专利名称：氧传感器控制器和氧传感器控制方法
技术领域：
本发明涉及一种氧传感器控制器和氧传感器控制方法。
背景技术：
氧传感器用于检测大气中的氧浓度。当氧传感器异常时，难以准确地检测氧浓度。 由此，公开了这样一种技术，当氧传感器暴露于空气时，基于传感器输出来修正氧传感器的输出值(例如，见日本专利申请公布No. 5-172329 (JP-A-5-172329))。在高温范围中，氧传感器具有高响应和宽氧浓度检测范围。因此，期望的是在高温范围中使用氧传感器。然而，当氧传感器维持在高温时，可能发生劣化。当氧传感器用作汽车的A/F传感器等时，如果认为固定燃料电池的使用寿命是十年，并且考虑到汽车的使用方式——也就是说——汽车很少被连续使用24小时的事实，则氧传感器所需的使用寿命被推定为固定燃料电池的使用寿命的一小部分或更低。在这种情况下，即便当氧传感器维持在高温时，氧传感器的劣化也不是大问题。但是，当氧传感器被用于要求使用寿命约为十万小时的固定燃料电池时，由于高温而造成的氧传感器劣化变成了大问题。那么，可以设想的是当使用氧传感器时将氧传感器的温度维持在低温。但是，在低温范围中，氧传感器具有低响应和窄氧浓度检测范围。因此，在低温范围中，当校准氧传感器输出时，校准精度降低。
发明内容
本发明提供一种氧传感器控制器和氧传感器控制方法，该氧传感器控制器和氧传感器控制方法可以在抑制氧传感器劣化的同时以高精度校准氧传感器的输出。本发明的第一方面涉及氧传感器控制器。该氧传感器控制器包括氧传感器，其对来自燃烧燃料电池的阳极尾气的燃烧室的排气中的氧浓度进行检测；温度控制单元，其将氧传感器温度调整到目标温度；以及校准单元，其校准氧传感器的输出。温度控制单元具有多个目标温度，当校准单元校准氧传感器的输出时，从多个目标温度之中选择高于或等于第一预定温度的校准目标温度，并在燃料电池的发电期间，从多个目标温度之中选择低于校准目标温度的目标温度。在氧传感器控制器中，在正常发电期间氧传感器的目标温度低， 所以氧传感器的劣化被抑制。此外，当校准单元校准氧传感器的输出时，氧传感器的目标温度高，所以可以以高精度校准氧传感器的输出。从以上描述，可以在抑制氧传感器劣化的同时以高精度校准氧传感器的输出。在氧传感器控制器中，基于暴露于空气的氧传感器的输出，校准单元可以校准氧传感器的输出。氧传感器控制器可以进一步包括空气供应单元，其将空气供应给燃烧室； 以及扫气控制单元，其执行控制使得当校准氧传感器的输出时，空气供应单元将空气供应给燃烧室。校准单元可以获得由氧传感器检测的空气中的氧浓度以及氧传感器的温度，并且温度控制单元可以基于由校准单元获得的空气中氧浓度和氧传感器温度之间的关系将第一预定温度设定到最小温度，在该最小温度或之上氧传感器可以检测空气中的氧浓度。在这种情况下，氧传感器的目标温度可以设定得低。因此，可以抑制氧传感器的劣化。在氧传感器控制器中，温度控制单元可以将校准目标温度设定到第一预定温度。在氧传感器控制器中，基于更新的校准目标温度，在燃料电池发电期间，温度控制单元可以修正目标温度。在这种情况下，可以基于氧传感器劣化的状态来更新目标温度。氧传感器控制器可以进一步包括报警单元，该报警单元在由温度控制单元更新的校准目标温度高于或等于第二预定温度时向用户报警，其中第二预定温度高于第一预定温度。氧传感器控制器可以进一步包括暖机确定单元，其确定氧传感器的暖机是否完成，其中第一预定温度可以是暖机确定单元确定氧传感器的暖机完成的暖机完成温度。在氧传感器控制器中，当在氧传感器的输出增加或减小收敛至预定范围内时，暖机确定单元可以确定氧传感器的暖机完成。在氧传感器控制器中，当在燃料电池启动时刻燃烧室被扫气时，校准单元可以校准氧传感器的输出。