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JP5455348B2 - Abnormality detection device, abnormality detection method, and fuel cell system - Google Patents
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Abnormality detection device, abnormality detection method, and fuel cell system Download PDF

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Description

本発明は、異常検出装置、異常検出方法および酸素センサを備える燃料電池システムに関する。   The present invention relates to an abnormality detection device, an abnormality detection method, and a fuel cell system including an oxygen sensor.

酸素センサは、雰囲気中の酸素濃度を検出するセンサである。この酸素センサに異常が生じると正確な酸素濃度を検出することが困難となる。そこで、酸素センサを大気にさらした場合のセンサ出力を基に、酸素センサの異常の判断を行う技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   The oxygen sensor is a sensor that detects the oxygen concentration in the atmosphere. If an abnormality occurs in this oxygen sensor, it becomes difficult to detect an accurate oxygen concentration. In view of this, there has been disclosed a technique for determining an abnormality of an oxygen sensor based on a sensor output when the oxygen sensor is exposed to the atmosphere (see, for example, Patent Document 1).

特開2004−198075号公報JP 2004-198075 A

しかしながら、特許文献1の技術では、酸素センサまたは酸素センサの出力処理回路のいずれに異常が生じているか判断することができない。   However, the technique of Patent Document 1 cannot determine whether an abnormality has occurred in the oxygen sensor or the output processing circuit of the oxygen sensor.

本発明は、酸素センサまたは酸素センサの出力処理回路のいずれに異常が生じているか判定することができる異常検出装置、異常検出方法および燃料電池システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an abnormality detection device, an abnormality detection method, and a fuel cell system that can determine whether an abnormality has occurred in an oxygen sensor or an output processing circuit of the oxygen sensor.

本発明に係る異常検出装置は、ヒータによる加熱によって起動する限界電流式の酸素センサの出力を処理する出力処理回路と、ヒータによって加熱される前かつ酸素センサへの電圧印加前に、酸素センサの出力に基づいて出力処理回路のアース電位の異常を判定する判定部と、を備え、判定部は、酸素センサへの電圧印加後かつヒータによる加熱前における酸素センサの出力の時間変化率に基づいて、出力処理回路の異常を判定することを特徴とするものである。本発明に係る異常検出装置においては、ヒータによる加熱前における酸素センサの出力が用いられる。この場合、酸素濃度変化に基づく酸素センサの出力変動が回避される。その結果、酸素センサに異常が生じているか否か、または、酸素センサの出力処理回路に異常が生じているか否かを判定することができる。 An abnormality detection apparatus according to the present invention includes an output processing circuit for processing an output of a limiting current type oxygen sensor activated by heating by a heater, an oxygen sensor before being heated by the heater and before applying a voltage to the oxygen sensor. A determination unit that determines an abnormality of the ground potential of the output processing circuit based on the output, and the determination unit is based on a time change rate of the output of the oxygen sensor after the voltage application to the oxygen sensor and before the heating by the heater. The abnormality of the output processing circuit is determined . In the abnormality detection device according to the present invention, the output of the oxygen sensor before heating by the heater is used. In this case, fluctuations in the output of the oxygen sensor based on changes in oxygen concentration are avoided. As a result, it can be determined whether or not an abnormality has occurred in the oxygen sensor, or whether or not an abnormality has occurred in the output processing circuit of the oxygen sensor.

定部は、酸素センサへの電圧印加後かつヒータによる加熱前における酸素センサの出力の時間変化率の最大値に基づいて、出力処理回路の異常を判定してもよい。 Determine tough after voltage application to the oxygen sensor and based on the maximum value of the time rate of change of the output of the oxygen sensor before heating by the heater, it may determine an abnormality of the output processing circuit.

判定部は、酸素センサへの電圧印加後における酸素センサの出力の時間変化率が最大値に到達した後の酸素センサの出力に基づいて、酸素センサの異常を判定してもよい。この場合、酸素センサに異常が生じているか否かを判定することができる。 The determination unit may determine abnormality of the oxygen sensor based on the output of the oxygen sensor after the time change rate of the output of the oxygen sensor after the voltage application to the oxygen sensor reaches the maximum value. In this case, it can be determined whether or not an abnormality has occurred in the oxygen sensor.

酸素センサの出力の時間変化率が最大値に到達した後の酸素センサの出力に基づいて酸素センサの異常が生じていると判定されなかった場合に、酸素センサの出力を、酸素濃度0%の出力として記憶する記憶部をさらに備えていてもよい。この場合、酸素センサの経年変化等を補償することができる。 When it is not determined that an abnormality of the oxygen sensor has occurred based on the output of the oxygen sensor after the time change rate of the output of the oxygen sensor reaches the maximum value, the output of the oxygen sensor is changed to the oxygen concentration of 0%. You may further provide the memory | storage part memorize | stored as an output. In this case, it is possible to compensate for aging of the oxygen sensor.

判定部は、酸素センサへの電圧印加後かつヒータへの電力供給が開始された後に酸素センサの出力の時間変化率に基づいて、酸素センサの異常を判定してもよい。この場合、酸素センサに異常が生じているか否かを判定することができる。 The determination unit may determine the abnormality of the oxygen sensor based on the time change rate of the output of the oxygen sensor after the voltage is applied to the oxygen sensor and the power supply to the heater is started. In this case, it can be determined whether or not an abnormality has occurred in the oxygen sensor.

判定部は、酸素センサへの電圧印加後かつヒータへの電力供給が開始された後に酸素センサの出力の時間変化率が所定値に到達するまでの時間に基づいて、酸素センサおよびヒータの少なくともいずれか一方の異常を判定してもよい。この場合、酸素センサの熱容量またはヒータに異常が生じているか否かを判定することができる。 The determination unit is configured to determine at least one of the oxygen sensor and the heater based on the time until the time change rate of the output of the oxygen sensor reaches a predetermined value after the voltage is applied to the oxygen sensor and the power supply to the heater is started. One of the abnormalities may be determined. In this case, it can be determined whether or not an abnormality has occurred in the heat capacity of the oxygen sensor or the heater.

本発明に係る燃料電池システムは、酸素と水素との化学反応によって発電する燃料電池と、燃料電池のカソードを通過する第1配管と、燃料電池のアノードを通過する第2配管と、第1配管または第2配管のいずれかの位置に配置されヒータによる加熱によって起動する限界電流式の酸素センサと、請求項1〜8のいずれかに記載の異常検出装置と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池システムにおいては、酸素センサに異常が生じているか否か、または、酸素センサの出力処理回路に異常が生じているか否かを判定することができる。この場合、酸素センサの酸素濃度検出の精度が向上する。それにより、配管におけるエアフローメータ等の設置の必要性が抑制される。その結果、燃料電池システムのコストが抑制される。   A fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that generates electricity by a chemical reaction between oxygen and hydrogen, a first pipe that passes through the cathode of the fuel cell, a second pipe that passes through the anode of the fuel cell, and a first pipe. Or a limiting current type oxygen sensor which is arranged at any position of the second pipe and is activated by heating with a heater, and the abnormality detection device according to any one of claims 1 to 8. It is. In the fuel cell system according to the present invention, it is possible to determine whether an abnormality has occurred in the oxygen sensor or whether an abnormality has occurred in the output processing circuit of the oxygen sensor. In this case, the accuracy of oxygen concentration detection of the oxygen sensor is improved. Thereby, the necessity for installation of an air flow meter or the like in the piping is suppressed. As a result, the cost of the fuel cell system is suppressed.

炭化水素燃料から水素を生成する改質部に対して燃料の燃焼によって加熱する加熱部をさらに備え、第1配管および第2配管の少なくとも一方が加熱部に接続され、酸素センサは、加熱部の排気ガス配管に配置されていてもよい。この場合、加熱部の排気ガスの熱を用いて酸素センサを加熱することができる。それにより、酸素センサに備わるヒータにおける電力消費を抑制することができる。   The reforming unit that generates hydrogen from the hydrocarbon fuel further includes a heating unit that heats the combustion unit by burning the fuel. At least one of the first pipe and the second pipe is connected to the heating unit. It may be arranged in the exhaust gas pipe. In this case, the oxygen sensor can be heated using the heat of the exhaust gas of the heating unit. Thereby, power consumption in the heater provided in the oxygen sensor can be suppressed.

