CN101390246B - 具有燃料监控系统的燃料电池及使用方法 - Google Patents

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Abstract

燃料电池(9)包括可移动且可更换的其内含有燃料的燃料源(12)。提供了一种监控燃料的各种参数如温度、压力、以及溶解氧水平的系统。多个传感器(30)置于可与在燃料电池处的控制器(18)和存储器(13)进行通讯的燃料源处。在另一种实施方式中，至少一个用于测量燃料的系统参数的传感器与RFID标签(50)进行远程通讯或通过硬接线链路进行通讯。传感器和/或RFID标签可用不受腐蚀性的燃料影响的物质涂层。一RFID阅读器站收集数据。可包括控制器来即时应用数据以改变系统参数，例如泵抽吸速率或排出，或触发信号以告知使用者空的燃料源。在另一实施方式中，可采用光学传感器(61，102)。

Description

具有燃料监控系统的燃料电池及使用方法
相关申请的交叉引用
本申请是2005年8月2日提交的共有且同时审查的美国专利申请第11/196,685号的部分继续申请，该申请中披露的内容在此经引用并入本申请。
技术领域
本发明总的涉及燃料电池和监控技术。特别是，连接至远程控制系统及信息储存装置的传感器阵列被用于监控燃料电池内的系统参数。
背景技术
燃料电池是一种将反应剂，即燃料和氧化物的化学能直接转换成直流电(DC)的设备。对于越来越多的应用场合来说，燃料电池比常规的发电装置如化石燃料的燃烧以及便携式的电能存贮装置如锂离子电池具有更高的效率。
一般来讲，燃料电池技术中包括有多种不同类型的燃料电池，如碱性燃料电池、聚合物电解型燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融型碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池以及酶燃料电池。现今更重要的燃料电池可大致划分为几种类型，即：(i)采用压缩的氢(H2)作为燃料的燃料电池；(ii)质子交换膜(PEM)燃料电池，其采用的是醇类如甲醇(CH3OH)、金属氢化物如硼氢化钠(NaBH4)、碳氢化合物或者是其它能转换成氢燃料的燃料；(iii)能够直接消耗非氢燃料的PEM燃料电池或者是直接氧化燃料电池；以及(iv)能在很高的温度下直接将碳氢化合物燃料转换成电力的固体氧化物燃料电池(SOFC)。
压缩的氢通常处于高压状态，因此其操作非常困难。此外，其通常需要很大的贮备盒，因此对于消费类电子设备而言无法做到足够小。常规的转换型燃料电池需要转换剂以及其它的蒸发和辅助系统来将燃料转换成氢从而与燃料电池中的氧化剂反应。最新的进展使转换剂或转换型燃料电池很有希望用于消费类电子设备。最常用的直接氧化燃料电池是直接甲醇燃料电池或DMFC。其它的直接氧化燃料电池包括直接乙醇燃料电池和直接原碳酸四甲酯燃料电池。以甲醇直接与氧化剂在燃料电池中进行反应的DMFC有望在消费类电子设备中作为电源应用。SOFC在高热下转换碳氢化合物燃料如丁烷而产生电力。SOFC需要在1000℃范围内的相对高温来使燃料电池反应发生。
用来生成电力的化学反应对每一类燃料电池来说都是不同的。对于DMFC来说，每一个电极处的化学-电学反应以及直接甲醇燃料电池的总反应可描述如下：
阳极的半反应：
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-
阴极的半反应：
1.5O2+6H++6e-→3H2O
总燃料电池的反应：
CH3OH+1.5O2→CO2+2H2O
由于氢离子(H+)穿过PEM从阳极迁移到阴极，并且由于自由电子(e-)不能穿过PEM，因此电子流过外部电路，从而产生电流。该外部电路可用来给许多有用的消费类电子设备提供电力，如移动电话或蜂窝电话、计算器、个人数字助理、膝上电脑以及动力工具等。
美国专利U.S.5,992,008和U.S.5,945,231均对DMFC进行了描述，这两篇专利以引用的方式全文并入这里。通常来讲，PEM由聚合物制成，如DuPont公司的Nafion
Figure 2006800285936_0
或者是其它合适的膜，前者是厚度在0.05mm到0.5mm之间的全氟化磺酸聚合物。阳极通常由用聚四氟乙烯处理的碳纸制成，其上支撑并沉积有很簿的一层催化剂，如铂-钌。阴极通常是气体扩散电极，其中有铂颗粒粘接到该膜的一侧上。
在另一直接氧化燃料电池中，硼氢化物燃料电池(DBFC)反应如下：
阳极的半反应：
BH4 -+8OH-→BO2 -+6H2O+8e-
阴极的半反应：
2O2+4H2O+8e-→8OH-
在化学金属氢化物燃料电池中，通常重新形成硼氢化钠水溶液并反应如下：
NaBH4+2H2O→(热或催化剂)→4(H2)+(NaBO2)
阳极的半反应：
H2→2H++2e-
阴极的半反应：
2(2H++2e-)+O2→2H2O
适合于该反应的催化剂包括铂和钌以及其它的金属。硼氢化钠转换中产生的氢燃料在燃料电池中与氧化剂如O2进行反应，产生电(或者是电子流)和副产品水。该过程中还会产生副产品硼酸钠(NaBO2)。硼氢化钠燃料电池在美国专利U.S.4,261,956中进行了描述，其以引用的方式并入这里。因此，使用金属氢化物水溶液的已知化学氢化物反应具有约9-12重量％的储存寿命，且需要密切监控用于湿化学反应体系中的液体及催化剂。此外，很难在一段长的时间内维持金属氢化物溶液的稳定，这是因为根据提供反应半衰期的式t1/2-pH*log(0.034+kT)，水解反应总是进行得很慢。并且，如果溶液稳定，反应则不完全。
在氢化物储存方法中，反应如下：
金属+H2→氢化物+热
不过，这样的反应只有约5重量％的储存寿命。并且，这类反应可能昂贵且难以对其进行封装。
产生氢气的另一已知的方法是干氢化物反应。通常，干反应包含以下反应：
X(BH4)→H2，其中X包括但不限于Na，Mg，Li等。
但干反应也具有一些缺点，例如只有约10重量％的储存寿命，且必须密切监控压力。
另一种产生氢气的方法是压力储存法，使用公式PV＝nRT，其中P是压力，V是体积，n是摩尔数，R是气体常教，以及T是温度。该方法需要恒定的压力监控。
燃料电池的一个最重要的特征是燃料的储存。另一重要特征是对从燃料盒运送出燃料至燃料电池进行调节。为了能够进行商业应用，燃料电池如DMFC或PEM体系应当能够存贮足够的燃料以满足消费者的正常使用。例如，对于移动电话或蜂窝电话，笔记本电脑以及个人数字助理(PDA)来说，燃料电池至少应能给这些设备提供像当前所使用电池那样长的电力，并且越长越好。此外，燃料电池应具有更换方便或者可再填充的燃料罐，从而减少或避免现今充电电池那样长时间的充电。