在氧传感器控制器中，当在燃料电池的操作停止时刻燃烧室被扫气时，校准单元可以校准氧传感器的输出。在氧传感器控制器中，当燃料电池上的负载低于或等于预定值时，校准单元可以校准氧传感器的输出。在氧传感器控制器中，当从前次校准氧传感器的输出起已经流逝了预定时间段时，校准单元可以停止燃料电池的操作， 并校准氧传感器的输出。本发明的第二方面涉及一种氧传感器控制方法。该氧传感器控制方法包括将氧传感器的温度调整到目标温度，其中所述氧传感器对来自燃烧燃料电池的阳极尾气的燃烧室的排气中的氧浓度进行检测；以及校准氧传感器的输出，其中，当氧传感器温度被调整到目标温度时，多个目标温度被设定，当校准氧传感器的输出时，从多个目标温度之中选择高于或等于第一预定温度的校准目标温度，并且在燃料电池发电期间，从多个目标温度之中选择低于校准目标温度的目标温度。在氧传感器控制方法中，在正常发电期间氧传感器的目标温度低，所以氧传感器的劣化被抑制。此外，当校准氧传感器的输出时，氧传感器的目标温度高，所以可以以高精度校准氧传感器的输出。从以上描述，可以在抑制氧传感器劣化的同时以高精度校准氧传感器的输出。在氧传感器控制方法中，基于暴露于空气的氧传感器的输出，氧传感器的输出可以被校准。氧传感器控制方法可以进一步包括获得由氧传感器检测到的空气中氧浓度以及氧传感器的温度；以及基于获得的空气中的氧浓度和获得的氧传感器的温度之间的关系，将第一预定温度设定至最小温度，在该最小温度处或之上氧传感器可以检测空气中的氧浓度。在这种情况下，氧传感器的目标温度可以设定得低。因此，可以抑制氧传感器的劣化。在氧传感器控制方法中，温度控制单元可以将校准目标温度设定至第一预定温度。氧传感器控制方法可以进一步包括基于更新的校准目标温度，在燃料电池的发电期间修正目标温度。在这种情况下，可以基于氧传感器的劣化状态来更新目标温度。氧传感器控制方法可以进一步包括在更新的校准目标温度高于或等于第二预定温度时向用户报警，其中第二预定温度高于第一预定温度。在氧传感器控制方法中，当在燃料电池启动时刻燃烧室被扫气时，可以校准氧传感器的输出。在氧传感器控制方法中，当在燃料电池操作停止时刻燃烧室被扫气时，可以校准氧传感器的输出。在氧传感器控制方法中，当燃料电池上的负载低于或等于预定值时，可以校准氧传感器的输出。在氧传感器控制方法中，当从前次校准氧传感器输出起已经流逝了预定时间段时，可以停止燃料电池的操作，并校准氧传感器的输出。
本发明的上述方面提供一种氧传感器控制器和氧传感器控制方法，该氧传感器控制器和氧传感器控制方法可以在抑制氧传感器劣化的同时以高精度校准氧传感器的输出。
本发明前述的以及更进一步的目标、特征以及优点将通过下面参考附图的示范性实施例的描述而变得清晰，其中相同的附图标记用于表示相同的部件，并且其中图1是示出的是燃料电池系统整体构造的示意图，其中根据本发明实施例的氧传感器控制器应用于该燃料电池系统；图2是用于说明根据本发明实施例的氧传感器的细节的横截面示意图；图3A是用于说明氧传感器特性的曲线图；图3B是用于说明氧传感器特性的曲线图；图4A是示出根据本发明实施例的在燃料电池系统启动时刻执行的流程图的示例的视图；图4B是示出根据本发明实施例的在燃料电池系统停止时刻执行的流程图的示例的视图；图5是示出根据本发明实施例的在燃料电池发电期间执行的流程图的示例的视图；图6A是示出根据本发明实施例的传感器校准程序的示例的流程图；以及图6B是用于说明氧传感器特性的曲线图。
