定時間Ｔａにおける出力増大の変化速度を求め、こ
れを判定値Ｖに設定する。

【００３７】ステップＳ１０３ｂにおける判定結果が
「ＹＥＳ」（変化速度が判定値Ｖより大）である場合
（例えば、図１におけるＳ２）は、ステップＳ１０４に
進み、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を
越えている虞があると判定して警報を行い、本ルーチン
の実行を一旦終了する。一方、ステップＳ１０３ｂにお
ける判定結果が「ＮＯ」（変化速度が判定値Ｖ以下）で
ある場合（例えば、図１におけるＳ１）は、この時点で
は空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度以下で
あると判定することができるので、ステップＳ１０５に
進んで、安定時間Ｔｂを経過するまで待機し、本ルーチ
ンの実行を一旦終了する。

【００３８】なお、図示を省略するが、第２の実施の形
態においても、このセンサ起動時ガス検知処理を終了し
た後で、安定時間Ｔｂを経過後における通常のガス検知
処理が実行される。このように、安定時間Ｔｂ前の起動
時判定時間Ｔａにおける水素センサ２５の出力の変化速
度に基づいてセンサ起動時ガス検知を実行した場合に
も、万が一、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素
濃度を越えている虞がある時には、水素センサ２５の出
力が安定する以前の段階で、早期に警報を発することが
できる。

【００３９】＜第３の実施の形態＞次に、第３の実施の
形態におけるセンサ起動時の水素ガス検知を、図５の起
動特性図と図６のフローチャートを参照して説明する。
センサ起動時ガス検知は、水素センサ２５の起動特性を
利用して行うものであるが、前述したように、この起動
特性は水素センサ２５の検出素子３２に付着している触
媒の活性に起因している。したがって、同じ濃度の水素
ガスを検出する場合であっても、水素センサ２５の起動
時における触媒温度（換言すれば検出素子３２の温度）
によって起動特性が相違し、図５に示すように、起動時
における検出素子３２の温度が高い場合の方が低い場合
よりも、起動時判定時間Ｔａにおける出力特性値（出力
値または出力の増大速度）が大きい。

【００４０】そこで、この第３に実施の形態では、水素
センサ２５を起動した時の検出素子３２の温度を検出
し、その検出温度に応じて起動時判定時間Ｔａにおける
判定値を変更するようにし、検出素子３２の温度が所定
温度ｔよりも高いときには大きい判定値を採用し、検出
素子３２の温度が所定温度ｔ以下のときには小さい判定
値を採用することとした。これにより、ガス検知精度が
向上し、ガス検知の信頼性を向上することができる。

【００４１】次に、第３の実施の形態におけるセンサ起
動時の水素ガス検知手順を図６のフローチャートに従っ
て説明する。第３の実施の形態におけるセンサ起動時の
水素ガス検知では、第１の実施の形態の場合と同様に、
起動時判定時間Ｔａ経過後の水素センサ２５の出力値を
出力特性値として用いる。図６に示すフローチャート
は、センサ起動時ガス検知処理ルーチンを示すものであ
り、このセンサ起動時ガス検知処理ルーチンは、水素セ
ンサ２５が起動されるたびにＥＣＵ３０によって実行さ
れる。

【００４２】水素センサ２５が起動されると（ステップ
Ｓ２０１）、ステップＳ２０２において、水素センサ２
５の検出素子３２の温度が所定温度ｔよりも低いか否か
を判定する。ステップＳ２０２における判定結果が「Ｙ
ＥＳ」（素子温度が所定温度ｔより低い）である場合
は、ステップＳ２０３ａに進んで判定値に「Ａ１」を設
定し、ステップＳ２０２における判定結果が「ＮＯ」
（素子温度が所定温度ｔ以上）である場合は、ステップ
Ｓ２０８ａに進んで判定値に「Ａ２」を設定する。

【００４３】なお、判定値Ａ１，Ａ２の設定方法は、予
め実験的に、水素センサ２５の出力が安定時間Ｔｂ後に
許容水素濃度に対応する出力値（すなわち判定値）Ｂと
なるときの起動特性を、検出素子３２が所定温度ｔより
も低い場合と高い場合についてそれぞれ求め、これら起
動特性から、起動時判定時間Ｔａにおける出力特性値を
それぞれ求め、これらを判定値Ａ１，Ａ２に設定する。
なお、判定値Ａ１は判定値Ａ２よりも小さい（Ａ１＜Ａ
２）。