在燃料电池的操作中，出于很多原因，迫切需要对各种系统参数实施即时监控。首先，对燃料使用历史的追踪指示出燃料源中剩余的燃料量，并向使用者提供关于燃料源的剩余使用期限的信息。专利文献披露了很多用于容纳可消耗物质的容器，这些容器包含电子存储器元件。在此经引用而全文并入的美国专利申请公开第U.S.2002/0154815号中披露了各种容器，可包含只读存储器、可编程只读存储器、电子可擦写式可编程只读存储器、非易失性随机访问存储器、易失性随机访问存储器、或其它类型的电子存储器。这些电子存储器装置可用于保留对容器的编码的再利用、再更新和/或再充装指示、以及容器使用的记录。容器可包括用于印相机的液体墨水或粉末调色剂。或者，容器或燃料源可包括燃料电池或用于其的燃料源。
另外，最有可能对燃料从燃料源至燃料电池的传送产生影响的是燃料的粘度。例如，甲醇的粘度在1标准大气压及0℃下约8.17×10-4Pa-s，而在1标准大气压及40℃下降至约4.5×10-4Pa-s，表现出约50％的降低。如果系统可以即时检测出燃料源内所含的燃料的温度和/或压力，那么燃料电池就可进行自调节，从而决定燃料泵应当运转多久以提供适当的燃料量。当以最优速率供应燃料时，系统的效率增加。并且，监控燃料源内的燃料压力可以警告使用者或系统不可接受的过高或过低的压力水平。再者，如果对燃料的暴露限于操作所需要的量，则可以增加燃料电池的使用寿命。换句话说，燃料电池中如果注满过量的燃料的话，则可能伤害到燃料电池。
监控系统的其它选择之一是使用射频识别(RFID)系统。使用RFID技术的系统是众所周知的，特别用于例如追踪存货如图书馆或零售店存货，自动付费系统如收费站通行证，以及安全系统如用于启动汽车的智能型钥匙。如此的系统可以是使用电池供电的收发器电路的大的主动系统。如此的系统也可以是非常小的被动的系统，其中只有在需要传送或交换信息时，转发器才从基站或阅读器接收电力。
典型的RFID系统包括一可重复使用的辨识装置，一般称作标签，但有时也称作“卡”、“钥匙”等。RFID系统还需要一辨识或阅读器工作站，其在该辨识装置进入阅读器工作站附近区域时识别具有既定特征的辨识装置。通常，阅读器工作站包括天线系统，其经由射频(RF)链路及控制器读出或询问标签。控制器指示对标签进行询问，并可提供存储器以用于储存从标签收集来的数据。并且，控制器可以向使用者提供可借此进行外部监控数据的界面。
操作中，当标签足够靠近RFID阅读器工作站时，天线对标签发出RF信号，而标签传送回应给天线。标签可以由内部电池(“主动”标签)供电，或是由天线(“被动”标签)发出的RF信号产生的电感式耦合接收感应的电流供电。当两装置彼此靠近时，电感式耦合发生在两者之间，而不需要实体接触。被动标签不需要维修且实际上有无限的寿命。不过，虽然一些标签提供可替换的电池，主动标签的寿命则受电池的寿命的限制。
当前的使用RFID标签的监控系统还不适用于燃料电池系统，这表现在期望监控的数据类型方面，以及在系统由于接触燃料电池燃料而承受恶劣环境的能力方面。因此，期望提供用于燃料电池系统的RFID监控系统以及其它类型的监控系统。
发明内容
简单地说，本发明的一方面是用以监控燃料电池的系统，该系统包括连接至燃料电池的燃料电池源。多个传感器可操作地连接至燃料源。控制器连接至燃料电池以及可选择的信息储存装置。传感器通讯链路将多个传感器和控制器相连。存储器通讯链路将控制器和可选择的信息储存装置相连。
根据本发明的另一方面，用于燃料电池的燃料源包括在其内置放了燃料的容器。用于监控燃料状态的传感器位于燃料源之上或之内。RFID标签具有与传感器通讯的形式，并适于由RFID阅读站进行询问。
根据本发明的另一方面，用于燃料电池的燃料源包括至少一个光学传感器，例如置于燃料源上或内的位于光纤上的颜色识别标签或传感器。由燃料电池供电的装置、连接至燃料电池的功能单位、或燃料电池可包括颜色阅读器，其能够读取光学传感器以确认适当的燃料源已被插入，或监控燃料源的状态如温度和压力。
根据本发明的另一方面，是一种用于监控燃料电池内的燃料状态的方法，其包括以下步骤：(1)提供燃料电池，其连接到包含燃料的燃料源；(2)使用多个传感器收集有关燃料的数据；(3)从传感器传递信息至控制器及可选择性地至信息储存装置，其中多个传感器位于燃料源之内或之上，信息储存装置位于远离多个传感器处。
附图说明
当参考结合附图来阅读以下的详细说明时，将更容易理解本发明的以上特征、方面和优点，附图中的相同标记代表相同的部件。
图1是本发明的燃料电池系统的透视分离图；
图1a是并入了被动光学传感器的本发明的燃料电池系统的替代实施方式的示意图；
图2是本发明的燃料电池系统的示意图，其中传感器阵列连接至远离控制器和信息储存装置处；
图3是本发明的燃料电池系统的示意图，其中燃料盒中的监控系统远程连接至控制器和信息储存装置；
图4是本发明的燃料电池系统的第二种实施方式的示意图，其中监控系统的传感器远程连接至RFID标签；
图5是本发明的第三种实施方式的燃料电池系统的示意图，其中RFID标签固定地连接至燃料盒内表面；
图6是本发明的燃料源的示意图，其具有固定到其外表面的RFID标签；
图7是本发明的燃料源的示意图，燃料源具有固定到其具有绝缘材料的外表面的RFID标签；以及
图8是与图1类似的另一种实施方式，用于说明一种替代的颜色I.D.标签。
具体实施方式
如附图及下面内容所详细描述的那样，本发明涉及燃料源，其存贮了燃料电池的燃料如甲醇和水、甲醇/水的混合物、不同浓度的甲醇/水的混合物、或纯的甲醇。甲醇能用在许多类型的燃料电池中，如DMFC，酶燃料电池，转换型燃料电池等。燃料源可包含其它类型的燃料电池燃料，如乙醇或醇类，能够转换成氢的化学物质，或者是其它可提高燃料电池性能或效率的化学物质  燃料还包括氢氧化钾(KOH)电解液，其能与金属燃料电池或碱性燃料电池一起使用，并能储存在燃料源中。对于金属燃料电池来说，燃料为载有锌颗粒的流体形式，其中的锌颗粒浸在KOH电解质反应溶液中，并且电池腔中的阳极是由锌颗粒所形成的颗粒阳极。KOH电解质溶液在名称为“Method of Using Fuel CellSystem Configured to Provide Power to One or more Loads”公开日为2003年4月24日的美国专利申请U.S.2003/0077493中有描述，其全文在这里以引用的方式并入。燃料还包括甲醇、过氧化氢和硫酸的混合物，其流过硅片上形成的催化剂从而发生燃料电池反应。燃料还包括甲醇、硼氢化钠、电解液以及其它化合物的调和或混合物，例如在美国专利文献U.S.6,554,877、U.S.6,562,497和U.S.6,758,871中所描述的，这些专利文献的全文在这里以引用的形式并入。此外，燃料还包括美国专利文献U.S.6,773,470中描述的那些能部分溶解在溶剂中并部分悬浮于溶剂中的那些燃料，以及美国已公开专利申请U.S.2002/076602中描述的那些其中包含有液态燃料和固体燃料的那些燃料。这些专利文献的全文在这里以引用的形式并入。