具体实施例方式在下文中，将描述本发明的实施例。图1是示出燃料电池系统100整体构造的示意图，其中根据本实施例的氧传感器控制器应用于该燃料电池系统。如图1所示，燃料电池系统100包括控制单元10、阳极材料供应单元20、重整水供应单元30、阴极空气供应单元40、重整器50、燃料电池60、氧传感器 70、热交换器80以及报警装置90。阳极材料供应单元20包括用于给重整单元51供应诸如碳氢化合物的燃料气体的燃料泵等。重整水供应单元30包括重整水箱31、重整水泵32等。重整水箱31储存重整单元51中用于重整反应所必需的重整水。重整水泵32用于向重整单元51供应储存在重整水箱31中的重整水。阴极空气供应单元40包括用于向阴极61供应诸如空气的氧化剂气体的空气泵等。重整器50包括重整单元51和燃烧室52。燃料电池60具有使电解质保持在阴极 61和阳极62之间的结构。报警装置90用于向用户等发出注意、警告等的报警。控制单元 10由中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)等来形成。接着，将描述燃料电池系统100操作的概况。根据来自控制单元10的指令，阳极材料供应单元20给重整单元51供应必要量的燃料气体。根据控制单元10的指令，重整水泵32给重整单元51供应必要量的重整水。通过使用产生于燃烧室52的热进行的重整反应，重整单元51从燃料气体和重整水中产生氢。产生的氢供应给阳极62。根据控制单元10的指令，阴极空气供应单元40向阴极61供应必要量的阴极空气。通过上面的操作，电力在燃料电池60中产生。从阴极61释放的阴极尾气和从阳极62 释放的阳极尾气都流入到燃烧室52中。在燃烧室52中，阳极尾气与在阴极尾气中包含的氧进行燃烧。通过燃烧获得的热传递给重整单元51。以这种方式，在燃料电池系统100中，在阳极尾气中包含的氢、一氧化碳等可以在燃烧室52中燃烧。氧传感器70检测在从燃烧室52排放的排气中包含的氧浓度，并将检测结果传输给控制单元10。基于氧传感器70检测到的结果，控制单元10能够获得在阳极尾气中包含的诸如氢、一氧化碳等的可燃气体的燃烧程度。热交换器80在自来水和从燃烧室52排放的排气之间交换热。从经过热交换的排气中获得的凝缩水储存在重整水箱31。当氧传感器70的目标温度高于或等于预定值时，报警装置90向用户等发出注意、警告等报警，该报警提示检查燃料电池系统100、更换氧传感器70等。图2是用于说明氧传感器70细节的横截面图。如图2所示，氧传感器70是限制电流氧传感器。氧传感器70具如下结构在电解质71的一个表面提供阳极72，在电解质 71的另一个表面提供阴极73，并且具有小孔的多孔衬底74被布置为覆盖阴极73。加热器 75布置在电解质71中。另外，电阻传感器76连接到电解质71。电解质71由诸如氧化锆的氧离子传导性电解质来形成。阳极72和阴极73由例如钼制成。阳极72和阴极73经由布线形成外部电路。外部电路包括电源77和电流表78。 多孔衬底74由诸如多孔氧化铝制成。加热器75由例如钼薄膜等形成。电阻传感器76检测电解质71的阻抗以由此检测电解质71的电阻。接着，将描述控制单元10对氧传感器70执行的控制。控制单元10向加热器75 供应电力来加热电解质71。同时，基于电阻传感器76的检测结果，控制单元10获得电解质 71的电阻。电解质71的电阻与电解质71的温度具有相关性。基于这种相关性，控制单元 10获得电解质71的温度。例如，通过反馈控制，控制单元10将电解质71的温度调整到目标温度。注意，在以下的描述中，“氧传感器70的温度”与电解质71的温度是同义的。在电解质71的温度达到预定值后，控制单元10控制电源77，使得正电压施加到阳极72。因为由电源77向阳极72施加正电压，根据下面的公式(1)，在阴极73中氧变成氧离子，并且该氧离子经由电解质71传导。根据下面的公式(2)，在阳极72中，氧离子变成氧分子。02+4e" = 202- (1)202- = 02+4e" (2)传输给阴极73的氧量由多孔衬底74的小孔来控制，因此基于多孔衬底74的小孔中扩散的氧气量，来确定由公式(1)和公式(2)的反应产生的电流(也就是，限制电流)。 