JP5208601B2 - ガスセンサおよび燃料電池車両 - Google Patents
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Description
しかしながら、検出素子の温度変化は周囲の雰囲気温度に影響を受けるため、電源投入時に毎回、印加電圧を高めると、却って起動判定時間が遅くなる場合もあるという課題がある。
請求項1に係る発明は、電圧を印加されるガス検出素子(例えば、後述する実施例におけるガス検出素子9)と、前記ガス検出素子の出力に基づいてガス濃度を判定する濃度判定部(例えば、後述する実施例における濃度判定部21)と、前記ガス検出素子に電源を投入した起動時の該ガス検出素子の周囲の雰囲気温度が所定温度よりも低い場合には前記所定温度以上の場合よりも前記ガス検出素子に印加する電圧を高くする電圧制御部(例えば、後述する実施例における電圧制御部22)と、を備え、前記ガス検出素子は、温度上昇により電気抵抗が増大し、前記ガス検出素子は、該ガス検出素子により検出される被検出ガスに対して活性な触媒を備え、前記ガス検出素子は、前記起動時の該ガス検出素子の周囲の雰囲気温度が前記所定温度よりも高く、かつ前記被検出ガスが存在する際に、出力のオーバーシュートが発生し、前記電圧制御部は、前記起動時において、常用駆動電圧(例えば、後述する実施例における常用駆動電圧V2)と、前記常用駆動電圧よりも大きい駆動電圧(例えば、後述する実施例における駆動電圧V1)と、を切り替えて前記ガス検出素子に印加可能であり、前記電圧制御部は、前記起動時の該ガス検出素子の周囲の雰囲気温度が前記所定温度以下の場合には前記駆動電圧を印加し、前記起動時の該ガス検出素子の周囲の雰囲気温度が前記所定温度を超える場合には前記常用駆動電圧を印加するように制御することを特徴とするガスセンサ(例えば、後述する実施例における水素センサ100)である。
請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記ガス検出素子の周囲の雰囲気温度を検出する温度センサ(例えば、後述する実施例における温度センサ10)を備え、前記ガス検出素子および前記温度センサは、同一のガス検出室(例えば、後述する実施例におけるガス検出室7)に隣接して並んで設けられていることを特徴とする。
請求項4に係る発明は、請求項1から3のいずれか1項に記載の発明において、前記電圧制御部が電圧を高くする時間は、電源投入から一定時間であることを特徴とする。
請求項5に係る発明は、燃料電池車両であり、請求項1に記載のガスセンサを備え、前記被検出ガスは水素ガスであることを特徴とする。
請求項4に係る発明によれば、電圧を高くする時間を電源投入から一定時間に制限することにより、過剰なエネルギー投入に起因するオーバーシュートの発生を抑制することができる。
初めに、図2を参照して検出部1の構成を説明する。
検出部1は、例えばポリフェニレンサルファイド製のケース2を備え、ケース2内には樹脂で封止された回路基板3が設けられている。ケース2の下面からは、筒状部4が突出形成されており、筒状部4の下端にはガス導入口6が開口形成されていて、筒状部4の内部に形成されたガス検出室7に連なっている。ガス導入口6には通気性を有する例えばセラミックからなるフィルタ8が設けられている。
検出素子9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。
検出部1は、検出素子9の電気抵抗の変化に応じた出力信号を制御部20へ出力するとともに、温度センサ10によって検出された温度に応じた出力信号を制御部20へ出力する。
制御部20は、濃度判定部21と、電圧制御部22とを備えて構成されている。
濃度判定部21は、検出素子9の出力信号に応じて、水素濃度マップ等を参照して水素濃度を算出し、該水素濃度に応じた水素濃度信号を例えば図示しない燃料電池制御装置等へ出力する。
電圧制御部22は、燃料電池(図示略)を運転開始するときにON操作される始動スイッチ31のON信号と、温度センサ10の出力信号とに基づいて、検出素子9に印加する電圧の大きさを決定し、該電圧値に応じた指令信号を電圧発生回路30へ出力する。
そして、電圧発生回路30は、電圧制御部22から入力した指令信号に応じた大きさの電圧を検出素子9に印加する。
前述したように、この水素センサ100では、検出素子9に所定の電圧を印加することにより検出素子9の触媒の温度(以下、検出素子9の温度と略す)を活性温度に保持するのであるが、起動時の出力特性は、起動時の検出素子9の温度特性と関連があり、印加電圧の大きさと検出素子9の周囲の雰囲気温度によってパターンが異なる。
起動時にオーバーシュートが発生する要因は印加電圧だけではない。検出素子9の周囲の雰囲気温度も一要因であり、検出素子9の印加電圧が常用駆動電圧V2であっても、検出素子9の周囲の雰囲気温度が高い場合には起動時にオーバーシュートが発生する。
図3において実線A,Bは、起動時に検出素子9に常用駆動電圧V2を印加した場合の出力特性であり、そのうち実線Aは、検出素子9の周囲の雰囲気温度が低温時(例えば0゜C以下)のときの出力特性であり、実線Bは、検出素子9の周囲の雰囲気温度が通常温度時(比較的に高めの温度)のときの出力特性である。