燃料还包括金属氢化物，如上述的硼氢化钠(NaBH4)和水。燃料还包括碳氢化合物燃料，其包括但不限于，在名称为“Liquid Hereto-Interface Fuel CellDevice”、公开日为2003年5月22日的美国已公开专利申请U.S.2003/0096150中所描述的丁烷、煤油、酒精和天然气，这里该文献以引用的方式全文并入。燃料还包括能与燃料进行反应的液态氧化剂。因此，本发明并不限于某一类型的含在燃料源中或燃料电池系统中使用的燃料、电解质溶液、氧化剂溶液、或者液体或固体。这里所用的术语“燃料”包括所有的能用于燃料电池中或燃料源中进行反应的燃料，并且其包括但不限于上面所有合适的燃料、电解质溶液、氧化剂溶液、气体、液体、固体和/或化学物质以及它们的混合物。
这里所用的术语“燃料源”包括但不限于可抛弃式盒、可再充填/重复使用的盒、容器、可置于电子设备内部的盒、可拆除的盒、置于电子设备外部的盒、燃料筒(tanks)、燃料槽、燃料充填筒、其它的能够保存燃料的容器以及与燃料筒和容器相连的管子。尽管以下对盒的描述是结合本发明的实施例进行的，但需要注意的是这些实施例也可用于其它的燃料源，并且本发明并不限于某一特定类型的燃料源。
本发明的燃料源也可用作存储不在燃料电池使用的燃料。这些应用包括但不限于，为在硅芯片上构建的微燃气涡轮发动机存储氢和氢燃料，这在发表在The Industrial Physicist(2001年12月/2002年1月)，第20-25页中的“Here Comethe Microengines，”的一文中进行了讨论。其他应用包括储存用于内部燃烧引擎的传统燃料；碳氢化合物，如用于口袋型点火器及点火枪的丁烷，和液态丙烷；以及用于个人携带型加热装置中的化学燃料。这里所用的术语“燃料电池”包括燃料电池以及其他可用于本发明的燃料盒中的机构。
如图中所示，本发明涉及用于给负载11供电的燃料电池系统10(示于图2-图5)。负载11通常是由燃料电池系统10供电的电子设备。尽管负载11也可以具有整合在一起的燃料电池系统10，负载或电子设备11最好是外部电路和任何有用的消费类电子设备的关联功能。电子设备11的范例包括但不受限于移动电括、计算器、电动工具、园艺工具、个人数字助理、数码相机、膝上型电脑、电脑游戏系统、便携式音乐系统(MP3或CD播放器)、全球定位系统以及露营设备。
参考图1，燃料电池系统10的第一实施方式包括燃料电池9，其具有燃料电池外壳17，以及具有燃料源外壳21的燃料源12。燃料电池外壳17内最好还包括泵14，用于从燃料源12传送燃料至燃料电池单元16。适合的泵14包括但不限于压电式泵，这些适合的泵完全披露于美国专利公开U.S.2005/0118468、以及共有且同时审查的美国专利申请公开U.S.2004/0151962中；名称为“FuelCartridge for Fuel Cells”、提交于2003年1月31日的U.S.2005/0023236；名称为“Fuel Cartridge with Flexible Liner”、提交于2003年7月29日的U.S.2003/0629004；以及名称为“Fuel Cartridge with Connecting Valve”、提交于2003年7月29日的U.S.2005/0022883。这些文献中披露的内容在这里以引用的方式全文并入。在另一实施方式中，燃料源12是加压的燃料源，其根据燃料源12的内部压力自动控制传送至燃料电池9的燃料量，这种燃料源在U.S.2005/0023236公开说明书等参考文献中进行了描述。如在名称为“Fuel Cartridgesfor Fuel Cells and Methods for Making Same”、提交于2003年10月6日的共有且同时审查的美国专利申请公开第2005/0074643号；名称为“HydrogenGenerating Fuel Cell Cartridges”、提交于2005年2月25日的11/067,167；名称为“Hydrogen Generating Fuel Cell Cartridges”、提交于2005年2月25日的11/066,573，以及名称分别为“Hydrogen-Generating Fuel Cell Cartridges”和“Hydrogen-Generating Fuel Cell Cartridges”、均提交于2005年6月13日的共有且同时未决的美国临时申请60/689,538和60/689,539中所描述的，燃料源内部压力指示出是否有附加的燃料在燃料源内产生。以上所有列出的文献中公开的内容均在此以引用的方式全文并入。在此情况下，压力盒内的内部压力最好用压力传感器监控。
燃料电池9包括数个堆叠排列的燃料电池单元16。燃料电池单元16可以是上述现有技术中已知的任何类型的燃料电池单元。燃料电池单元16可包括至少一夹在阴极层和阳极层之间的PEM。通常，燃料电池单元16中还包括数个密封层。如上所述，燃料电池单元16产生自由电子，即电流，以提供动力给电子装置11。
再参见图1，燃料源12包括外壳21和喷嘴22。喷嘴22中有截止阀24(示于图2-5中)，截止阀24与燃料源12中储存的燃料进行流体交流。截止阀24依次连接至泵14。适合的截止阀24在专利申请公开U.S.2005/0022883中作了完全的披露。如果燃料源12是加压的，则泵14是可选的；在这种情况下，泵14可由阀代替。
燃料电池外壳17的尺寸和形状只需足以容纳燃料电池单元16、泵14、控制器18、和信息储存装置13即可。燃料电池外壳17也最好具有接受燃料盒外壳21的形式。外壳17最好具有消费者/终端使用者能轻易地将燃料源12连接到外壳17的形式。源12可以具有或不具有内衬或气囊的形式。无内衬的盒和相关元件披露于专利申请公开U.S.2004/0151962中。具有内衬或气囊的盒披露于专利申请公开U.S.2005/0023236中。
最好在外壳17内提供控制器18，以控制元件中的电子设备11、源12、泵14和燃料电池单元16等的功能。或者，控制器18可位于远离燃料电池系统10处，并经由通讯传送链路如射频链路或光学链路而与燃料电池系统10相连。外壳17最好也支撑至少一个选择性的电池19，用于在燃料电池9不操作时或在系统启动、关闭期间或其它必要情况下向系统10的各种元件和电子设备11供电。或者，选择性的电池19在燃料源12为空或燃料电池9关闭时向控制器18供电。选择性的电池19可用太阳能电池板代替或结合其使用。此外，选择性的电池19可由燃料电池9或其他适合的电源如墙壁插座或太阳能电池板再充电。
本发明中，在燃料电池系统10中包括了监控系统。监控系统包括多个传感器30，用以监控燃料电池源12内所含燃料的一个或多个参数。在图1中所示的第一种实施方式中，多个传感器30置于单个传感芯片28上，其最好是集成电路芯片。优选地，传感器30和传感芯片28均不含存储器；由传感器30收集到的信息被传递给控制器18，并可储存在信息储存装置13中，而以下将对信息储存装置13作更详细的描述。然而，在一替代的实施方式中，传感芯片28可含有与信息储存装置13类似的存储器。