基于多孔衬底74之外的氧浓度，来确定氧气的扩散量。基于电流表78检测到的值，控制单元10获得氧传感器70的输出电流。该氧传感器70的输出电流与氧浓度成比例。基于这种比例性，控制单元10检测氧传感器70所暴露环境的氧浓度。注意，基于通过放大和转换电流表78检测的电流而得到的电压，控制单元 10可以检测氧传感器70所暴露环境的氧浓度。另外，在燃料电池系统100启动时刻、燃料电池系统100停止时刻以及燃料电池系统100发电期间，控制单元10校准氧传感器的输出以计算随后将要描述的校准因子J。稍后将描述氧传感器70的输出的校准细节。接着，将描述氧传感器70的特性。图3A示出氧传感器70所暴露环境的氧浓度和氧传感器70的限制电流之间的关系。在图3A中，使用将1限定为100%时的数值来指示氧浓度。图3B示出施加到氧传感器70的电解质71的电压与限制电流之间的关系。如图3A所示，限制电流随着氧浓度的增加而成比例地增加。因此，通过检测限制电流，可以检测氧浓度。但是，当氧浓度等于或高于预定值时，限制电流增加的速率降低。因此，氧传感器70检测到的氧浓度具有上限。当温度增加时，该上限更高。如图3B所示，随着施加到电解质71的电压增加，限制电流增加。但是，当氧传感器70的温度降低时，对于施加的电压，限制电流的增加速率降低。在图3B中，当氧传感器 70的温度高时(例如，约700°C)，甚至在施加电压约为0. 4V时空气中的氧浓度可以被检测到。另一方面，当氧传感器70的温度低时(例如，500°C)，在施加电压约为0.4V时可以被检测到的氧浓度为约10%。因此，为了扩大氧浓度测量范围，可以想到的是增加施加到电解质71的电压。在这种情况下，即便当氧传感器70的温度约为500°C时，空气中氧浓度也可以被检测到。但是，当施加的电压提高时，水蒸气(H2O)和二氧化碳(CO2)之间的干扰发生， 所以难以确保氧传感器70的准确性。考虑到图3A和图3B所示的特性，为了检测宽范围上的氧浓度，期望的是氧传感器 70的温度更高(例如，约700°C)。此外，在高温范围中，通过电解质71的氧离子的通过量达到预定量所需的时间减少。因此，也鉴于氧传感器70的响应，期望的是氧传感器70的温度更高。从以上描述，要求宽氧浓度检测范围和高响应的、诸如汽车A/F传感器的氧传感器用于高温范围中。另一方面，在燃料电池系统中，排气中几乎所有的可燃成分是氢。在这种情况下， 排气的可燃性的限制扩展了。此外，在燃料电池系统100中，阳极尾气燃烧的热被重整单元 51吸收，所以燃烧室52中的燃烧火焰温度相对低。通过这样做，NOxW排放量减小。结果， 在燃料电池系统中，仅需要检测排气中是否存在一氧化碳。注意，当排气中残留的氧被检测到时，可以检测到不存在一氧化碳。从上面的描述，在燃料电池系统中，氧传感器所需的响应和氧浓度上限可能是低的。在本实施例中，在燃料电池60的发电期间，控制单元10设定氧传感器70的目标温度较低(例如，500°C )。在这种情况下，在燃料电池系统100中，可以充分地获得检测所必需的氧浓度。此外，因为不必将氧传感器70维持在高温，可以抑制氧传感器70的劣化， 尤其是电解质71的劣化。因此，正如燃料电池系统的情况，当氧传感器所需的使用寿命长时，可以抑制氧传感器的劣化。另外，可以减小氧传感器70的电力消耗。因此，燃料电池系统100的效率提高。另一方面，当校准氧传感器70的输出时，期望的是氧传感器70具有高响应和宽氧浓度检测范围。那么，在本实施例中，当控制单元10校准氧传感器70的输出时，控制单元 10将氧传感器70的目标温度设定得高(例如，700°C)。在这种情况下，可以以高精度来校准氧传感器70的输出。