JP2004251862A - ガスセンサの劣化診断方法およびガスセンサの劣化診断装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】水素センサ等のガスセンサの劣化診断を簡単に行えるようにする。
【解決手段】水素センサは、基準検出要素と常用検出要素とを備え、各検出要素はそれぞれ検出素子と温度補償素子で対をなして構成され、通常時は常用検出要素に通電して該常用検出要素により水素ガスの濃度検出を行う。この常用検出要素の劣化診断を行うときは、常用検出要素と基準検出要素の両方に通電して各検出要素により所定水素濃度のガスに対して同時に濃度検出を行い、常用検出要素の出力値と基準検出要素の出力値とを比較することにより、常用検出要素の劣化診断を行う。
【選択図】 図７
【解決手段】水素センサは、基準検出要素と常用検出要素とを備え、各検出要素はそれぞれ検出素子と温度補償素子で対をなして構成され、通常時は常用検出要素に通電して該常用検出要素により水素ガスの濃度検出を行う。この常用検出要素の劣化診断を行うときは、常用検出要素と基準検出要素の両方に通電して各検出要素により所定水素濃度のガスに対して同時に濃度検出を行い、常用検出要素の出力値と基準検出要素の出力値とを比較することにより、常用検出要素の劣化診断を行う。
【選択図】 図７
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水素センサ等のガスセンサの劣化を診断するガスセンサの劣化診断方法およびガスセンサの劣化診断装置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極とカソード極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、アノード極に燃料として水素が供給され、カソード極に酸化剤として空気が供給されて、アノード極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソード極まで移動して、カソード極で酸素と電気化学反応を起こして発電するようになっている。
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、カソード極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、空気オフガス中の水素ガス濃度を確認する必要がある。
【０００３】
そこで、従来から、例えば燃料電池のカソード側の排出系に水素検出器を設置し、この水素検出器によって空気オフガス中の水素ガス濃度を確認するシステムが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
また、例えば燃料電池の酸素極側の排出系に水素ガスを検出するガスセンサを備え、このガスセンサによって、燃料極側の水素が固体高分子電解質膜を通じて酸素極側に漏洩したことを検知したときは、燃料の供給を遮断する保護装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
そして、これらの水素検出器に、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（水素検出器の場合は水素）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被検知ガスのガス濃度を検出するものである。
【０００４】
【特許文献１】
特公平６−５２６６２号公報
【特許文献２】
特開平６−２２３８５０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空気オフガスには、燃料電池に使用されているシール材等の材料中のシリコンが混入する場合があるが、水素検出器が触媒反応中にこのシリコンに晒されると触媒が被毒し、その結果、水素検出器が劣化して、検出精度が低下する。さらに、このようなシリコン被毒に加えて、例えば硫黄被毒や水分の吸着等により感度低下等の劣化が生じる虞があり、劣化の程度によっては、水素検出器を交換する必要が生じる。
したがって、水素検出器の劣化診断は極めて重要であり、水素検出器が劣化しているか否かを簡単に診断する方法が切望されている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ガスセンサの劣化を容易に診断することが可能なガスセンサの劣化診断方法およびガスセンサの劣化診断装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法は、検出素子と温度補償素子とを備えて構成される複数の検出要素が互いに近接配置されてなり、前記複数の検出要素のうち、少なくとも１つの検出要素を基準検出要素とし、前記基準検出要素以外の検出要素を常用検出要素とする検出手段（例えば、実施の形態での各水素センサ１１ａ，１１ｂ、複数の水素センサ６０）の劣化を診断するガスセンサの劣化診断方法であって、被検知ガスの濃度検出時は前記常用検出要素に通電して該常用検出要素により前記被検知ガスの濃度検出を行い、前記常用検出要素の劣化診断時は前記常用検出要素と前記基準検出要素の両方に通電して各検出要素により前記被検知ガスの濃度検出を行い（例えば、実施の形態でのステップＳ０１〜ステップＳ０３）、前記常用検出要素の出力値と前記基準検出要素の出力値とを比較する（例えば、実施の形態でのステップＳ０４、ステップＳ６１およびステップＳ６２）ことにより、前記常用検出要素の劣化診断を行う（例えば、実施の形態でのステップＳ０５、ステップＳ０６）ことを特徴としている。
【０００７】
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、被検知ガスの濃度検出時は常用検出要素に通電して被検知ガスの濃度検出を行い、例えば基準検出要素には通電を遮断することにより、常用検出要素に比べて基準検出要素の劣化を抑制することができる。そして、常用検出要素の劣化診断時は、常用検出要素および基準検出要素の両方に通電して、常用検出要素の出力値と基準検出要素の出力値とを相対的に比較することにより、常用検出要素が劣化しているか否かを容易に診断（相対診断）することができる。
【０００８】
さらに、請求項２に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法では、前記複数の検出要素は、各検出要素により得られる前記被検知ガスの実質的な濃度の検出結果の差異が所定の範囲以内となるようにして、互いに近接配置されることを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、例えば複数の検出要素に対して同等のガス濃度の被検出ガスを供給したときに、各検出要素の配置位置に応じて各検出要素による検出結果が異なる場合であっても、相対診断による常用検出要素に対する劣化診断の診断精度が低下してしまうことを抑制することができる。
【０００９】
さらに、請求項３に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法では、前記所定の範囲は、前記検出結果に対する±１０％以内とされることを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、相対診断による常用検出要素に対する劣化診断の診断精度が低下してしまうことを、より一層、抑制することができる。
【００１０】
さらに、請求項４に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法は、前記常用検出要素の劣化診断を行うときに、前記被検知ガスのガス濃度を、少なくとも前記常用検出要素で検出可能な任意濃度に設定することを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、常用検出要素の劣化診断時には、常用検出要素と基準検出要素の両方に通電して各検出要素により同時に被検知ガスの濃度検出を行い、相対的に比較しているので、被検知ガスのガス濃度は既知濃度である必要が無く、常用検出要素と基準検出要素とに同等のガス濃度の被検知ガスが供給されていればよい。
これにより、劣化診断時における被検知ガスのガス濃度が一定でなく変動する場合にも常用検出要素の劣化診断が可能となる。
【００１１】
さらに、請求項５に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法は、前記常用検出要素の出力値と前記基準検出要素の出力値との比較結果が所定範囲外である場合に、前記ガスセンサは劣化したと判断することを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、常用検出要素が劣化したか否かを確実に判断することができる。なお、比較値は、常用検出要素の出力値と基準検出要素の出力値との差でもよいし、常用検出要素の出力値と基準検出要素の出力値のいずれか一方を他方で除算して得た商であってもよい。
【００１２】
さらに、請求項６に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法では、前記比較結果は、前記常用検出要素の出力値と前記基準検出要素の出力値との差、あるいは、前記常用検出要素の出力値と前記基準検出要素の出力値との何れか一方に対する何れか他方の比であることを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、常用検出要素が劣化したか否かを容易に判断することができる。
【００１３】
さらに、請求項７に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法では、前記所定範囲は、予め前記常用検出要素の出力値および前記基準検出要素の出力値に応じて設定された所定領域であり、前記常用検出要素の出力値が、前記基準検出要素の出力値に応じた前記所定領域の最大値よりも大きい場合、あるいは、前記基準検出要素の出力値に応じた前記所定領域の最小値よりも小さい場合に、前記ガスセンサは劣化したと判断することを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、常用検出要素が劣化したか否かを容易に判断することができる。
【００１４】
さらに、請求項８に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法は、前記被検知ガスを前記基準検出要素により検出したときの前記基準検出要素の出力値に基づいて前記基準検出要素の劣化診断を行う（例えば、実施の形態でのステップＳ１４）ことを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、常用検出要素の劣化診断を相対的に診断する際の基準とされる基準検出要素の劣化診断を、基準検出要素の出力値によって、いわば絶対的に診断することができる。これにより、相対診断による常用検出要素の劣化診断の診断精度を向上させることができる。
【００１５】
さらに、請求項９に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法では、前記被検知ガスは既知濃度とされることを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、既知濃度の被検出ガスによって基準検出要素が劣化したか否かを絶対的に診断することができ、相対診断による常用検出要素の劣化診断の診断精度を、より一層、向上させることができる。
【００１６】
さらに、請求項１０に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法は、燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池から排出される前記燃料ガスを前記燃料電池から排出される前記酸化剤ガスにより希釈して得た希釈ガスを、前記燃料電池から排出される前記酸化剤ガスに混合して、前記既知濃度の前記被検知ガスとすることを特徴としている。
【００１７】
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、燃料電池から出力される燃料ガスを有効に利用して基準検出要素の劣化診断を実行することができる。
【００１８】
さらに、請求項１１に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法は、所定濃度の前記被検知ガスを前記基準検出要素の雰囲気ガスに混合して、前記既知濃度の前記被検知ガスとすることを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、例えば基準検出要素を実装位置から取り外して検査する必要が無しに、基準検出用素の実装状態において容易に劣化診断を実行することができる。
【００１９】
さらに、請求項１２に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法は、前記常用検出要素の劣化診断の実行頻度よりも少ない頻度で前記基準検出要素の劣化診断を行うことを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、基準検出要素に通電する頻度が増大することを抑制することによって、基準検出要素が劣化してしまうことを抑制し、相対診断による常用検出要素の劣化診断の診断精度が低下してしまうことを抑制することができる。
【００２０】
さらに、請求項１３に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法では、前記検出手段は、前記検出素子の触媒に接触する前記被検出ガスの燃焼に応じて発生する前記検出素子と前記温度補償素子との電気抵抗値の差異に基づいて前記被検知ガスのガス濃度を検出するガス接触燃焼式のガスセンサであることを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、検出素子の触媒が被毒物質で被毒されることに起因するガスセンサの劣化に対しても、容易に劣化診断を行うことができる。
【００２１】
さらに、請求項１４に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法では、前記被検知ガスは水素ガスであり、前記検出手段は、燃料電池の酸素極から排出される酸化剤ガス中の水素ガス濃度を検出する水素センサであることを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、水素センサによって燃料電池の運転状態を的確に把握しつつ、燃料電池の運転中であっても、水素センサの劣化診断を容易に行うことができる。
【００２２】
さらに、請求項１５に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法では、前記被検知ガスは水素ガスであり、前記検出手段は、車両の車室内の雰囲気ガスの水素ガス濃度を検出する水素センサであることを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、水素センサによって車両の状態や、例えば車両に搭載された燃料電池の運転状態を的確に把握しつつ、車両の運転時であっても、水素センサの劣化診断を容易に行うことが可能となる。
【００２３】
また、請求項１６に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置は、検出素子と温度補償素子とを備えて構成される複数の検出要素が互いに近接配置されてなり、前記複数の検出要素のうち、少なくとも１つの検出要素を基準検出要素とし、前記基準検出要素以外の検出要素を常用検出要素とする検出手段（例えば、実施の形態での各水素センサ１１ａ，１１ｂ、複数の水素センサ６０）と、被検知ガスの濃度検出時に前記常用検出要素に通電して該常用検出要素により前記被検知ガスの濃度検出を行う常用検出手段（例えば、実施の形態での常用スイッチ７０Ｂおよび通電指示部６９）と、前記常用検出要素の劣化診断時に前記常用検出要素と前記基準検出要素の両方に通電して各検出要素により前記被検知ガスの濃度検出を行う相対診断手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０１〜ステップＳ０３）と、前記常用検出要素の出力値と前記基準検出要素の出力値とを比較する比較手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０４、ステップＳ６１およびステップＳ６２）と、前記比較手段での比較結果に応じて前記常用検出要素の劣化判定を行う相対判定手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０５、ステップＳ０６）とを備えることを特徴としている。
【００２４】
上記構成のガスセンサの劣化診断装置によれば、被検知ガスの濃度検出時は常用検出要素に通電して被検知ガスの濃度検出を行い、例えば基準検出要素には通電を遮断することにより、常用検出要素に比べて基準検出要素の劣化を抑制することができる。そして、常用検出要素の劣化診断時は、常用検出要素および基準検出要素の両方に通電して、常用検出要素の出力値と基準検出要素の出力値とを相対的に比較することにより、常用検出要素が劣化しているか否かを容易に診断することができる。
【００２５】
さらに、請求項１７に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置では、前記複数の検出要素は、各検出要素により得られる前記被検知ガスの実質的な濃度の検出結果の差異が所定の範囲以内となるようにして、互いに近接配置されることを特徴としている。
上記構成のガスセンサの劣化診断装置によれば、例えば複数の検出要素に対して同等のガス濃度の被検出ガスを供給したときに、各検出要素の配置位置に応じて各検出要素による検出結果が異なる場合であっても、相対診断による常用検出要素に対する劣化診断の診断精度が低下してしまうことを抑制することができる。
【００２６】
さらに、請求項１８に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置では、前記所定の範囲は、前記検出結果に対する±１０％以内とされることを特徴としている。
上記構成のガスセンサの劣化診断装置によれば、相対診断による常用検出要素に対する劣化診断の診断精度が低下してしまうことを、より一層、抑制することができる。
【００２７】
さらに、請求項１９に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置は、前記基準検出要素の劣化診断時に前記基準検出要素に通電して前記基準検出要素により前記被検知ガスの濃度検出を行う絶対診断手段（例えば、実施の形態でのステップＳ１４）と、前記基準検出要素の出力値に基づいて前記基準検出要素の劣化判定を行う絶対判定手段（例えば、実施の形態でのステップＳ４３、ステップＳ４４）とを備えることを特徴としている。
上記構成のガスセンサの劣化診断装置によれば、常用検出要素の劣化診断を相対的に診断する際の基準とされる基準検出要素の劣化診断を、基準検出要素の出力値によって、いわば絶対的に診断することができる。これにより、相対診断による常用検出要素の劣化診断の診断精度を向上させることができる。
【００２８】
さらに、請求項２０に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置は、燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出される前記燃料ガスを、前記燃料電池から排出される前記酸化剤ガスにより希釈する希釈手段（例えば、実施の形態での希釈装置２６）と、前記希釈手段から出力される希釈ガスを前記燃料電池から排出される前記酸化剤ガスに混合して既知濃度の前記被検知ガスとし、前記基準検出要素に供給する既知濃度ガス供給手段（例えば、実施の形態での制御装置１２および還流路２７および導入弁２８）とを備えることを特徴としている。
【００２９】
上記構成のガスセンサの劣化診断装置によれば、燃料電池から出力される燃料ガスを有効に利用して基準検出要素の劣化診断を実行することができる。
【００３０】
さらに、請求項２１に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置は、所定濃度の前記被検知ガスを前記基準検出要素の雰囲気ガスに混合して既知濃度の前記被検知ガスとし、前記基準検出要素に供給する既知濃度ガス供給手段（例えば、実施の形態での制御装置１２および供給装置７１および導入弁７２）とを備えることを特徴としている。
上記構成のガスセンサの劣化診断装置によれば、例えば基準検出要素を実装位置から取り外して検査する必要が無しに、基準検出用素の実装状態において容易に劣化診断を実行することができる。
【００３１】
さらに、請求項２２に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置では、前記検出手段は、前記検出素子の触媒に接触する前記被検出ガスの燃焼に応じて発生する前記検出素子と前記温度補償素子との電気抵抗値の差異に基づいて前記被検知ガスのガス濃度を検出するガス接触燃焼式のガスセンサ（例えば、実施の形態での各水素センサ１１ａ，１１ｂ、複数の水素センサ６０）であることを特徴としている。
上記構成のガスセンサの劣化診断装置によれば、検出素子の触媒が被毒物質で被毒されることに起因するガスセンサの劣化に対しても、容易に劣化診断を行うことができる。
【００３２】
さらに、請求項２３に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置では、前記被検知ガスは水素ガスであり、前記検出手段は、燃料電池の酸素極から排出される酸化剤ガスの流路に配置され、前記流路を流通する前記酸化剤ガス中の水素ガス濃度を検出する水素センサ（例えば、実施の形態での水素センサ１１ｂ、複数の水素センサ６０）であることを特徴としている。