【００４４】ステップＳ２０３ａの処理を実行した場合
はステップＳ２０４に進み、ステップＳ２０８ａの処理
を実行した場合はステップＳ２０９に進んで、それぞれ
水素センサ２５が起動してから起動時判定時間Ｔａを経
過したか否かを判定する。ここで、起動時判定時間Ｔａ
は、水素センサ２５の出力が安定する安定時間Ｔｂより
も前に設定する。

【００４５】ステップＳ２０４あるいはステップＳ２０
９における判定結果が「ＮＯ」（起動時判定時間Ｔａ経
過前）である場合は、起動時判定時間Ｔａが経過するま
で待つ。ステップＳ２０４における判定結果が「ＹＥ
Ｓ」（起動時判定時間Ｔａ経過）である場合は、ステッ
プＳ２０５ａに進んで、この時の出力特性値として水素
センサ２５の出力値を読み込み、この出力値が判定値Ａ
１よりも大きいか否かを判定する。

【００４６】ステップＳ２０５ａにおける判定結果が
「ＹＥＳ」（出力値が判定値Ａ１より大）である場合
（例えば、図５におけるＳ３）は、ステップＳ２０６に
進み、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を
越えている虞があると判定して警報を行い、本ルーチン
の実行を一旦終了する。一方、ステップＳ２０５ａにお
ける判定結果が「ＮＯ」（出力値が判定値Ａ１以下）で
ある場合は、この時点では空気オフガス中の水素ガス濃
度が許容水素濃度以下であると判定することができるの
で、ステップＳ２０７に進んで、安定時間Ｔｂを経過す
るまで待機し、本ルーチンの実行を一旦終了する。

【００４７】また、ステップＳ２０９における判定結果
が「ＹＥＳ」（起動時判定時間Ｔａ経過）である場合
は、ステップＳ２１０ａに進んで、この時の出力特性値
として水素センサ２５の出力値を読み込み、この出力値
が判定値Ａ２よりも大きいか否かを判定する。

【００４８】ステップＳ２１０ａにおける判定結果が
「ＹＥＳ」（出力値が判定値Ａ２より大）である場合
（例えば、図５におけるＳ４）は、ステップＳ２０６に
進み、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を
越えている虞があると判定して警報を行い、本ルーチン
の実行を一旦終了する。一方、ステップＳ２１０ａにお
ける判定結果が「ＮＯ」（出力値が判定値Ａ２以下）で
ある場合は、この時点では空気オフガス中の水素ガス濃
度が許容水素濃度以下であると判定することができるの
で、ステップＳ２０７に進んで、安定時間Ｔｂを経過す
るまで待機し、本ルーチンの実行を一旦終了する。

【００４９】なお、図示を省略するが、第３の実施の形
態においても、このセンサ起動時ガス検知処理を終了し
た後で、安定時間Ｔｂを経過後における通常のガス検知
処理が実行される。この第３の実施の形態のようにセン
サ起動時ガス検知を実行した場合にも、万が一、空気オ
フガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を越えている虞
がある時には、水素センサ２５の出力が安定する以前の
段階で、早期に警報を発することができる。しかも、こ
の第３の実施の形態では、水素センサ２５の起動時にお
ける検出素子３２の温度に応じて判定値を変更している
ので、ガス検知精度が向上し、ガス検知の信頼性を向上
することができる。

【００５０】＜第４の実施の形態＞次に、第４の実施の
形態におけるセンサ起動時の水素ガス検知を図７のフロ
ーチャートに従って説明する。この第４の実施の形態の
場合も、ガス検知精度を向上するために、水素センサ２
５を起動した時の検出素子３２の温度に応じて起動時判
定時間Ｔａにおける判定値を変更するようにし、検出素
子３２の温度が所定温度ｔよりも高いときには大きい判
定値を採用し、検出素子３２の温度が所定温度ｔ以下の
ときには小さい判定値を採用する。だだし、第４の実施
の形態におけるセンサ起動時の水素ガス検知では、第２
の実施の形態の場合と同様に、起動時判定時間Ｔａ経過
後の水素センサ２５の出力値の変化速度を出力特性値と
して用いる。