注意，输出的校准在短时间内结束，所以甚至当氧传感器70的温度增加时，氧传感器70的劣化被抑制。如上所述，控制单元10具有多个目标温度，在燃料电池60发电期间，从多个目标温度之中选择低温，并且当校准氧传感器70的输出时，从多个目标温度之中选择高温。因此，可以在抑制氧传感器劣化的同时以高精度校准氧传感器的输出。接着，将参考图4A到图6来描述氧传感器70的输出的校准细节。图4A示出燃料电池系统100启动时执行的流程图的示例的图。如图4A所示，当燃料电池系统100的启动开关被接通时，控制单元10控制阴极空气供应单元40，使得空气被供应给阴极61 (步骤 Si)。在这种情况下，空气作为扫气气体以对阴极61和燃烧室52进行扫气。随后，控制单元10将电力供应给加热器75以对氧传感器70进行暖机(步骤S2)。 然后，控制单元10调用传感器校准程序(步骤s;3)。之后，控制单元10结束本流程图的处理。利用图4A所示的流程图，可以在燃料电池系统100启动时，校准空气中的氧传感器70 的输出。图4B是示出燃料电池系统100停止时执行的流程图的示例的视图。如图4B所示， 当燃料电池系统100的停止开关被接通时，控制单元10控制阴极空气供应单元40，使得空气被供应给阴极61 (步骤Sll)。在这种情况下，对阴极61和燃烧室52进行扫气。随后，控制单元10确定扫气是否完成(步骤S12)。例如，当累积的空气流量达到预定量时，控制单元10确定扫气完成。当在步骤S12中确定扫气未完成时，控制单元10再次执行步骤S11。当在步骤S12中确定扫气完成时，控制单元10调用传感器校准程序(步骤Si； )。之后，控制单元10结束本流程图的处理。利用图4B所示的流程图，可以在燃料电池系统100停止时，校准空气中的氧传感器70的输出。图5示出燃料电池60发电期间执行的流程图的示例的图。例如，图5所示的流程图在燃料电池60发电期间以60秒间隔来执行。如图5所示，控制单元10确定在前次校准氧传感器70的输出之后是否已经经过了预定时间段H_max (步骤S21)。时间段H_max可以例如被设定在672小时(四周)处。当在步骤S21中确定尚未经过时间段H_max时，控制单元10确定在前次校准氧传感器70的输出之后是否已经经过预定时间段H_ref ( < H_max)(步骤S22)。时间段H_ref 可以例如被设定在168小时(一周)处。当在步骤S22中确定已经经过时间段H_ref时， 控制单元10确定当前时间是否是午夜(步骤S2!3)。例如，凌晨一点至凌晨三点可以被设定为午夜时间。当在步骤S23中确定当前时间是午夜时，控制单元10确定是否燃料电池60仍在持续以低电力发电(步骤S24)。例如，当发电以低电力(低于250W)持续预定时间段，控制单元10可以确定燃料电池60仍在持续以低电力发电。当在步骤S24中确定燃料电池60仍在持续以低电力发电时，控制单元10控制开关等使得释放燃料电池60的负载电路，控制阳极材料供应单元20使得停止供应阳极材料， 并且控制阴极空气供应单元40使得将空气供应给阴极61 (步骤S25)。通过这样做，停止燃料电池60的发电，并执行扫气。此后，控制单元10确定扫气是否完成(步骤S26)。例如，当累积的空气流量达到预定量时，控制单元10确定扫气完成。当在步骤S26中确定扫气未完成时，控制单元10再次执行步骤S26。当在步骤S26中确定扫气完成时，控制单元10调用传感器校准程序(步骤S27)。之后，控制单元10结束本流程图的处理。当在步骤S21中确定已经经过时间段H_max时，控制单元10执行步骤S25。因此， 不论是午夜时间或者以低电力发电，在时间段Hjnax流逝后调用传感器校准程序。