上記構成のガスセンサの劣化診断装置によれば、水素センサによって燃料電池の運転状態を的確に把握しつつ、燃料電池の運転中であっても、水素センサの劣化診断を容易に行うことができる。
【００３３】
さらに、請求項２４に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置では、前記被検知ガスは水素ガスであり、前記検出手段は、車両の車室内に配置され、前記車室内の雰囲気ガスの水素ガス濃度を検出する水素センサ（例えば、実施の形態での水素センサ１１ａ、複数の水素センサ６０）であることを特徴としている。
上記構成のガスセンサの劣化診断装置によれば、水素センサによって車両の状態や、例えば車両に搭載された燃料電池の運転状態を的確に把握しつつ、車両の運転時であっても、水素センサの劣化診断を容易に行うことが可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るガスセンサの劣化診断装置について添付図面を参照しながら説明する。
本実施形態に係るガスセンサの劣化診断装置１０は、例えば図１に示すように、燃料電池車両等の車両１の車室内においてゼロを含む所定濃度の水素を検出する水素センサ１１ａや、例えば図２に示すように、車両１の動力源とされる燃料電池２および燃料電池２に接続された各配管３，４，５，６を具備する燃料電池システム７の酸素極側の出口側配管６に備えられた水素センサ１１ｂ等のガスセンサに対して、各ガスセンサが劣化したか否かを診断するものであって、例えば、制御装置１２と、記憶装置１３と、警報装置１４とを備えて構成されている。
【００３５】
なお、制御装置１２は、車両１のルーフ１ａに取り付けられた水素センサ１１ａおよび燃料電池２の酸素極側の出口側配管６に取り付けられた水素センサ１１ｂに接続され、例えば、各水素センサ１１ａ，１１ｂから出力される検出信号と、記憶装置１３に格納されている所定の判定閾値との比較結果に応じて、各水素センサ１１ａ，１１ｂが劣化しているか否かを判定し、劣化していると判定した際には、警報装置１４によって警報等を出力する。ここで、記憶装置３は、各ガスセンサ１１ａ，１１ｂの検出値（出力）に対する所定の判定閾値のマップ等を記憶している。
【００３６】
図２は、燃料電池システム７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７は、例えば図１に示すように、燃料電池２の発電電力によって駆動する燃料電池車両等の車両１に搭載されている。
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（アノード）と酸素極（カソード）で挟持した電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セル（図示略）を多数組積層して構成されたスタックからなる。
【００３７】
この燃料電池２では、例えば高圧の水素タンク等を備える水素供給装置（図示略）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２１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、燃料極の触媒電極上で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通過して酸素極まで移動する。そして、この間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。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、電子及び酸素が反応して水が生成される。ここで、コンプレッサ２１は、制御装置１２によって、燃料電池２の出力に応じた流量の空気を燃料電池２に供給するように制御される。
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。
【００３８】
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から水素循環路２２に排出され、エゼクタ２３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、反応済みの空気を含む空気オフガス（カソードオフガス）は燃料電池２の酸素極側の出口側配管６を介して大気中へ排出される。
【００３９】
酸素極側の出口側配管６にはガス接触燃焼式の水素センサ１１ｂが備えられ、例えば空気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に対しては、この出口側配管６の鉛直方向上部に水素センサ１１ｂが配置されている。そして、この水素センサ１１ｂにより、酸素極側の出口側配管６内を流通する空気オフガス中に含まれる、ゼロを含む所定濃度の水素を検知できるようになっている。
【００４０】
さらに、図２に示すように、燃料電池２の燃料極側の出口側配管５にはパージ弁２４を介して水素排出路２５が接続され、この水素排出路２５には希釈装置２６が接続されており、水素オフガスは、パージ弁２４を介して水素排出路２５に排出可能とされ、さらに、水素排出路２５を通って希釈装置２６に導入可能とされている。
希釈装置２６は、水素排出路２５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において水素センサ１１ｂよりも下流の位置６ａから取り込んだ空気オフガスによって適宜の倍率で希釈し、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。
希釈装置２６で生成された希釈ガスは、還流路２７および導入弁２８を介して、酸素極側の出口側配管６において水素センサ１１ｂよりも上流の位置（希釈ガスの導入部）６ｂに戻されるようになっている。
なお、希釈装置２６は適宜の希釈ガスを貯留可能であって、例えば燃料電池２の停止時等のように、酸素極側の出口側配管６内において空気オフガスが流通していない場合であっても、出口側配管６内に希釈ガスを流通させることができるように構成されている。
【００４１】
ここで、パージ弁２４および導入弁２８は、制御装置１２によって開閉制御されており、パージ弁２４および導入弁２８が開放されると、燃料極側の出口側配管５を流れる水素オフガスが水素排出路２５を通って希釈装置２６に導入され、希釈装置２６において適宜の濃度に希釈された水素オフガスが希釈ガスとして還流路２７を通って酸素極側の出口側配管６に排出される。
なお、希釈装置２６による希釈倍率は、予め所定値に設定可能であり、水素オフガスの水素ガス濃度が既知である場合には、希釈ガスの水素ガス濃度も既知となる。ただし、酸素極側の出口側配管６を流れる空気オフガスの流量は燃料電池２の出力に応じて変化するため、希釈ガスと混合された空気オフガス中の水素ガス濃度は燃料電池２の出力に応じて変化する。
【００４２】
このため、例えば、酸素極側の出口側配管６を流れる空気オフガスに希釈ガスを混合して、希釈ガス混合後の空気オフガス中に含まれる水素ガスによって水素センサ１１ｂの劣化診断を行う場合には、希釈ガス混合後の空気オフガス中の水素ガス濃度が、少なくとも水素センサ１１ｂの検出可能範囲内の値となるように、希釈ガスの水素ガス濃度を設定し、希釈装置２６による希釈倍率を設定する。
さらに、この場合には、酸素極側の出口側配管６に導入された希釈ガスが酸素極側の出口側配管６を流れる空気オフガスにほぼ均一に混合された状態で水素センサ１１ｂに到達するように、希釈ガスの導入部６ｂから水素センサ１１ｂまでの距離が所定距離に設定されている。
なお、パージ弁２４と、水素排出路２５と、希釈装置２６と、還流路２７と、導入弁２８とによって、希釈ガス供給装置２９が構成されている。
【００４３】
図１に示すように、例えばガス接触燃焼式の水素センサ１１ａは車両１のルーフ１ａの水平方向（例えば、車両１の前後方向や横方向等）に沿って長い直方形状のケース３０を備え、図２に示すように、例えばガス接触燃焼式の水素センサ１１ｂは酸素極側の出口側配管６の長手方向に沿って長い直方形状のケース３０を備えている。
例えば図３に示すように、ケース３０は、例えばポリフェニレンサルファイド製であって、長手方向両端部にフランジ部３１を備えている。フランジ部３１にはカラー３２が取り付けられており、このカラー３２内にボルト３３が挿入されることで、フランジ部３１は、ルーフ１ａに設けられた取付座（図示略）や、例えば図４に示すように、酸素極側の出口側配管６に設けられた取付座６Ａに締め付け固定されるようになっている。
【００４４】
また、例えば図４に示すように、ケース３０の厚さ方向の端面には筒状部３４が形成され、筒状部３４の内部はガス検出室３５として形成され、筒状部３４の先端内周部分がガス導入部３６として開口形成されている。例えば図４に示すように、酸素極側の出口側配管６に設けられた水素センサ１１ｂにおいて、筒状部３４は、酸素極側の出口側配管６の貫通孔６Ｂに外側から挿通されている。そして、酸素極側の出口側配管６に取り付けられるガスセンサ１１ｂにおいては、筒状部３４の外周面にシール材３７が取り付けられ、このシール材３７が酸素極側の出口側配管６の貫通孔６Ｂの内周壁に密接して気密性を確保している。
【００４５】
なお、ルーフ１ａに設けられた水素センサ１１ａは、筒状部３４の先端面がルーフ１ａとほぼ面一となるように設置されており、酸素極側の出口側配管６に設けられた水素センサ１１ｂは、筒状部３４の先端面が酸素極側の出口側配管６の内面とほぼ面一となるように設置されている。そして、例えば水素センサ１１ａｂに対して検査対象ガスとされる車室内の雰囲気ガスはルーフ１ａに対して略垂直にガス検出室３５内へ導入される。また、例えば水素センサ１１ｂに対して検査対象ガスとされる空気オフガスは酸素極側の出口側配管６に対して略垂直にガス検出室３５内へ導入される。
【００４６】
ケース３０内には樹脂で封止された回路基板３８が設けられ、筒状部３４の内部に互いに近接して配置された複数組の各検出要素、例えば２組の基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂは、回路基板３８に接続されている。
各検出要素５０Ａ，５０Ｂはそれぞれ、検出素子５１と温度補償素子５２とで対をなして構成されている。そして、各素子５１，５２は回路基板３８に接続された複数、例えば８個のピン５３により、ガス検出室３５の底面３５Ａ上に配置されたベース５４から、各水素センサ１１ａ，１１ｂの厚さ方向に所定距離だけ離間した位置において、所定間隔を隔てて対をなすようにして配置されている。
つまり、２組の各検出要素５０Ａ，５０Ｂはガス検出室３５内でベース５４から同一高さの位置にて平行に配置されている。
なお、各素子５１，５２の配列方向（例えば、各素子５１，５２の中心位置を結ぶ直線が伸びる方向）は任意の方向に設定可能であり、例えば酸素極側の出口側配管６に取り付けられた水素センサ１１ｂにおいて、各素子５１，５２の配列方向は、出口側配管６内を流通する空気オフガスの流通方向とは無関係に設定されてもよい。
【００４７】
なお、複数組の各検出要素が近接して配置される場合とは、複数組の各検出要素により検出される被検出ガスの実質的な濃度の各検出値（濃度検出値）間の偏差が各検出要素間の相対的な配置位置のみに応じて変化する場合において、各濃度検出値間の偏差が所定偏差以内となる場合である。例えば、２組の基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂは、各検出要素５０Ａ，５０Ｂより検出される水素ガス濃度の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となるようにして配置されている。
ここで、所定偏差は、例えば各濃度検出値に対して±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％以内とされている。
なお、各検出要素の検出値の偏差は、検出される被検出ガスの実質的な濃度の検出値に応じて設定されるものであって、例えば、単に、各検出要素から出力される出力値に対して算出した偏差等ではなく、例えば各検出要素毎に出力値に対して適宜のオフセット値が設定されている場合等であっても、これらのオフセット値を補正した後に得られる各濃度検出値に応じて算出される。
【００４８】
検出素子５１は周知の素子であって、例えば図５および図６に示すように、電気抵抗に対する温度係数が高い白金等を含む金属線のコイル５１ａの表面が、被検出ガスとされる水素に対して活性な貴金属等からなる触媒５１ｂを坦持するアルミナ等の坦体で被覆されて形成されている。
温度補償素子５２は、被検出ガスに対して不活性とされ、例えば検出素子５１と同等のコイル５２ａの表面がアルミナ等の坦体で被覆されて形成されている。
そして、被検出ガスである水素が検出素子５１の触媒５１ｂに接触した際に生じる燃焼反応の発熱により高温となった検出素子５１と、被検出ガスによる燃焼反応が発生せず検出素子５１よりも低温の温度補償素子５２との間に電気抵抗値の差が生ずることを利用し、雰囲気温度による電気抵抗値の変化分を相殺して水素ガス濃度を検出することができるようになっている。
【００４９】
例えば図６に示すように、各検出要素５０Ａ，５０Ｂに対し、検出素子５１（抵抗値Ｒ４）及び温度補償素子５２（抵抗値Ｒ３）が直列接続されてなる枝辺と、固定抵抗６１（抵抗値Ｒ１）及び固定抵抗６２（抵抗値Ｒ２）が直列接続されてなる枝辺とが、外部の電源６３から供給される電圧に基づいて所定の基準電圧を印加する基準電圧発生回路６４に対して並列に接続されてブリッジ回路が形成されている。そして、各ブリッジ回路において、検出素子５１と温度補償素子５２同志の接続点ＰＳと、固定抵抗６１，６２同志の接続点ＰＲとの間に、これらの接続点ＰＳ，ＰＲ間の電圧を検出する各基準検出回路６５Ａおよび常用検出回路６５Ｂが接続されている。
【００５０】
ここで、ガス検出室３５内に導入された検査対象ガス中に被検出ガスである水素が存在しないときには、ブリッジ回路はバランスしてＲ１×Ｒ４＝Ｒ２×Ｒ３の状態にあり、各検出回路６５Ａ，６５Ｂの出力がゼロとなる。一方、水素が存在すると、検出素子５１の触媒５１ｂにおいて水素が燃焼し、コイル５１ａ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５２においては水素は燃焼せず、抵抗値Ｒ３は変化しない。これにより、ブリッジ回路の平衡が破れて各検出回路６５Ａ，６５Ｂに、水素濃度の増大変化に応じて増大傾向に変化する適宜の電圧が印加される。
そして、各検出回路６５Ａ，６５Ｂから出力される電圧の検出値は、劣化診断部６６および出力切替部６７へ出力されている。
【００５１】
ここで、劣化診断部６６は、後述するように、基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂの各検出値を相対的に比較する相対診断、あるいは、基準検出要素５０Ａの検出値と常用検出要素５０Ｂの検出値とを互いに独立に所定基準値と比較する絶対診断によって、各検出要素５０Ａ，５０Ｂの劣化診断を行い、例えば診断結果を出力切替部６７および通電指示部６９および警報装置１４へ出力する。
出力切替部６７は、劣化診断部６６から入力される診断結果に応じて、例えば基準検出回路６５Ａまたは常用検出回路６５Ｂの何れか一方から出力される検出値を出力回路６８へ出力する。例えば出力切替部６７は、車両１の運転時おいて、常用検出回路６５Ｂから出力される検出値を出力回路６８へ出力している状態にて、劣化診断部６６から常用検出要素５０Ｂの劣化を示す診断結果が入力されると、例えば基準検出要素５０Ａから出力される検出値を出力回路６８へ出力するように切替を行う。
そして、出力回路６８は入力された検出値を制御装置１２へ出力しており、制御装置１２においては、電圧の検出値の変化に応じて予め設定された水素濃度のマップ等に基づき、水素濃度が算出される。
【００５２】
さらに、各検出要素５０Ａ，５０Ｂと基準電圧発生回路６４との間には、基準電圧発生回路６４から各検出要素５０Ａ，５０Ｂへの通電のオン／オフを通電指示部６９から入力される制御指令に応じて切替可能な基準スイッチ７０Ａおよび常用スイッチ７０Ｂが備えられている。
ここで、通電指示部６９は、例えば劣化診断部６６から入力される劣化診断の診断結果や、例えば制御装置１２から入力される制御指令や、例えば所定のタイミング等に基づき、各スイッチ７０Ａ，７０Ｂの切替動作を制御する。
【００５３】
例えば、燃料電池２の運転中において、通常時には、通電指示部６９により各水素センサ１１ａ，１１ｂにおいて常用検出要素５０Ｂが組み込まれたブリッジ回路に常時通電され、この常用検出要素５０Ｂによって車両１の車室内や酸素極側の出口側配管６を流れる空気オフガス中の水素ガス濃度が検出される。そして、この通常時には、通電指示部６９により基準検出要素５０Ａが組み込まれたブリッジ回路には通電が遮断され、基準検出要素５０Ａによる水素ガス濃度の検出は行われない。
この場合、検出素子５１に付着されている触媒のシリコン被毒や硫黄被毒や水分の吸着等による劣化は、検出素子５１が通電されている時にのみ進行することが知られている。したがって、通常時には、常用検出要素５０Ｂの検出素子５１に付着されている触媒は、経時的使用によって空気オフガス中に含まれるシリコンや硫黄や水分により劣化する虞がある。一方、通常時には基準検出要素５０Ａへの通電が遮断されているので、基準検出要素５０Ａの検出素子５１に付着されている触媒が空気オフガス中に含まれるシリコンや硫黄や水分により劣化することは抑制される。
【００５４】
そして、所定の時期に各水素センサ１１ａ，１１ｂの劣化診断が実行されるときには、通電指示部６９は基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂが組み込まれた各ブリッジ回路に通電し、基準検出要素５０Ａと常用検出要素５０Ｂの両方でそれぞれ検査対象ガスの水素ガス濃度の検出を実行させる。
ここで、所定の時期とは、例えば燃料電池２の運転継続時間が所定時間経過する毎のタイミングに加えて、例えば車両の始動開始に備え、車両の始動開始を指示するＩＧスイッチのオン時や、例えば車両の次回の始動に備え、ＩＧスイッチのオフ時や、各水素センサ１１ａ，１１ｂが劣化する虞がある場合に対応して、例えば各水素センサ１１ａ，１１ｂが所定濃度を超える水素ガス濃度の被検出ガスに所定時間以上に亘って曝されたときや、例えば各水素センサ１１ａ，１１ｂが所定湿度を超える湿度の被検出ガスに所定時間以上に亘って曝されたとき等とされている。
【００５５】
さらに、所定の時期は、例えば燃料電池２の起動時や定常運転時や車両１のアイドル運転時等のように、燃料電池２から排出される水素オフガスや空気オフガスの各ガス濃度が相対的に安定していることによって、安定した濃度の被検出ガスによって劣化診断を実行することができる場合や、例えば燃料電池２の過渡運転時等のように、燃料電池２から排出される水素オフガスや空気オフガスの各ガス濃度の時間変化が相対的に大きいことによって被検出ガスの複数の異なる濃度に対して劣化診断を実行可能な場合や、例えば各水素センサ１１ａ，１１ｂに対して所定の継続時間毎に実行される例えば断線検知等の自己診断処理が実行される時等とされている。
【００５６】
そして、例えばＩＧスイッチのオン／オフに応じた劣化診断や燃料電池２の作動状態に応じた劣化診断等においては、制御装置１２から入力される制御指令によって劣化診断の処理が開始され、例えば所定時間毎の劣化診断や各水素センサ１１ａ，１１ｂの作動状態に応じた劣化診断等においては、制御装置１２から入力される制御指令を必要とせずに、例えば劣化診断部６６等によって劣化診断の処理が開始される。
【００５７】
上述した劣化診断部６６にて実行される相対診断では、基準検出要素５０Ａに基づく出力値（以下、基準検出要素５０Ａの出力値と略す）と常用検出要素５０Ｂに基づく出力値（以下、常用検出要素５０Ｂの出力値と略す）とを比較することにより、常用検出要素５０Ｂが劣化しているか否かの診断を行う。
すなわち、基準検出要素５０Ａの検出素子５１に付着している触媒は、通常運転時は通電されていないので劣化が抑制されている。このため、基準検出要素５０Ａは水素ガス濃度に対応する、より正確な出力値を出力することができ、常用検出要素５０Ｂの出力値が基準検出要素５０Ａの出力値と比較して所定の許容範囲内である場合には、常用検出要素５０Ｂは正常であると判定することができ、所定の許容範囲から外れている場合には、常用検出要素５０Ｂは異常であると判定することができる。
従って、この相対診断では、基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂに同等の水素ガス濃度の検査対象ガスが供給されていればよい。
【００５８】
なお、この相対診断においては、診断内容に応じて、単に、通電指示部６９によって基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂが組み込まれた各ブリッジ回路に通電することによって、各水素センサ１１ａ，１１ｂの雰囲気ガスの状態を診断の前後で変化させずに劣化診断を実行してもよいし、さらに、各水素センサ１１ａ，１１ｂに対する検査対象ガスの水素ガス濃度が少なくとも各水素センサ１１ａ，１１ｂの検出可能範囲内の値となるように設定して劣化診断を実行してもよい。
例えば、酸素極側の出口側配管６に配置された水素センサ１１ｂに対しては、制御装置１２によってパージ弁２４と導入弁２８を開くことにより、希釈ガスを酸素極側の出口側配管６に供給し、検査対象ガスとされる空気オフガスの水素ガス濃度を、水素センサ１１ｂの検出可能範囲内の適宜の値に設定する。
また、検査対象ガスとして、水素ガス濃度がゼロあるいは各水素センサ１１ａ，１１ｂの検出可能範囲未満の値となるガス、例えば大気等を供給した場合には、常用検出要素５０Ｂの出力値に対してゼロ点変動の有無を検知することができる。さらに、例えば、このゼロ点変動の変動レベルと、各水素センサ１１ａ，１１ｂの劣化状態との相関関係を、予め事前に取得しておくことにより、高濃度側での劣化状態を推定することができる。
【００５９】