本発明に係る異常検出方法は、ヒータによる加熱によって起動する限界電流式の酸素センサがヒータによって加熱される前かつ酸素センサへの電圧印加前に酸素センサの出力に基づいて、酸素センサの出力を処理する出力処理回路のアース電位の異常を判定する判定ステップを含み、判定ステップにおいて、酸素センサへの電圧印加後かつヒータによる加熱前における酸素センサの出力の時間変化率に基づいて、出力処理回路の異常を判定することを特徴とするものである。本発明に係る異常検出方法においては、ヒータによる加熱前における酸素センサの出力が用いられる。この場合、酸素濃度変化に基づく出力変動が回避される。その結果、酸素センサに異常が生じているか否か、または、酸素センサの出力処理回路に異常が生じているか否かを判定することができる。 The abnormality detection method according to the present invention is based on the output of the oxygen sensor based on the output of the oxygen sensor before the limit current type oxygen sensor activated by heating by the heater is heated by the heater and before the voltage is applied to the oxygen sensor. look including the determination step of determining an abnormality of the ground potential of the output processing circuit for processing, in the determination step, based on the time rate of change of the output of the oxygen sensor before heating by voltage application after and heater to the oxygen sensor, output processing It is characterized by determining a circuit abnormality . In the abnormality detection method according to the present invention, the output of the oxygen sensor before heating by the heater is used. In this case, output fluctuations based on oxygen concentration changes are avoided. As a result, it can be determined whether or not an abnormality has occurred in the oxygen sensor, or whether or not an abnormality has occurred in the output processing circuit of the oxygen sensor.

定ステップにおいて、酸素センサへの電圧印加後かつ前記ヒータによる加熱前における酸素センサの出力の時間変化率の最大値に基づいて、出力処理回路の異常を判定してもよい。 In determine the constant step, after the application of a voltage to the oxygen sensor and based on the maximum value of the time rate of change of the output of the oxygen sensor before heating by the heater, may determine an abnormality of the output processing circuit.

判定ステップにおいて、酸素センサへの電圧印加後における酸素センサの出力の時間変化率が最大値に到達した後の酸素センサの出力に基づいて、酸素センサの異常を判定してもよい。この場合、酸素センサに異常が生じているか否かを判定することができる。 In the determination step, the abnormality of the oxygen sensor may be determined based on the output of the oxygen sensor after the time change rate of the output of the oxygen sensor after the voltage application to the oxygen sensor reaches the maximum value. In this case, it can be determined whether or not an abnormality has occurred in the oxygen sensor.

酸素センサの出力の時間変化率が最大値に到達した後の酸素センサの出力に基づいて酸素センサの異常が生じていると判定されなかった場合に、酸素センサの出力を、酸素濃度0%の出力として記憶する記憶ステップをさらに含んでいてもよい。この場合、酸素センサの経年変化等を補償することができる。   When it is not determined that an abnormality of the oxygen sensor has occurred based on the output of the oxygen sensor after the time change rate of the output of the oxygen sensor reaches the maximum value, the output of the oxygen sensor is changed to the oxygen concentration of 0%. A storage step of storing as an output may be further included. In this case, it is possible to compensate for aging of the oxygen sensor.

判定ステップにおいて、酸素センサへの電圧印加後かつヒータへの電力供給が開始された後の酸素センサの出力の時間変化率に基づいて、酸素センサの異常を判定してもよい。この場合、酸素センサに異常が生じているか否かを判定することができる。 In the determination step, the abnormality of the oxygen sensor may be determined based on the rate of change over time of the output of the oxygen sensor after the voltage is applied to the oxygen sensor and the supply of power to the heater is started. In this case, it can be determined whether or not an abnormality has occurred in the oxygen sensor.

判定ステップにおいて、酸素センサへの電圧印加後かつヒータへの電力供給が開始された後に酸素センサの出力の時間変化率が所定値に到達するまでの時間に基づいて、酸素センサおよびヒータの少なくともいずれか一方の異常を判定してもよい。この場合、酸素センサの熱容量またはヒータに異常が生じているか否かを判定することができる。 In the determination step, at least one of the oxygen sensor and the heater is based on the time until the time change rate of the output of the oxygen sensor reaches a predetermined value after the voltage is applied to the oxygen sensor and the power supply to the heater is started. One of the abnormalities may be determined. In this case, it can be determined whether or not an abnormality has occurred in the heat capacity of the oxygen sensor or the heater.

本発明によれば、酸素センサまたは酸素センサの出力処理回路のいずれに異常が生じているか判定することができる。   According to the present invention, it is possible to determine whether an abnormality has occurred in either the oxygen sensor or the output processing circuit of the oxygen sensor.

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

図1は、実施例1に係る異常検出装置30の構成を説明するためのブロック図である。異常検出装置30は、酸素センサ10または酸素センサ10の出力処理回路20に異常が生じているか否かを検出する装置である。   FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of the abnormality detection device 30 according to the first embodiment. The abnormality detection device 30 is a device that detects whether an abnormality has occurred in the oxygen sensor 10 or the output processing circuit 20 of the oxygen sensor 10.

酸素センサ10は、限界電流式酸素センサであって、電解質11の一面にアノード12が設けられ、電解質11の他面にカソード13が設けられ、細孔が形成された多孔質基板14がカソード13を覆うように電解質11上に配置された構造を有する。電解質11には、ヒータ15が配置されている。   The oxygen sensor 10 is a limiting current type oxygen sensor, and an anode 12 is provided on one surface of the electrolyte 11, a cathode 13 is provided on the other surface of the electrolyte 11, and a porous substrate 14 in which pores are formed is a cathode 13. It has a structure arrange | positioned on the electrolyte 11 so that it may cover. A heater 15 is disposed on the electrolyte 11.

電解質11は、酸素イオン伝導性の電解質からなり、例えばジルコニアからなる。アノード12およびカソード13は、例えば白金からなる。多孔質基板14は、例えば多孔質状のアルミナからなる。ヒータ15は、例えば白金薄膜等からなる。   The electrolyte 11 is made of an oxygen ion conductive electrolyte, for example, zirconia. The anode 12 and the cathode 13 are made of platinum, for example. The porous substrate 14 is made of, for example, porous alumina. The heater 15 is made of, for example, a platinum thin film.

出力処理回路20は、印加電圧制御部21、ヒータ電力制御部22、電流電圧変換部23等を備える。また、出力処理回路20には、アノード12と出力処理回路20とを接続する配線およびカソード13と出力処理回路20とを接続する配線が含まれる。印加電圧制御部21は、アノード12およびカソード13に印加する電圧を制御する制御回路である。ヒータ電力制御部22は、ヒータ15に供給する電力を制御する制御回路である。電流電圧変換部23は、酸素センサ10の限界電流を電圧信号に変換する変換回路である。   The output processing circuit 20 includes an applied voltage control unit 21, a heater power control unit 22, a current-voltage conversion unit 23, and the like. The output processing circuit 20 includes wiring for connecting the anode 12 and the output processing circuit 20 and wiring for connecting the cathode 13 and the output processing circuit 20. The applied voltage control unit 21 is a control circuit that controls the voltage applied to the anode 12 and the cathode 13. The heater power control unit 22 is a control circuit that controls the power supplied to the heater 15. The current-voltage conversion unit 23 is a conversion circuit that converts the limiting current of the oxygen sensor 10 into a voltage signal.

異常検出装置30は、判定部31および記憶部32を備える。判定部31は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)等から構成される。判定部31は、電流電圧変換部23から与えられる電圧信号に基づいて、酸素センサ10または出力処理回路20に異常が生じているか否かを判定する。記憶部32は、不揮発性メモリ等から構成され、判定部31の判定結果を記憶する。   The abnormality detection device 30 includes a determination unit 31 and a storage unit 32. The determination unit 31 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The determination unit 31 determines whether an abnormality has occurred in the oxygen sensor 10 or the output processing circuit 20 based on the voltage signal given from the current-voltage conversion unit 23. The storage unit 32 is composed of a nonvolatile memory or the like, and stores the determination result of the determination unit 31.

出力処理回路20は、アースされている。また、アノード12と印加電圧制御部21とを接続する配線には、センサシールド24が設けられている。カソード13と印加電圧制御部21とを接続する配線には、センサシールド25が設けられている。センサシールド24,25は、アースされている。   The output processing circuit 20 is grounded. A sensor shield 24 is provided on the wiring connecting the anode 12 and the applied voltage control unit 21. A sensor shield 25 is provided on the wiring connecting the cathode 13 and the applied voltage control unit 21. The sensor shields 24 and 25 are grounded.

次に、酸素センサ10および出力処理回路20の動作の概略について説明する。印加電圧制御部21は、アノード12に、カソード13と比較して相対的にプラスの電圧を印加する。この印加電圧は、可変である。印加電圧制御部21によってアノード12に電圧が印加されると、下記式(1)に従ってカソード13において酸素が酸素イオンとなって電解質11を伝導する。アノード12においては、下記式(2)に従って、酸素イオンが酸素分子となる。
+ 4e = 2O2− (1)
2O2− = O + 4e (2)
Next, an outline of operations of the oxygen sensor 10 and the output processing circuit 20 will be described. The applied voltage control unit 21 applies a relatively positive voltage to the anode 12 as compared with the cathode 13. This applied voltage is variable. When a voltage is applied to the anode 12 by the applied voltage control unit 21, oxygen becomes oxygen ions at the cathode 13 and conducts through the electrolyte 11 according to the following formula (1). In the anode 12, oxygen ions become oxygen molecules according to the following formula (2).
O 2 + 4e = 2O 2− (1)
2O 2− = O 2 + 4e (2)

式(1)および式(2)の反応によって電流が生じる。例えば、電流電圧変換部23は、この電流を、電流値に対応する大きさの電圧信号に変換する。酸素センサ10において生じる電流は、多孔質基板14の細孔における酸素ガス拡散量によって決定される。この酸素ガス拡散量は、多孔質基板14の外部の酸素濃度によって決まる。したがって、電流電圧変換部によって生成される電圧信号に基づいて、酸素センサ10は、酸素センサ10が配置される雰囲気中の酸素濃度を検出することができる。   An electric current is generated by the reaction of the formulas (1) and (2). For example, the current-voltage converter 23 converts this current into a voltage signal having a magnitude corresponding to the current value. The current generated in the oxygen sensor 10 is determined by the oxygen gas diffusion amount in the pores of the porous substrate 14. This oxygen gas diffusion amount is determined by the oxygen concentration outside the porous substrate 14. Therefore, based on the voltage signal generated by the current-voltage converter, the oxygen sensor 10 can detect the oxygen concentration in the atmosphere in which the oxygen sensor 10 is disposed.