【００５１】図７に示す第４の実施の形態におけるフロ
ーチャートが図６に示す第３の実施の形態のフローチャ
ートと相違する点は、第３の実施の形態におけるステッ
プＳ２０３ａ，２０５ａ，２０８ａ，２１０ａに代え
て、それぞれステップＳ２０３ｂ，２０５ｂ，２０８
ｂ，２１０ｂとした点だけであり、その他のステップは
第１の実施の形態と同じであるので同一ステップに同一
符号を付してその説明を省略し、相違するステップを中
心に説明する。

【００５２】ステップＳ２０２における判定結果が「Ｙ
ＥＳ」（素子温度が所定温度ｔより低い）である場合
は、ステップＳ２０３ｂに進んで判定値に「Ｖ１」を設
定し、ステップＳ２０２における判定結果が「ＮＯ」
（素子温度が所定温度ｔ以上）である場合は、ステップ
Ｓ２０８ｂに進んで判定値に「Ｖ２」を設定する。な
お、判定値Ｖ１，Ｖ２の設定方法は、予め実験的に、水
素センサ２５の出力が安定時間Ｔｂ後に許容水素濃度に
対応する出力値（すなわち判定値）Ｂとなるときの起動
特性を、検出素子３２が所定温度ｔよりも低い場合と高
い場合についてそれぞれ求め、これら起動特性から、起
動時判定時間Ｔａにおける出力増大の変化速度をそれぞ
れ求め、これらを判定値Ｖ１，Ｖ２に設定する。なお、
判定値Ｖ１は判定値Ｖ２よりも小さい（Ｖ１＜Ｖ２）。

【００５３】ステップＳ２０５ｂにおいては、起動時判
定時間Ｔａ後の水素センサ２５の出力値の増大速度、す
なわち、出力増大の変化速度を算出し、この変化速度が
判定値Ｖ１よりも大きいか否かを判定する。また、ステ
ップＳ２１０ｂにおいては、起動時判定時間Ｔａ後の水
素センサ２５の出力値の増大速度、すなわち、出力増大
の変化速度を算出し、この変化速度が判定値Ｖ２よりも
大きいか否かを判定する。なお、出力増大の変化速度
は、微小時間における出力の増大量として算出すること
ができる。

【００５４】ステップＳ２０５ｂにおける判定結果が
「ＹＥＳ」（変化速度が判定値Ｖ１より大）である場合
（例えば、図５におけるＳ３）は、ステップＳ２０６に
進み、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を
越えている虞があると判定して警報を行い、本ルーチン
の実行を一旦終了する。一方、ステップＳ２０５ｂにお
ける判定結果が「ＮＯ」（変化速度が判定値Ｖ１以下）
である場合は、この時点では空気オフガス中の水素ガス
濃度が許容水素濃度以下であると判定することができる
ので、ステップＳ２０７に進んで、安定時間Ｔｂを経過
するまで待機し、本ルーチンの実行を一旦終了する。

【００５５】また、ステップＳ２１０ｂにおける判定結
果が「ＹＥＳ」（変化速度が判定値Ｖ２より大）である
場合（例えば、図５におけるＳ４）は、ステップＳ２０
６に進み、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃
度を越えている虞があると判定して警報を行い、本ルー
チンの実行を一旦終了する。一方、ステップＳ２１０ｂ
における判定結果が「ＮＯ」（変化速度が判定値Ｖ２以
下）である場合は、この時点では空気オフガス中の水素
ガス濃度が許容水素濃度以下であると判定することがで
きるので、ステップＳ２０７に進んで、安定時間Ｔｂを
経過するまで待機し、本ルーチンの実行を一旦終了す
る。

【００５６】なお、図示を省略するが、第４の実施の形
態においても、このセンサ起動時ガス検知処理を終了し
た後で、安定時間Ｔｂを経過後における通常のガス検知
処理が実行される。この第４の実施の形態のようにセン
サ起動時ガス検知を実行した場合にも、万が一、空気オ
フガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を越えている虞
がある時には、水素センサ２５の出力が安定する以前の
段階で、早期に警報を発することができる。しかも、こ
の第４の実施の形態では、水素センサ２５の起動時にお
ける検出素子３２の温度に応じて判定値を変更している
ので、ガス検知精度が向上し、ガス検知の信頼性を向上
することができる。