また、劣化診断部６６にて実行される絶対診断では、制御装置１２は基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂに既知濃度の検査対象ガス、つまりゼロを含む所定の水素ガス濃度の検査対象ガス（絶対検査用ガス）を供給する。そして、劣化診断部６６は、基準検出要素５０Ａの出力値と常用検出要素５０Ｂの出力値とを互いに独立に、既知濃度の絶対検査用ガスに応じた所定値と比較し、各検出要素５０Ａ，５０Ｂの出力値が所定値に対して所定の許容範囲内である場合には、対応する各検出要素５０Ａ，５０Ｂは正常であると判定し、所定の許容範囲から外れている場合には、対応する各検出要素５０Ａ，５０Ｂは異常であると判定する。
【００６０】
この絶対診断においては、診断内容に応じて、通電指示部６９によって基準検出要素５０Ａまたは常用検出要素５０Ｂの何れか一方のブリッジ回路、あるいは、基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂの両方の各ブリッジ回路に通電することによって、各検出要素５０Ａ，５０Ｂ毎あるいは両検出要素５０Ａ，５０Ｂに対して劣化診断を行ってもよい。
また、既知濃度の絶対検査用ガスを供給する際に、例えば、酸素極側の出口側配管６に配置された水素センサ１１ｂに対しては、制御装置１２によってパージ弁２４と導入弁２８を開くことにより、希釈ガスを酸素極側の出口側配管６に供給し、検査対象ガスとされる空気オフガスの水素ガス濃度を、水素センサ１１ｂの検出可能範囲内の所定値に設定する。
また、検査対象ガスとして、水素ガス濃度がゼロあるいは各水素センサ１１ａ，１１ｂの検出可能範囲未満の値となるガス、例えば大気等を供給した場合には、基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂの各出力値に対してゼロ点変動の有無を検知することができる。
【００６１】
そして、劣化診断部６６での診断結果は制御装置１２へ出力され、例えば常用検出要素５０Ｂや基準検出要素５０Ａに異常が発生していると診断された場合に、制御装置１２は警報装置１４によって各水素センサ１１ａ，１１ｂが劣化していることを運転者等に報知する。
【００６２】
本実施の形態によるガスセンサの劣化診断装置１０は上記構成を備えており、次に、ガスセンサの劣化診断装置１０の動作について添付図面を参照しながら説明する。
以下に、相対診断によって、例えば車両１のルーフ１ａに取り付けられた水素センサ１１ａおよび燃料電池２の酸素極側の出口側配管６に取り付けられた水素センサ１１ｂの劣化を診断する処理について説明する。
ここでは、例えば燃料電池２において発電が行われる車両１の通常の運転状態であって、各水素センサ１１ａ，１１ｂに対し、常用検出要素５０Ｂが組み込まれたブリッジ回路に常時通電され、基準検出要素５０Ａが組み込まれたブリッジ回路には通電が遮断され、水素センサ１１ａの常用検出要素５０Ｂによって車室内雰囲気ガスの水素ガス濃度が検出され、水素センサ１１ｂの常用検出要素５０Ｂによって燃料電池２の酸素極側の出口側配管６から排出される空気オフガスの水素ガス濃度が検出されている状態について説明する。
まず、例えば図７に示すステップＳ０１においては、各水素センサ１１ａ，１１ｂの基準検出要素５０Ａに通電を行う。
【００６３】
次に、ステップＳ０２においては、各水素センサ１１ａ，１１ｂ毎に常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１を読み込み、次に、ステップＳ０３においては、各水素センサ１１ａ，１１ｂ毎に基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１を読み込む。
そして、ステップＳ０４においては、各水素センサ１１ａ，１１ｂ毎に常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１と基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１の差（比較値）を求め、この差（Ａ１−Ｂ１）が所定値Ｙを超えているか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり所定値Ｙを超えている場合には、ステップＳ０５に進み、常用検出要素５０Ｂの検出素子５１が感度異常であり、検出素子５１の触媒が劣化したことによって出力値が低下したと判断して、各水素センサ１１ａ，１１ｂが劣化したと判定し、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合、つまり所定値Ｙ以下の場合には、ステップＳ０６に進み、常用検出要素５０Ｂの検出素子５１は感度正常であり、各水素センサ１１ａ，１１ｂが劣化していないと判定し、一連の処理を終了する。
なお、所定値Ｙは、例えば各出力値Ａ１または出力値Ｂ１に対する２０％の値（例えば、０．２・Ａ１または０．２・Ｂ１）等とされている。
【００６４】
以下に、絶対診断によって、各水素センサ１１ａ，１１ｂ、特に燃料電池２の酸素極側の出口側配管６に取り付けられた水素センサ１１ｂの劣化を診断する処理について説明する。
ここでは、例えば燃料電池２において発電が行われる車両１の通常の運転状態であって、水素センサ１１ｂに対し、常用検出要素５０Ｂが組み込まれたブリッジ回路に常時通電され、基準検出要素５０Ａが組み込まれたブリッジ回路には通電が遮断され、常用検出要素５０Ｂによって燃料電池２の酸素極側の出口側配管６から排出される空気オフガスの水素ガス濃度が検出されている状態について説明する。
まず、例えば図８に示すステップＳ１１においては、水素センサ１１ｂの基準検出要素５０Ａに通電を行う。
【００６５】
次に、ステップＳ１２において、水素ガス濃度が既知濃度である検査対象ガス（絶対検査用ガス）を酸素極側の出口側配管６に供給する。
ここでは、例えば制御装置１２によってパージ弁２４と導入弁２８を開くことにより、水素オフガスが所定の希釈倍率で空気オフガスによって希釈された希釈ガスを酸素極側の出口側配管６に供給し、希釈ガス混合後の空気オフガスの水素ガス濃度が所定の既知濃度となるように設定する。
次に、ステップＳ１３においては、後述する常用検出要素５０Ｂに対する劣化診断処理（図９）を実行し、次に、ステップＳ１４においては、後述する基準検出要素５０Ａに対する劣化診断処理（図１０）を実行する。
そして、ステップＳ１５においては、例えば制御装置１２によってパージ弁２４と導入弁２８を閉弁し、水素ガス濃度が既知濃度である絶対検査用ガスの供給を停止して、一連の処理を終了する。
【００６６】
以下に、上述したステップＳ１３における常用検出要素５０Ｂに対する劣化診断処理について説明する。
先ず、図９に示すステップＳ３１においては、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ２を読み込み、次に、ステップＳ３２に進み、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ２が、所定値Ｙ２から所定値Ｙ３の範囲内にあるか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」（Ｙ２＞Ｂ２＞Ｙ３）である場合は、ステップＳ３３に進み、常用検出要素５０Ｂの検出素子５１は感度正常である判断して、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＮＯ」（Ｂ２≦Ｙ３、あるいは、Ｂ２≧Ｙ２）である場合は、ステップＳ３４に進み、常用検出要素５０Ｂの検出素子５１は感度異常であると判断して、一連の処理を終了する。
【００６７】
以下に、上述したステップＳ１４における基準検出要素５０Ａに対する劣化診断処理について説明する。
先ず、図１０に示すステップＳ４１においては、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ２を読み込み、次に、ステップＳ４２に進み、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ２が、所定値Ｙ２から所定値Ｙ３の範囲にあるか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」（Ｙ２＞Ａ２＞Ｙ３）である場合は、ステップＳ４３に進み、基準検出要素５０Ａの検出素子５１は感度正常である判断して、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＮＯ」（Ａ２≦Ｙ３、あるいは、Ａ２≧Ｙ２）である場合は、ステップＳ４４に進み、基準検出要素５０Ａの検出素子５１は感度異常であると判断して、一連の処理を終了する。
【００６８】
なお、上述したステップＳ１１〜ステップＳ１５における絶対診断による劣化診断処理は、例えば上述したステップＳ０１〜ステップＳ０６における相対診断による劣化診断処理の実行頻度よりも少ない頻度で実行されており、例えば相対診断による劣化診断処理を所定の複数回実行する毎に１回、あるいは、燃料電池２の停止時等に実行される。
【００６９】
上述したように、本実施の形態によるガスセンサの劣化診断装置１０によれば、車両１の通常の運転状態等においては常用検出要素５０Ｂが組み込まれたブリッジ回路に常時通電され、基準検出要素５０Ａが組み込まれたブリッジ回路には通電が遮断されることにより、常用検出要素５０Ｂに比べて基準検出要素５０Ａの劣化を抑制することができる。そして、常用検出要素５０Ｂの劣化診断時は、常用検出要素５０Ｂおよび基準検出要素５０Ａの両方に通電して、常用検出要素５０Ｂの出力値と基準検出要素５０Ａの出力値とを相対的に比較することにより、常用検出要素５０Ｂが劣化しているか否かを容易に診断することができる。
また、常用検出要素５０Ｂの劣化診断を相対的に診断する際の基準とされる基準検出要素５０Ａの劣化診断を、基準検出要素５０Ａの出力値によって、いわば絶対的に診断することができる。これにより、相対診断による常用検出要素５０Ｂの劣化診断の診断精度を向上させることができる。
【００７０】
また、本実施の形態によるガスセンサの劣化診断方法によれば、先ず、相対診断による劣化診断処理によって、各水素センサ１１ａ，１１ｂの検査対象ガスに対して、同時に、基準検出要素５０Ａと常用検出要素５０Ｂの両方で水素ガス濃度の検出を実行し、この際の基準検出要素５０Ａの出力値と常用検出要素５０Ｂの出力値とを相対的に比較することによって、常用検出要素５０Ｂが劣化しているか否かを診断することができる。したがって、劣化診断時における検査対象ガスの水素ガス濃度が一定でなく変動する場合にも劣化診断が可能であり、さらに、検査対象ガスの水素ガス濃度を既知である必要が無く、任意の水素ガス濃度の検査対象ガスを供給するだけで診断を行うことができる。このため、例えば燃料電池２の運転中等において、単に、基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂが組み込まれた各ブリッジ回路に通電することによって、各水素センサ１１ａ，１１ｂの劣化診断を容易に行うことができる。
【００７１】
また、水素ガス濃度が既知濃度である検査対象ガス（絶対検査用ガス）を用いた絶対診断による劣化診断処理によれば、基準検出要素５０Ａと、常用検出要素５０Ｂとを、独立に診断することができる。これにより、例えば相対診断による劣化診断処理の実行回数が増大することに伴って、通常時においては通電が遮断されている基準検出要素５０Ａに対する通電の頻度が増大し、徐々に基準検出要素５０Ａの検出素子５１の触媒が劣化する場合や、基準検出要素５０Ａに予期しない異常が発生した場合等であっても、これらの異常状態の発生を確実に検知することができる。
しかも、基準検出要素５０Ａに加えて常用検出要素５０Ｂの劣化診断も独立して行うことができるので、相対診断による劣化診断処理での常用検出要素５０Ｂの診断結果に対する信頼性を向上させることができる。
また、水素ガス濃度が既知濃度である検査対象ガス（絶対検査用ガス）として、予め所定の希釈倍率で水素オフガスを空気オフガスにより希釈した希釈ガスを用いた場合には、水素センサ１１ｂを燃料電池システムから取り外すことなく、基準検出要素５０Ａの劣化診断を容易に行うことが可能となる。
【００７２】
〔他の実施の形態〕
なお、上述した本実施の形態においては、基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂはガス検出室３５内の同一のベース５４に配置されるとしたが、これに限定されず、例えば図１１および図１２に示す本実施形態のガスセンサの劣化診断装置１０の第１変形例に係る各水素センサ１１ａ，１１ｂのように、各検出要素５０Ａ，５０Ｂは互いに独立して、ガス検出室３５の底面３５Ａ上に隣接するようにして近接配置された２つの異なる各ベース５４ａ，５４ｂに配置されてもよい。
また、例えば図１３および図１４に示す本実施形態のガスセンサの劣化診断装置１０の第２変形例に係る各水素センサ１１ａ，１１ｂのように、各検出要素５０Ａ，５０Ｂは互いに独立して、各水素センサ１１ａ，１１ｂの厚さ方向に沿ってガス検出室３５内に近接配置された２つの異なる各ベース５４ａ，５４ｂに配置されてもよい。
【００７３】
さらに、上述した本実施の形態においては、例えば図１５および図１６に示す本実施形態のガスセンサの劣化診断装置１０の第３変形例に係る各水素センサ１１ａ，１１ｂのように、筒状部３４の内部に互いに独立する複数、例えば２つの第１筒状部３４ａおよび第２筒状部３４ｂが形成され、第１筒状部３４ａが第１ガス検出室３５―１とされ、第２筒状部３４ｂが第２ガス検出室３５―２とされてもよい。
この場合、例えば、基準検出要素５０Ａは第１ガス検出室３５―１の底面３５−１Ａ上に配置された第１ベース５４ａに配置され、常用検出要素５０Ｂは第２ガス検出室３５―２の底面３５−２Ａ上に配置された第２ベース５４ｂに配置されている。
【００７４】
さらに、上述した本実施の形態においては、基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂは各水素センサ１１ａ，１１ｂのガス検出室３５内に配置されるとしたが、これに限定されず、例えば図１７および図１８に示す本実施形態のガスセンサの劣化診断装置１０の第４変形例に係る水素センサ６０のように、筒状部３４の内部に１組の検出要素６１を備える水素センサ６０を複数個備え、これらの複数の水素センサ６０の各検出要素６１を、基準検出要素５０Ａまたは常用検出要素５０Ｂに対応させてもよい。なお、この第４変形例に係る水素センサ６０において、１組の検出要素６１は検出素子５１と温度補償素子５２とで対をなして構成されている。また、水素センサ６０において、上述した本実施の形態と同一部分には同じ符号を配して説明を省略する。
例えば図１９に示すように、酸素極側の出口側配管６においては、この出口側配管６が伸びる方向に沿って複数、例えば２つの水素センサ６０，６０が隣接するように近接配置され、一方の水素センサ６０の検出要素６１が基準検出要素５０Ａとされ、他方の水素センサ６０の検出要素６１が常用検出要素５０Ｂとされている。
なお、この本実施形態の第４変形例に係るガスセンサの劣化診断装置１０においては、例えば図２０に示すように、複数、例えば２つの水素センサ６０，６０を出口側配管６の径方向に沿って対向配置させてもよいし、例えば図２１に示すように、複数、例えば２つの水素センサ６０，６０を出口側配管６の周方向に沿った適宜の位置に近接して配置させてもよい。
また、この本実施形態の第４変形例に係るガスセンサの劣化診断装置１０においては、複数の水素センサ６０を車両１の車室内の適宜の位置に近接して配置してもよい。
【００７５】
なお、上述した本実施の形態においては、各水素センサ１１ａ，１１ｂに２組の基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂを備えるとしたが、これに限定されず、３組以上の検出要素を互いに近接するように備えてもよい。この場合、より好ましくは、１組の基準検出要素５０Ａと、２組以上の常用検出要素５０Ｂ１，５０Ｂ２，…，５０Ｂｎ（ただし、ｎは任意の自然数）とを備えて各水素センサ１１ａ，１１ｂを構成する。
例えば図２２および図２３に示す本実施形態のガスセンサの劣化診断装置１０の第５変形例に係る各水素センサ１１ａ，１１ｂにおいて、１組の基準検出要素５０Ａおよび２組の常用検出要素５０Ｂ１，５０Ｂ２は、例えばガス検出室３５内の同一のベース５４に配置され、各検出要素５０Ａ，５０Ｂ１，５０Ｂ２はそれぞれ、検出素子５１と温度補償素子５２とで対をなして構成されている。そして、各素子５１，５２は回路基板３８に接続された複数、例えば１２個のピン５３により、ガス検出室３５の底面３５Ａ上に配置されたベース５４から、各水素センサ１１ａ，１１ｂの厚さ方向に所定距離だけ離間した位置において、所定間隔を隔てて対をなすようにして配置されている。
この場合には、基準検出要素５０Ａに比べて相対的に劣化が生じやすい複数の常用検出要素５０Ｂ１，５０Ｂ２，…，５０Ｂｎを、各常用検出要素５０Ｂ１，５０Ｂ２，…，５０Ｂｎの劣化状態に応じて順次、切り替えて使用することができる。例えば燃料電池２において発電が行われる車両１の通常の運転状態において、先ず、第１の常用検出要素５０Ｂ１に通電を行い、検査対象ガスの水素ガス濃度の検出を行い、この第１の常用検出要素５０Ｂ１が劣化したと判定された場合には、他の常用検出要素５０Ｂ２，…，５０Ｂｎの何れかに通電を切り替えて水素ガス濃度の検出を行う。
さらに、全ての各常用検出要素５０Ｂ１，５０Ｂ２，…，５０Ｂｎが劣化したと判定された場合には、基準検出要素５０Ａによって検査対象ガスの水素ガス濃度の検出を行うように設定してもよい。
【００７６】
なお、上述した本実施の形態において、劣化診断部６６は診断結果を出力するとしたが、これに限定されず、例えば各検出要素５０Ａ，５０Ｂが劣化していると判定した場合には、各水素センサ１１ａ，１１ｂから出力可能な出力値の範囲を逸脱した値の信号を、出力回路６８から出力させることで、制御装置１２等の外部の装置に対して各水素センサ１１ａ，１１ｂの異常を通知してもよい。
【００７７】
なお、上述した本実施の形態においては、相対診断によって各水素センサ１１ａ，１１ｂの劣化診断を行うときに、例えば燃料電池２において発電が行われる車両１の通常の運転状態において、単に、各水素センサ１１ａ，１１ｂの基準検出要素５０Ａに通電を行う（ステップＳ０１）としたが、これに限定されず、例えば図２４に示す本実施形態の第６変形例に係るガスセンサの劣化診断装置１０の動作を示すフローチャートのように、各水素センサ１１ａ，１１ｂに供給される検査対象ガスの水素ガス濃度が、少なくとも各水素センサ１１ａ，１１ｂの検出可能範囲内の適宜の値となるように設定する処理を付加してもよい。
例えば、図２４に示すステップＳ０１においては、各水素センサ１１ａ，１１ｂの基準検出要素５０Ａに通電を行い、ステップＳ５１に進む。
【００７８】
ステップＳ５１においては、検査対象ガスの水素ガス濃度を少なくとも各水素センサ１１ａ，１１ｂの検出可能範囲内の適宜の値に調整し、上述したステップＳ０２に進む。例えば、酸素極側の出口側配管６に配置された水素センサ１１ｂに対しては、希釈ガス供給装置２９においてパージ弁２４と導入弁２８を開くことにより、希釈ガス混合後の空気オフガス中の水素ガス濃度が、少なくとも水素センサ１１ｂの検出可能範囲内の値となるように、希釈ガスの水素ガス濃度を設定し、希釈装置２６による希釈倍率を設定する。
ただし、ここで、検査対象ガスの水素ガス濃度の値は既知である必要はない。
そして、上述したステップＳ０５またはステップＳ０６において、各水素センサ１１ａ，１１ｂが劣化しているか否かを判定した後には、例えば図２４に示すステップＳ５２に進み、上述したステップＳ５１にて開始した検査対象ガスの水素ガス濃度を調整する処理を停止し、一連の処理を終了する。
例えば、酸素極側の出口側配管６に配置された水素センサ１１ｂに対しては、希釈ガス供給装置２９においてパージ弁２４と導入弁２８とを閉弁する。
【００７９】
なお、上述した本実施の形態においては、パージ弁２４と、水素排出路２５と、希釈装置２６と、還流路２７と、導入弁２８とによって構成される希釈ガス供給装置２９を備えるとしたが、これに限定されず、例えば各水素センサ１１ａ，１１ｂに対して、相対診断による劣化診断のみを実行する場合には、例えば図２５に示す本実施形態のガスセンサの劣化診断装置１０の第７変形例のように、水素排出路２５と、希釈装置２６と、還流路２７と、導入弁２８とは省略可能である。
さらに、例えば図２６に示す本実施形態のガスセンサの劣化診断装置１０の第８変形例のように、希釈ガス供給装置２９の水素排出路２５と、希釈装置２６と、還流路２７と、導入弁２８とを備える代わりに、例えば燃料電池システム７の外部等に配置され、適宜あるいは所定の水素ガス濃度の基準ガスを供給する供給装置７１を備えてもよい。ここで、供給装置７１から供給される基準ガスは、例えば導入弁７２を介して、酸素極側の出口側配管６において水素センサ１１ｂよりも上流の位置（希釈ガスの導入部）６ｂに導入されるようになっている。
また、例えば図２７に示す本実施形態のガスセンサの劣化診断装置１０の第９変形例のように、希釈ガス供給装置２９に加えて、供給装置７１および導入弁７２を備えてもよい。この場合には、劣化診断の診断内容や燃料電池システム７の状態や車両１の状態等に応じて、希釈ガス供給装置２９と供給装置７１とを適宜に選択して作動させることができる。
【００８０】
なお、上述した本実施の形態においては、各素子５１，５２を接続してなる回路をブリッジ回路としたが、これに限定されず、例えば直列回路等のその他の回路であってもよく、検出素子５１の抵抗値Ｒ４に関連した状態量として、所定接点間の電圧や電流の検出値が制御装置１２へ出力されてもよい。
【００８１】
なお、上述した本実施の形態においては、常用検出要素５０Ｂの出力値と基準検出要素５０Ａの出力値との差を比較値として劣化診断を行っているが、これに限定されず、例えば常用検出要素５０Ｂの出力値と基準検出要素５０Ａの出力値のいずれか一方を他方で除算して得た商を比較値として用いて、劣化診断を行ってもよい。
【００８２】