次に、ヒータ電力制御部22は、ヒータ15への電力供給を開始する。それにより、ヒータ15の温度が上昇し、電解質11が加熱される。例えば、ヒータ電力制御部22は、電解質11の温度が500℃〜700℃程度になるようにヒータ15への供給電力を制御する。それにより、電解質11を酸素イオンが伝導可能になる。   Next, the heater power control unit 22 starts supplying power to the heater 15. Thereby, the temperature of the heater 15 rises and the electrolyte 11 is heated. For example, the heater power control unit 22 controls the power supplied to the heater 15 so that the temperature of the electrolyte 11 is about 500 ° C. to 700 ° C. Thereby, oxygen ions can be conducted through the electrolyte 11.

図2は、酸素センサ10に電圧を印加する場合の、電流電圧変換部23の出力と経過時間との関係を説明するための図である。酸素センサ10への電圧印加前においては、酸素センサ10において理論的に電流は生じない。したがって、電流電圧変換部23の出力電圧はほぼゼロになる。この場合の電流電圧変換部23の出力電圧を以下、出力電圧Vs_Aと称する。   FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the output of the current-voltage conversion unit 23 and the elapsed time when a voltage is applied to the oxygen sensor 10. Prior to voltage application to the oxygen sensor 10, no theoretical current is generated in the oxygen sensor 10. Therefore, the output voltage of the current-voltage conversion unit 23 is almost zero. In this case, the output voltage of the current-voltage converter 23 is hereinafter referred to as an output voltage Vs_A.

印加電圧制御部21による電圧印加によってアノード12とカソード13との間に電圧差が生じると、酸素センサ10に電流が生じる。この場合、酸素センサ10の出力電流値は、所定値になるまで増大する。これに対応して、電流電圧変換部23の出力電圧値は、所定値になるまで増大する。ヒータ15に電力が供給されるまで、この出力電圧値はほぼ一定となる。印加電圧制御部21によって酸素センサ10に電圧が印加された後かつヒータ15に電力が供給される前の電流電圧変換部23の出力電圧を以下、出力電圧Vs_Bと称する。   When a voltage difference is generated between the anode 12 and the cathode 13 due to voltage application by the applied voltage control unit 21, a current is generated in the oxygen sensor 10. In this case, the output current value of the oxygen sensor 10 increases until reaching a predetermined value. Correspondingly, the output voltage value of the current-voltage conversion unit 23 increases until it reaches a predetermined value. The output voltage value is substantially constant until power is supplied to the heater 15. Hereinafter, the output voltage of the current-voltage conversion unit 23 after the voltage is applied to the oxygen sensor 10 by the applied voltage control unit 21 and before the power is supplied to the heater 15 is referred to as an output voltage Vs_B.

ヒータ15に電力が供給されると、電解質11を酸素イオンが伝導することによって酸素センサ10の出力電流値は徐々に増大し、ほぼ一定値になる。これに対応して、電流電圧変換部23の出力電圧値も徐々に増大してほぼ一定値になる。ヒータ15に電力が供給された後の電流電圧変換部23の出力電圧を以下、出力電圧Vs_Cと称する。   When electric power is supplied to the heater 15, oxygen ions are conducted through the electrolyte 11, whereby the output current value of the oxygen sensor 10 gradually increases and becomes a substantially constant value. Corresponding to this, the output voltage value of the current-voltage conversion unit 23 gradually increases and becomes a substantially constant value. Hereinafter, the output voltage of the current-voltage conversion unit 23 after power is supplied to the heater 15 will be referred to as output voltage Vs_C.

本実施例においては、判定部31は、電流電圧変換部23の出力電圧値に基づいて酸素センサ10または出力処理回路20に異常が生じているか否かを判定する。図3は、酸素センサ10に電圧を印加する場合の、電流電圧変換部23の出力電圧値と、その出力電圧値の時間変化率と、経過時間との関係を説明するための図である。   In the present embodiment, the determination unit 31 determines whether an abnormality has occurred in the oxygen sensor 10 or the output processing circuit 20 based on the output voltage value of the current-voltage conversion unit 23. FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the output voltage value of the current-voltage conversion unit 23, the time change rate of the output voltage value, and the elapsed time when a voltage is applied to the oxygen sensor 10.

酸素センサ10への電圧印加前においては、出力処理回路20のアース電位に異常が生じていなければ、出力電圧Vs_Aはほぼゼロになる。しかしながら、出力処理回路20のアース電位に異常が生じている場合、電流電圧変換部23は所定の大きさの電圧を出力する。判定部31は、出力電圧Vs_Aに基づいて、出力処理回路20のアース電位に異常が生じているか否かを判定する。   Before the voltage application to the oxygen sensor 10, the output voltage Vs_A becomes almost zero if there is no abnormality in the ground potential of the output processing circuit 20. However, when an abnormality occurs in the ground potential of the output processing circuit 20, the current-voltage conversion unit 23 outputs a voltage having a predetermined magnitude. The determination unit 31 determines whether an abnormality has occurred in the ground potential of the output processing circuit 20 based on the output voltage Vs_A.

例えば、判定部31は、出力電圧Vs_Aが第1の許容範囲(例えばVs_A_min1=−10mV〜Vs_A_max1=10mV)以内にある場合、出力処理回路20のアース電位に異常が生じていないと判定してもよい。判定部31は、出力電圧Vs_Aが第1の許容範囲外かつ第2の許容範囲(例えばVs_A_min2=−50mV〜Vs_A_max2=50mV)以内にある場合、ユーザへ警告を行う警告処理を実行してもよい。さらに、判定部31は、出力電圧Vs_Aが第2の許容範囲外にある場合、出力処理回路20のアース電位に異常が生じていると判定し、酸素センサ10を用いた酸素濃度検出を停止する停止処理を実行してもよい。   For example, the determination unit 31 determines that there is no abnormality in the ground potential of the output processing circuit 20 when the output voltage Vs_A is within a first allowable range (for example, Vs_A_min1 = −10 mV to Vs_A_max1 = 10 mV). Good. When the output voltage Vs_A is outside the first allowable range and within the second allowable range (for example, Vs_A_min2 = −50 mV to Vs_A_max2 = 50 mV), the determination unit 31 may execute a warning process for warning the user. . Further, when the output voltage Vs_A is outside the second allowable range, the determination unit 31 determines that an abnormality has occurred in the ground potential of the output processing circuit 20 and stops the oxygen concentration detection using the oxygen sensor 10. A stop process may be executed.

ここで、限界電流式の酸素センサの出力電流は、μAオーダの極めて微弱な電流である。したがって、アース電位不良は検出酸素濃度の異常に直結する。本実施例のように出力処理回路20のアース電位の異常が検出されれば、酸素センサ10の酸素濃度検出精度が向上する。   Here, the output current of the limiting current type oxygen sensor is a very weak current on the order of μA. Therefore, a ground potential failure is directly connected to an abnormality in the detected oxygen concentration. If an abnormality in the ground potential of the output processing circuit 20 is detected as in this embodiment, the oxygen concentration detection accuracy of the oxygen sensor 10 is improved.

次に、出力処理回路20に異常がなければ、出力電圧Vs_Bが所定の時間変化率を有する。しかしながら、例えば出力処理回路20の時定数等に異常があれば、出力電圧Vs_Bの時間変化率dVs_Bの最大値dVs_B_maxが小さくなる。そこで、判定部31は、時間変化率dVs_Bの最大値dVs_B_maxに基づいて、出力処理回路20に異常があるか否かを判定する。   Next, if there is no abnormality in the output processing circuit 20, the output voltage Vs_B has a predetermined time change rate. However, for example, if the time constant of the output processing circuit 20 is abnormal, the maximum value dVs_B_max of the time change rate dVs_B of the output voltage Vs_B becomes small. Therefore, the determination unit 31 determines whether there is an abnormality in the output processing circuit 20 based on the maximum value dVs_B_max of the time change rate dVs_B.