ここで、検出素子9に駆動電圧V1を印加する期間を、起動開始から一定時間に制限することにより、過剰なエネルギー投入に起因するオーバーシュートの発生を抑制することができる。
このように常用駆動電圧V2だけを印加してもオーバーシュートが発生する場合に、前述と同様に起動開始から所定の一定時間だけ常用駆動電圧V2よりも大きい駆動電圧V1を検出素子9に印加し、前記一定時間後に常用駆動電圧V2に戻すと、オーバーシュートが拡大して二点鎖線Dで示すような出力特性となり、正常出力範囲に収まるまでの時間が、τH1よりも遅いτH2になってしまう。
そして、起動時の検出素子9の周囲の雰囲気温度が所定温度を越えるときに起動する場合には、起動開始から検出素子9に常用駆動電圧V2を印加するように制御することとした。
これにより、水素センサ100に電源を投入してから水素の検出が可能となるまでの時間、すなわち起動完了時間を短縮することができる。
ステップS101における判定結果が「NO」(始動スイッチ:OFF)である場合には、本ルーチンの実行を終了する。
ステップS101における判定結果が「YES」(始動スイッチ:ON)である場合には、ステップS102に進み、温度センサ10により検出された温度(すなわち、起動時の検出素子9の周囲の雰囲気温度)を読み込む。
次に、ステップS103に進み、検出温度が所定温度以下か否かを判定する。このときの所定温度は例えば0゜Cに設定することができる。
次に、ステップS107に進み、始動スイッチ21がOFFか否かを判定する。
ステップS107における判定結果が「NO」(始動スイッチ:ON)である場合には、ステップS106に戻り、検出素子9に印加する電圧を常用駆動電圧V2に維持する。
ステップS107における判定結果が「YES」(始動スイッチ:OFF)である場合には、ステップS108に進み、検出素子9への電圧印加を停止する。
次に、ステップS105に進み、始動スイッチ31がONされてから所定時間が経過したが否かを判定する。
ステップS105における判定結果が「NO」(未経過)である場合には、ステップS104に戻り、検出素子9に印加する駆動電圧をV1に維持する。
ステップS105における判定結果が「YES」(所定時間経過)である場合には、ステップS106に進み、検出素子9に常用駆動電圧V2を印加する。
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では温度保障素子を備えないガスセンサで説明したが、この発明は温度保障素子を備えたガスセンサにも適用可能である。
また、ガスセンサは水素センサに限るものではなく、水素以外の被検出ガスを検出するガスセンサであってもよい。また、実施例では検出素子を接触燃焼式としたが、素子を大気温度よりも高温に熱する方式であれば、半導体式、熱伝導式、プロトン導電体式、FET式などのガスセンサにも、この発明は適用可能である。
21 濃度判定部
22 電圧制御部
100 水素センサ(ガスセンサ)
Claims (5)
- 電圧を印加されるガス検出素子と、
前記ガス検出素子の出力に基づいてガス濃度を判定する濃度判定部と、
前記ガス検出素子に電源を投入した起動時の該ガス検出素子の周囲の雰囲気温度が所定温度よりも低い場合には前記所定温度以上の場合よりも前記ガス検出素子に印加する電圧を高くする電圧制御部と、
を備え、
前記ガス検出素子は、温度上昇により電気抵抗が増大し、
前記ガス検出素子は、該ガス検出素子により検出される被検出ガスに対して活性な触媒を備え、
前記ガス検出素子は、前記起動時の該ガス検出素子の周囲の雰囲気温度が前記所定温度よりも高く、かつ前記被検出ガスが存在する際に、出力のオーバーシュートが発生し、
前記電圧制御部は、前記起動時において、常用駆動電圧と、前記常用駆動電圧よりも大きい駆動電圧と、を切り替えて前記ガス検出素子に印加可能であり、
前記電圧制御部は、前記起動時の該ガス検出素子の周囲の雰囲気温度が前記所定温度以下の場合には前記駆動電圧を印加し、前記起動時の該ガス検出素子の周囲の雰囲気温度が前記所定温度を超える場合には前記常用駆動電圧を印加するように制御することを特徴とするガスセンサ。 - 前記被検出ガスは、水素ガスであることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記ガス検出素子の周囲の雰囲気温度を検出する温度センサを備え、
前記ガス検出素子および前記温度センサは、同一のガス検出室に隣接して並んで設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のガスセンサ。 - 前記電圧制御部が電圧を高くする時間は、電源投入から一定時間であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のガスセンサ。
- 請求項1に記載のガスセンサを備え、前記被検出ガスは水素ガスであることを特徴とする燃料電池車両。
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