また、上述した本実施の形態においては、相対診断において、例えばステップＳ０４に示すように、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１と基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１の差（Ａ１−Ｂ１）が、各出力値Ａ１または出力値Ｂ１に対する所定の割合として設定される相対的な所定値Ｙを超えているか否かを判定したが、これに限定されず、相対的な所定値Ｙの代わりに絶対的な所定値（例えば、感度や濃度の適宜の値等）を用いてもよい。
さらに、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１と基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１の差（Ａ１−Ｂ１）の符号の正負に応じて判定閾値（上述した相対的な所定値Ｙや絶対的な所定値等）の大きさを変更してもよく、例えば差（Ａ１−Ｂ１）の符号が正の場合には、負の場合に比べて、より判定閾値を超え易くなるようにして判定閾値を小さく設定することで、被検知ガスである水素ガスの濃度が過小に評価されてしまうことを抑制することができる。
また、例えば図２８に示すように、予め、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１および常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１に応じて所定の劣化判定領域を設定しておき、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１が劣化判定領域以内に属するか否かを判定してもよい。
【００８３】
例えば図２８においては、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１に対して、常用検出要素５０Ｂの出力値が過大であると判定される感度過大劣化領域αと、常用検出要素５０Ｂの出力値が過小であると判定される感度過小劣化領域βとが設定されている。そして、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１が、例えば適宜の値ａであるとき、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１が感度過大劣化領域αの最小値α１以上か否か、あるいは、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１が感度過小劣化領域βの最大値β１以下か否かを判定する。
すなわち、例えば図２９に示す本実施形態の第１０変形例に係るガスセンサの劣化診断装置１０の動作を示すフローチャートのように、例えば上述したステップＳ０４の代わりに、先ずステップＳ６１において、例えば図２８に示すグラフ図のように、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１に応じて常用検出要素５０Ｂの出力値に対する劣化判定領域を設定する。
そして、ステップＳ６２において、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１が劣化判定領域以内か否かを判定する。ここでは、例えば常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１が感度過大劣化領域αの最小値α１以上か否か、あるいは、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１が感度過小劣化領域βの最大値β１以下か否かを判定してもよいし、例えば常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１と基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１の差（Ａ１−Ｂ１）が、（Ａ１−α１）以下か否か、あるいは、（Ａ１−β１）以上か否かを判定してもよい。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合にはステップＳ０５に進み、一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０６に進む。
【００８４】
また、この本実施形態の第１０変形例において、例えば図２８に示すような劣化判定領域を設定する際には、基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂの感度のばらつき、つまり各検出要素５０Ａ，５０Ｂの個体差や、各検出要素５０Ａ，５０Ｂの経年劣化等の劣化状態や、劣化のない初期状態での各検出要素５０Ａ，５０Ｂの検出精度等に応じて設定してもよい。
さらに、劣化判定領域を設定する際に、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１が大きくなることに伴い、常用検出要素５０Ｂの出力値が過大であると判定される場合に比べて、常用検出要素５０Ｂの出力値が過小であると判定され易くなるように設定してもよい。すなわち、例えば図２８に示すように、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１と常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１とが同等となる直線Ｌに対し、基準検出要素５０Ａの任意の出力値Ａ１での直線Ｌの値と感度過大劣化領域αの最小値α１との差Ｌαに比べて、基準検出要素５０Ａの任意の出力値Ａ１での直線Ｌの値と感度過小劣化領域βの最大値β１との差Ｌβの方がより小さくなるように設定する。
この場合には、被検知ガスである水素ガスの実際の濃度に対して、より低い濃度の検出値が得られる感度過小劣化領域βを基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１の増大に伴って拡大することにより、水素ガス濃度が過小に評価されてしまうことを抑制し、所定の濃度を超える水素ガスを確実に検知することができる。
なお、この本実施形態の第１０変形例において、例えば、感度過大劣化領域αおよび感度過小劣化領域βの代わりに、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１に対して常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１が正常であると判定される正常領域を設定し、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１が、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１に応じた正常領域の最大値よりも大きいか否か、あるいは、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１に応じた正常領域の最小値よりも小さいか否かに応じて、感度異常の有無を判定するように設定してもよい。
【００８５】
また、上述した本実施の形態においては、絶対診断において、例えばステップＳ３２およびステップＳ４２に示すように、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ２や基準検出要素５０Ａの出力値Ａ２が所定値Ｙ２から所定値Ｙ３の範囲にあるか否かを判定する際に、各出力値Ａ２，Ｂ２がＹ２以上であると判定される場合に比べて、各出力値Ａ２，Ｂ２がＹ３以下であると判定され易くなるようにして、各所定値Ｙ２，Ｙ３を設定してもよい。
これにより、被検知ガスである水素ガスの実際の濃度に対して、より低い濃度の検出値が得られる各検出要素５０Ａ，５０Ｂの感度低下の状態を検知し易くすることができる。
【００８６】
なお、上述した本実施の形態においては、被検知ガスを水素ガスとしたが、これ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１１ａ，１１ｂ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、ガスセンサは、車両１のルーフ１ａに取り付けられた水素センサ１１ａおよび燃料電池２の酸素極側の出口側配管６に取り付けられた水素センサ１１ｂに限るものではなく、車両１のその他の位置に配置されてもよい。さらに、ガスセンサは、ガス接触燃焼式の水素センサに限らず、例えば検査対象ガス中に含まれる各ガスの熱伝導率の差異を利用して水素を検知する気体熱伝導式水素センサや、超音波式水素センサ等の非触媒型の水素センサであってもよい。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、常用検出要素が劣化しているか否かを容易に診断することができる。
さらに、請求項２および請求項３に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、例えば複数の検出要素に対して同等のガス濃度の被検出ガスを供給したときに、各検出要素の配置位置に応じて各検出要素による検出結果が異なる場合であっても、相対診断による常用検出要素に対する劣化診断の診断精度が低下してしまうことを抑制することができる。
【００８８】
さらに、請求項４に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、劣化診断時における被検知ガスのガス濃度が一定でなく変動する場合にも常用検出要素の劣化診断が可能となる。
さらに、請求項５に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、常用検出要素が劣化したか否かを確実に判断することができる。
【００８９】
さらに、請求項６および請求項７に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、常用検出要素が劣化したか否かを容易に判断することができる。
さらに、請求項８および請求項９に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、常用検出要素の劣化診断を相対的に診断する際の基準とされる基準検出要素の劣化診断を、基準検出要素の出力値によって、いわば絶対的に診断することができ、相対診断による常用検出要素の劣化診断の診断精度を向上させることができる。
さらに、請求項１０に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、燃料電池から出力される燃料ガスを有効に利用して基準検出要素の劣化診断を実行することができる。
さらに、請求項１１に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、例えば基準検出要素を実装位置から取り外して検査する必要が無しに、基準検出用素の実装状態において容易に劣化診断を実行することができる。
【００９０】
さらに、請求項１２に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、基準検出要素に通電する頻度が増大することを抑制することによって、基準検出要素が劣化してしまうことを抑制し、相対診断による常用検出要素の劣化診断の診断精度が低下してしまうことを抑制することができる。
さらに、請求項１３に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、検出素子の触媒が被毒物質で被毒されることに起因するガスセンサの劣化に対しても、容易に劣化診断を行うことができる。
【００９１】
さらに、請求項１４に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、水素センサによって燃料電池の運転状態を的確に把握しつつ、燃料電池の運転中であっても、水素センサの劣化診断を容易に行うことができる。
さらに、請求項１５に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、水素センサによって車両の状態や、例えば車両に搭載された燃料電池の運転状態を的確に把握しつつ、車両の運転時であっても、水素センサの劣化診断を容易に行うことが可能となる。
【００９２】
さらに、請求項１６に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置によれば、常用検出要素が劣化しているか否かを容易に診断することができる。
さらに、請求項１７および請求項１８に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置によれば、例えば複数の検出要素に対して同等のガス濃度の被検出ガスを供給したときに、各検出要素の配置位置に応じて各検出要素による検出結果が異なる場合であっても、相対診断による常用検出要素に対する劣化診断の診断精度が低下してしまうことを抑制することができる。
【００９３】
さらに、請求項１９に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置によれば、常用検出要素の劣化診断を相対的に診断する際の基準とされる基準検出要素の劣化診断を、基準検出要素の出力値によって、いわば絶対的に診断することができ、相対診断による常用検出要素の劣化診断の診断精度を向上させることができる。
さらに、請求項２０に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置によれば、燃料電池から出力される燃料ガスを有効に利用して基準検出要素の劣化診断を実行することができる。
さらに、請求項２１に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置によれば、例えば基準検出要素を実装位置から取り外して検査する必要が無しに、基準検出用素の実装状態において容易に劣化診断を実行することができる。
【００９４】
さらに、請求項２２に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置によれば、検出素子の触媒が被毒物質で被毒されることに起因するガスセンサの劣化に対しても、容易に劣化診断を行うことができる。
さらに、請求項２３に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置によれば、水素センサによって燃料電池の運転状態を的確に把握しつつ、燃料電池の運転中であっても、水素センサの劣化診断を容易に行うことができる。
さらに、請求項２４に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置によれば、水素センサによって車両の状態や、例えば車両に搭載された燃料電池の運転状態を的確に把握しつつ、車両の運転時であっても、水素センサの劣化診断を容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスセンサの劣化診断装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るガスセンサの劣化診断装置を備える燃料電池システムの要部構成図である。
【図３】図１または図２に示す水素センサの断面図である。
【図４】図３に示すＩ−Ｉ線に沿う概略断面図である。
【図５】図１または図２に示す水素センサの要部斜視図である。
【図６】図１または図２に示す水素センサを構成する検出部および回路部の構成図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るガスセンサの劣化診断方法、特に相対診断による劣化診断の処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態に係るガスセンサの劣化診断方法、特に絶対診断による劣化診断の処理を示すフローチャートである。
【図９】図８に示す常用検出要素の劣化診断の処理を示すフローチャートである。
【図１０】図８に示す基準検出要素の劣化診断の処理を示すフローチャートである。
【図１１】本実施形態のガスセンサの劣化診断装置の第１変形例に係る水素センサの断面図である。
【図１２】図１１に示すＩ−Ｉ線に沿う概略断面図である。
【図１３】本実施形態のガスセンサの劣化診断装置の第２変形例に係る水素センサの断面図である。
【図１４】図１３に示す水素センサの要部斜視図である。
【図１５】本実施形態のガスセンサの劣化診断装置の第３変形例に係る水素センサの断面図である。
【図１６】図１５に示すＩ−Ｉ線に沿う概略断面図である。
【図１７】本実施形態のガスセンサの劣化診断装置の第４変形例に係る水素センサの断面図である。
【図１８】図１７に示すＩ−Ｉ線に沿う概略断面図である。
【図１９】図１７に示す水素センサの酸素極側の出口側配管での配置位置の一例を示す出口側配管の中心軸に平行な断面図である。
【図２０】図１７に示す水素センサの酸素極側の出口側配管での配置位置の一例を示す出口側配管の中心軸に平行な断面図である。
【図２１】図１７に示す水素センサの酸素極側の出口側配管での配置位置の一例を示す出口側配管の中心軸に直交する断面図である。
【図２２】本実施形態のガスセンサの劣化診断装置の第５変形例に係る水素センサの断面図である。
【図２３】図２２に示す水素センサの要部斜視図である。
【図２４】本実施形態の第６変形例に係るガスセンサの劣化診断方法、特に相対診断による劣化診断の処理を示すフローチャートである。
【図２５】本実施形態の第７変形例に係るガスセンサの劣化診断装置を備える燃料電池システムの要部構成図である。
【図２６】本実施形態の第８変形例に係るガスセンサの劣化診断装置を備える燃料電池システムの要部構成図である。
【図２７】本実施形態の第９変形例に係るガスセンサの劣化診断装置を備える燃料電池システムの要部構成図である。
【図２８】基準検出要素の出力値Ａ１および常用検出要素の出力値Ｂ１に応じた劣化判定領域を示すグラフ図である。
【図２９】本実施形態の第１０変形例に係るガスセンサの劣化診断方法、特に相対診断による劣化診断の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２ 燃料電池
１１ａ 水素センサ（検出手段、ガス接触燃焼式のガスセンサ）
１１ｂ 水素センサ（検出手段、ガス接触燃焼式のガスセンサ）
２６ 希釈装置（希釈手段）
１２ 制御装置（既知濃度ガス供給手段）
２７ 還流路（既知濃度ガス供給手段）
２８ 導入弁（既知濃度ガス供給手段）
５０Ａ 基準検出要素
５０Ｂ 常用検出要素
５１ 検出素子
５２ 温度補償素子
６０ 水素センサ（検出手段、ガス接触燃焼式のガスセンサ）
６９ 通電指示部（常用検出手段）
７０Ｂ 常用スイッチ（常用検出手段）
７１ 供給装置（既知濃度ガス供給手段）
７２ 導入弁（既知濃度ガス供給手段）
ステップＳ０１〜ステップＳ０３ 相対診断手段
ステップＳ０４ 比較手段
ステップＳ０５、ステップＳ０６ 相対判定手段
ステップＳ１４ 絶対診断手段
ステップＳ４３、ステップＳ４４ 絶対判定手段
ステップＳ６１およびステップＳ６２ 比較手段
【発明の属する技術分野】
この発明は、水素センサ等のガスセンサの劣化を診断するガスセンサの劣化診断方法およびガスセンサの劣化診断装置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極とカソード極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、アノード極に燃料として水素が供給され、カソード極に酸化剤として空気が供給されて、アノード極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソード極まで移動して、カソード極で酸素と電気化学反応を起こして発電するようになっている。
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、カソード極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、空気オフガス中の水素ガス濃度を確認する必要がある。
【０００３】
そこで、従来から、例えば燃料電池のカソード側の排出系に水素検出器を設置し、この水素検出器によって空気オフガス中の水素ガス濃度を確認するシステムが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
また、例えば燃料電池の酸素極側の排出系に水素ガスを検出するガスセンサを備え、このガスセンサによって、燃料極側の水素が固体高分子電解質膜を通じて酸素極側に漏洩したことを検知したときは、燃料の供給を遮断する保護装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
そして、これらの水素検出器に、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（水素検出器の場合は水素）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被検知ガスのガス濃度を検出するものである。
【０００４】
【特許文献１】
特公平６−５２６６２号公報
【特許文献２】
特開平６−２２３８５０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空気オフガスには、燃料電池に使用されているシール材等の材料中のシリコンが混入する場合があるが、水素検出器が触媒反応中にこのシリコンに晒されると触媒が被毒し、その結果、水素検出器が劣化して、検出精度が低下する。さらに、このようなシリコン被毒に加えて、例えば硫黄被毒や水分の吸着等により感度低下等の劣化が生じる虞があり、劣化の程度によっては、水素検出器を交換する必要が生じる。