通常，应当对几个燃料参数实施监控。例如，这些参数包括但不限于压力、温度、溶解气体的存在和水平、离子浓度、燃料密度、杂质的存在、使用期、燃料源承受的应力和应变，以及燃料盒中剩余的燃料量。优选地，至少一个传感器30是压力传感器。压力传感器可以是现有技术中已知的任何一种压力传感器，其能够置于燃料源12内并能测量预期为约0-40psi范围内的压力，但该范围将随燃料电池系统和使用的燃料而变化。例如，压力传感器可以是变换器，可从新泽西州莫里斯镇的Honeywell公司获得。压力传感器也可以是与应变计类似工作的玻璃或二氧化硅晶体，即晶体根据压力量发出电流。压力传感器可单独使用或结合其他监控燃料的不同方面的传感器使用。
压力也可由压电传感器来感测。压电传感器是固态的元件，当受到压力或冲击时产生放电。由于内部压力或冲击导致的燃料源内部的压力改变将在传感器中产生信号，该信号可被传输到控制器中进行处理或作用。适合的压电传感器可从多种来源获取，包括PCB Piezotronics。此外，压电传感器还可具有测量作用于燃料源或作用于燃料电池系统上的力的形式，并可作为加速计，这样一旦燃料源下滑，传感器将识别加速度并通知控制器动作，例如关闭或转入故障安全操作。压电传感器可位于燃料源12上、燃料电池系统10上、或电子设备11上。
压力也可由光学传感器来感测。被动光学传感器的使用是众所周知的，例如在美国专利4,368,981中进行了描述。该专利在此经引用而全文并入。如图1A所示，燃料电池9包括光源60，例如可变波长激光、发光二极管、或类似的可见或非可见辐射源。燃料电池9还包括至少一个光检测器64。光源60和光检测器64均连接至控制器18。在面对燃料源12的外壳17的表面上设置了光学不可视窗62a，这样，光源60的开口与窗62a对准。类似的，在外壳21的表面上设置了第二光学不可视窗62b，这样当燃料源12连接至燃料电池9时，窗62a与窗62b对准。传感器30中的一个光学连接至燃料源12内的窗62b。这些传感器中的一个可以是光学传感器61，其可以是现有技术已知的任何被动光学传感器，例如干涉计、迈克逊(Michelson)传感器、法布里-培若(Fabry-Perot)传感器等。在一实施方式中，光学传感器61通常包括两个起初具有相同长度的光纤线圈。暴露的光纤63a受制于燃料源12内的环境条件，而光纤63b的参考线圈由此被遮蔽。在一实施例中，暴露的线圈63a沿燃料衬底缠绕，参考线圈63b位于燃料衬底内、外壳的外表面上、或在燃料衬底和外壳之间。如果燃料衬底内的压力增加，则衬底体积将增加，借此拉伸暴露的纤维。暴露的和参考线圈间的差异指示出压力的增加。此外，由于两个纤维线圈大体上温度相同，该光学传感器对温度不灵敏。当暴露的纤维由于衬底内压力而断裂时，暴露线圈63a中的光线无法到达光检测器64或选择性的光检测器64a也可以指示高压。
操作中，光源60发出光，最好是发出已知周期的脉冲，光线通过窗62a照射入窗62b。光线同时传输至线圈63a、63b。光线通过线圈63a、63b传递，并通过窗62b和62a反射回来。光信号由光检测器64检测出。光检测器64可选择地包括对应于线圈63a和63b的检测器64a，64b。当燃料源12内的压力上升时，暴露的线圈63a的长度相对于参考光纤63b的长度有所增加，这将导致在从线圈63a接收信号上的轻微的延迟。根据该延迟的时间，可由控制器1 8计算出燃料源12中的压力。
传感器30中的一个也可以是温度传感器。温度传感器可以是任何现有技术已知的温度传感器，例如热电偶、热敏电阻、或光学传感器。期望实施监控的预期代表性温度范围是约-20～55℃。温度传感器可单独使用或结合其他监控燃料的不同方面的传感器使用。当使用光学传感器时，其类型和操作方法基本上与上述燃料源12内的压力传感器类似。
传感器30中的一个也可以是用于测量溶解气体的传感器，例如氧或氢传感器。这些溶解气体传感器可以是任何已知类型的传感器。例如一种适当的氧传感器是原电池(galvanic cell)，其包括由电解质溶液围绕的阳极和阴极。原电池产生的电流与检测到的氧的压力成正比。溶解气体传感器可单独使用或结合其他监控燃料的不同方面的传感器使用。
传感器30中的一个可以是燃料计。适合用于芯片28上的一类燃料计是热敏电阻，其可用于测量燃料源12内的剩余燃料。热敏电阻是对温度变化敏感的半导体电阻。换句话说，当温度改变时，热敏电阻的电阻发生变化。通常，有两种类型的热敏电阻：负温度系数(NTC)热敏电阻和正温度系数(PTC)热敏电阻。当暴露于增加的温度时，NTC热敏电阻显示出电阻的下降，而当暴露于增加的温度时，且PTC热敏电阻显示出电阻的增加。热敏电阻的传统用处是测量系统或流体的温度。热敏电阻用作燃料计已在专利申请公开U.S.2005/0115312中进行详细说明，此申请经引用而全本并入本文。
热敏电阻的电阻值一个重要方面是取决于热敏电阻的本体温度，该温度是燃料盒内的热传递以及由燃料电池功能的电子设备内的热传递的函数。热传递主要由在该环境中或来自设备内的能量耗散所导致的发热的传导和辐射进行。在传统的温度测量功能中，为获得准确的温度，需对自加热进行补偿。根据本发明，自加热未得到补偿，因此可测量燃料盒内剩余燃料的散热容量。热容量与盒内剩余的燃料量有关。NTC和PTC热敏电阻均可用于本发明。
一般，热容量或热传导性均被描述为流体即液体或气体传导或耗散热的能力。液体如水和甲醇，具有比气体如空气、二氧化碳或甲醇气体高得多的散热容量。流体的散热容量等于其热容量乘以流体体积，而热容量对于特定流体而言为常数。于是，本发明的这一方面测量的是剩余燃料的体积，其是通过测量位于燃料内或位于选择性的含燃料的衬底上的热敏电阻的电阻获得的。然后，将电阻转换为剩余燃料的散热容量，该容量再除以热容量常数而转换为剩余燃料的体积。换句话说，较高的热容量对应于较高的剩余燃料体积。
热敏电阻-燃料计应在使用前校准。燃料电池和电子设备的操作温度是已知的。记录下由满衬底检测到的电信号和由空衬底检测到的电信号。也可记录下一个或多个由已知部分填充体积检测到的信号。在这些操作温度之间，可通过这些校准点绘制校准曲线。比较即时信号与校准曲线，以确定剩余的燃料。也可在不脱离本发明的范围内采用其他的校准方法。
此外，由于热敏电阻是一种电阻，流经热敏电阻的电流会产生热。  因此，流经热敏电阻的电流产生的热可由剩余的燃料耗散，并可获得精确的读数。  在一实施方式中，在希望读取剩余燃料时，控制器18发出要求热敏电阻测量热耗散量的电流。电流可间歇地或连续地送出。
根据本发明的另一方面，热电偶可用作燃料计。热电偶作为燃料计在之前已经引用而并入的专利申请公开U.S.2005/0115312中有详细描述。热电偶也通常被用于温度的测量，其包括由不同金属制成的两条电线，也称作双金属传感器。电线在两接头处连接。当测量接头处的温度与参考接头处的温度不同时，将建立电势差。参考接头通常保持在已知温度下，例如水的凝固点。该电势差是DC电压，其与测量接头处的温度相关。使用热电偶测量温度是现有技术中已知的。