例えば、判定部31は、最大値dVs_B_maxが第1のしきい値dVs_B1(例えば、標準値の0.7倍の値)以上である場合、出力処理回路20に異常が生じていないと判定してもよい。判定部31は、最大値dVs_Bが第1のしきい値dVs_B1未満かつ第2のしきい値dVs_B2(例えば、標準値の0.5倍の値)以上である場合、ユーザへ警告を行う警告処理を実行してもよい。さらに、判定部31は、最大値dVs_Bが第2のしきい値未満である場合、出力処理回路20に異常が生じていると判定し、酸素センサ10を用いた酸素濃度検出を停止する停止処理を実行してもよい。   For example, the determination unit 31 determines that no abnormality has occurred in the output processing circuit 20 when the maximum value dVs_B_max is equal to or greater than a first threshold value dVs_B1 (for example, a value that is 0.7 times the standard value). Also good. When the maximum value dVs_B is less than the first threshold value dVs_B1 and greater than or equal to the second threshold value dVs_B2 (for example, a value that is 0.5 times the standard value), the determination unit 31 issues a warning process to warn the user May be executed. Further, when the maximum value dVs_B is less than the second threshold value, the determination unit 31 determines that an abnormality has occurred in the output processing circuit 20 and stops the oxygen concentration detection using the oxygen sensor 10. May be executed.

以上のように、ヒータ15による加熱前の電流電圧変換部23の出力を用いることによって、酸素センサ10または出力処理回路20に異常が生じているか否かを判定することができる。それにより、酸素センサ10および出力処理回路20の異常を弁別判断可能になり、修理時間、費用等の縮減が可能となる。   As described above, it is possible to determine whether or not an abnormality has occurred in the oxygen sensor 10 or the output processing circuit 20 by using the output of the current-voltage converter 23 before being heated by the heater 15. As a result, it is possible to discriminate the abnormality of the oxygen sensor 10 and the output processing circuit 20, and it is possible to reduce the repair time and cost.

次に、出力電圧Vs_Bの変化率が最大値dVs_Bに達した後には、出力電圧Vs_Bは、酸素濃度0%の値として所定の範囲に収まる。しかしながら、経年変化等により酸素センサ10に異常が生じていると、出力電圧Vs_Bが上記所定の範囲から外れてしまう。そこで、判定部31は、出力電圧Vs_Bの変化率が最大値dVs_Bに達した後の出力電圧Vs_Bに基づいて、酸素センサ10に異常が生じているか否かを判定する。   Next, after the rate of change of the output voltage Vs_B reaches the maximum value dVs_B, the output voltage Vs_B falls within a predetermined range as a value with an oxygen concentration of 0%. However, if an abnormality occurs in the oxygen sensor 10 due to secular change or the like, the output voltage Vs_B deviates from the predetermined range. Therefore, the determination unit 31 determines whether an abnormality has occurred in the oxygen sensor 10 based on the output voltage Vs_B after the rate of change of the output voltage Vs_B reaches the maximum value dVs_B.

例えば、判定部31は、出力電圧Vs_Bが第1の許容範囲(例えばVs_B_min1=印加電圧−10mV〜Vs_B_max1=印加電圧+10mV)以内にある場合、酸素センサ10に異常が生じていないと判定してもよい。判定部31は、出力電圧Vs_Bが第1の許容範囲外かつ第2の許容範囲(例えばVs_B_min2=出力電圧−50mV〜Vs_B_max2=出力電圧+50mV)以内である場合、ユーザへ警告を行う警告処理を実行してもよい。さらに、判定部31は、出力電圧Vs_Bが第2の許容範囲外である場合、酸素センサ10に異常が生じていると判定し、酸素センサ10を用いた酸素濃度検出を停止する停止処理を実行してもよい。   For example, when the output voltage Vs_B is within a first allowable range (for example, Vs_B_min1 = applied voltage−10 mV to Vs_B_max1 = applied voltage + 10 mV), the determination unit 31 determines that the oxygen sensor 10 is not abnormal. Good. When the output voltage Vs_B is outside the first allowable range and within the second allowable range (for example, Vs_B_min2 = output voltage−50 mV to Vs_B_max2 = output voltage + 50 mV), the determination unit 31 executes a warning process for warning the user. May be. Furthermore, when the output voltage Vs_B is outside the second allowable range, the determination unit 31 determines that an abnormality has occurred in the oxygen sensor 10 and executes a stop process for stopping the oxygen concentration detection using the oxygen sensor 10. May be.

記憶部32は、出力電圧Vs_Bの変化率が最大値dVs_Bに達した後の出力電圧Vs_Bが第1の許容範囲内にある場合、この出力電圧Vs_Bを酸素センサ10の検出酸素濃度が0%である場合の電圧値として記憶する。この場合、記憶部32に記憶された値を用いて電流電圧変換部23の出力を補正することによって、酸素センサの製造バラツキまたは経年変化が補償され、酸素濃度検出の精度が向上する。なお、この補正によれば、高温大気中での補正に比較して温度分布その他の外乱の影響が小さくなる。それにより、簡便かつ高精度に補正が可能である。   When the output voltage Vs_B after the change rate of the output voltage Vs_B reaches the maximum value dVs_B is within the first allowable range, the storage unit 32 uses the output voltage Vs_B when the oxygen concentration detected by the oxygen sensor 10 is 0%. It is stored as a voltage value in a certain case. In this case, by correcting the output of the current-voltage conversion unit 23 using the value stored in the storage unit 32, the manufacturing variation or aging of the oxygen sensor is compensated, and the accuracy of oxygen concentration detection is improved. According to this correction, the influence of the temperature distribution and other disturbances is reduced as compared with the correction in the high temperature atmosphere. Thereby, correction can be performed easily and with high accuracy.

次に、酸素センサ10の酸素濃度に対する応答性に異常が生じていなければ、出力電圧Vs_Cが所定の時間変化率を有する。しかしながら、酸素センサ10の応答性に異常があれば、出力電圧Vs_Cの時間変化率dVs_Cの最大値dVs_C_maxが小さくなる。そこで、判定部31は、最大値dVs_C_maxに基づいて、酸素センサ10の応答性に異常があるか否かを判定する。   Next, if there is no abnormality in the responsiveness of the oxygen sensor 10 to the oxygen concentration, the output voltage Vs_C has a predetermined time change rate. However, if the responsiveness of the oxygen sensor 10 is abnormal, the maximum value dVs_C_max of the time change rate dVs_C of the output voltage Vs_C becomes small. Therefore, the determination unit 31 determines whether there is an abnormality in the responsiveness of the oxygen sensor 10 based on the maximum value dVs_C_max.

例えば、判定部31は、最大値dVs_C_maxが第1のしきい値dVs_C1(例えば、標準値の0.7倍の値)以上である場合、酸素センサ10の応答性に異常が生じていないと判定してもよい。判定部31は、最大値dVs_C_maxが第1のしきい値dVs_C1未満かつ第2のしきい値dVs_C2(例えば、標準値の0.5倍)以上である場合、ユーザへ警告を行う警告処理を実行してもよい。さらに、判定部31は、最大値dVs_C_maxが第2のしきい値以下である場合、酸素センサ10の応答性に異常が生じていると判定し、酸素センサ10を用いた酸素濃度検出を停止する停止処理を実行してもよい。   For example, the determination unit 31 determines that there is no abnormality in the responsiveness of the oxygen sensor 10 when the maximum value dVs_C_max is equal to or greater than the first threshold value dVs_C1 (eg, 0.7 times the standard value). May be. When the maximum value dVs_C_max is less than the first threshold value dVs_C1 and greater than or equal to the second threshold value dVs_C2 (for example, 0.5 times the standard value), the determination unit 31 performs a warning process for warning the user. May be. Furthermore, when the maximum value dVs_C_max is equal to or smaller than the second threshold value, the determination unit 31 determines that an abnormality has occurred in the responsiveness of the oxygen sensor 10 and stops oxygen concentration detection using the oxygen sensor 10. A stop process may be executed.

この場合、例えば、酸素センサ10への酸素到達を阻害する酸素センサ10の表面の付着物の存在を容易に検出することができる。また、酸素センサ10のセンサ応答性の劣化は負帰還制御装置の性能低下を招くことがあるが、この性能低下を未然に防止することができる。   In this case, for example, it is possible to easily detect the presence of deposits on the surface of the oxygen sensor 10 that inhibits oxygen from reaching the oxygen sensor 10. Further, the deterioration of the sensor responsiveness of the oxygen sensor 10 may lead to a decrease in performance of the negative feedback control device, but this decrease in performance can be prevented in advance.

次に、酸素センサ10の熱容量およびヒータ15に異常が生じていなければ、ヒータ15への電力供給を開始した後に出力電圧Vs_Cが最大値dVs_C_maxに到達するまでの時間T_Vsが所定の値よりも小さくなる。しかしながら、酸素センサ10の熱容量およびヒータ15に異常が生じていれば、時間T_Vsが長くなる。そこで、判定部31は、時間T_Vsに基づいて、酸素センサ10の熱容量およびヒータ15に異常が生じているか否かを判定する。   Next, if there is no abnormality in the heat capacity of the oxygen sensor 10 and the heater 15, the time T_Vs until the output voltage Vs_C reaches the maximum value dVs_C_max after the supply of power to the heater 15 is started is smaller than a predetermined value. Become. However, if the heat capacity of the oxygen sensor 10 and the heater 15 are abnormal, the time T_Vs becomes longer. Therefore, the determination unit 31 determines whether an abnormality has occurred in the heat capacity of the oxygen sensor 10 and the heater 15 based on the time T_Vs.