当在步骤S22中确定尚未经过时间段H_ref时，当在步骤S23中确定当前时间不是午夜，或者当在步骤S24中确定燃料电池60未在持续以低电力发电时，控制单元10结束本流程图的处理。利用图5所示的流程图，甚至在燃料电池60的发电期间，但是在前次校准氧传感器70的输出之后已经经过时间段H_ref时，可以当对电力供应影响小时，例如在午夜时间或者以低电力发电期间，也就是，当燃料电池上的负载低于或等于预定值时，校准空气中的氧传感器70的输出。注意，民用燃气的燃气表等具有在气体持续流动预定时间段或者更长时检测到气体泄漏的功能。因此，当民用燃气用作阳极材料时，有必要在预定时间段流逝之前停止供应阳极材料。利用图5所示的流程图，即便不是在以低电力发电期间，也能在当已经流逝时间段Hjnax时停止发电，所以可以避免气体泄漏检测。此外，可以在相同的之时校准氧传感器 70的输出。图6A是示出传感器校准程序示例的流程图。如图6A所示，控制单元10测量并存储氧传感器70的输出V_sns (步骤S31)。在这种情况下，控制单元10放大和转换由电流表 78检测到的电流，并获得结果电压作为输出V_sns。因此，输出V_sns是与空气中的氧浓度相关的参数。随后，基于电阻传感器76检测到的值，控制单元10测量电解质71的电阻R_ sns,并存储该测量的电阻R_sns (步骤S32)。如图6B所示，电阻R_sns与电解质71温度T 的倒数成比例，所以可以通过获得电阻R_sns来获得电解质71的温度。然后，控制单元10确定氧传感器70的温度是否达到预定最大值(步骤S3!3)。在这种情况下，控制单元10确定电阻R_sns是否低于或等于电解质71的预定最小值R_min。 例如，该最小值R_min可以被设定在25 Ω处。注意，最小值R_min可以基于获得的氧传感器 70的输出与获得的氧传感器70的温度之间的关系被确定为电解质71的电阻，其与最小温度相对应，在该最小温度处或之上可检测到空气中的氧浓度。在其或其之上可检测到空气中的氧浓度的最小温度是如下的最小温度在该温度处或该温度之上、在图3A的曲线中保持氧浓度与限制电流之间的比例性的范围内空气中的氧浓度是可检测的。在这种情况下， 可以将氧传感器70的目标温度设定得较低，由此可以在校准氧传感器70的输出时抑制劣化。注意，最小值R_min可以在必要时被更新。当在步骤S33中确定电阻[sns不低于或等于电解质71的预定最小值R_min时， 控制单元10确定氧传感器70的暖机是否完成(步骤S34)。在这种情况下，控制单元10确定输出V_sns的增加或减少是否收敛至预定值，以由此确定氧传感器70的暖机是否完成。 具体来说，控制单元10确定输出V_sns与前一步骤S31处的输出V_sns[n-1]之间的差是否为士dV_ref。dV_ref是参考值，并且可以例如被设定在约0.02V处。当在步骤S34中确定氧传感器70的暖机未完成时，控制单元10增加供应给加热器75的电力(步骤S3。。此后，控制单元10确定是否已经经过预定时间段(步骤S36)。 在这种情况下，预定时间段可以是例如被设定在约3秒处。当在步骤S36中确定尚未经过该预定时间段时，控制单元10再次执行步骤S36。当在步骤S36中确定已经经过了该预定时间段时，控制单元10再次执行步骤S31。当在步骤S33中确定电阻[sns低于或等于电解质71的预定最小值R_min时，或者当在步骤S34中确定氧传感器70的暖机已完成时，控制单元10计算氧浓度的校准因子 J(步骤S37)。在这种情况下，控制单元10根据下面的公式C3)来计算氧浓度的校准因子J0当氧浓度是0%时，参考电压是输出V_SnS。因此，氧传感器70检测到的氧浓度与(V_ sns-参考电压)成比例。此外，“0.21”指示空气中的氧浓度是21%。注意，在下文中，氧传感器70输出由校准因子J修正的值。