与热敏电阻相似，热电偶也是作为对温度敏感的电阻器使用的。借由测量电势差，热电偶可测量剩余燃料的热容量。因此，热电偶也可测量剩余的燃料。或者，电流可通过热电偶的测量接头而送出。电流对测量接头进行加热，而燃料对热进行耗散。因此，耗散的热的量与剩余的燃料相关。电流可间歇地或连续地送出。与热敏电阻类似的，热电偶燃料计也应当在使用前进行校准。
根据本发明的另一方面，电感传感器也可用于测量剩余的燃料。使用电感传感器作为燃料计在之前已经引用而并入的专利申请公开U.S.2005/0115312中有详细描述。电感传感器一般被用作开/关接近开关。电感传感器包括金属线线圈和铁氧体磁芯，其形成电感/电容(LC)调谐电路的电感部分。此电路驱动振荡器，振荡器随之产生对称的震荡磁场。当导电体，例如金属盘进入该震荡场时，在导体内形成涡电流。这些涡电流从磁场吸出能量。能量中的变化与电感传感器和电导体之间的距离相关。
传感器30中的一个也可以是计时器或其他形式的计时或计数机制。计时机制的范例可以包括振荡器，例如整合在芯片28上的晶体或感应振荡器。当计数器依赖于存储器，如最好是容纳在燃料电池9内的信息储存装置13时，只有当燃料源12是连接到燃料电池9上时，计数器才计算振荡次数。这样，计数器就可追踪到燃料源12已经使用的时间。由振荡器记取的次数最好储存在信息储存装置13中。振荡器可由燃料源12内的选择性电池供电，或者也可由燃料电池9传输的电流如当泵14开启时的电流来触发。如果信息储存装置13也追踪泵抽吸速率，则控制器18可经编程来计算流经泵12的燃料流速，进而得出燃料源12内的剩余燃料。换句话说，计数器和泵抽吸速率的结合可用作燃料计。
或者，计时机构可包括能量储存装置，其具有在燃料源12内的已知衰变识别标志。例如，燃料源12可包括具有已知自行放电速率的电池，并且在燃料电池9中可整合入电池测试器。已知的典型镍基电池在充满电后的头24小时内放出约10-15％的电量，此后每月损耗额外的10-15％。同样的，已知锂离子电池在充电后的头24小时内自行放电约5％，其后每月1-2％。关于电池自行放电以及其监控装置的更多的信息可在http://www.batteryuniversity.com/parttwo-31.htm上的The Secrets of Battery Runtime(2001年4月)中获得，该披露在此经引用而并入。利用那些在安装到燃料源12内或上后总是充满的电池的自行放电曲线对控制器18和信息储存装置13进行编程，则控制器18可根据测量的电池在燃料源12连接到燃料电池9后任何一刻的充电水平来计算燃料源12的年限和货架期。
此外，监控系统应当是耐用的。一般而言，燃料可对暴露于其的材料具有降解性影响，根据本发明的一个方面，挑选与燃料相容的材料来制造燃料源12和其元件。芯片28和/或传感器30可与燃料接触放置，例如漂浮在燃料上，或固定在外壳21的内表面或选择性的衬底上。因此，监控系统应当能够经得起与燃料电池中使用的燃料的接触。
适合的保护材料是二氧化硅(SiO2)，其可以气相沉积或溅镀技术或其它已知方法进行涂布。硅石分子聚结在基质如SiOx上，其中x是1或2。任何可悬浮于溶剂中的保护材料均可使用。
其他适合的涂料包括但不限于环氧-胺型涂料。这样的涂料可通过商业渠道获取，如由俄亥俄州克里夫兰的PPG工业公司提供的Bairocade
Figure 2006800285936_1
。这些类型的涂料可用静电枪涂布，并在红外线烘箱内固化形成气体屏障。涂料可通过浸渍、喷雾或涂漆来涂布。这些涂料一般是用于涂布饮料瓶或罐以保护其内的饮料。
此外，也可涂布透明的多晶系、无定形的线性亚二甲苯基聚合物来保护传感器。可通过商业渠道获取的亚二甲苯基聚合物如印地安那州Indianapolis的Cookson Specialty Coating Systems的Parylene
Figure 2006800285936_2
。三种适合的聚对二甲苯树脂为：Parylene N(聚对二甲苯)，Parylene C(聚一氯对二甲苯)，和Parylene D(聚二氯对二甲苯)。关于Parylene的进一步讨论可在名称为“Fuel Supplies for FuelCells”、提交于2004年8月6日的共有且共同审查的美国专利申请公开2006/0030652中找到，该申请中的披露经引用在此全文并入。
根据本发明的另一方面，气体屏障膜缠绕在传感器30周围以对其进行保护。适当的气体屏障膜包括杜邦的Mylar
Figure 2006800285936_3
和各种食品包装工业中的膜。更多关于气体屏障膜的详细信息，包括适合膜的列表，可在引用而先前并入的专利申请公开U.S.2006/0030652中找到。其它适合的材料包括聚乙烯醇(PVOH)、乙烯-乙烯醇(EVOH)，接合在聚酯基板上的EVOH、聚偏二氯乙烯共聚物(PVDC或莎纶(Saran))、尼龙树脂、含氟聚合物、聚丙烯腈(PAN)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)、间苯二酚共聚物、液晶聚合物、脂肪族的聚酮(PK)、聚氨酯、聚酰亚胺、以及这些材料的混合物和共聚物。
另外，传感器30可借由置于外壳21内但在气囊或如图2中所示的衬底27的衬底之外而得以与燃料隔离的保护，以下将更详细地说明。在专利申请公开U.S.2006/0030652中披露了适于传感器的另外的保护涂层和保护膜。
再参见图1，由于芯片28和信息储存装置13采取的是优选的相互远离的设置，控制器18在燃料源12首次插入燃料电池9中时开始从传感器30收集信息。控制器18可向芯片28传送信号和/或能量以对传感器30进行询问。然后，传感器30接收读数，并最好传递回控制器18。在控制器18和芯片28之间的通讯通过链路进行，在本实施方式中，采用的是硬接线的链路。导线70，最好是电线连接至芯片28以及配置在外壳21的外表面上的电接点15A。同样优选为电线的导线72连接至控制器18和电接点15B。显然，本领域技术人员知道导线70，72和接点15A，15B可以是任何现有技术已知的导线或电接点。电接点15A，15B具有当燃料源12正确插入到外壳17中后在控制器18和芯片28之间建立电连接的形式和配置。为此，燃料源12和外壳17最好具有燃料源12仅能插入外壳17中正确位置这样的形式。例如，外壳17可包括向用于接收燃料源12的凹处突入的凸出部，而燃料源12可包括上述凸出部可滑入的调整槽。另一例是在用于接收燃料源12的外壳17上的凹处周缘为非对称形状的情况，此时燃料源12具有相同的形状。其他的确保燃料源在外壳17内正确定位的方法在名称为“Datum Based Interchangeable Fuel Cell Cartridges”、提交于2004年2月6日的共有且共同审查的美国专利申请10/773,481中进行了讨论，该申请在此经引用而全文并入。
在其他的实施方式中，传感器30和控制器18之间的通讯链路是可传输电信号的无线系统。适合的无线传输系统包括任何已知的无线传输系统，包括如蓝牙技术、射频、红外线、以及光传输如来自燃料电池9处至燃料源12上的光子传感器的激光或LED等。这样的无线传输可传递或传输电力给传感器30。