例えば、判定部31は、時間T_Vsが第1のしきい値T_Vs1(例えば、標準値+10sec)未満である場合、酸素センサ10の熱容量およびヒータ15に異常が生じていないと判定してもよい。判定部31は、時間T_Vsが第1のしきい値T_Vs1以上かつ第2のしきい値T_Vs2(例えば、標準値+30sec)未満である場合、ユーザへ警告を行う警告処理を実行してもよい。さらに、判定部31は、時間T_Vsが第2のしきい値T_Vs2以上の場合、酸素センサ10の熱容量およびヒータ15の少なくともいずれか一方に異常が生じていると判定し、酸素センサ10を用いた酸素濃度検出を停止する停止処理を実行してもよい。   For example, the determination unit 31 may determine that no abnormality has occurred in the heat capacity of the oxygen sensor 10 and the heater 15 when the time T_Vs is less than the first threshold value T_Vs1 (for example, the standard value +10 sec). When the time T_Vs is equal to or greater than the first threshold T_Vs1 and less than the second threshold T_Vs2 (for example, the standard value + 30 sec), the determination unit 31 may execute a warning process for warning the user. Furthermore, when the time T_Vs is equal to or greater than the second threshold value T_Vs2, the determination unit 31 determines that an abnormality has occurred in at least one of the heat capacity of the oxygen sensor 10 and the heater 15, and used the oxygen sensor 10. You may perform the stop process which stops oxygen concentration detection.

この場合、ヒータ15の劣化、酸素センサ10本体への付着物の存在等を容易に検出することができる。それにより、酸素センサ10および出力処理回路20の機能を望ましい状態に保つための保守、点検作業等が容易になる。   In this case, it is possible to easily detect the deterioration of the heater 15 and the presence of deposits on the oxygen sensor 10 main body. This facilitates maintenance, inspection work and the like for maintaining the functions of the oxygen sensor 10 and the output processing circuit 20 in a desired state.

図4〜図6は、異常検出装置30による酸素センサの異常検出の際に実行されるフローチャートの一例を説明するための図である。まず、図4を参照して、判定部31は、電流電圧変換部23から出力電圧Vs_Aを読み込む(ステップS1)。次に、判定部31は、出力電圧Vs_Aが第2の許容範囲(Vs_A_min2以上Vs_A_max2 以下)にあるか否かを判定する(ステップS2)。   4 to 6 are diagrams for explaining an example of a flowchart executed when the abnormality detection device 30 detects abnormality of the oxygen sensor. First, referring to FIG. 4, the determination unit 31 reads the output voltage Vs_A from the current-voltage conversion unit 23 (step S1). Next, the determination unit 31 determines whether or not the output voltage Vs_A is in the second allowable range (Vs_A_min2 or more and Vs_A_max2 or less) (step S2).

ステップS2において出力電圧Vs_Aが第2の許容範囲にあると判定された場合、判定部31は、出力電圧Vs_Aが第1の許容範囲(Vs_A_min1以上Vs_A_max1以下)にあるか否かを判定する(ステップS3)。ステップS3において出力電圧Vs_Aが第1の許容範囲にあると判定された場合、判定部31は、酸素センサ10に電圧が印加されるように印加電圧制御部21を制御する(ステップS4)。次に、判定部31は、ルーチン1をコールする(ステップS5)。その後、フローチャートの実行は終了する。   When it is determined in step S2 that the output voltage Vs_A is within the second allowable range, the determination unit 31 determines whether the output voltage Vs_A is within the first allowable range (Vs_A_min1 or more and Vs_A_max1 or less) (step S2). S3). When it is determined in step S3 that the output voltage Vs_A is within the first allowable range, the determination unit 31 controls the applied voltage control unit 21 so that a voltage is applied to the oxygen sensor 10 (step S4). Next, the determination unit 31 calls the routine 1 (step S5). Thereafter, the execution of the flowchart ends.

ステップS2において出力電圧Vs_Aが第2の許容範囲にあると判定されなかった場合、判定部31は、停止処理ルーチンをコールする(ステップS6)。それにより、酸素濃度検出の停止処理が実行される。ステップS3において出力電圧Vs_Aが第1の許容範囲にあると判定されなかった場合、判定部31は、警告処理ルーチンをコールする(ステップS7)。それにより、ユーザへの警告処理が実行される。   If it is not determined in step S2 that the output voltage Vs_A is within the second allowable range, the determination unit 31 calls a stop processing routine (step S6). Thereby, the stop process of oxygen concentration detection is performed. If it is not determined in step S3 that the output voltage Vs_A is within the first allowable range, the determination unit 31 calls a warning processing routine (step S7). Thereby, warning processing for the user is executed.

図4のフローチャートにおいてルーチン1がコールされた場合、図5のフローチャートが実行される。図5を参照して、判定部31は、出力電圧Vs_Bを電流電圧変換部23から読み込む(ステップS11)。次に、出力電圧Vs_Bの時間変化率dVs_Bに(出力電圧Vs_B−出力電圧Vs_B_old)を代入する(ステップS12)。出力電圧Vs_B_oldは、前回のフローチャート実行時に与えられる値である。次いで、判定部31は、出力電圧Vs_B_oldに出力電圧Vs_Bの値を代入する(ステップS13)。   When the routine 1 is called in the flowchart of FIG. 4, the flowchart of FIG. 5 is executed. Referring to FIG. 5, determination unit 31 reads output voltage Vs_B from current-voltage conversion unit 23 (step S11). Next, (output voltage Vs_B−output voltage Vs_B_old) is substituted into the time change rate dVs_B of the output voltage Vs_B (step S12). The output voltage Vs_B_old is a value given when the previous flowchart is executed. Next, the determination unit 31 substitutes the value of the output voltage Vs_B for the output voltage Vs_B_old (step S13).

次に、判定部31は、dVs_BがdVs_B_old以下であるか否かを判定する(ステップS14)。ここで、dVs_B_oldは、前回のフローチャート実行時に与えられる値である。ステップS14においてdVs_BがdVs_B_old以下であると判定された場合、判定部31は、dVs_B_oldが第2のしきい値dVs_B2以上であるか否かを判定する(ステップS15)。ステップS15においてdVs_B_oldが第2のしきい値dVs_B2以上であると判定された場合、判定部31は、dVs_B_oldが第1のしきい値dVs_B1以上であるか否かを判定する(ステップS16)。   Next, the determination unit 31 determines whether dVs_B is equal to or less than dVs_B_old (step S14). Here, dVs_B_old is a value given during the previous flowchart execution. When it is determined in step S14 that dVs_B is equal to or less than dVs_B_old, the determination unit 31 determines whether dVs_B_old is equal to or greater than a second threshold value dVs_B2 (step S15). When it is determined in step S15 that dVs_B_old is equal to or greater than the second threshold value dVs_B2, the determination unit 31 determines whether dVs_B_old is equal to or greater than the first threshold value dVs_B1 (step S16).

ステップS16においてdVs_B_oldが第1のしきい値dVs_B1以上であると判定された場合、判定部31は、出力電圧Vs_B_oldが第2の許容範囲(Vs_B_min2以上 Vs_B_max2 以下)にあるか否かを判定する(ステップS17)。ステップS17において出力電圧Vs_B_oldが第2の許容範囲にあると判定された場合、判定部31は、出力電圧Vs_B_oldが第1の許容範囲(Vs_B_min1以上 Vs_B_max1 以下)にあるか否かを判定する(ステップS18)。   When it is determined in step S16 that dVs_B_old is equal to or greater than the first threshold value dVs_B1, the determination unit 31 determines whether or not the output voltage Vs_B_old is in the second allowable range (Vs_B_min2 or more and Vs_B_max2 or less) ( Step S17). When it is determined in step S17 that the output voltage Vs_B_old is within the second allowable range, the determination unit 31 determines whether the output voltage Vs_B_old is within the first allowable range (Vs_B_min1 or more and Vs_B_max1 or less) (step S17). S18).

ステップS18において出力電圧Vs_B_oldが第1の許容範囲にあると判定された場合、ヒータ電力制御部22は、ヒータ15への電力供給を開始する(ステップS19)。次に、判定部31は、ルーチン2をコールする(ステップS30)。その後、フローチャートの実行が終了する。   When it is determined in step S18 that the output voltage Vs_B_old is within the first allowable range, the heater power control unit 22 starts supplying power to the heater 15 (step S19). Next, the determination unit 31 calls the routine 2 (step S30). Thereafter, the execution of the flowchart ends.