J = (V_sns-参考电压)/0. 21 (3)随后，根据下面的公式，控制单元10计算正常发电期间氧传感器70的目标温度(在本例中为目标电阻)R_ref (步骤S38)。注意，“K”是大于1的值，并且是例如约1. 2。 在这种情况下，正常发电期间氧传感器70的目标温度可以设定得低于校准氧传感器70的输出时的目标温度。R_ref = K · R_sns (4)然后，控制单元10存储在步骤S37(步骤S39)中计算校准因子J的时刻。之后， 控制单元10确定传感器校准程序是否在燃料电池60发电期间执行。在这种情况下，基于图5所示的流程图调用传感器校准程序的事实，控制单元10可以确定传感器校准程序在燃料电池60发电期间执行。当在步骤S40中确定传感器校准程序在燃料电池60发电期间执行时，控制单元10重启燃料电池60的发电(步骤S41)。当在步骤S40中确定传感器校准程序不在燃料电池60发电期间执行时，或者在执行步骤S41之后，控制单元10结束本流程图的操作。利用图6A所示流程图，可以当氧传感器70具有高响应和宽氧浓度检测范围时，校准氧传感器70的输出。因此，可以以高精度校准氧传感器70的输出。此外，在燃料电池60 正常发电期间氧传感器70的目标温度可以被设定得低。因此，可以在抑制氧传感器70劣化的同时提高其耐用性。在本实施例中，控制单元10对应于温度控制单元和校准单元，报警装置90对应于报警单元，以及控制单元10和氧传感器70对应于氧传感器控制器。
1权利要求
1.一种氧传感器控制器，包括氧传感器，所述氧传感器对来自燃烧燃料电池的阳极尾气的燃烧室的排气中的氧浓度进行检测；温度控制单元，所述温度控制单元将所述氧传感器的温度调整到目标温度；以及校准单元，所述校准单元校准所述氧传感器的输出，其中，所述温度控制单元具有多个目标温度，当所述校准单元校准所述氧传感器的输出时，所述温度控制单元从所述多个目标温度之中选择高于或等于第一预定温度的校准目标温度，并且在所述燃料电池的发电期间，所述温度控制单元从所述多个目标温度之中选择低于所述校准目标温度的目标温度。
2.根据权利要求1所述的氧传感器控制器，其中，所述校准单元基于暴露于空气的所述氧传感器的输出来校准所述氧传感器的输出。
3.根据权利要求1所述的氧传感器控制器，还包括空气供应单元，所述空气供应单元向所述燃烧室供应空气；以及扫气控制单元，所述扫气控制单元执行控制以使得当校准所述氧传感器的输出时，所述空气供应单元向所述燃烧室供应空气。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的氧传感器控制器，其中，所述校准单元获得由所述氧传感器检测出的空气中的氧浓度和所述氧传感器的温度， 并且，所述温度控制单元基于由所述校准单元获得的所述空气中的氧浓度与所述氧传感器的温度之间的关系来将所述第一预定温度设定到最小温度，在所述最小温度处或之上所述氧传感器能够检测出所述空气中的氧浓度。
5.根据权利要求4所述的氧传感器控制器，其中，所述温度控制单元将所述校准目标温度设定为所述第一预定温度。
6.根据权利要求5所述的氧传感器控制器，其中，基于更新的校准目标温度，所述温度控制单元修正所述燃料电池的发电期间的所述目标温度。
7.根据权利要求5或6所述的氧传感器控制器，还包括报警单元，当由所述温度控制单元更新的所述校准目标温度高于或等于第二预定温度时，所述报警单元向用户报警，其中所述第二预定温度高于所述第一预定温度。
8.根据权利要求1至3中任何一项所述的氧传感器控制器，还包括暖机确定单元，所述暖机确定单元确定所述氧传感器的暖机是否完成，其中，所述第一预定温度是暖机完成温度，在该暖机完成温度处，所述暖机确定单元确定所述氧传感器的暖机完成。