【００５７】＜第５の実施の形態＞次に、第５の実施の
形態におけるセンサ起動時の水素ガス検知を、図５の起
動特性図と図８のフローチャートを参照して説明する。
第３の実施の形態および第４の実施の形態では、水素セ
ンサ２５の起動時における触媒温度（換言すれば検出素
子３２の温度）によって起動特性が相違することに着目
して、起動時の検出素子３２の温度に応じて起動時判定
時間Ｔａにおける判定値を変更することにより、ガス検
知の精度を向上するようにしているが、判定値を変更す
る代わりに、水素センサ２５の起動時の検出素子３２の
温度に応じて起動時判定時間Ｔａを変更することによっ
ても、同様にガス検知精度を向上することができる。

【００５８】例えば、図５において、判定値を「Ａ２」
に固定した場合を考えると、実際の水素ガスの濃度が同
じであっても、起動時判定時間Ｔａの水素センサ２５の
出力特性値は、高温時にはＳ４になって判定値Ａ２より
も大きいので水素ガス濃度が許容水素濃度を越えている
虞があると判定されるが、低温時ではＳ３となって判定
値Ａ２よりも小さくなるので許容水素濃度以下であると
判定される場合がある。そこで、起動時の検出素子３２
の温度に応じて起動時判定時間Ｔａを変更することと
し、検出素子３２の温度が所定温度ｔよりも高いときに
は起動時判定時間を短く設定し、検出素子３２の温度が
所定温度ｔ以下のときには起動時判定時間を長く設定す
ると、ガス検知精度が向上し、ガス検知の信頼性を向上
することができる。

【００５９】次に、第５の実施の形態におけるセンサ起
動時の水素ガス検知手順を図８のフローチャートに従っ
て説明する。第５の実施の形態におけるセンサ起動時の
水素ガス検知は、第１の実施の形態の場合と同様に、所
定時間経過後の水素センサ２５の出力値を出力特性値と
して用いる態様である。図８に示すフローチャートは、
センサ起動時ガス検知処理ルーチンを示すものであり、
このセンサ起動時ガス検知処理ルーチンは、水素センサ
２５が起動されるたびにＥＣＵ３０によって実行され
る。水素センサ２５が起動されると（ステップＳ３１０
１）、ステップＳ３０２において、検出素子３２の温度
が所定温度ｔより低いか否かを判定する。

【００６０】ステップＳ３０２における判定結果が「Ｙ
ＥＳ」（素子温度が所定温度ｔより低い）である場合
は、ステップＳ３０３に進んで所定時間に「Ｔａ１」を
設定し、ステップＳ３０２における判定結果が「ＮＯ」
（素子温度が所定温度ｔ以上）である場合は、ステップ
Ｓ３０８に進んで所定時間に「Ｔａ２」を設定する。な
お、起動時判定時間Ｔａ１，Ｔａ２の設定方法は、予め
実験的に、水素センサ２５の出力が安定時間Ｔｂ後に許
容水素濃度に対応する出力値（すなわち判定値）Ｂとな
るときの起動特性を、検出素子３２が所定温度ｔよりも
低い場合と高い場合についてそれぞれ求め、これら起動
特性から、出力特性値が判定値Ａに達するまでの時間を
それぞれ求めて、これらを起動時判定時間Ｔａ１，Ｔａ
２に設定する。起動時判定時間Ｔａ１は起動時判定時間
Ｔａ２よりも大きい（Ｔａ１＞Ｔａ２）。

【００６１】ステップＳ３０３の処理を実行した場合は
ステップＳ３０４に進み、水素センサ２５が起動してか
ら起動時判定時間Ｔａ１を経過したか否かを判定する。
ステップＳ３０４における判定結果が「ＮＯ」（起動時
判定時間Ｔａ１経過前）である場合は、起動時判定時間
Ｔａ１が経過するまで待つ。ステップＳ３０４における
判定結果が「ＹＥＳ」（起動時判定時間Ｔａ１経過）で
ある場合は、ステップＳ３０５に進んで、この時の出力
特性値として水素センサ２５の出力値を読み込み、この
出力値が判定値Ａよりも大きいか否かを判定する。