ステップS15においてdVs_B_oldが第2のしきい値dVs_B2以上であると判定されなかった場合、および、ステップS17において出力電圧Vs_B_oldが第2の許容範囲にあると判定されなかった場合、判定部31は、停止処理ルーチンをコールする(ステップS21)。それにより、酸素濃度検出の停止処理が実行される。その後、フローチャートの実行が終了する。   If it is not determined in step S15 that dVs_B_old is greater than or equal to the second threshold value dVs_B2, and if it is not determined in step S17 that the output voltage Vs_B_old is in the second allowable range, the determination unit 31 A stop processing routine is called (step S21). Thereby, the stop process of oxygen concentration detection is performed. Thereafter, the execution of the flowchart ends.

ステップS16においてdVs_B_oldが第1のしきい値dVs_B1以上であると判定されなかった場合、および、ステップS18において出力電圧Vs_B_oldが第1の許容範囲にあると判定されなかった場合、判定部31は、警告処理ルーチンをコールする(ステップS21)。それにより、ユーザへの警告処理が実行される。その後、フローチャートの実行が終了する。   If it is not determined in step S16 that dVs_B_old is greater than or equal to the first threshold value dVs_B1, and if it is not determined in step S18 that the output voltage Vs_B_old is in the first allowable range, the determination unit 31 A warning processing routine is called (step S21). Thereby, warning processing for the user is executed. Thereafter, the execution of the flowchart ends.

ステップS14においてdV_BがdVs_B_old以下であると判定されなかった場合、判定部31は、出力電圧dVs_B_oldにdVs_Bを代入する(ステップS23)。次に、判定部31は、512ms後にルーチン1をコールする(ステップS24)。その後、フローチャートの実行が終了する。このステップS14、S23およびS24の実行によって、dV_Bが最大値を示すまでルーチン1がコールされる。   If it is not determined in step S14 that dV_B is equal to or lower than dVs_B_old, the determination unit 31 substitutes dVs_B for the output voltage dVs_B_old (step S23). Next, the determination unit 31 calls the routine 1 after 512 ms (step S24). Thereafter, the execution of the flowchart ends. By executing the steps S14, S23 and S24, the routine 1 is called until dV_B shows the maximum value.

図5のフローチャートにおいてルーチン2がコールされた場合、図6のフローチャートが実行される。図6を参照して、判定部31は、出力電圧Vs_Cを電流電圧変換部23から読み込む(ステップS31)。次に、出力電圧Vs_Cの時間変化率dVs_Cに(出力電圧Vs_C−出力電圧Vs_C_old)を代入する(ステップS32)。出力電圧Vs_C_oldは、前回のフローチャート実行時に与えられる値である。次いで、判定部31は、出力電圧Vs_C_oldに出力電圧Vs_Cを代入する(ステップS33)。   When the routine 2 is called in the flowchart of FIG. 5, the flowchart of FIG. 6 is executed. With reference to FIG. 6, the determination part 31 reads the output voltage Vs_C from the current-voltage conversion part 23 (step S31). Next, (output voltage Vs_C−output voltage Vs_C_old) is substituted into the time change rate dVs_C of the output voltage Vs_C (step S32). The output voltage Vs_C_old is a value given when the previous flowchart is executed. Next, the determination unit 31 substitutes the output voltage Vs_C for the output voltage Vs_C_old (step S33).

次に、判定部31は、dV_CがdVs_C_old以下であるか否かを判定する(ステップS34)。dVs_C_oldは、前回のフローチャートの実行時に与えられる値である。ステップS34においてdV_CがdVs_C_old以下であると判定された場合、判定部31は、dVs_C_oldが第2のしきい値dVs_C2以上であるか否かを判定する(ステップS35)。ステップS35においてdVs_C_oldが第2のしきい値dVs_C2以上であると判定された場合、判定部31は、dVs_C_oldが第1のしきい値dVs_C1以上であるか否かを判定する(ステップS36)。   Next, the determination unit 31 determines whether dV_C is equal to or lower than dVs_C_old (step S34). dVs_C_old is a value given when the previous flowchart is executed. When it is determined in step S34 that dV_C is equal to or less than dVs_C_old, the determination unit 31 determines whether dVs_C_old is equal to or greater than a second threshold value dVs_C2 (step S35). When it is determined in step S35 that dVs_C_old is equal to or greater than the second threshold value dVs_C2, the determination unit 31 determines whether dVs_C_old is equal to or greater than the first threshold value dVs_C1 (step S36).

ステップS36においてdVs_C_oldが第1のしきい値dVs_C1以上であると判定された場合、判定部31は、時間T_Vsが第2のしきい値T_Vs2以上であるか否かを判定する(ステップS37)。ステップS37において時間T_Vsが第2のしきい値T_Vs2以上であると判定された場合、判定部31は、時間T_Vsが第1のしきい値T_Vs1以上であるか否かを判定する(ステップS38)。ステップS38において時間T_Vsが第1のしきい値T_Vs1以上であると判定された場合、フローチャートの実行は終了する。   When it is determined in step S36 that dVs_C_old is equal to or greater than the first threshold value dVs_C1, the determination unit 31 determines whether the time T_Vs is equal to or greater than the second threshold value T_Vs2 (step S37). When it is determined in step S37 that the time T_Vs is equal to or greater than the second threshold T_Vs2, the determination unit 31 determines whether or not the time T_Vs is equal to or greater than the first threshold T_Vs1 (step S38). . If it is determined in step S38 that the time T_Vs is equal to or greater than the first threshold value T_Vs1, the execution of the flowchart ends.

ステップS35においてdVs_C_oldが第2のしきい値dVs_C2以上であると判定されなかった場合、および、ステップS37において時間T_Vsが第2のしきい値時間T_Vs_2以上であると判定されなかった場合、判定部31は、停止処理ルーチンをコールする(ステップS39)。それにより、酸素濃度検出の停止処理が実行される。その後、フローチャートの実行が終了する。   If it is not determined in step S35 that dVs_C_old is greater than or equal to the second threshold value dVs_C2, and if it is not determined in step S37 that the time T_Vs is greater than or equal to the second threshold time T_Vs_2, the determination unit 31 calls a stop processing routine (step S39). Thereby, the stop process of oxygen concentration detection is performed. Thereafter, the execution of the flowchart ends.

ステップS36においてdVs_C_oldが第1のしきい値dVs_C1以上であると判定されなかった場合、および、ステップS38において出力電圧Vs_B_oldが第1のしきい値T_Vs_1以上であると判定されなかった場合、判定部31は、警告処理ルーチンをコールする(ステップS40)。それにより、ユーザへの警告処理が実行される。その後、フローチャートの実行が終了する。   If it is not determined in step S36 that dVs_C_old is greater than or equal to the first threshold value dVs_C1, and if it is not determined in step S38 that the output voltage Vs_B_old is greater than or equal to the first threshold value T_Vs_1, 31 calls a warning processing routine (step S40). Thereby, warning processing for the user is executed. Thereafter, the execution of the flowchart ends.

ステップS34においてdV_CがdVs_C_old以下であると判定されなかった場合、判定部31は、dVs_C_oldにdV_Cを代入する(ステップS41)。次に、判定部31は、時間T_Vsに時間T_Vs+1を代入する(ステップS42)。次いで、判定部31は、512ms後にルーチン1をコールする(ステップS43)。その後、フローチャートの実行が終了する。ステップS34、S41〜S43の実行によって、dVs_Cが最大値を示すまでルーチン2がコールされる。   If it is not determined in step S34 that dV_C is equal to or less than dVs_C_old, the determination unit 31 substitutes dV_C for dVs_C_old (step S41). Next, the determination unit 31 substitutes time T_Vs + 1 for time T_Vs (step S42). Next, the determination unit 31 calls the routine 1 after 512 ms (step S43). Thereafter, the execution of the flowchart ends. By executing steps S34 and S41 to S43, routine 2 is called until dVs_C shows the maximum value.

図4〜図6のフローチャートによれば、酸素センサ10への電圧印加前における酸素センサ10の出力に基づいて、出力処理回路20のアース電位に異常が生じているか否かを判定することができる。また、酸素センサ10の出力の時間変化率に基づいて、酸素センサ10または出力処理回路20のいずれに異常が生じているか判定することができる。また、酸素濃度0%の出力値を補正することができる。ヒータ15への電力供給が開始された後の酸素センサ10の出力の時間変化率に基づいて、酸素センサ10の応答性に異常が生じているか否かを判定することができる。さらに、ヒータ15への電力供給が開始された後に酸素センサ10の出力の時間変化率が所定値に到達するまでの時間に基づいて、酸素センサ10の熱容量およびヒータ15に異常が生じているか否かを判定することができる。   According to the flowcharts of FIGS. 4 to 6, it is possible to determine whether an abnormality has occurred in the ground potential of the output processing circuit 20 based on the output of the oxygen sensor 10 before voltage application to the oxygen sensor 10. . Further, based on the time change rate of the output of the oxygen sensor 10, it can be determined whether the oxygen sensor 10 or the output processing circuit 20 is abnormal. Further, the output value with an oxygen concentration of 0% can be corrected. Based on the time change rate of the output of the oxygen sensor 10 after the power supply to the heater 15 is started, it can be determined whether or not there is an abnormality in the responsiveness of the oxygen sensor 10. Further, whether or not an abnormality has occurred in the heat capacity of the oxygen sensor 10 and the heater 15 based on the time until the time change rate of the output of the oxygen sensor 10 reaches a predetermined value after the power supply to the heater 15 is started. Can be determined.