9.根据权利要求8所述的氧传感器控制器，其中，当在所述氧传感器的输出的增加或减小收敛至预定范围内时，所述暖机确定单元确定所述氧传感器的暖机完成。
10.根据权利要求1至9中任何一项所述的氧传感器控制器，其中，当在所述燃料电池启动之时对所述燃烧室进行扫气时，所述校准单元校准所述氧传感器的输出。
11.根据权利要求1至9中任何一项所述的氧传感器控制器，其中，当在所述燃料电池的操作停止之时对所述燃烧室进行扫气时，所述校准单元校准所述氧传感器的输出。
12.根据权利要求1至9中任何一项所述的氧传感器控制器，其中，当所述燃料电池上的负载低于或等于预定值时，所述校准单元校准所述氧传感器的输出ο
13.根据权利要求1至9中任何一项所述的氧传感器控制器，其中，当从前次校准所述氧传感器的输出起已经流逝预定时间段时，所述校准单元停止所述燃料电池的操作，并校准所述氧传感器的输出。
14.一种氧传感器控制方法，包括将氧传感器温度调整到目标温度，所述氧传感器对来自燃烧燃料电池的阳极尾气的燃烧室的排气中的氧浓度进行检测；以及校准所述氧传感器的输出，其中，当所述氧传感器的温度被调整至目标温度时，设定多个目标温度，当校准所述氧传感器的输出时，从所述多个目标温度之中选择高于或等于第一预定温度的校准目标温度，并且在所述燃料电池的发电期间，从所述多个目标温度之中选择低于所述校准目标温度的目标温度。
15.根据权利要求14所述的氧传感器控制方法，其中，基于暴露于空气的所述氧传感器的输出来校准所述氧传感器的输出。
16.根据权利要求14或15所述的氧传感器控制方法，还包括获得由所述氧传感器检测出的空气中的氧浓度和所述氧传感器的温度；并且， 基于所获得的空气中的氧浓度与所获得的所述氧传感器的温度之间的关系来将所述第一预定温度设定到最小温度，在该最小温度处或之上所述氧传感器能够检测出所述空气中的氧浓度。
17.根据权利要求16所述的氧传感器控制方法，还包括 将所述校准目标温度设定到所述第一预定温度。
18.根据权利要求17所述的氧传感器控制方法，还包括基于更新的校准目标温度，修正所述燃料电池的发电期间的所述目标温度。
19.根据权利要求17或18所述的氧传感器控制方法，还包括在所述更新的校准目标温度高于或等于第二预定温度时向用户报警，其中所述第二预定温度高于所述第一预定温度。
20.根据权利要求14至19中任何一项所述的氧传感器控制方法，其中，当在所述燃料电池启动之时对所述燃烧室进行扫气时，校准所述氧传感器的输出。
21.根据权利要求14至19中任何一项所述的氧传感器控制方法，其中，当在所述燃料电池的操作停止之时对所述燃烧室进行扫气时，校准所述氧传感器的输出ο
22.根据权利要求14至19中任何一项所述的氧传感器控制方法，其中， 当所述燃料电池上的负载低于或等于预定值时，校准所述氧传感器的输出。
23.根据权利要求14至19中任何一项所述的氧传感器控制方法，其中，当从前次校准所述氧传感器的输出起已经流逝预定时间段时，停止所述燃料电池的操作，并校准所述氧传感器的输出。
全文摘要
在对氧传感器进行的控制中，氧传感器的温度被调整到目标温度，并且校准氧传感器的输出，其中该氧传感器对来自燃烧燃料电池的阳极尾气的燃烧室的排气中的氧浓度进行检测。当氧传感器的温度被调整到目标温度时，设定多个目标温度，当校准氧传感器的输出时，从多个目标温度之中选择高于或等于第一预定温度的校准目标温度，并且在燃料电池的发电期间，从多个目标温度之中选择低于校准目标温度的目标温度。
文档编号G01N27/406GK102348971SQ201080011482
公开日2012年2月8日 申请日期2010年3月9日 优先权日2009年3月12日
发明者增井孝年 申请人:丰田自动车株式会社