如在专利申请公开U.S.2005/0118468中所描述的，燃料源可包括信息储存装置，其具有储存信息如燃料成分，包括使用期间的燃料成分、燃料量、燃料类型、反假冒信息、根据寿命的过期日、制造信息的能力，以及接收信息，如服务时间、加料次数和基于使用的到期日的能力。
涉及燃料状态的信息会随时间改变，监控和储存这样的信息是有用的。然而，燃料的状态，例如上面讨论的粘度与温度的函数关系，可在电子设备11关闭到再次开启期间内，即在夜间和白天之间发生改变。因此，当设备关闭时储存在储存装置中的信息在设备重新开启时可能已经过时。因此，在某些情况下要询问传感器30，而非读取储存在信息储存装置13中的信息。储存的信息包括受保护的信息和可重写的信息。
受保护的信息，不能轻易拭除，包括但不限于：盒的类型；盒的制造日期；盒的批号；制造期间指定给盒的顺序识别号；信息储存装置的制造日期；信息储存装置的批号；指定给信息储存装置的顺序识别号，用于盒和/或储存装置的机器识别号；盒和/或储存装置的生产班次(即一天中的时间)；盒和/或储存装置的生产国家；用于标识生产盒和/或储存装置的设备代码；操作限制，包括但不限于温度、压力、振动容限等；制造时所使用的材料，反假冒信息；燃料信息，例如化学配方、浓度、体积等；知识产权信息，包括专利号和注册的商标；安全信息；安全密码或认真；根据制造日期的过期日；关机顺序；热交换过程；回收信息；反应物信息；燃料计类型；用于升级燃料电池9和/或控制器18的新的软件；以及流体传感器信息。
可重写的信息包括但不限于价燃料内目前燃料水平和/或目前离子水平；盒从电子设备和/或燃料电池中弹出/分离的次数，或盒再填充的次数；盒从电子设备和/或燃料电池中弹出/分离时的燃料水平；盒插入/连接至电子设备和/燃料电池的次数；盒插入/连接至电子设备和/燃料电池时的流体水平；包括电力消耗率在内的目前操作状态；对特定电子设备的接受/拒绝；对于未来的盒设计的维修状况和销售信息；触发事件；基于实际使用的过期日；系统效率；燃料电池系统的操作历史；例如在选择的时段(如启动和关机时或定期的)的温度和压力；以及电子设备的操作历史，如每盒可印制的数码相片数、电动工具的最大扭矩、手机的谈话分钟数和待机分钟数、PDA中每盒的位址查询数等。
信息储存装置13最好是电储存装置，例如EEPROM存储器芯片，这在之前引用而并入的专利申请公开U.S.2005/0118468中进行了讨论和披露。适合的信息储存装置包括但不限于随机存取储存器(RAM)、只读储存器(ROM)、可编程只读储存器(PROM)、可擦写式可编程只读存储器(EPROM)、电子可擦写式可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、电子可读元件(例如电阻、电容、电感、二极管和晶体管)，光学可读元件(例如条形码)、磁可读元件(例如磁条)集成电路(IC芯片)，以及可编程逻辑阵列(PLA)等。优选的信息储存装置包括PLA和EEPROM，并在此以EEPROM对本发明进行说明。然而，要了解的是本发明并不局限于任何一种特定类型的信息储存装置。
优选地，信息储存装置13一般具有由“灌注材料”、集成的电路储存器芯片(未示出)、以及电路或接点(未示出)的时刻或印刷层或条所形成的基板(未示出)。集成的电路储存器芯片(未示出)可用如外部电子连接器中的多个接脚而连接至基板(未示出)。
优选地，信息储存装置13通过链路25，最好是通过电连接而连接至控制器18，或者，链路25是能够在信息储存装置13和控制器18之间传输电信号的无线系统。适合的无线传输系统包括任何现有技术中已知的无线传输系统，例如蓝牙技术、射频、红外线、以及光传输等。
信息储存装置13可具有特定的储存器尺寸。储存器尺寸由需要被储存的数据量决定。适合的储存器尺寸通常在约128字节到约512K字节的范围内。1M字节或更高的储存器尺寸也可由商业渠道获得，并用于本发明中。信息储存装置13只要能够与燃料电池9的外壳17相配，对其无任何特殊的尺寸限制。
信息储存装置13最好包括部分13a和13b。部分13a是由制造商预先编程或设定以包括上述只读(写保护的或可保护的)数据。控制器18可读取信息储存装置13的部分13a中的数据。然而，控制器18不能修改或拭除部分13a中的只读数据。部分13b由制造商预先编程或设定以包括上述可重写的数据。控制器18可读取/拭除部分13b中的数据。部分13a和13b通过传统的电线或印刷电路版等本领域技术人员已知的方式或上述列出的无线连接而与链路25电连接。
本发明的第二种实施方式示于图2中。在该与示于并描述于图1中的第一实施方式类似的实施方式中，多个传感器30并不是包含在芯片内，而最好是全面分布于燃料源12中。燃料源12最好包括衬底27。
在该实施方式中，燃料计可包含两个位于燃料源12内或上的传感器。第一传感器应置于随燃料移动而运动的位置，从而反映出盒中剩余的燃料水平。例如，第一传感器可直接置于衬底27上。第二传感器置于燃料源12之外，例如位于燃料电池9或电子设备11上。第二传感器电连接到燃料电池9或电子设备11上。连接到第二传感器上的电路可测量这些传感器之间的与燃料水平相关的电或磁性能。电路也可以经由延伸通过燃料源12壁的电线而连接至第一传感器。在专利申请公开U.S.2005/0115312中对此种类型的燃料计作了更完整的描述。
由传感器30收集到的信息被用于多种用途。例如，当燃料温度降低时，燃料变得更为粘稠，从而抽吸变得更难。控制器18可以动态调节阀24，从而可以抽吸足够的燃料至系统10。并且，通过监控燃料所经历的热循环，控制器18可以经编程而外推出留在燃料源12内的燃料量，并产生燃料计读数。
如本领域技术人员将认识到的，可采取多种形式而将传感器30置于燃料源12之上或靠近其的位置。例如，传感器芯片28可以是与燃料源12分离的。燃料源12包括至少一个用于燃料传输的端口，例如由截止阀24关闭的端口。端口之一适于使包含传感器芯片28的槽能够移动地插入其中。如果传感器30不需要直接接触燃料，例如，如果通过与燃料源12内的气囊或衬底接触来监控温度，则传感器槽的进入端口可置于燃料源12上的任何一处。此外，传感器30可位于燃料电池9的外壳17中。在这种情况下，在将燃料源12插入到外壳17中后，电接点15B和15A(图1中未示出)的连接提供传感器30连入燃料源12内的燃料用以监控。
在如图3-5所示的本发明的又一实施方式中，监控系统也可包括射频识别(RFID)标签50和RFID标签阅读器站52。RFID标签50可以是现有技术中已知的任何RFID标签。RFID标签50可以是被动的或主动的。如果RFID标签50是主动的，则还需要能量源，例如电池。一般来说，RFID标签包括可以是只读型或读写型的存储器，以及射频发射器。但是，一些RFID标签不含存储器，例如那些包括硬接线的识别电路的只读RFID标签。RFID标签的结构和操作在一些美国专利中，包括美国专利U.S.4,274,083和U.S.4,654,658中由更完整的说明，这些专利经引用在此并入。适合的RFID标签可从许多商业渠道获得，包括加州圣何塞的飞利浦半导体公司(Philips Semiconductors)等。