【００６２】また、ステップＳ３０８の処理を実行した
場合はステップＳ３０９に進んで、水素センサ２５が起
動してから起動時判定時間Ｔａ２を経過したか否かを判
定する。ステップＳ３０９における判定結果が「ＮＯ」
（起動時判定時間Ｔａ２経過前）である場合は、起動時
判定時間Ｔａ２が経過するまで待つ。ステップＳ３０９
おける判定結果が「ＹＥＳ」（起動時判定時間Ｔａ２経
過）である場合は、ステップＳ３０５に進んで、この時
の出力特性値として水素センサ２５の出力値を読み込
み、この出力値が判定値Ａよりも大きいか否かを判定す
る。

【００６３】ステップＳ３０５における判定結果が「Ｙ
ＥＳ」（出力値が判定値Ａより大）である場合は、ステ
ップＳ３０６に進み、空気オフガス中の水素ガス濃度が
許容水素濃度を越えている虞があると判定して警報を行
い、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、ステップ
Ｓ３０５における判定結果が「ＮＯ」（出力値が判定値
Ａ以下）である場合は、この時点では空気オフガス中の
水素ガス濃度が許容水素濃度以下であると判定すること
ができるので、ステップＳ３０７に進んで、安定時間Ｔ
ｂを経過するまで待機し、本ルーチンの実行を一旦終了
する。

【００６４】なお、図示を省略するが、第５の実施の形
態においても、このセンサ起動時ガス検知処理を終了し
た後で、安定時間Ｔｂを経過後における通常のガス検知
処理が実行される。この第５の実施の形態のようにセン
サ起動時ガス検知を実行した場合にも、万が一、空気オ
フガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を越えている虞
がある時には、水素センサ２５の出力が安定する以前の
段階で、早期に警報を発することができる。しかも、こ
の第５の実施の形態では、水素センサ２５の起動時にお
ける検出素子３２の温度に応じて起動時判定時間を変更
しているので、ガス検知精度が向上し、ガス検知の信頼
性を向上することができる。

【００６５】〔他の実施の形態〕尚、この発明は前述し
た実施の形態に限られるものではない。例えば、被検知
ガスは水素ガスに限定されるものではなく、他のガス成
分であってもよく、また、ガスセンサは、水素センサに
限るものではなく、他のガス成分を検出するものであっ
てもよい。また、このガス検知方法の実施は、燃料電池
のカソードから排出されるカソードオフガス中の水素ガ
ス濃度が許容水素濃度を越えているか否かを検知する場
合に限るものではなく、種々のガス検知に対して実施可
能である。

【００６６】

【発明の効果】以上説明するように、この出願の第１の
発明によれば、ガス接触燃焼式ガスセンサの起動時に、
前記ガスセンサの出力が安定する前の所定時期に該ガス
センサの起動特性により決定される出力特性値に基づい
て、前記被検知ガスのガス濃度を予測するので、ガスセ
ンサの出力が安定する前に被検知ガスの濃度を予測する
ことができるという優れた効果が奏される。

【００６７】また、この出願に係る第２の発明によれ
ば、ガス接触燃焼式ガスセンサにより被検知ガスが所定
濃度を越えたか否かを検知する場合に、前記ガスセンサ
の起動時に、前記ガスセンサの出力が安定する前の所定
時期に該ガスセンサの起動特性により決定される出力特
性値が所定の判定値を越えたときは、被検知ガスが前記
所定濃度を越えたと判定するようにしているので、被検
知ガスが前記所定濃度を越えた虞がある時には、ガスセ
ンサの出力が安定する以前にこれを検知することがで
き、ガス検知の早期化を図ることができる。

【００６８】また、前記第２の発明において、前記検出
素子の温度に応じて前記判定値を変更するようにした場
合には、ガス検知精度が向上し、ガス検知の信頼性を向
上することができるという効果がある。また、前記第２
の発明において、前記検出素子の温度に応じて前記所定
時期を変更するようにした場合には、ガス検知精度が向
上し、ガス検知の信頼性を向上することができるという
効果がある。

【００６９】また、前記第２の発明において、前記検知
ガスが水素ガスであり、燃料電池のカソードから排出さ
れるカソードオフガス中の水素ガス濃度が所定濃度を越
えたか否かを検知するガス検知方法とした場合には、万
が一、空気オフガス中の水素ガス濃度が所定濃度を越え
た虞がある時には、前記ガスセンサの出力が安定する前
にこれを検知することができ、ガス検知の早期化を図る
ことができるという優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係るガスセンサ起動時のガス濃度
予測方法およびガス検知方法の原理を説明するための図
であり、ガス接触燃焼式ガスセンサの起動特性図であ
る。