したがって、水素検出器の劣化診断は極めて重要であり、水素検出器が劣化しているか否かを簡単に診断する方法が切望されている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ガスセンサの劣化を容易に診断することが可能なガスセンサの劣化診断方法およびガスセンサの劣化診断装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法は、検出素子と温度補償素子とを備えて構成される複数の検出要素が互いに近接配置されてなり、前記複数の検出要素のうち、少なくとも１つの検出要素を基準検出要素とし、前記基準検出要素以外の検出要素を常用検出要素とする検出手段（例えば、実施の形態での各水素センサ１１ａ，１１ｂ、複数の水素センサ６０）の劣化を診断するガスセンサの劣化診断方法であって、被検知ガスの濃度検出時は前記常用検出要素に通電して該常用検出要素により前記被検知ガスの濃度検出を行い、前記常用検出要素の劣化診断時は前記常用検出要素と前記基準検出要素の両方に通電して各検出要素により前記被検知ガスの濃度検出を行い（例えば、実施の形態でのステップＳ０１〜ステップＳ０３）、前記常用検出要素の出力値と前記基準検出要素の出力値とを比較する（例えば、実施の形態でのステップＳ０４、ステップＳ６１およびステップＳ６２）ことにより、前記常用検出要素の劣化診断を行う（例えば、実施の形態でのステップＳ０５、ステップＳ０６）ことを特徴としている。
【０００７】
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、被検知ガスの濃度検出時は常用検出要素に通電して被検知ガスの濃度検出を行い、例えば基準検出要素には通電を遮断することにより、常用検出要素に比べて基準検出要素の劣化を抑制することができる。そして、常用検出要素の劣化診断時は、常用検出要素および基準検出要素の両方に通電して、常用検出要素の出力値と基準検出要素の出力値とを相対的に比較することにより、常用検出要素が劣化しているか否かを容易に診断（相対診断）することができる。
【０００８】
さらに、請求項２に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法では、前記複数の検出要素は、各検出要素により得られる前記被検知ガスの実質的な濃度の検出結果の差異が所定の範囲以内となるようにして、互いに近接配置されることを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、例えば複数の検出要素に対して同等のガス濃度の被検出ガスを供給したときに、各検出要素の配置位置に応じて各検出要素による検出結果が異なる場合であっても、相対診断による常用検出要素に対する劣化診断の診断精度が低下してしまうことを抑制することができる。
【０００９】
さらに、請求項３に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法では、前記所定の範囲は、前記検出結果に対する±１０％以内とされることを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、相対診断による常用検出要素に対する劣化診断の診断精度が低下してしまうことを、より一層、抑制することができる。
【００１０】
さらに、請求項４に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法は、前記常用検出要素の劣化診断を行うときに、前記被検知ガスのガス濃度を、少なくとも前記常用検出要素で検出可能な任意濃度に設定することを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、常用検出要素の劣化診断時には、常用検出要素と基準検出要素の両方に通電して各検出要素により同時に被検知ガスの濃度検出を行い、相対的に比較しているので、被検知ガスのガス濃度は既知濃度である必要が無く、常用検出要素と基準検出要素とに同等のガス濃度の被検知ガスが供給されていればよい。
これにより、劣化診断時における被検知ガスのガス濃度が一定でなく変動する場合にも常用検出要素の劣化診断が可能となる。
【００１１】
さらに、請求項５に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法は、前記常用検出要素の出力値と前記基準検出要素の出力値との比較結果が所定範囲外である場合に、前記ガスセンサは劣化したと判断することを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、常用検出要素が劣化したか否かを確実に判断することができる。なお、比較値は、常用検出要素の出力値と基準検出要素の出力値との差でもよいし、常用検出要素の出力値と基準検出要素の出力値のいずれか一方を他方で除算して得た商であってもよい。
【００１２】
さらに、請求項６に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法では、前記比較結果は、前記常用検出要素の出力値と前記基準検出要素の出力値との差、あるいは、前記常用検出要素の出力値と前記基準検出要素の出力値との何れか一方に対する何れか他方の比であることを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、常用検出要素が劣化したか否かを容易に判断することができる。
【００１３】
さらに、請求項７に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法では、前記所定範囲は、予め前記常用検出要素の出力値および前記基準検出要素の出力値に応じて設定された所定領域であり、前記常用検出要素の出力値が、前記基準検出要素の出力値に応じた前記所定領域の最大値よりも大きい場合、あるいは、前記基準検出要素の出力値に応じた前記所定領域の最小値よりも小さい場合に、前記ガスセンサは劣化したと判断することを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、常用検出要素が劣化したか否かを容易に判断することができる。
【００１４】
さらに、請求項８に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法は、前記被検知ガスを前記基準検出要素により検出したときの前記基準検出要素の出力値に基づいて前記基準検出要素の劣化診断を行う（例えば、実施の形態でのステップＳ１４）ことを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、常用検出要素の劣化診断を相対的に診断する際の基準とされる基準検出要素の劣化診断を、基準検出要素の出力値によって、いわば絶対的に診断することができる。これにより、相対診断による常用検出要素の劣化診断の診断精度を向上させることができる。
【００１５】
さらに、請求項９に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法では、前記被検知ガスは既知濃度とされることを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、既知濃度の被検出ガスによって基準検出要素が劣化したか否かを絶対的に診断することができ、相対診断による常用検出要素の劣化診断の診断精度を、より一層、向上させることができる。
【００１６】
さらに、請求項１０に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法は、燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池から排出される前記燃料ガスを前記燃料電池から排出される前記酸化剤ガスにより希釈して得た希釈ガスを、前記燃料電池から排出される前記酸化剤ガスに混合して、前記既知濃度の前記被検知ガスとすることを特徴としている。
【００１７】
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、燃料電池から出力される燃料ガスを有効に利用して基準検出要素の劣化診断を実行することができる。
【００１８】
さらに、請求項１１に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法は、所定濃度の前記被検知ガスを前記基準検出要素の雰囲気ガスに混合して、前記既知濃度の前記被検知ガスとすることを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、例えば基準検出要素を実装位置から取り外して検査する必要が無しに、基準検出用素の実装状態において容易に劣化診断を実行することができる。
【００１９】
さらに、請求項１２に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法は、前記常用検出要素の劣化診断の実行頻度よりも少ない頻度で前記基準検出要素の劣化診断を行うことを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、基準検出要素に通電する頻度が増大することを抑制することによって、基準検出要素が劣化してしまうことを抑制し、相対診断による常用検出要素の劣化診断の診断精度が低下してしまうことを抑制することができる。
【００２０】
さらに、請求項１３に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法では、前記検出手段は、前記検出素子の触媒に接触する前記被検出ガスの燃焼に応じて発生する前記検出素子と前記温度補償素子との電気抵抗値の差異に基づいて前記被検知ガスのガス濃度を検出するガス接触燃焼式のガスセンサであることを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、検出素子の触媒が被毒物質で被毒されることに起因するガスセンサの劣化に対しても、容易に劣化診断を行うことができる。
【００２１】
さらに、請求項１４に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法では、前記被検知ガスは水素ガスであり、前記検出手段は、燃料電池の酸素極から排出される酸化剤ガス中の水素ガス濃度を検出する水素センサであることを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、水素センサによって燃料電池の運転状態を的確に把握しつつ、燃料電池の運転中であっても、水素センサの劣化診断を容易に行うことができる。
【００２２】
さらに、請求項１５に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法では、前記被検知ガスは水素ガスであり、前記検出手段は、車両の車室内の雰囲気ガスの水素ガス濃度を検出する水素センサであることを特徴としている。
上記のガスセンサの劣化診断方法によれば、水素センサによって車両の状態や、例えば車両に搭載された燃料電池の運転状態を的確に把握しつつ、車両の運転時であっても、水素センサの劣化診断を容易に行うことが可能となる。
【００２３】
また、請求項１６に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置は、検出素子と温度補償素子とを備えて構成される複数の検出要素が互いに近接配置されてなり、前記複数の検出要素のうち、少なくとも１つの検出要素を基準検出要素とし、前記基準検出要素以外の検出要素を常用検出要素とする検出手段（例えば、実施の形態での各水素センサ１１ａ，１１ｂ、複数の水素センサ６０）と、被検知ガスの濃度検出時に前記常用検出要素に通電して該常用検出要素により前記被検知ガスの濃度検出を行う常用検出手段（例えば、実施の形態での常用スイッチ７０Ｂおよび通電指示部６９）と、前記常用検出要素の劣化診断時に前記常用検出要素と前記基準検出要素の両方に通電して各検出要素により前記被検知ガスの濃度検出を行う相対診断手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０１〜ステップＳ０３）と、前記常用検出要素の出力値と前記基準検出要素の出力値とを比較する比較手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０４、ステップＳ６１およびステップＳ６２）と、前記比較手段での比較結果に応じて前記常用検出要素の劣化判定を行う相対判定手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０５、ステップＳ０６）とを備えることを特徴としている。
【００２４】
上記構成のガスセンサの劣化診断装置によれば、被検知ガスの濃度検出時は常用検出要素に通電して被検知ガスの濃度検出を行い、例えば基準検出要素には通電を遮断することにより、常用検出要素に比べて基準検出要素の劣化を抑制することができる。そして、常用検出要素の劣化診断時は、常用検出要素および基準検出要素の両方に通電して、常用検出要素の出力値と基準検出要素の出力値とを相対的に比較することにより、常用検出要素が劣化しているか否かを容易に診断することができる。
【００２５】
さらに、請求項１７に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置では、前記複数の検出要素は、各検出要素により得られる前記被検知ガスの実質的な濃度の検出結果の差異が所定の範囲以内となるようにして、互いに近接配置されることを特徴としている。
上記構成のガスセンサの劣化診断装置によれば、例えば複数の検出要素に対して同等のガス濃度の被検出ガスを供給したときに、各検出要素の配置位置に応じて各検出要素による検出結果が異なる場合であっても、相対診断による常用検出要素に対する劣化診断の診断精度が低下してしまうことを抑制することができる。
【００２６】
さらに、請求項１８に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置では、前記所定の範囲は、前記検出結果に対する±１０％以内とされることを特徴としている。
上記構成のガスセンサの劣化診断装置によれば、相対診断による常用検出要素に対する劣化診断の診断精度が低下してしまうことを、より一層、抑制することができる。
【００２７】
さらに、請求項１９に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置は、前記基準検出要素の劣化診断時に前記基準検出要素に通電して前記基準検出要素により前記被検知ガスの濃度検出を行う絶対診断手段（例えば、実施の形態でのステップＳ１４）と、前記基準検出要素の出力値に基づいて前記基準検出要素の劣化判定を行う絶対判定手段（例えば、実施の形態でのステップＳ４３、ステップＳ４４）とを備えることを特徴としている。
上記構成のガスセンサの劣化診断装置によれば、常用検出要素の劣化診断を相対的に診断する際の基準とされる基準検出要素の劣化診断を、基準検出要素の出力値によって、いわば絶対的に診断することができる。これにより、相対診断による常用検出要素の劣化診断の診断精度を向上させることができる。
【００２８】
さらに、請求項２０に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置は、燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出される前記燃料ガスを、前記燃料電池から排出される前記酸化剤ガスにより希釈する希釈手段（例えば、実施の形態での希釈装置２６）と、前記希釈手段から出力される希釈ガスを前記燃料電池から排出される前記酸化剤ガスに混合して既知濃度の前記被検知ガスとし、前記基準検出要素に供給する既知濃度ガス供給手段（例えば、実施の形態での制御装置１２および還流路２７および導入弁２８）とを備えることを特徴としている。
【００２９】
上記構成のガスセンサの劣化診断装置によれば、燃料電池から出力される燃料ガスを有効に利用して基準検出要素の劣化診断を実行することができる。
【００３０】
さらに、請求項２１に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置は、所定濃度の前記被検知ガスを前記基準検出要素の雰囲気ガスに混合して既知濃度の前記被検知ガスとし、前記基準検出要素に供給する既知濃度ガス供給手段（例えば、実施の形態での制御装置１２および供給装置７１および導入弁７２）とを備えることを特徴としている。
上記構成のガスセンサの劣化診断装置によれば、例えば基準検出要素を実装位置から取り外して検査する必要が無しに、基準検出用素の実装状態において容易に劣化診断を実行することができる。
【００３１】
さらに、請求項２２に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置では、前記検出手段は、前記検出素子の触媒に接触する前記被検出ガスの燃焼に応じて発生する前記検出素子と前記温度補償素子との電気抵抗値の差異に基づいて前記被検知ガスのガス濃度を検出するガス接触燃焼式のガスセンサ（例えば、実施の形態での各水素センサ１１ａ，１１ｂ、複数の水素センサ６０）であることを特徴としている。
上記構成のガスセンサの劣化診断装置によれば、検出素子の触媒が被毒物質で被毒されることに起因するガスセンサの劣化に対しても、容易に劣化診断を行うことができる。
【００３２】
さらに、請求項２３に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置では、前記被検知ガスは水素ガスであり、前記検出手段は、燃料電池の酸素極から排出される酸化剤ガスの流路に配置され、前記流路を流通する前記酸化剤ガス中の水素ガス濃度を検出する水素センサ（例えば、実施の形態での水素センサ１１ｂ、複数の水素センサ６０）であることを特徴としている。
上記構成のガスセンサの劣化診断装置によれば、水素センサによって燃料電池の運転状態を的確に把握しつつ、燃料電池の運転中であっても、水素センサの劣化診断を容易に行うことができる。
【００３３】
さらに、請求項２４に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置では、前記被検知ガスは水素ガスであり、前記検出手段は、車両の車室内に配置され、前記車室内の雰囲気ガスの水素ガス濃度を検出する水素センサ（例えば、実施の形態での水素センサ１１ａ、複数の水素センサ６０）であることを特徴としている。
上記構成のガスセンサの劣化診断装置によれば、水素センサによって車両の状態や、例えば車両に搭載された燃料電池の運転状態を的確に把握しつつ、車両の運転時であっても、水素センサの劣化診断を容易に行うことが可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るガスセンサの劣化診断装置について添付図面を参照しながら説明する。
本実施形態に係るガスセンサの劣化診断装置１０は、例えば図１に示すように、燃料電池車両等の車両１の車室内においてゼロを含む所定濃度の水素を検出する水素センサ１１ａや、例えば図２に示すように、車両１の動力源とされる燃料電池２および燃料電池２に接続された各配管３，４，５，６を具備する燃料電池システム７の酸素極側の出口側配管６に備えられた水素センサ１１ｂ等のガスセンサに対して、各ガスセンサが劣化したか否かを診断するものであって、例えば、制御装置１２と、記憶装置１３と、警報装置１４とを備えて構成されている。
【００３５】
なお、制御装置１２は、車両１のルーフ１ａに取り付けられた水素センサ１１ａおよび燃料電池２の酸素極側の出口側配管６に取り付けられた水素センサ１１ｂに接続され、例えば、各水素センサ１１ａ，１１ｂから出力される検出信号と、記憶装置１３に格納されている所定の判定閾値との比較結果に応じて、各水素センサ１１ａ，１１ｂが劣化しているか否かを判定し、劣化していると判定した際には、警報装置１４によって警報等を出力する。ここで、記憶装置３は、各ガスセンサ１１ａ，１１ｂの検出値（出力）に対する所定の判定閾値のマップ等を記憶している。
【００３６】
図２は、燃料電池システム７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７は、例えば図１に示すように、燃料電池２の発電電力によって駆動する燃料電池車両等の車両１に搭載されている。
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（アノード）と酸素極（カソード）で挟持した電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セル（図示略）を多数組積層して構成されたスタックからなる。
【００３７】
この燃料電池２では、例えば高圧の水素タンク等を備える水素供給装置（図示略）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２１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、燃料極の触媒電極上で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通過して酸素極まで移動する。そして、この間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。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、電子及び酸素が反応して水が生成される。ここで、コンプレッサ２１は、制御装置１２によって、燃料電池２の出力に応じた流量の空気を燃料電池２に供給するように制御される。
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。
【００３８】
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から水素循環路２２に排出され、エゼクタ２３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、反応済みの空気を含む空気オフガス（カソードオフガス）は燃料電池２の酸素極側の出口側配管６を介して大気中へ排出される。
【００３９】