図7は、実施例2に係る燃料電池システム100の全体構成を説明するためのブロック図である。燃料電池システム100は、酸素センサ10、改質器40、燃料電池50、炭化水素燃料ポンプ71、エアポンプ73、凝縮水ポンプ74、制御部80等を備える。   FIG. 7 is a block diagram for explaining the overall configuration of the fuel cell system 100 according to the second embodiment. The fuel cell system 100 includes an oxygen sensor 10, a reformer 40, a fuel cell 50, a hydrocarbon fuel pump 71, an air pump 73, a condensed water pump 74, a control unit 80, and the like.

改質器40は、改質部41および加熱部42を備える。燃料電池50は、カソード51とアノード52とによって電解質が挟持された構造を有する。炭化水素燃料ポンプ71は、炭化水素を改質部41に供給するためのポンプである。エアポンプ73は、カソード51にエアを供給するためのポンプである。凝縮水ポンプ74は、凝縮水タンク61に蓄えられた凝縮水を改質部41に供給するためのポンプである。炭化水素燃料ポンプ71には、フローメータ72が設けられている。   The reformer 40 includes a reforming unit 41 and a heating unit 42. The fuel cell 50 has a structure in which an electrolyte is sandwiched between a cathode 51 and an anode 52. The hydrocarbon fuel pump 71 is a pump for supplying hydrocarbons to the reforming unit 41. The air pump 73 is a pump for supplying air to the cathode 51. The condensed water pump 74 is a pump for supplying condensed water stored in the condensed water tank 61 to the reforming unit 41. The hydrocarbon fuel pump 71 is provided with a flow meter 72.

酸素センサ10は、実施例1と同様の構造を有する。制御部80は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)等から構成され、実施例1に係る出力処理回路20および異常検出装置30を有する。   The oxygen sensor 10 has the same structure as that of the first embodiment. The control unit 80 includes a CPU (central processing unit), a ROM (read only memory), a RAM (random access memory), and the like, and includes the output processing circuit 20 and the abnormality detection device 30 according to the first embodiment.

次に、燃料電池システム100の動作の概略について説明する。まず、炭化水素燃料ポンプ71は、制御部80の指示に従って炭化水素燃料を改質部41に供給する。この場合、制御部80は、フローメータ72の検出結果に応じて炭化水素燃料ポンプ71の回転数を制御する。凝縮水ポンプ74は、制御部80の指示に従って、凝縮水を改質部41に供給する。   Next, an outline of the operation of the fuel cell system 100 will be described. First, the hydrocarbon fuel pump 71 supplies hydrocarbon fuel to the reforming unit 41 in accordance with an instruction from the control unit 80. In this case, the control unit 80 controls the rotational speed of the hydrocarbon fuel pump 71 according to the detection result of the flow meter 72. The condensed water pump 74 supplies condensed water to the reforming unit 41 in accordance with an instruction from the control unit 80.

改質部41においては、炭化水素燃料と凝縮水とによって炭化水素燃料の水蒸気改質反応が進行する。水蒸気改質反応によって、水素を含む改質ガスが生成される。この改質ガスは、燃料電池50のアノード52に供給される。   In the reforming unit 41, the steam reforming reaction of the hydrocarbon fuel proceeds by the hydrocarbon fuel and the condensed water. A reformed gas containing hydrogen is generated by the steam reforming reaction. This reformed gas is supplied to the anode 52 of the fuel cell 50.

エアポンプ73は、制御部80の指示に従って、エアをカソード51に供給する。燃料電池50においては、カソード51に供給された酸素とアノード52に供給された水素とによって発電反応が進行する。カソード51から排出されるカソードオフガスおよびアノード52から排出されるアノードオフガスは、加熱部42に供給される。   The air pump 73 supplies air to the cathode 51 in accordance with instructions from the control unit 80. In the fuel cell 50, the power generation reaction proceeds by the oxygen supplied to the cathode 51 and the hydrogen supplied to the anode 52. The cathode off gas discharged from the cathode 51 and the anode off gas discharged from the anode 52 are supplied to the heating unit 42.

カソードオフガスには、酸素が含まれる。アノードオフガスには、水素、一酸化炭素等の燃料が含まれる。それにより、加熱部42においては、アノードオフガスに含まれる燃料がカソードオフガスに含まれる酸素を用いて燃焼する。この燃焼によって得られた燃焼熱は、改質部41に与えられる。それにより、吸熱反応の水蒸気改質反応を促進することができる。   The cathode off gas contains oxygen. The anode off gas includes fuel such as hydrogen and carbon monoxide. Thereby, in the heating part 42, the fuel contained in the anode off gas burns using the oxygen contained in the cathode off gas. The combustion heat obtained by this combustion is given to the reforming unit 41. Thereby, the steam reforming reaction of endothermic reaction can be promoted.

加熱部42から排出されるオフガスは、熱交換器62を通過する。熱交換器62には、水道水等の冷却媒体が供給される。それにより、加熱部42からのオフガス中の水蒸気が凝縮して液水となり、凝縮水タンク61に流入する。   The off gas discharged from the heating unit 42 passes through the heat exchanger 62. A cooling medium such as tap water is supplied to the heat exchanger 62. Thereby, the water vapor in the off-gas from the heating unit 42 is condensed to become liquid water and flows into the condensed water tank 61.

酸素センサ10は、加熱部42からのオフガス中の酸素濃度を検出して、制御部80にその検出結果を与える。制御部80は、酸素センサ10の検出結果に基づいて、エアポンプ73からカソード51に供給される酸素量を制御する。制御部80に備わる異常検出装置30を用いることによって酸素センサ10の酸素濃度検出精度が向上することから、エアポンプ73に対するフローメータの設置の必要性が低下する。それにより、燃料電池システム100の低コスト化を図ることができる。また、酸素センサ10が加熱部42と熱交換器62との間に配置されていることから、加熱部42からのオフガスの熱を利用して酸素センサ10を加熱することができる。それにより、ヒータ15の消費電力を抑制することができる。   The oxygen sensor 10 detects the oxygen concentration in the off gas from the heating unit 42 and gives the detection result to the control unit 80. The control unit 80 controls the amount of oxygen supplied from the air pump 73 to the cathode 51 based on the detection result of the oxygen sensor 10. Since the oxygen concentration detection accuracy of the oxygen sensor 10 is improved by using the abnormality detection device 30 provided in the control unit 80, the necessity of installing a flow meter with respect to the air pump 73 is reduced. Thereby, cost reduction of the fuel cell system 100 can be achieved. In addition, since the oxygen sensor 10 is disposed between the heating unit 42 and the heat exchanger 62, the oxygen sensor 10 can be heated using the heat of off-gas from the heating unit 42. Thereby, the power consumption of the heater 15 can be suppressed.

なお、本実施例においては、エアポンプ73からカソード51および加熱部42を通る配管が第1配管に相当し、炭化水素燃料ポンプ71から改質部41、アノード52および加熱部42を通る配管が第2配管に相当する。   In this embodiment, the piping from the air pump 73 through the cathode 51 and the heating unit 42 corresponds to the first piping, and the piping from the hydrocarbon fuel pump 71 through the reforming unit 41, the anode 52 and the heating unit 42 is the first piping. It corresponds to 2 pipes.

実施例1に係る異常検出装置の構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the abnormality detection apparatus which concerns on Example 1. FIG. 酸素センサに電圧を印加する場合の、電流電圧変換部の出力と経過時間との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the output of an electric current voltage conversion part, and elapsed time when applying a voltage to an oxygen sensor. 酸素センサに電圧を印加する場合の電流電圧変換部の出力電圧値とその出力電圧値の時間変化率と経過時間との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the output voltage value of the current-voltage conversion part in the case of applying a voltage to an oxygen sensor, the time change rate of the output voltage value, and elapsed time. 検出装置による酸素センサの異常検出の際に実行されるフローチャートの一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the flowchart performed in the case of abnormality detection of the oxygen sensor by a detection apparatus. 検出装置による酸素センサの異常検出の際に実行されるフローチャートの一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the flowchart performed in the case of abnormality detection of the oxygen sensor by a detection apparatus. 検出装置による酸素センサの異常検出の際に実行されるフローチャートの一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the flowchart performed in the case of abnormality detection of the oxygen sensor by a detection apparatus. 実施例2に係る燃料電池システムの全体構成を説明するためのブロック図である。6 is a block diagram for explaining an overall configuration of a fuel cell system according to Embodiment 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 酸素センサ
11 電解質
12 アノード
13 カソード
14 多孔質基板
15 ヒータ
20 検出装置
21 印加電圧制御部
22 ヒータ電力制御部
23 電流電圧変換部
24,25 センサシールド判定部
31 判定部
32 記憶部
40 改質器
41 改質部
42 加熱部
50 燃料電池
51 カソード
52 アノード
80 制御部
100 燃料電池システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Oxygen sensor 11 Electrolyte 12 Anode 13 Cathode 14 Porous board | substrate 15 Heater 20 Detection apparatus 21 Applied voltage control part 22 Heater electric power control part 23 Current-voltage conversion part 24,25 Sensor shield determination part 31 Determination part 32 Memory | storage part 40 Reformer 41 reforming unit 42 heating unit 50 fuel cell 51 cathode 52 anode 80 control unit 100 fuel cell system