虽然RFID标签也可通过电连接而连接至到位于燃料电池9上的独立的信息储存装置，但RFID标签50最好包括足以存放由传感器(以下说明)收集的数据的读写存储器。
RFID标签50可位于燃料源12上或内的任何地方，例如位于外壳21外表面的顶部、底部、或侧面。在图2、3、和4中所示的实施方式中，RFID标签50置于燃料源12内，即RFID标签50漂浮于燃料内。或者，如图5所示的实施方式中所示，RFID标签50通过粘合或焊接而粘附在燃料源12的内表面。
RFID标签50与RFID阅读器站52进行通讯。RFID阅读器站52发出与RFID标签50通讯的射频信号，并且在被动RFID标签的情况下，通过感应给RFID标签供电。如图3、4、和5所示，RFID阅读器站52最好位于与燃料源12分离的系统10的本体内。或者，如图5所示，RFID阅读器站52可位于由系统10提供电力的电子设备11上或内。RFID阅读器站52也可是手提式装置，或位于燃料源12的外表面上。RFID阅读器站52还通过硬接线连接直接地或通过传递的信号间接地连接至控制器18。控制器18从而通过RFID阅读器站52触发询问，并接受由RFID标签50传递到RFID阅读器站52的信息。
在这些实施方式中，RFID标签50应受到保护以避免与燃料发生可能的反应。优选地，RFID标签50可封入或装入对燃料为惰性的材料中。本文中所用的“惰性”指示材料能够经受长时间暴露于燃料如甲醇中的能力。例如，RFID标签50可以装入与用于形成外壳21的同样的材料中。只要所选择用于封壳的材料不会显著干涉由RFID标签50传递或接受的射频信号，RFID标签50也可以包含在外壳内，如塑料或金属封壳。此外，RFID标签50还可涂上以上关于传感器30的涂层材料，例如亚二甲苯基。
在图6所示的另一实施方式中，燃料源12包括由金属如不锈钢制成的外壳21，以及容纳在衬底27内的燃料，这样上述图2中所描述的实施方式类似。在该实施方式中，最好通过底座78提升而离开燃料源12的外壳21的表面，这是由于当RFID阅读器站52靠近RFID标签50放置时所产生的感应过程会受到外壳21本身的干扰。同样地，在RFID标签50优选地设置在远离外壳21的表面，优选为5mm左右。在RFID标签50和外壳21之间的实际距离80或底座78的高度取决于许多因素，包括尤其是系统的操作范围要求，即RFID标签50和RFID阅读器站52之间的预期距离、RFID标签50的尺寸、以及RFID标签50和RFID阅读器站52的调谐。底座78可以用任何材料制成，例如塑料、陶瓷等。底座78最好使用任何现有技术已知的方法固定于外壳21和RFID标签50两者上，例如通过粘合剂或类似的结合剂粘合或是将底座78压合入外壳21内形成的凹处中。或者，底座78可以为空气间隙。
除了间隔RFID标签50和外壳21外，也可以使用其他方法来补偿对金属外壳21的干扰。例如，如图7所示，可在外壳21和RFID标签50之间放置绝缘材料82。优选地，绝缘材料82为铁素体陶瓷材料，因为铁素体的强磁性会阻挡外壳21干扰而保护RFID标签50。其他的克服金属外壳21干扰的方法包括增强由RFID阅读器站52产生的阅读器场的强度，并选择RFID标签50和RFID阅读器站线圈的相对尺寸。
传感器30可直接地或间接地连接至RFID标签50。如图3所示，在该实施方式中的直接链路40是一电连接，其将由传感器30产生的数据传递到RFID标签50上的存储器。换句话说，传感器30和RFID标签50可在插入到燃料源12之前整合到一个芯片中。或者，如图4所示，传感器30本身可包括射频发射器41，用以调谐和传递信息至RFID标签50或控制器18，而控制器18还包括射频收发器43。传感器30和RFID标签50可被整合入相同材料中以形成RFID包。图5示出的实施方式中，传感器30硬接线连接至粘合在外壳21内表面上的RFID标签50。应当认识到RFID标签50也可位于外壳21的外表面上。
此外，RFID标签50还可用于向燃料电池9上传新的软件。例如，用于控制器18的升级软件可储存在RFID标签50的存储器中。当插入到外壳17中时，新软件可通过任何一种描述的通讯链路而传送至控制器18。本领域技术人员将认识到，其他类型的信息也可储存在RFID标签50的存储器中，例如产品召回警告、新的或更新的校准数据等。
根据本发明的另一实施方式，传感器30可包括至少一个颜色I.D.标签，更具体的，包括至少一个光学颜色标签。图8中示出了代表性的具有颜色I.D.标签102的燃料源12。在一实施例中，颜色I.D.标签102包括单一颜色，可由位于燃料电池9上的颜色阅读器104精确地测量。颜色阅读器104连接至处理器18，处理器18对测量的颜色标签102的颜色进行处理以确定是否插入了正确的燃料源。适合的颜色阅读器包括但不限于分光光度计，可通过商业渠道获得的有日本Komica Minolta的CM系列，以及三色刺激值色度计，可通过商业渠道获得的Komica Minolta的CR-10，CR-11，和CR-13系列。这些颜色阅读器可提供代表颜色标签102颜色的数字读数，并能够区别特定颜色的色调、色度和亮度。当测量的颜色与储存于处理器18中的既定值相符时，燃料源12被接受。
在另一实施例中，颜色I.D.标签102能够根据燃料源12的状况例如温度或压力等因素而改变颜色。在该例中，颜色标签102是由显出色变的材料制成，即化合物颜色的可逆变化，这种变化一般是由各种刺激诱发的分子的电子态的改变而导致。适合的颜色改变材料包括热致变色(由热诱发)、光致变色(由光、辐射诱发)、电致变色(由电子流诱发)、溶致变色(由溶剂极性诱发)、离子致变色(由离子诱发)、加酸变色(由pH变化诱发)、摩擦变色(由机械摩擦诱发)，以及压力变色(由机械压力诱发)。
优选的颜色标签102是由展示出热致变色的材料制成，例如液晶，其中，随着晶体结构从低温时的结晶相经过各向异性的手性/扭曲的向列相而变为高温时的各向同性的液相，颜色发生变化。代表性的颜色改变的液晶包括胆固醇壬酸酯或氰基联苯。其他适合的温度-诱发的颜色改变材料包括隐色体染料。
在该例中，颜色阅读器104可检测到颜色标签102的颜色随燃料源12的物理条件如高温或高压而发生的改变。该颜色的改变可由处理器18处理以监控燃料源12的状态。
在另一实施例中，颜色I.D.标签102包括多种颜色，例如平行的色条(类似于多色条形码)。颜色阅读器104经校准而连续扫描过色带，如果色带是以既定的图案呈现，则燃料源通过认证。或者，每条色带可代表一条独特的信息。  例如，黄带可指示燃料类型，蓝带可指示所含的特定添加剂，其他颜色的色带可指示生产日期等。处理器18和颜色阅读器104可询问颜色I.D.条/标签102，以读取标签上所含的信息。色条的位置可以是相互邻接或间隔的，或者是分离的。