酸素極側の出口側配管６にはガス接触燃焼式の水素センサ１１ｂが備えられ、例えば空気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に対しては、この出口側配管６の鉛直方向上部に水素センサ１１ｂが配置されている。そして、この水素センサ１１ｂにより、酸素極側の出口側配管６内を流通する空気オフガス中に含まれる、ゼロを含む所定濃度の水素を検知できるようになっている。
【００４０】
さらに、図２に示すように、燃料電池２の燃料極側の出口側配管５にはパージ弁２４を介して水素排出路２５が接続され、この水素排出路２５には希釈装置２６が接続されており、水素オフガスは、パージ弁２４を介して水素排出路２５に排出可能とされ、さらに、水素排出路２５を通って希釈装置２６に導入可能とされている。
希釈装置２６は、水素排出路２５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において水素センサ１１ｂよりも下流の位置６ａから取り込んだ空気オフガスによって適宜の倍率で希釈し、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。
希釈装置２６で生成された希釈ガスは、還流路２７および導入弁２８を介して、酸素極側の出口側配管６において水素センサ１１ｂよりも上流の位置（希釈ガスの導入部）６ｂに戻されるようになっている。
なお、希釈装置２６は適宜の希釈ガスを貯留可能であって、例えば燃料電池２の停止時等のように、酸素極側の出口側配管６内において空気オフガスが流通していない場合であっても、出口側配管６内に希釈ガスを流通させることができるように構成されている。
【００４１】
ここで、パージ弁２４および導入弁２８は、制御装置１２によって開閉制御されており、パージ弁２４および導入弁２８が開放されると、燃料極側の出口側配管５を流れる水素オフガスが水素排出路２５を通って希釈装置２６に導入され、希釈装置２６において適宜の濃度に希釈された水素オフガスが希釈ガスとして還流路２７を通って酸素極側の出口側配管６に排出される。
なお、希釈装置２６による希釈倍率は、予め所定値に設定可能であり、水素オフガスの水素ガス濃度が既知である場合には、希釈ガスの水素ガス濃度も既知となる。ただし、酸素極側の出口側配管６を流れる空気オフガスの流量は燃料電池２の出力に応じて変化するため、希釈ガスと混合された空気オフガス中の水素ガス濃度は燃料電池２の出力に応じて変化する。
【００４２】
このため、例えば、酸素極側の出口側配管６を流れる空気オフガスに希釈ガスを混合して、希釈ガス混合後の空気オフガス中に含まれる水素ガスによって水素センサ１１ｂの劣化診断を行う場合には、希釈ガス混合後の空気オフガス中の水素ガス濃度が、少なくとも水素センサ１１ｂの検出可能範囲内の値となるように、希釈ガスの水素ガス濃度を設定し、希釈装置２６による希釈倍率を設定する。
さらに、この場合には、酸素極側の出口側配管６に導入された希釈ガスが酸素極側の出口側配管６を流れる空気オフガスにほぼ均一に混合された状態で水素センサ１１ｂに到達するように、希釈ガスの導入部６ｂから水素センサ１１ｂまでの距離が所定距離に設定されている。
なお、パージ弁２４と、水素排出路２５と、希釈装置２６と、還流路２７と、導入弁２８とによって、希釈ガス供給装置２９が構成されている。
【００４３】
図１に示すように、例えばガス接触燃焼式の水素センサ１１ａは車両１のルーフ１ａの水平方向（例えば、車両１の前後方向や横方向等）に沿って長い直方形状のケース３０を備え、図２に示すように、例えばガス接触燃焼式の水素センサ１１ｂは酸素極側の出口側配管６の長手方向に沿って長い直方形状のケース３０を備えている。
例えば図３に示すように、ケース３０は、例えばポリフェニレンサルファイド製であって、長手方向両端部にフランジ部３１を備えている。フランジ部３１にはカラー３２が取り付けられており、このカラー３２内にボルト３３が挿入されることで、フランジ部３１は、ルーフ１ａに設けられた取付座（図示略）や、例えば図４に示すように、酸素極側の出口側配管６に設けられた取付座６Ａに締め付け固定されるようになっている。
【００４４】
また、例えば図４に示すように、ケース３０の厚さ方向の端面には筒状部３４が形成され、筒状部３４の内部はガス検出室３５として形成され、筒状部３４の先端内周部分がガス導入部３６として開口形成されている。例えば図４に示すように、酸素極側の出口側配管６に設けられた水素センサ１１ｂにおいて、筒状部３４は、酸素極側の出口側配管６の貫通孔６Ｂに外側から挿通されている。そして、酸素極側の出口側配管６に取り付けられるガスセンサ１１ｂにおいては、筒状部３４の外周面にシール材３７が取り付けられ、このシール材３７が酸素極側の出口側配管６の貫通孔６Ｂの内周壁に密接して気密性を確保している。
【００４５】
なお、ルーフ１ａに設けられた水素センサ１１ａは、筒状部３４の先端面がルーフ１ａとほぼ面一となるように設置されており、酸素極側の出口側配管６に設けられた水素センサ１１ｂは、筒状部３４の先端面が酸素極側の出口側配管６の内面とほぼ面一となるように設置されている。そして、例えば水素センサ１１ａｂに対して検査対象ガスとされる車室内の雰囲気ガスはルーフ１ａに対して略垂直にガス検出室３５内へ導入される。また、例えば水素センサ１１ｂに対して検査対象ガスとされる空気オフガスは酸素極側の出口側配管６に対して略垂直にガス検出室３５内へ導入される。
【００４６】
ケース３０内には樹脂で封止された回路基板３８が設けられ、筒状部３４の内部に互いに近接して配置された複数組の各検出要素、例えば２組の基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂは、回路基板３８に接続されている。
各検出要素５０Ａ，５０Ｂはそれぞれ、検出素子５１と温度補償素子５２とで対をなして構成されている。そして、各素子５１，５２は回路基板３８に接続された複数、例えば８個のピン５３により、ガス検出室３５の底面３５Ａ上に配置されたベース５４から、各水素センサ１１ａ，１１ｂの厚さ方向に所定距離だけ離間した位置において、所定間隔を隔てて対をなすようにして配置されている。
つまり、２組の各検出要素５０Ａ，５０Ｂはガス検出室３５内でベース５４から同一高さの位置にて平行に配置されている。
なお、各素子５１，５２の配列方向（例えば、各素子５１，５２の中心位置を結ぶ直線が伸びる方向）は任意の方向に設定可能であり、例えば酸素極側の出口側配管６に取り付けられた水素センサ１１ｂにおいて、各素子５１，５２の配列方向は、出口側配管６内を流通する空気オフガスの流通方向とは無関係に設定されてもよい。
【００４７】
なお、複数組の各検出要素が近接して配置される場合とは、複数組の各検出要素により検出される被検出ガスの実質的な濃度の各検出値（濃度検出値）間の偏差が各検出要素間の相対的な配置位置のみに応じて変化する場合において、各濃度検出値間の偏差が所定偏差以内となる場合である。例えば、２組の基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂは、各検出要素５０Ａ，５０Ｂより検出される水素ガス濃度の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となるようにして配置されている。
ここで、所定偏差は、例えば各濃度検出値に対して±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％以内とされている。
なお、各検出要素の検出値の偏差は、検出される被検出ガスの実質的な濃度の検出値に応じて設定されるものであって、例えば、単に、各検出要素から出力される出力値に対して算出した偏差等ではなく、例えば各検出要素毎に出力値に対して適宜のオフセット値が設定されている場合等であっても、これらのオフセット値を補正した後に得られる各濃度検出値に応じて算出される。
【００４８】
検出素子５１は周知の素子であって、例えば図５および図６に示すように、電気抵抗に対する温度係数が高い白金等を含む金属線のコイル５１ａの表面が、被検出ガスとされる水素に対して活性な貴金属等からなる触媒５１ｂを坦持するアルミナ等の坦体で被覆されて形成されている。
温度補償素子５２は、被検出ガスに対して不活性とされ、例えば検出素子５１と同等のコイル５２ａの表面がアルミナ等の坦体で被覆されて形成されている。
そして、被検出ガスである水素が検出素子５１の触媒５１ｂに接触した際に生じる燃焼反応の発熱により高温となった検出素子５１と、被検出ガスによる燃焼反応が発生せず検出素子５１よりも低温の温度補償素子５２との間に電気抵抗値の差が生ずることを利用し、雰囲気温度による電気抵抗値の変化分を相殺して水素ガス濃度を検出することができるようになっている。
【００４９】
例えば図６に示すように、各検出要素５０Ａ，５０Ｂに対し、検出素子５１（抵抗値Ｒ４）及び温度補償素子５２（抵抗値Ｒ３）が直列接続されてなる枝辺と、固定抵抗６１（抵抗値Ｒ１）及び固定抵抗６２（抵抗値Ｒ２）が直列接続されてなる枝辺とが、外部の電源６３から供給される電圧に基づいて所定の基準電圧を印加する基準電圧発生回路６４に対して並列に接続されてブリッジ回路が形成されている。そして、各ブリッジ回路において、検出素子５１と温度補償素子５２同志の接続点ＰＳと、固定抵抗６１，６２同志の接続点ＰＲとの間に、これらの接続点ＰＳ，ＰＲ間の電圧を検出する各基準検出回路６５Ａおよび常用検出回路６５Ｂが接続されている。
【００５０】
ここで、ガス検出室３５内に導入された検査対象ガス中に被検出ガスである水素が存在しないときには、ブリッジ回路はバランスしてＲ１×Ｒ４＝Ｒ２×Ｒ３の状態にあり、各検出回路６５Ａ，６５Ｂの出力がゼロとなる。一方、水素が存在すると、検出素子５１の触媒５１ｂにおいて水素が燃焼し、コイル５１ａ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５２においては水素は燃焼せず、抵抗値Ｒ３は変化しない。これにより、ブリッジ回路の平衡が破れて各検出回路６５Ａ，６５Ｂに、水素濃度の増大変化に応じて増大傾向に変化する適宜の電圧が印加される。
そして、各検出回路６５Ａ，６５Ｂから出力される電圧の検出値は、劣化診断部６６および出力切替部６７へ出力されている。
【００５１】
ここで、劣化診断部６６は、後述するように、基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂの各検出値を相対的に比較する相対診断、あるいは、基準検出要素５０Ａの検出値と常用検出要素５０Ｂの検出値とを互いに独立に所定基準値と比較する絶対診断によって、各検出要素５０Ａ，５０Ｂの劣化診断を行い、例えば診断結果を出力切替部６７および通電指示部６９および警報装置１４へ出力する。
出力切替部６７は、劣化診断部６６から入力される診断結果に応じて、例えば基準検出回路６５Ａまたは常用検出回路６５Ｂの何れか一方から出力される検出値を出力回路６８へ出力する。例えば出力切替部６７は、車両１の運転時おいて、常用検出回路６５Ｂから出力される検出値を出力回路６８へ出力している状態にて、劣化診断部６６から常用検出要素５０Ｂの劣化を示す診断結果が入力されると、例えば基準検出要素５０Ａから出力される検出値を出力回路６８へ出力するように切替を行う。
そして、出力回路６８は入力された検出値を制御装置１２へ出力しており、制御装置１２においては、電圧の検出値の変化に応じて予め設定された水素濃度のマップ等に基づき、水素濃度が算出される。
【００５２】
さらに、各検出要素５０Ａ，５０Ｂと基準電圧発生回路６４との間には、基準電圧発生回路６４から各検出要素５０Ａ，５０Ｂへの通電のオン／オフを通電指示部６９から入力される制御指令に応じて切替可能な基準スイッチ７０Ａおよび常用スイッチ７０Ｂが備えられている。
ここで、通電指示部６９は、例えば劣化診断部６６から入力される劣化診断の診断結果や、例えば制御装置１２から入力される制御指令や、例えば所定のタイミング等に基づき、各スイッチ７０Ａ，７０Ｂの切替動作を制御する。
【００５３】
例えば、燃料電池２の運転中において、通常時には、通電指示部６９により各水素センサ１１ａ，１１ｂにおいて常用検出要素５０Ｂが組み込まれたブリッジ回路に常時通電され、この常用検出要素５０Ｂによって車両１の車室内や酸素極側の出口側配管６を流れる空気オフガス中の水素ガス濃度が検出される。そして、この通常時には、通電指示部６９により基準検出要素５０Ａが組み込まれたブリッジ回路には通電が遮断され、基準検出要素５０Ａによる水素ガス濃度の検出は行われない。
この場合、検出素子５１に付着されている触媒のシリコン被毒や硫黄被毒や水分の吸着等による劣化は、検出素子５１が通電されている時にのみ進行することが知られている。したがって、通常時には、常用検出要素５０Ｂの検出素子５１に付着されている触媒は、経時的使用によって空気オフガス中に含まれるシリコンや硫黄や水分により劣化する虞がある。一方、通常時には基準検出要素５０Ａへの通電が遮断されているので、基準検出要素５０Ａの検出素子５１に付着されている触媒が空気オフガス中に含まれるシリコンや硫黄や水分により劣化することは抑制される。
【００５４】
そして、所定の時期に各水素センサ１１ａ，１１ｂの劣化診断が実行されるときには、通電指示部６９は基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂが組み込まれた各ブリッジ回路に通電し、基準検出要素５０Ａと常用検出要素５０Ｂの両方でそれぞれ検査対象ガスの水素ガス濃度の検出を実行させる。
ここで、所定の時期とは、例えば燃料電池２の運転継続時間が所定時間経過する毎のタイミングに加えて、例えば車両の始動開始に備え、車両の始動開始を指示するＩＧスイッチのオン時や、例えば車両の次回の始動に備え、ＩＧスイッチのオフ時や、各水素センサ１１ａ，１１ｂが劣化する虞がある場合に対応して、例えば各水素センサ１１ａ，１１ｂが所定濃度を超える水素ガス濃度の被検出ガスに所定時間以上に亘って曝されたときや、例えば各水素センサ１１ａ，１１ｂが所定湿度を超える湿度の被検出ガスに所定時間以上に亘って曝されたとき等とされている。
【００５５】
さらに、所定の時期は、例えば燃料電池２の起動時や定常運転時や車両１のアイドル運転時等のように、燃料電池２から排出される水素オフガスや空気オフガスの各ガス濃度が相対的に安定していることによって、安定した濃度の被検出ガスによって劣化診断を実行することができる場合や、例えば燃料電池２の過渡運転時等のように、燃料電池２から排出される水素オフガスや空気オフガスの各ガス濃度の時間変化が相対的に大きいことによって被検出ガスの複数の異なる濃度に対して劣化診断を実行可能な場合や、例えば各水素センサ１１ａ，１１ｂに対して所定の継続時間毎に実行される例えば断線検知等の自己診断処理が実行される時等とされている。
【００５６】
そして、例えばＩＧスイッチのオン／オフに応じた劣化診断や燃料電池２の作動状態に応じた劣化診断等においては、制御装置１２から入力される制御指令によって劣化診断の処理が開始され、例えば所定時間毎の劣化診断や各水素センサ１１ａ，１１ｂの作動状態に応じた劣化診断等においては、制御装置１２から入力される制御指令を必要とせずに、例えば劣化診断部６６等によって劣化診断の処理が開始される。
【００５７】
上述した劣化診断部６６にて実行される相対診断では、基準検出要素５０Ａに基づく出力値（以下、基準検出要素５０Ａの出力値と略す）と常用検出要素５０Ｂに基づく出力値（以下、常用検出要素５０Ｂの出力値と略す）とを比較することにより、常用検出要素５０Ｂが劣化しているか否かの診断を行う。
すなわち、基準検出要素５０Ａの検出素子５１に付着している触媒は、通常運転時は通電されていないので劣化が抑制されている。このため、基準検出要素５０Ａは水素ガス濃度に対応する、より正確な出力値を出力することができ、常用検出要素５０Ｂの出力値が基準検出要素５０Ａの出力値と比較して所定の許容範囲内である場合には、常用検出要素５０Ｂは正常であると判定することができ、所定の許容範囲から外れている場合には、常用検出要素５０Ｂは異常であると判定することができる。
従って、この相対診断では、基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂに同等の水素ガス濃度の検査対象ガスが供給されていればよい。
【００５８】
なお、この相対診断においては、診断内容に応じて、単に、通電指示部６９によって基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂが組み込まれた各ブリッジ回路に通電することによって、各水素センサ１１ａ，１１ｂの雰囲気ガスの状態を診断の前後で変化させずに劣化診断を実行してもよいし、さらに、各水素センサ１１ａ，１１ｂに対する検査対象ガスの水素ガス濃度が少なくとも各水素センサ１１ａ，１１ｂの検出可能範囲内の値となるように設定して劣化診断を実行してもよい。
例えば、酸素極側の出口側配管６に配置された水素センサ１１ｂに対しては、制御装置１２によってパージ弁２４と導入弁２８を開くことにより、希釈ガスを酸素極側の出口側配管６に供給し、検査対象ガスとされる空気オフガスの水素ガス濃度を、水素センサ１１ｂの検出可能範囲内の適宜の値に設定する。
また、検査対象ガスとして、水素ガス濃度がゼロあるいは各水素センサ１１ａ，１１ｂの検出可能範囲未満の値となるガス、例えば大気等を供給した場合には、常用検出要素５０Ｂの出力値に対してゼロ点変動の有無を検知することができる。さらに、例えば、このゼロ点変動の変動レベルと、各水素センサ１１ａ，１１ｂの劣化状態との相関関係を、予め事前に取得しておくことにより、高濃度側での劣化状態を推定することができる。
【００５９】
また、劣化診断部６６にて実行される絶対診断では、制御装置１２は基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂに既知濃度の検査対象ガス、つまりゼロを含む所定の水素ガス濃度の検査対象ガス（絶対検査用ガス）を供給する。そして、劣化診断部６６は、基準検出要素５０Ａの出力値と常用検出要素５０Ｂの出力値とを互いに独立に、既知濃度の絶対検査用ガスに応じた所定値と比較し、各検出要素５０Ａ，５０Ｂの出力値が所定値に対して所定の許容範囲内である場合には、対応する各検出要素５０Ａ，５０Ｂは正常であると判定し、所定の許容範囲から外れている場合には、対応する各検出要素５０Ａ，５０Ｂは異常であると判定する。
【００６０】
この絶対診断においては、診断内容に応じて、通電指示部６９によって基準検出要素５０Ａまたは常用検出要素５０Ｂの何れか一方のブリッジ回路、あるいは、基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂの両方の各ブリッジ回路に通電することによって、各検出要素５０Ａ，５０Ｂ毎あるいは両検出要素５０Ａ，５０Ｂに対して劣化診断を行ってもよい。
また、既知濃度の絶対検査用ガスを供給する際に、例えば、酸素極側の出口側配管６に配置された水素センサ１１ｂに対しては、制御装置１２によってパージ弁２４と導入弁２８を開くことにより、希釈ガスを酸素極側の出口側配管６に供給し、検査対象ガスとされる空気オフガスの水素ガス濃度を、水素センサ１１ｂの検出可能範囲内の所定値に設定する。
また、検査対象ガスとして、水素ガス濃度がゼロあるいは各水素センサ１１ａ，１１ｂの検出可能範囲未満の値となるガス、例えば大気等を供給した場合には、基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂの各出力値に対してゼロ点変動の有無を検知することができる。
【００６１】
そして、劣化診断部６６での診断結果は制御装置１２へ出力され、例えば常用検出要素５０Ｂや基準検出要素５０Ａに異常が発生していると診断された場合に、制御装置１２は警報装置１４によって各水素センサ１１ａ，１１ｂが劣化していることを運転者等に報知する。
【００６２】
本実施の形態によるガスセンサの劣化診断装置１０は上記構成を備えており、次に、ガスセンサの劣化診断装置１０の動作について添付図面を参照しながら説明する。
以下に、相対診断によって、例えば車両１のルーフ１ａに取り付けられた水素センサ１１ａおよび燃料電池２の酸素極側の出口側配管６に取り付けられた水素センサ１１ｂの劣化を診断する処理について説明する。
ここでは、例えば燃料電池２において発電が行われる車両１の通常の運転状態であって、各水素センサ１１ａ，１１ｂに対し、常用検出要素５０Ｂが組み込まれたブリッジ回路に常時通電され、基準検出要素５０Ａが組み込まれたブリッジ回路には通電が遮断され、水素センサ１１ａの常用検出要素５０Ｂによって車室内雰囲気ガスの水素ガス濃度が検出され、水素センサ１１ｂの常用検出要素５０Ｂによって燃料電池２の酸素極側の出口側配管６から排出される空気オフガスの水素ガス濃度が検出されている状態について説明する。
まず、例えば図７に示すステップＳ０１においては、各水素センサ１１ａ，１１ｂの基準検出要素５０Ａに通電を行う。
【００６３】
次に、ステップＳ０２においては、各水素センサ１１ａ，１１ｂ毎に常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１を読み込み、次に、ステップＳ０３においては、各水素センサ１１ａ，１１ｂ毎に基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１を読み込む。
そして、ステップＳ０４においては、各水素センサ１１ａ，１１ｂ毎に常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１と基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１の差（比較値）を求め、この差（Ａ１−Ｂ１）が所定値Ｙを超えているか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり所定値Ｙを超えている場合には、ステップＳ０５に進み、常用検出要素５０Ｂの検出素子５１が感度異常であり、検出素子５１の触媒が劣化したことによって出力値が低下したと判断して、各水素センサ１１ａ，１１ｂが劣化したと判定し、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合、つまり所定値Ｙ以下の場合には、ステップＳ０６に進み、常用検出要素５０Ｂの検出素子５１は感度正常であり、各水素センサ１１ａ，１１ｂが劣化していないと判定し、一連の処理を終了する。