【図２】 この発明に係るガス検知方法が実施される燃
料電池システムの一実施の形態における構成図である。

【図３】 前記第１の実施の形態におけるセンサ起動時
のガス検知制御ルーチンを示すフローチャートである。

【図４】 この発明に係るガス検知方法の第２の実施の
形態におけるセンサ起動時のガス検知制御ルーチンを示
すフローチャートである。

【図５】 この発明に係るガスセンサ起動時のガス検知
方法の原理を説明するための図であり、前記水素センサ
の起動特性図である。

【図６】 この発明に係るガス検知方法の第３の実施の
形態におけるセンサ起動時のガス検知制御ルーチンを示
すフローチャートである。

【図７】 この発明に係るガス検知方法の第４の実施の
形態におけるセンサ起動時のガス検知制御ルーチンを示
すフローチャートである。

【図８】 この発明に係るガス検知方法の第５の実施の
形態におけるセンサ起動時のガス検知制御ルーチンを示
すフローチャートである。

【符号の説明】

２ 燃料電池 ２５ 水素センサ（ガス接触燃焼式ガスセンサ） ３２ 検出素子 ３３ 温度補償素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G060 AA02 AB03 AE19 AF07 BA03 HC07 HC09 HC10 HD03 5H026 AA02 AA06 HH05 5H027 AA02 AA06 BA09 KK31

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検知ガスが触媒に接触した際に燃焼す
   る熱を利用して検出素子と温度補償素子との電気抵抗の
   差異から前記被検知ガスのガス濃度を検出するガス接触
   燃焼式ガスセンサの起動時に、前記被検知ガスのガス濃
   度を予測する方法であって、 前記ガスセンサの出力が安定する前の所定時期に該ガス
   センサの起動特性により決定される出力特性値に基づい
   て、前記被検知ガスのガス濃度を予測することを特徴と
   するガスセンサ起動時のガス濃度予測方法。
2. 【請求項２】 前記出力特性値は、前記ガスセンサを起
   動してから所定時間後における該ガスセンサの出力値で
   あることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ起動
   時のガス濃度予測方法。
3. 【請求項３】 前記出力特性値は、前記ガスセンサを起
   動してから所定時間後における該ガスセンサの出力値の
   変化速度であることを特徴とする請求項１に記載のガス
   センサ起動時のガス濃度予測方法。
4. 【請求項４】 被検知ガスが触媒に接触した際に燃焼す
   る熱を利用して検出素子と温度補償素子との電気抵抗の
   差異から前記被検知ガスのガス濃度を検出するガス接触
   燃焼式ガスセンサにより、前記被検知ガスが所定濃度を
   越えたか否かを検知するガス検知方法であって、 前記ガスセンサの起動時に、前記ガスセンサの出力が安
   定する前の所定時期に該ガスセンサの起動特性により決
   定される出力特性値が所定の判定値を越えたときは、被
   検知ガスが前記所定濃度を越えたと判定することを特徴
   とするガス検知方法。
5. 【請求項５】 前記出力特性値は、前記ガスセンサを起
   動してから所定時間後における前記ガスセンサの出力値
   であることを特徴とする請求項４に記載のガス検知方
   法。
6. 【請求項６】 前記出力特性値は、前記ガスセンサを起
   動してから所定時間後における前記ガスセンサの出力値
   の変化速度であることを特徴とする請求項４に記載のガ
   ス検知方法。
7. 【請求項７】 前記検出素子の温度に応じて前記判定値
   を変更することを特徴とする請求項４から請求項６のい
   ずれかに記載のガス検知方法。
8. 【請求項８】 前記検出素子の温度に応じて前記所定時
   期を変更することを特徴とする請求項４から請求項６の
   いずれかに記載のガス検知方法。
9. 【請求項９】 前記被検知ガスは水素ガスであり、燃料
   電池のカソードから排出されるカソードオフガス中の水
   素ガス濃度が所定濃度を越えたか否かを検知することを
   特徴とする請求項４から請求項８のいずれかに記載のガ
   ス検知方法。