Claims (14)

ヒータによる加熱によって起動する限界電流式の酸素センサの出力を処理する出力処理回路と、
前記ヒータによって加熱される前かつ前記酸素センサへの電圧印加前に、前記酸素センサの出力に基づいて前記出力処理回路のアース電位の異常を判定する判定部と、を備え
前記判定部は、前記酸素センサへの電圧印加後かつ前記ヒータによる加熱前における前記酸素センサの出力の時間変化率に基づいて、前記出力処理回路の異常を判定することを特徴とする異常検出装置。
An output processing circuit that processes the output of a limiting current type oxygen sensor that is activated by heating with a heater;
A determination unit for determining an abnormality in the ground potential of the output processing circuit based on an output of the oxygen sensor before being heated by the heater and before applying a voltage to the oxygen sensor ;
The determination unit determines an abnormality of the output processing circuit based on a time change rate of an output of the oxygen sensor after applying a voltage to the oxygen sensor and before heating by the heater. .
前記判定部は、前記酸素センサへの電圧印加後かつ前記ヒータによる加熱前における前記酸素センサの出力の時間変化率の最大値に基づいて、前記出力処理回路の異常を判定することを特徴とする請求項1記載の異常検出装置。 The determination unit determines abnormality of the output processing circuit based on a maximum value of a time change rate of an output of the oxygen sensor after voltage application to the oxygen sensor and before heating by the heater. The abnormality detection device according to claim 1. 前記判定部は、前記酸素センサへの電圧印加後における前記酸素センサの出力の時間変化率が最大値に到達した後の前記酸素センサの出力に基づいて、前記酸素センサの異常を判定することを特徴とする請求項1記載の異常検出装置。   The determination unit determines an abnormality of the oxygen sensor based on an output of the oxygen sensor after a time change rate of the output of the oxygen sensor after applying a voltage to the oxygen sensor reaches a maximum value. The abnormality detection device according to claim 1, wherein 前記酸素センサの出力の時間変化率が最大値に到達した後の前記酸素センサの出力に基づいて前記酸素センサの異常が生じていると判定されなかった場合に、前記酸素センサの出力を、酸素濃度0%の出力として記憶する記憶部をさらに備えることを特徴とする請求項3記載の異常検出装置。 When it is not determined that an abnormality of the oxygen sensor has occurred based on the output of the oxygen sensor after the time change rate of the output of the oxygen sensor reaches the maximum value, the output of the oxygen sensor is The abnormality detection device according to claim 3 , further comprising a storage unit that stores an output having a concentration of 0%. 前記判定部は、前記酸素センサへの電圧印加後かつ前記ヒータへの電力供給が開始された後の前記酸素センサの出力の時間変化率に基づいて、前記酸素センサの異常を判定することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の異常検出装置。 The determination unit determines abnormality of the oxygen sensor based on a time change rate of an output of the oxygen sensor after voltage application to the oxygen sensor and power supply to the heater is started. The abnormality detection device according to any one of claims 1 to 4 . 前記判定部は、前記酸素センサへの電圧印加後かつ前記ヒータへの電力供給が開始された後に前記酸素センサの出力の時間変化率が所定値に到達するまでの時間に基づいて、前記酸素センサおよび前記ヒータの少なくともいずれか一方の異常を判定することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の異常検出装置。 The determination unit is configured to detect the oxygen sensor based on a time until a time change rate of the output of the oxygen sensor reaches a predetermined value after the voltage is applied to the oxygen sensor and the power supply to the heater is started. The abnormality detection device according to claim 1, wherein an abnormality of at least one of the heater and the heater is determined. 酸素と水素との化学反応によって発電する燃料電池と、
前記燃料電池のカソードを通過する第1配管と、
前記燃料電池のアノードを通過する第2配管と、
前記第1配管または前記第2配管のいずれかの位置に配置され、ヒータによる加熱によって起動する限界電流式の酸素センサと、
請求項1〜6のいずれかに記載の異常検出装置と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates electricity by a chemical reaction between oxygen and hydrogen;
A first pipe passing through the cathode of the fuel cell;
A second pipe passing through the anode of the fuel cell;
A limiting current type oxygen sensor which is arranged at any position of the first pipe or the second pipe and is activated by heating by a heater;
A fuel cell system comprising the abnormality detection device according to claim 1 .
炭化水素燃料から水素を生成する改質部に対して燃料の燃焼によって加熱する加熱部をさらに備え、
前記第1配管および前記第2配管の少なくとも一方が前記加熱部に接続され、
前記酸素センサは、前記加熱部の排気ガス配管に配置されることを特徴とする請求項7記載の燃料電池システム。
A heating unit that heats the reforming unit that generates hydrogen from the hydrocarbon fuel by burning the fuel;
At least one of the first pipe and the second pipe is connected to the heating section;
The fuel cell system according to claim 7 , wherein the oxygen sensor is disposed in an exhaust gas pipe of the heating unit.
ヒータによる加熱によって起動する限界電流式の酸素センサが前記ヒータによって加熱される前かつ前記酸素センサへの電圧印加前に、前記酸素センサの出力に基づいて、前記酸素センサの出力を処理する出力処理回路のアース電位の異常を判定する判定ステップを含み、
前記判定ステップにおいて、前記酸素センサへの電圧印加後かつ前記ヒータによる加熱前における前記酸素センサの出力の時間変化率に基づいて、前記出力処理回路の異常を判定することを特徴とする異常検出方法。
Output processing for processing the output of the oxygen sensor based on the output of the oxygen sensor before the limiting current type oxygen sensor activated by heating by the heater is heated by the heater and before the voltage is applied to the oxygen sensor It looks including the determination step of determining an abnormality of the ground potential of the circuit,
In the determining step, an abnormality of the output processing circuit is determined based on a time change rate of an output of the oxygen sensor after applying a voltage to the oxygen sensor and before heating by the heater. .
前記判定ステップにおいて、前記酸素センサへの電圧印加後かつ前記ヒータによる加熱前における前記酸素センサの出力の時間変化率の最大値に基づいて、前記出力処理回路の異常を判定することを特徴とする請求項9記載の異常検出方法。 In the determination step, abnormality of the output processing circuit is determined based on a maximum value of a time change rate of the output of the oxygen sensor after voltage application to the oxygen sensor and before heating by the heater. The abnormality detection method according to claim 9 . 前記判定ステップにおいて、前記酸素センサへの電圧印加後における前記酸素センサの出力の時間変化率が最大値に到達した後の前記酸素センサの出力に基づいて、前記酸素センサの異常を判定することを特徴とする請求項9記載の異常検出方法。 In the determination step, the abnormality of the oxygen sensor is determined based on the output of the oxygen sensor after the time change rate of the output of the oxygen sensor after the voltage application to the oxygen sensor reaches a maximum value. The abnormality detection method according to claim 9, wherein: 前記酸素センサの出力の時間変化率が最大値に到達した後の前記酸素センサの出力に基づいて前記酸素センサの異常が生じていると判定されなかった場合に、前記酸素センサの出力を、酸素濃度0%の出力として記憶する記憶ステップをさらに含むことを特徴とする請求項11記載の異常検出方法。 When it is not determined that an abnormality of the oxygen sensor has occurred based on the output of the oxygen sensor after the time change rate of the output of the oxygen sensor reaches the maximum value, the output of the oxygen sensor is The abnormality detection method according to claim 11 , further comprising a storage step of storing as an output having a concentration of 0%. 前記判定ステップにおいて、前記酸素センサへの電圧印加後かつ前記ヒータへの電力供給が開始された後の前記酸素センサの出力の時間変化率に基づいて、前記酸素センサの異常を判定することを特徴とする請求項9〜12のいずれかに記載の異常検出方法。 In the determination step, the abnormality of the oxygen sensor is determined based on a time change rate of an output of the oxygen sensor after voltage application to the oxygen sensor and power supply to the heater is started. The abnormality detection method according to any one of claims 9 to 12 . 前記判定ステップにおいて、前記酸素センサへの電圧印加後かつ前記ヒータへの電力供給が開始された後に前記酸素センサの出力の時間変化率が所定値に到達するまでの時間に基づいて、前記酸素センサおよび前記ヒータの少なくともいずれか一方の異常を判定することを特徴とする請求項9〜13のいずれかに記載の異常検出方法。 In the determination step, based on the time until the time change rate of the output of the oxygen sensor reaches a predetermined value after the voltage is applied to the oxygen sensor and the power supply to the heater is started, the oxygen sensor The abnormality detection method according to claim 9, wherein an abnormality of at least one of the heater and the heater is determined.
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