なお、所定値Ｙは、例えば各出力値Ａ１または出力値Ｂ１に対する２０％の値（例えば、０．２・Ａ１または０．２・Ｂ１）等とされている。
【００６４】
以下に、絶対診断によって、各水素センサ１１ａ，１１ｂ、特に燃料電池２の酸素極側の出口側配管６に取り付けられた水素センサ１１ｂの劣化を診断する処理について説明する。
ここでは、例えば燃料電池２において発電が行われる車両１の通常の運転状態であって、水素センサ１１ｂに対し、常用検出要素５０Ｂが組み込まれたブリッジ回路に常時通電され、基準検出要素５０Ａが組み込まれたブリッジ回路には通電が遮断され、常用検出要素５０Ｂによって燃料電池２の酸素極側の出口側配管６から排出される空気オフガスの水素ガス濃度が検出されている状態について説明する。
まず、例えば図８に示すステップＳ１１においては、水素センサ１１ｂの基準検出要素５０Ａに通電を行う。
【００６５】
次に、ステップＳ１２において、水素ガス濃度が既知濃度である検査対象ガス（絶対検査用ガス）を酸素極側の出口側配管６に供給する。
ここでは、例えば制御装置１２によってパージ弁２４と導入弁２８を開くことにより、水素オフガスが所定の希釈倍率で空気オフガスによって希釈された希釈ガスを酸素極側の出口側配管６に供給し、希釈ガス混合後の空気オフガスの水素ガス濃度が所定の既知濃度となるように設定する。
次に、ステップＳ１３においては、後述する常用検出要素５０Ｂに対する劣化診断処理（図９）を実行し、次に、ステップＳ１４においては、後述する基準検出要素５０Ａに対する劣化診断処理（図１０）を実行する。
そして、ステップＳ１５においては、例えば制御装置１２によってパージ弁２４と導入弁２８を閉弁し、水素ガス濃度が既知濃度である絶対検査用ガスの供給を停止して、一連の処理を終了する。
【００６６】
以下に、上述したステップＳ１３における常用検出要素５０Ｂに対する劣化診断処理について説明する。
先ず、図９に示すステップＳ３１においては、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ２を読み込み、次に、ステップＳ３２に進み、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ２が、所定値Ｙ２から所定値Ｙ３の範囲内にあるか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」（Ｙ２＞Ｂ２＞Ｙ３）である場合は、ステップＳ３３に進み、常用検出要素５０Ｂの検出素子５１は感度正常である判断して、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＮＯ」（Ｂ２≦Ｙ３、あるいは、Ｂ２≧Ｙ２）である場合は、ステップＳ３４に進み、常用検出要素５０Ｂの検出素子５１は感度異常であると判断して、一連の処理を終了する。
【００６７】
以下に、上述したステップＳ１４における基準検出要素５０Ａに対する劣化診断処理について説明する。
先ず、図１０に示すステップＳ４１においては、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ２を読み込み、次に、ステップＳ４２に進み、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ２が、所定値Ｙ２から所定値Ｙ３の範囲にあるか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」（Ｙ２＞Ａ２＞Ｙ３）である場合は、ステップＳ４３に進み、基準検出要素５０Ａの検出素子５１は感度正常である判断して、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＮＯ」（Ａ２≦Ｙ３、あるいは、Ａ２≧Ｙ２）である場合は、ステップＳ４４に進み、基準検出要素５０Ａの検出素子５１は感度異常であると判断して、一連の処理を終了する。
【００６８】
なお、上述したステップＳ１１〜ステップＳ１５における絶対診断による劣化診断処理は、例えば上述したステップＳ０１〜ステップＳ０６における相対診断による劣化診断処理の実行頻度よりも少ない頻度で実行されており、例えば相対診断による劣化診断処理を所定の複数回実行する毎に１回、あるいは、燃料電池２の停止時等に実行される。
【００６９】
上述したように、本実施の形態によるガスセンサの劣化診断装置１０によれば、車両１の通常の運転状態等においては常用検出要素５０Ｂが組み込まれたブリッジ回路に常時通電され、基準検出要素５０Ａが組み込まれたブリッジ回路には通電が遮断されることにより、常用検出要素５０Ｂに比べて基準検出要素５０Ａの劣化を抑制することができる。そして、常用検出要素５０Ｂの劣化診断時は、常用検出要素５０Ｂおよび基準検出要素５０Ａの両方に通電して、常用検出要素５０Ｂの出力値と基準検出要素５０Ａの出力値とを相対的に比較することにより、常用検出要素５０Ｂが劣化しているか否かを容易に診断することができる。
また、常用検出要素５０Ｂの劣化診断を相対的に診断する際の基準とされる基準検出要素５０Ａの劣化診断を、基準検出要素５０Ａの出力値によって、いわば絶対的に診断することができる。これにより、相対診断による常用検出要素５０Ｂの劣化診断の診断精度を向上させることができる。
【００７０】
また、本実施の形態によるガスセンサの劣化診断方法によれば、先ず、相対診断による劣化診断処理によって、各水素センサ１１ａ，１１ｂの検査対象ガスに対して、同時に、基準検出要素５０Ａと常用検出要素５０Ｂの両方で水素ガス濃度の検出を実行し、この際の基準検出要素５０Ａの出力値と常用検出要素５０Ｂの出力値とを相対的に比較することによって、常用検出要素５０Ｂが劣化しているか否かを診断することができる。したがって、劣化診断時における検査対象ガスの水素ガス濃度が一定でなく変動する場合にも劣化診断が可能であり、さらに、検査対象ガスの水素ガス濃度を既知である必要が無く、任意の水素ガス濃度の検査対象ガスを供給するだけで診断を行うことができる。このため、例えば燃料電池２の運転中等において、単に、基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂが組み込まれた各ブリッジ回路に通電することによって、各水素センサ１１ａ，１１ｂの劣化診断を容易に行うことができる。
【００７１】
また、水素ガス濃度が既知濃度である検査対象ガス（絶対検査用ガス）を用いた絶対診断による劣化診断処理によれば、基準検出要素５０Ａと、常用検出要素５０Ｂとを、独立に診断することができる。これにより、例えば相対診断による劣化診断処理の実行回数が増大することに伴って、通常時においては通電が遮断されている基準検出要素５０Ａに対する通電の頻度が増大し、徐々に基準検出要素５０Ａの検出素子５１の触媒が劣化する場合や、基準検出要素５０Ａに予期しない異常が発生した場合等であっても、これらの異常状態の発生を確実に検知することができる。
しかも、基準検出要素５０Ａに加えて常用検出要素５０Ｂの劣化診断も独立して行うことができるので、相対診断による劣化診断処理での常用検出要素５０Ｂの診断結果に対する信頼性を向上させることができる。
また、水素ガス濃度が既知濃度である検査対象ガス（絶対検査用ガス）として、予め所定の希釈倍率で水素オフガスを空気オフガスにより希釈した希釈ガスを用いた場合には、水素センサ１１ｂを燃料電池システムから取り外すことなく、基準検出要素５０Ａの劣化診断を容易に行うことが可能となる。
【００７２】
〔他の実施の形態〕
なお、上述した本実施の形態においては、基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂはガス検出室３５内の同一のベース５４に配置されるとしたが、これに限定されず、例えば図１１および図１２に示す本実施形態のガスセンサの劣化診断装置１０の第１変形例に係る各水素センサ１１ａ，１１ｂのように、各検出要素５０Ａ，５０Ｂは互いに独立して、ガス検出室３５の底面３５Ａ上に隣接するようにして近接配置された２つの異なる各ベース５４ａ，５４ｂに配置されてもよい。
また、例えば図１３および図１４に示す本実施形態のガスセンサの劣化診断装置１０の第２変形例に係る各水素センサ１１ａ，１１ｂのように、各検出要素５０Ａ，５０Ｂは互いに独立して、各水素センサ１１ａ，１１ｂの厚さ方向に沿ってガス検出室３５内に近接配置された２つの異なる各ベース５４ａ，５４ｂに配置されてもよい。
【００７３】
さらに、上述した本実施の形態においては、例えば図１５および図１６に示す本実施形態のガスセンサの劣化診断装置１０の第３変形例に係る各水素センサ１１ａ，１１ｂのように、筒状部３４の内部に互いに独立する複数、例えば２つの第１筒状部３４ａおよび第２筒状部３４ｂが形成され、第１筒状部３４ａが第１ガス検出室３５―１とされ、第２筒状部３４ｂが第２ガス検出室３５―２とされてもよい。
この場合、例えば、基準検出要素５０Ａは第１ガス検出室３５―１の底面３５−１Ａ上に配置された第１ベース５４ａに配置され、常用検出要素５０Ｂは第２ガス検出室３５―２の底面３５−２Ａ上に配置された第２ベース５４ｂに配置されている。
【００７４】
さらに、上述した本実施の形態においては、基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂは各水素センサ１１ａ，１１ｂのガス検出室３５内に配置されるとしたが、これに限定されず、例えば図１７および図１８に示す本実施形態のガスセンサの劣化診断装置１０の第４変形例に係る水素センサ６０のように、筒状部３４の内部に１組の検出要素６１を備える水素センサ６０を複数個備え、これらの複数の水素センサ６０の各検出要素６１を、基準検出要素５０Ａまたは常用検出要素５０Ｂに対応させてもよい。なお、この第４変形例に係る水素センサ６０において、１組の検出要素６１は検出素子５１と温度補償素子５２とで対をなして構成されている。また、水素センサ６０において、上述した本実施の形態と同一部分には同じ符号を配して説明を省略する。
例えば図１９に示すように、酸素極側の出口側配管６においては、この出口側配管６が伸びる方向に沿って複数、例えば２つの水素センサ６０，６０が隣接するように近接配置され、一方の水素センサ６０の検出要素６１が基準検出要素５０Ａとされ、他方の水素センサ６０の検出要素６１が常用検出要素５０Ｂとされている。
なお、この本実施形態の第４変形例に係るガスセンサの劣化診断装置１０においては、例えば図２０に示すように、複数、例えば２つの水素センサ６０，６０を出口側配管６の径方向に沿って対向配置させてもよいし、例えば図２１に示すように、複数、例えば２つの水素センサ６０，６０を出口側配管６の周方向に沿った適宜の位置に近接して配置させてもよい。
また、この本実施形態の第４変形例に係るガスセンサの劣化診断装置１０においては、複数の水素センサ６０を車両１の車室内の適宜の位置に近接して配置してもよい。
【００７５】
なお、上述した本実施の形態においては、各水素センサ１１ａ，１１ｂに２組の基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂを備えるとしたが、これに限定されず、３組以上の検出要素を互いに近接するように備えてもよい。この場合、より好ましくは、１組の基準検出要素５０Ａと、２組以上の常用検出要素５０Ｂ１，５０Ｂ２，…，５０Ｂｎ（ただし、ｎは任意の自然数）とを備えて各水素センサ１１ａ，１１ｂを構成する。
例えば図２２および図２３に示す本実施形態のガスセンサの劣化診断装置１０の第５変形例に係る各水素センサ１１ａ，１１ｂにおいて、１組の基準検出要素５０Ａおよび２組の常用検出要素５０Ｂ１，５０Ｂ２は、例えばガス検出室３５内の同一のベース５４に配置され、各検出要素５０Ａ，５０Ｂ１，５０Ｂ２はそれぞれ、検出素子５１と温度補償素子５２とで対をなして構成されている。そして、各素子５１，５２は回路基板３８に接続された複数、例えば１２個のピン５３により、ガス検出室３５の底面３５Ａ上に配置されたベース５４から、各水素センサ１１ａ，１１ｂの厚さ方向に所定距離だけ離間した位置において、所定間隔を隔てて対をなすようにして配置されている。
この場合には、基準検出要素５０Ａに比べて相対的に劣化が生じやすい複数の常用検出要素５０Ｂ１，５０Ｂ２，…，５０Ｂｎを、各常用検出要素５０Ｂ１，５０Ｂ２，…，５０Ｂｎの劣化状態に応じて順次、切り替えて使用することができる。例えば燃料電池２において発電が行われる車両１の通常の運転状態において、先ず、第１の常用検出要素５０Ｂ１に通電を行い、検査対象ガスの水素ガス濃度の検出を行い、この第１の常用検出要素５０Ｂ１が劣化したと判定された場合には、他の常用検出要素５０Ｂ２，…，５０Ｂｎの何れかに通電を切り替えて水素ガス濃度の検出を行う。
さらに、全ての各常用検出要素５０Ｂ１，５０Ｂ２，…，５０Ｂｎが劣化したと判定された場合には、基準検出要素５０Ａによって検査対象ガスの水素ガス濃度の検出を行うように設定してもよい。
【００７６】
なお、上述した本実施の形態において、劣化診断部６６は診断結果を出力するとしたが、これに限定されず、例えば各検出要素５０Ａ，５０Ｂが劣化していると判定した場合には、各水素センサ１１ａ，１１ｂから出力可能な出力値の範囲を逸脱した値の信号を、出力回路６８から出力させることで、制御装置１２等の外部の装置に対して各水素センサ１１ａ，１１ｂの異常を通知してもよい。
【００７７】
なお、上述した本実施の形態においては、相対診断によって各水素センサ１１ａ，１１ｂの劣化診断を行うときに、例えば燃料電池２において発電が行われる車両１の通常の運転状態において、単に、各水素センサ１１ａ，１１ｂの基準検出要素５０Ａに通電を行う（ステップＳ０１）としたが、これに限定されず、例えば図２４に示す本実施形態の第６変形例に係るガスセンサの劣化診断装置１０の動作を示すフローチャートのように、各水素センサ１１ａ，１１ｂに供給される検査対象ガスの水素ガス濃度が、少なくとも各水素センサ１１ａ，１１ｂの検出可能範囲内の適宜の値となるように設定する処理を付加してもよい。
例えば、図２４に示すステップＳ０１においては、各水素センサ１１ａ，１１ｂの基準検出要素５０Ａに通電を行い、ステップＳ５１に進む。
【００７８】
ステップＳ５１においては、検査対象ガスの水素ガス濃度を少なくとも各水素センサ１１ａ，１１ｂの検出可能範囲内の適宜の値に調整し、上述したステップＳ０２に進む。例えば、酸素極側の出口側配管６に配置された水素センサ１１ｂに対しては、希釈ガス供給装置２９においてパージ弁２４と導入弁２８を開くことにより、希釈ガス混合後の空気オフガス中の水素ガス濃度が、少なくとも水素センサ１１ｂの検出可能範囲内の値となるように、希釈ガスの水素ガス濃度を設定し、希釈装置２６による希釈倍率を設定する。
ただし、ここで、検査対象ガスの水素ガス濃度の値は既知である必要はない。
そして、上述したステップＳ０５またはステップＳ０６において、各水素センサ１１ａ，１１ｂが劣化しているか否かを判定した後には、例えば図２４に示すステップＳ５２に進み、上述したステップＳ５１にて開始した検査対象ガスの水素ガス濃度を調整する処理を停止し、一連の処理を終了する。
例えば、酸素極側の出口側配管６に配置された水素センサ１１ｂに対しては、希釈ガス供給装置２９においてパージ弁２４と導入弁２８とを閉弁する。
【００７９】
なお、上述した本実施の形態においては、パージ弁２４と、水素排出路２５と、希釈装置２６と、還流路２７と、導入弁２８とによって構成される希釈ガス供給装置２９を備えるとしたが、これに限定されず、例えば各水素センサ１１ａ，１１ｂに対して、相対診断による劣化診断のみを実行する場合には、例えば図２５に示す本実施形態のガスセンサの劣化診断装置１０の第７変形例のように、水素排出路２５と、希釈装置２６と、還流路２７と、導入弁２８とは省略可能である。
さらに、例えば図２６に示す本実施形態のガスセンサの劣化診断装置１０の第８変形例のように、希釈ガス供給装置２９の水素排出路２５と、希釈装置２６と、還流路２７と、導入弁２８とを備える代わりに、例えば燃料電池システム７の外部等に配置され、適宜あるいは所定の水素ガス濃度の基準ガスを供給する供給装置７１を備えてもよい。ここで、供給装置７１から供給される基準ガスは、例えば導入弁７２を介して、酸素極側の出口側配管６において水素センサ１１ｂよりも上流の位置（希釈ガスの導入部）６ｂに導入されるようになっている。
また、例えば図２７に示す本実施形態のガスセンサの劣化診断装置１０の第９変形例のように、希釈ガス供給装置２９に加えて、供給装置７１および導入弁７２を備えてもよい。この場合には、劣化診断の診断内容や燃料電池システム７の状態や車両１の状態等に応じて、希釈ガス供給装置２９と供給装置７１とを適宜に選択して作動させることができる。
【００８０】
なお、上述した本実施の形態においては、各素子５１，５２を接続してなる回路をブリッジ回路としたが、これに限定されず、例えば直列回路等のその他の回路であってもよく、検出素子５１の抵抗値Ｒ４に関連した状態量として、所定接点間の電圧や電流の検出値が制御装置１２へ出力されてもよい。
【００８１】
なお、上述した本実施の形態においては、常用検出要素５０Ｂの出力値と基準検出要素５０Ａの出力値との差を比較値として劣化診断を行っているが、これに限定されず、例えば常用検出要素５０Ｂの出力値と基準検出要素５０Ａの出力値のいずれか一方を他方で除算して得た商を比較値として用いて、劣化診断を行ってもよい。
【００８２】
また、上述した本実施の形態においては、相対診断において、例えばステップＳ０４に示すように、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１と基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１の差（Ａ１−Ｂ１）が、各出力値Ａ１または出力値Ｂ１に対する所定の割合として設定される相対的な所定値Ｙを超えているか否かを判定したが、これに限定されず、相対的な所定値Ｙの代わりに絶対的な所定値（例えば、感度や濃度の適宜の値等）を用いてもよい。
さらに、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１と基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１の差（Ａ１−Ｂ１）の符号の正負に応じて判定閾値（上述した相対的な所定値Ｙや絶対的な所定値等）の大きさを変更してもよく、例えば差（Ａ１−Ｂ１）の符号が正の場合には、負の場合に比べて、より判定閾値を超え易くなるようにして判定閾値を小さく設定することで、被検知ガスである水素ガスの濃度が過小に評価されてしまうことを抑制することができる。
また、例えば図２８に示すように、予め、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１および常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１に応じて所定の劣化判定領域を設定しておき、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１が劣化判定領域以内に属するか否かを判定してもよい。
【００８３】
例えば図２８においては、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１に対して、常用検出要素５０Ｂの出力値が過大であると判定される感度過大劣化領域αと、常用検出要素５０Ｂの出力値が過小であると判定される感度過小劣化領域βとが設定されている。そして、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１が、例えば適宜の値ａであるとき、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１が感度過大劣化領域αの最小値α１以上か否か、あるいは、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１が感度過小劣化領域βの最大値β１以下か否かを判定する。
すなわち、例えば図２９に示す本実施形態の第１０変形例に係るガスセンサの劣化診断装置１０の動作を示すフローチャートのように、例えば上述したステップＳ０４の代わりに、先ずステップＳ６１において、例えば図２８に示すグラフ図のように、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１に応じて常用検出要素５０Ｂの出力値に対する劣化判定領域を設定する。
そして、ステップＳ６２において、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１が劣化判定領域以内か否かを判定する。ここでは、例えば常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１が感度過大劣化領域αの最小値α１以上か否か、あるいは、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１が感度過小劣化領域βの最大値β１以下か否かを判定してもよいし、例えば常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１と基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１の差（Ａ１−Ｂ１）が、（Ａ１−α１）以下か否か、あるいは、（Ａ１−β１）以上か否かを判定してもよい。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合にはステップＳ０５に進み、一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０６に進む。
【００８４】
また、この本実施形態の第１０変形例において、例えば図２８に示すような劣化判定領域を設定する際には、基準検出要素５０Ａおよび常用検出要素５０Ｂの感度のばらつき、つまり各検出要素５０Ａ，５０Ｂの個体差や、各検出要素５０Ａ，５０Ｂの経年劣化等の劣化状態や、劣化のない初期状態での各検出要素５０Ａ，５０Ｂの検出精度等に応じて設定してもよい。
さらに、劣化判定領域を設定する際に、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１が大きくなることに伴い、常用検出要素５０Ｂの出力値が過大であると判定される場合に比べて、常用検出要素５０Ｂの出力値が過小であると判定され易くなるように設定してもよい。すなわち、例えば図２８に示すように、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１と常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１とが同等となる直線Ｌに対し、基準検出要素５０Ａの任意の出力値Ａ１での直線Ｌの値と感度過大劣化領域αの最小値α１との差Ｌαに比べて、基準検出要素５０Ａの任意の出力値Ａ１での直線Ｌの値と感度過小劣化領域βの最大値β１との差Ｌβの方がより小さくなるように設定する。
この場合には、被検知ガスである水素ガスの実際の濃度に対して、より低い濃度の検出値が得られる感度過小劣化領域βを基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１の増大に伴って拡大することにより、水素ガス濃度が過小に評価されてしまうことを抑制し、所定の濃度を超える水素ガスを確実に検知することができる。
なお、この本実施形態の第１０変形例において、例えば、感度過大劣化領域αおよび感度過小劣化領域βの代わりに、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１に対して常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１が正常であると判定される正常領域を設定し、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ１が、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１に応じた正常領域の最大値よりも大きいか否か、あるいは、基準検出要素５０Ａの出力値Ａ１に応じた正常領域の最小値よりも小さいか否かに応じて、感度異常の有無を判定するように設定してもよい。
【００８５】
また、上述した本実施の形態においては、絶対診断において、例えばステップＳ３２およびステップＳ４２に示すように、常用検出要素５０Ｂの出力値Ｂ２や基準検出要素５０Ａの出力値Ａ２が所定値Ｙ２から所定値Ｙ３の範囲にあるか否かを判定する際に、各出力値Ａ２，Ｂ２がＹ２以上であると判定される場合に比べて、各出力値Ａ２，Ｂ２がＹ３以下であると判定され易くなるようにして、各所定値Ｙ２，Ｙ３を設定してもよい。
これにより、被検知ガスである水素ガスの実際の濃度に対して、より低い濃度の検出値が得られる各検出要素５０Ａ，５０Ｂの感度低下の状態を検知し易くすることができる。
【００８６】
なお、上述した本実施の形態においては、被検知ガスを水素ガスとしたが、これ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１１ａ，１１ｂ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、ガスセンサは、車両１のルーフ１ａに取り付けられた水素センサ１１ａおよび燃料電池２の酸素極側の出口側配管６に取り付けられた水素センサ１１ｂに限るものではなく、車両１のその他の位置に配置されてもよい。さらに、ガスセンサは、ガス接触燃焼式の水素センサに限らず、例えば検査対象ガス中に含まれる各ガスの熱伝導率の差異を利用して水素を検知する気体熱伝導式水素センサや、超音波式水素センサ等の非触媒型の水素センサであってもよい。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、常用検出要素が劣化しているか否かを容易に診断することができる。
さらに、請求項２および請求項３に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、例えば複数の検出要素に対して同等のガス濃度の被検出ガスを供給したときに、各検出要素の配置位置に応じて各検出要素による検出結果が異なる場合であっても、相対診断による常用検出要素に対する劣化診断の診断精度が低下してしまうことを抑制することができる。
【００８８】
さらに、請求項４に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、劣化診断時における被検知ガスのガス濃度が一定でなく変動する場合にも常用検出要素の劣化診断が可能となる。
さらに、請求項５に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、常用検出要素が劣化したか否かを確実に判断することができる。
【００８９】
さらに、請求項６および請求項７に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、常用検出要素が劣化したか否かを容易に判断することができる。
さらに、請求項８および請求項９に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、常用検出要素の劣化診断を相対的に診断する際の基準とされる基準検出要素の劣化診断を、基準検出要素の出力値によって、いわば絶対的に診断することができ、相対診断による常用検出要素の劣化診断の診断精度を向上させることができる。
さらに、請求項１０に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、燃料電池から出力される燃料ガスを有効に利用して基準検出要素の劣化診断を実行することができる。
さらに、請求項１１に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、例えば基準検出要素を実装位置から取り外して検査する必要が無しに、基準検出用素の実装状態において容易に劣化診断を実行することができる。
【００９０】
さらに、請求項１２に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、基準検出要素に通電する頻度が増大することを抑制することによって、基準検出要素が劣化してしまうことを抑制し、相対診断による常用検出要素の劣化診断の診断精度が低下してしまうことを抑制することができる。
さらに、請求項１３に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、検出素子の触媒が被毒物質で被毒されることに起因するガスセンサの劣化に対しても、容易に劣化診断を行うことができる。
【００９１】
さらに、請求項１４に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、水素センサによって燃料電池の運転状態を的確に把握しつつ、燃料電池の運転中であっても、水素センサの劣化診断を容易に行うことができる。
さらに、請求項１５に記載の本発明のガスセンサの劣化診断方法によれば、水素センサによって車両の状態や、例えば車両に搭載された燃料電池の運転状態を的確に把握しつつ、車両の運転時であっても、水素センサの劣化診断を容易に行うことが可能となる。
【００９２】
さらに、請求項１６に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置によれば、常用検出要素が劣化しているか否かを容易に診断することができる。
さらに、請求項１７および請求項１８に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置によれば、例えば複数の検出要素に対して同等のガス濃度の被検出ガスを供給したときに、各検出要素の配置位置に応じて各検出要素による検出結果が異なる場合であっても、相対診断による常用検出要素に対する劣化診断の診断精度が低下してしまうことを抑制することができる。
【００９３】
さらに、請求項１９に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置によれば、常用検出要素の劣化診断を相対的に診断する際の基準とされる基準検出要素の劣化診断を、基準検出要素の出力値によって、いわば絶対的に診断することができ、相対診断による常用検出要素の劣化診断の診断精度を向上させることができる。
さらに、請求項２０に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置によれば、燃料電池から出力される燃料ガスを有効に利用して基準検出要素の劣化診断を実行することができる。
さらに、請求項２１に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置によれば、例えば基準検出要素を実装位置から取り外して検査する必要が無しに、基準検出用素の実装状態において容易に劣化診断を実行することができる。
【００９４】
さらに、請求項２２に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置によれば、検出素子の触媒が被毒物質で被毒されることに起因するガスセンサの劣化に対しても、容易に劣化診断を行うことができる。
さらに、請求項２３に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置によれば、水素センサによって燃料電池の運転状態を的確に把握しつつ、燃料電池の運転中であっても、水素センサの劣化診断を容易に行うことができる。
さらに、請求項２４に記載の本発明のガスセンサの劣化診断装置によれば、水素センサによって車両の状態や、例えば車両に搭載された燃料電池の運転状態を的確に把握しつつ、車両の運転時であっても、水素センサの劣化診断を容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスセンサの劣化診断装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るガスセンサの劣化診断装置を備える燃料電池システムの要部構成図である。
【図３】図１または図２に示す水素センサの断面図である。
【図４】図３に示すＩ−Ｉ線に沿う概略断面図である。
【図５】図１または図２に示す水素センサの要部斜視図である。
【図６】図１または図２に示す水素センサを構成する検出部および回路部の構成図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るガスセンサの劣化診断方法、特に相対診断による劣化診断の処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態に係るガスセンサの劣化診断方法、特に絶対診断による劣化診断の処理を示すフローチャートである。
【図９】図８に示す常用検出要素の劣化診断の処理を示すフローチャートである。
【図１０】図８に示す基準検出要素の劣化診断の処理を示すフローチャートである。
【図１１】本実施形態のガスセンサの劣化診断装置の第１変形例に係る水素センサの断面図である。
【図１２】図１１に示すＩ−Ｉ線に沿う概略断面図である。
【図１３】本実施形態のガスセンサの劣化診断装置の第２変形例に係る水素センサの断面図である。
【図１４】図１３に示す水素センサの要部斜視図である。
【図１５】本実施形態のガスセンサの劣化診断装置の第３変形例に係る水素センサの断面図である。
【図１６】図１５に示すＩ−Ｉ線に沿う概略断面図である。
【図１７】本実施形態のガスセンサの劣化診断装置の第４変形例に係る水素センサの断面図である。
【図１８】図１７に示すＩ−Ｉ線に沿う概略断面図である。
【図１９】図１７に示す水素センサの酸素極側の出口側配管での配置位置の一例を示す出口側配管の中心軸に平行な断面図である。
【図２０】図１７に示す水素センサの酸素極側の出口側配管での配置位置の一例を示す出口側配管の中心軸に平行な断面図である。
【図２１】図１７に示す水素センサの酸素極側の出口側配管での配置位置の一例を示す出口側配管の中心軸に直交する断面図である。
【図２２】本実施形態のガスセンサの劣化診断装置の第５変形例に係る水素センサの断面図である。
【図２３】図２２に示す水素センサの要部斜視図である。
【図２４】本実施形態の第６変形例に係るガスセンサの劣化診断方法、特に相対診断による劣化診断の処理を示すフローチャートである。
【図２５】本実施形態の第７変形例に係るガスセンサの劣化診断装置を備える燃料電池システムの要部構成図である。
【図２６】本実施形態の第８変形例に係るガスセンサの劣化診断装置を備える燃料電池システムの要部構成図である。
【図２７】本実施形態の第９変形例に係るガスセンサの劣化診断装置を備える燃料電池システムの要部構成図である。
【図２８】基準検出要素の出力値Ａ１および常用検出要素の出力値Ｂ１に応じた劣化判定領域を示すグラフ図である。
【図２９】本実施形態の第１０変形例に係るガスセンサの劣化診断方法、特に相対診断による劣化診断の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２ 燃料電池
１１ａ 水素センサ（検出手段、ガス接触燃焼式のガスセンサ）
１１ｂ 水素センサ（検出手段、ガス接触燃焼式のガスセンサ）
２６ 希釈装置（希釈手段）
１２ 制御装置（既知濃度ガス供給手段）
２７ 還流路（既知濃度ガス供給手段）
２８ 導入弁（既知濃度ガス供給手段）
５０Ａ 基準検出要素
５０Ｂ 常用検出要素
５１ 検出素子
５２ 温度補償素子
６０ 水素センサ（検出手段、ガス接触燃焼式のガスセンサ）
６９ 通電指示部（常用検出手段）
７０Ｂ 常用スイッチ（常用検出手段）
７１ 供給装置（既知濃度ガス供給手段）
７２ 導入弁（既知濃度ガス供給手段）
ステップＳ０１〜ステップＳ０３ 相対診断手段
ステップＳ０４ 比較手段
ステップＳ０５、ステップＳ０６ 相対判定手段
ステップＳ１４ 絶対診断手段
ステップＳ４３、ステップＳ４４ 絶対判定手段
ステップＳ６１およびステップＳ６２ 比較手段
Claims (24)
- 検出素子と温度補償素子とを備えて構成される複数の検出要素が互いに近接配置されてなり、前記複数の検出要素のうち、少なくとも１つの検出要素を基準検出要素とし、前記基準検出要素以外の検出要素を常用検出要素とする検出手段の劣化を診断するガスセンサの劣化診断方法であって、
被検知ガスの濃度検出時は前記常用検出要素に通電して該常用検出要素により前記被検知ガスの濃度検出を行い、
前記常用検出要素の劣化診断時は前記常用検出要素と前記基準検出要素の両方に通電して各検出要素により前記被検知ガスの濃度検出を行い、
前記常用検出要素の出力値と前記基準検出要素の出力値とを比較することにより、前記常用検出要素の劣化診断を行うことを特徴とするガスセンサの劣化診断方法。 - 前記複数の検出要素は、各検出要素により得られる前記被検知ガスの実質的な濃度の検出結果の差異が所定の範囲以内となるようにして、互いに近接配置されることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサの劣化診断方法。
- 前記所定の範囲は、前記検出結果に対する±１０％以内とされることを特徴とする請求項２に記載のガスセンサの劣化診断方法。
- 前記常用検出要素の劣化診断を行うときに、前記被検知ガスのガス濃度を、少なくとも前記常用検出要素で検出可能な任意濃度に設定することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のガスセンサの劣化診断方法。
- 前記常用検出要素の出力値と前記基準検出要素の出力値との比較結果が所定範囲外である場合に、前記ガスセンサは劣化したと判断することを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のガスセンサの劣化診断方法。
- 前記比較結果は、前記常用検出要素の出力値と前記基準検出要素の出力値との差、あるいは、前記常用検出要素の出力値と前記基準検出要素の出力値との何れか一方に対する何れか他方の比であることを特徴とする請求項５に記載のガスセンサの劣化診断方法。
- 前記所定範囲は、予め前記常用検出要素の出力値および前記基準検出要素の出力値に応じて設定された所定領域であり、前記常用検出要素の出力値が、前記基準検出要素の出力値に応じた前記所定領域の最大値よりも大きい場合、あるいは、前記基準検出要素の出力値に応じた前記所定領域の最小値よりも小さい場合に、前記ガスセンサは劣化したと判断することを特徴とする請求項５に記載のガスセンサの劣化診断方法。
- 前記被検知ガスを前記基準検出要素により検出したときの前記基準検出要素の出力値に基づいて前記基準検出要素の劣化診断を行うことを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載のガスセンサの劣化診断方法。
- 前記被検知ガスは既知濃度とされることを特徴とする請求項８に記載のガスセンサの劣化診断方法。
- 燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池から排出される前記燃料ガスを前記燃料電池から排出される前記酸化剤ガスにより希釈して得た希釈ガスを、前記燃料電池から排出される前記酸化剤ガスに混合して、前記既知濃度の前記被検知ガスとすることを特徴とする請求項９に記載のガスセンサの劣化診断方法。
- 所定濃度の前記被検知ガスを前記基準検出要素の雰囲気ガスに混合して、前記既知濃度の前記被検知ガスとすることを特徴とする請求項９に記載のガスセンサの劣化診断方法。
- 前記常用検出要素の劣化診断の実行頻度よりも少ない頻度で前記基準検出要素の劣化診断を行うことを特徴とする請求項８から請求項１１の何れかに記載のガスセンサの劣化診断方法。
- 前記検出手段は、前記検出素子の触媒に接触する前記被検出ガスの燃焼に応じて発生する前記検出素子と前記温度補償素子との電気抵抗値の差異に基づいて前記被検知ガスのガス濃度を検出するガス接触燃焼式のガスセンサであることを特徴とする請求項１から請求項１２の何れかに記載のガスセンサの劣化診断方法。
- 前記被検知ガスは水素ガスであり、前記検出手段は、燃料電池の酸素極から排出される酸化剤ガス中の水素ガス濃度を検出する水素センサであることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載のガスセンサの劣化診断方法。
- 前記被検知ガスは水素ガスであり、前記検出手段は、車両の車室内の雰囲気ガスの水素ガス濃度を検出する水素センサであることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載のガスセンサの劣化診断方法。
- 検出素子と温度補償素子とを備えて構成される複数の検出要素が互いに近接配置されてなり、前記複数の検出要素のうち、少なくとも１つの検出要素を基準検出要素とし、前記基準検出要素以外の検出要素を常用検出要素とする検出手段と、
被検知ガスの濃度検出時に前記常用検出要素に通電して該常用検出要素により前記被検知ガスの濃度検出を行う常用検出手段と、
前記常用検出要素の劣化診断時に前記常用検出要素と前記基準検出要素の両方に通電して各検出要素により前記被検知ガスの濃度検出を行う相対診断手段と、
前記常用検出要素の出力値と前記基準検出要素の出力値とを比較する比較手段と、
前記比較手段での比較結果に応じて前記常用検出要素の劣化判定を行う相対判定手段と
を備えることを特徴とするガスセンサの劣化診断装置。 - 前記複数の検出要素は、各検出要素により得られる前記被検知ガスの実質的な濃度の検出結果の差異が所定の範囲以内となるようにして、互いに近接配置されることを特徴とする請求項１６に記載のガスセンサの劣化診断装置。
- 前記所定の範囲は、前記検出結果に対する±１０％以内とされることを特徴とする請求項１７に記載のガスセンサの劣化診断装置。
- 前記基準検出要素の劣化診断時に前記基準検出要素に通電して前記基準検出要素により前記被検知ガスの濃度検出を行う絶対診断手段と、前記基準検出要素の出力値に基づいて前記基準検出要素の劣化判定を行う絶対判定手段と
を備えることを特徴とする請求項１６から請求項１８の何れかに記載のガスセンサの劣化診断装置。 - 燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出される前記燃料ガスを、前記燃料電池から排出される前記酸化剤ガスにより希釈する希釈手段と、
前記希釈手段から出力される希釈ガスを前記燃料電池から排出される前記酸化剤ガスに混合して既知濃度の前記被検知ガスとし、前記基準検出要素に供給する既知濃度ガス供給手段と
を備えることを特徴とする請求項１９に記載のガスセンサの劣化診断装置。 - 所定濃度の前記被検知ガスを前記基準検出要素の雰囲気ガスに混合して既知濃度の前記被検知ガスとし、前記基準検出要素に供給する既知濃度ガス供給手段と
を備えることを特徴とする請求項１９に記載のガスセンサの劣化診断装置。 - 前記検出手段は、前記検出素子の触媒に接触する前記被検出ガスの燃焼に応じて発生する前記検出素子と前記温度補償素子との電気抵抗値の差異に基づいて前記被検知ガスのガス濃度を検出するガス接触燃焼式のガスセンサであることを特徴とする請求項１６から請求項２１の何れかに記載のガスセンサの劣化診断装置。
- 前記被検知ガスは水素ガスであり、前記検出手段は、燃料電池の酸素極から排出される酸化剤ガスの流路に配置され、前記流路を流通する前記酸化剤ガス中の水素ガス濃度を検出する水素センサであることを特徴とする請求項１６から請求項２１の何れかに記載のガスセンサの劣化診断装置。
- 前記被検知ガスは水素ガスであり、前記検出手段は、車両の車室内に配置され、前記車室内の雰囲気ガスの水素ガス濃度を検出する水素センサであることを特徴とする請求項１６から請求項２１の何れかに記載のガスセンサの劣化診断装置。
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