在另一实施例中，颜色阅读器104不需要扫描色条，但颜色阅读器104可一次性对所有色条进行拍照。数码相机可用于获取全部颜色标签的图像，并比较该图像与储存的图像来进行认证，或者如上面段落所述那样对该图像进行处理以确定燃料源的类型。在该例中，捕获的图像的像素可与储存的图像的像素进行比较，从而确定捕获的图像是否与储存的图像基本相同。也可使用模拟相机，并在之后将图像数字化。
在又一实施例中，颜色I.D.标签102可具有任何可由颜色阅读器/相机104捕获而用于认证或处理的图案、商标、设计或图表。此外，标签102可以是彩色全息图，与世界各国货币中使用的那些相似。
颜色I.D.标签102可位于燃料源12的外壳21上，或如图1A中所示的位于窗62b后的光学传感器61那样，位于燃料源12内。
显然，在此披露的本发明的实例的实施方式已达到了本发明的目的，但应当理解，本领域技术人员可作出各种修改和提出其他的实施方式。例如，燃料电池可整合入负载11中。另外，当采用如美国专利申请公开U.S.2005/0074643中描述的加压的燃料源结构时，则无需使用泵14，该公开中所披露的内容经引用在此全文并入。另外，任一实施方式的特征和/或元件可单独使用或结合其他实施方式的特征和/或元件。因此，应理解下面所附的权利要求将包括所有这些在本发明精神和范围内的改变和实施方式。

Claims (48)

1.一种用于燃料电池系统的监控系统，包括：
一燃料电池，具有一控制器；
一燃料源，连接至燃料电池，其中燃料源主要包含燃料电池燃料；
多个传感器，可操作地连接至燃料源；以及
一传感器通讯链路，连接传感器和控制器，其中传感器被构造为被控制器询问。
2.如权利要求1的系统，进一步包括一信息存储装置，可操作地连接至燃料电池和控制器中之一或两者。
3.如权利要求2的系统，进一步包括一信息通讯链路，连接控制器和信息存储装置。
4.如权利要求2的系统，其中信息存储装置包括一存储器芯片。
5.如权利要求2的系统，其中信息存储装置包括一RFID标签，并进一步包括一RFID阅读器站，其中RFID阅读器站位于RFID标签附近。
6.如权利要求5的系统，其中多个传感器中的至少一个传递数据至RFID标签。
7.如权利要求6的系统，其中传感器硬接线连接至RFID标签以形成RFID包。
8.如权利要求7的系统，其中被装入到对燃料为惰性的材料中的RFID包悬浮于燃料内。
9.如权利要求7的系统，其中被装入到对燃料为惰性的材料中的RFID包悬位于燃料源的表面。
10.如权利要求5的系统，其中RFID标签可操作地连接至用于储存数据的附加存储器。
11.如权利要求5的系统，其中RFID标签被装入到对燃料为惰性的材料中。
12.如权利要求11的系统，其中该材料包括氧化硅、亚二甲苯基、聚对苯 二甲酸乙二醇酯、涂覆了聚对苯二甲酸乙二醇酯的硅、聚乙烯醇(PVOH)、乙烯-乙烯醇(EVOH)，接合在聚酯基板上的EVOH、聚偏二氯乙烯共聚物(PVDC或莎纶)、尼龙树脂、含氟聚合物、聚丙烯腈(PAN)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)、间苯二酚共聚物、液晶聚合物、脂肪族的聚酮(PK)、聚氨酯、聚酰亚胺、以及这些材料的混合物和共聚物中的至少一种。
13.如权利要求5的系统，其中RFID标签阅读器站位于燃料源上。
14.如权利要求5的系统，其中RFID标签阅读器站位于燃料电池上。
15.如权利要求1的系统，其中传感器通讯链路包括一电路、一RF传输、磁感应，或其结合。
16.如权利要求1的系统，其中多个传感器包括一压力传感器、一温度传感器、一计时电路、一应变计、一燃料计、一压电传感器、力传感器、一加速计、或其结合。
17.如权利要求16的系统，其中燃料计包括一热敏电阻、一热电偶、一感应传感器、或其结合。
18.如权利要求1的系统，其中传感器位于一芯片上。
19.如权利要求1的系统，其中传感器可移动地插入燃料源中。
20.如权利要求1的系统，其中传感器位于一燃料源外壳之内或之上。
21.如权利要求1的系统，进一步包括
一光源，可操作地连接至控制器；以及
至少一光检测器，可操作地连接至控制器，其中多个传感器是光学传感器。
22.如权利要求21的系统，其中光学传感器包括干涉计、迈克逊传感器、法布里-培若传感器，或其结合。
23.一种用于燃料电池的燃料源，包括：
一容器，其中容器主要包含燃料电池燃料；
至少一传感器，用于监控燃料状态；以及
一RFID标签，其中该RFID标签具有与传感器通讯并被一RFID阅读器站询问的形式。 
24.如权利要求23的燃料源，其中RFID标签可操作地连接至用于储存数据的附加存储器。
25.如权利要求23的燃料源，其中RFID标签被装入到对燃料为惰性的材料中。
26.如权利要求25的燃料源，其中该材料包括氧化硅、亚二甲苯基、聚对苯二甲酸乙二醇酯、涂覆了聚对苯二甲酸乙二醇酯的硅、聚乙烯醇(PVOH)、乙烯-乙烯醇(EVOH)，接合在聚酯基板上的EVOH、聚偏二氯乙烯共聚物(PVDC或莎纶)、尼龙树脂、含氟聚合物、聚丙烯腈(PAN)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)、间苯二酚共聚物、液晶聚合物、脂肪族的聚酮(PK)、聚氨酯、聚酰亚胺、或这些材料的混合物和共聚物中的至少一种。
27.如权利要求23的燃料源，其中被装入到对燃料为惰性的材料中的RFID标签悬浮于燃料内。
28.如权利要求23的燃料源，其中被装入到对燃料为惰性的材料中的RFID标签固定在容器的表面上。
29.如权利要求23的燃料源，其中容器包括金属材料。
30.如权利要求29的燃料源，其中RFID标签以一最小距离与容器的表面分离。
31.如权利要求30的燃料源，其中该最小距离为5mm。
32.如权利要求29的燃料源，其中RFID标签通过一绝缘材料与容器的表面分离，所述绝缘材料包括铁素体。
33.如权利要求32的燃料源，其中绝缘材料为铁素体陶瓷材料。
34.一种用于监控燃料源状态的方法，包括以下步骤：
(i)提供一主要含有燃料电池燃料的燃料源；以及
(ii)响应控制器的询问，用多个传感器，收集关于燃料源的至少一种状态的数据；
(iii)从传感器传递信息到一控制器；以及 
(iv)将信息储存在一信息储存装置中，其中多个传感器位于燃料源内，以及信息储存装置位于远离燃料源处。
35.一种用于监控燃料源状态的方法，包括以下步骤：
(i)提供一主要含有燃料电池燃料的燃料源；以及
(ii)用多个传感器，收集关于燃料源的至少一种状态的数据，其中RFID标签可操作地连接至少一个传感器，控制器指示对RFID标签进行询问；
(iii)从传感器传递信息到一控制器；以及
(iv)将信息储存在一信息储存装置中，其中多个传感器位于燃料源内，以及信息储存装置位于远离燃料源处。
36.如权利要求35的方法，其中步骤(iii)还包括从RFID标签传输数据至控制器。
37.如权利要求36的方法，其中一旦燃料源与控制器进行初始连接，产生步骤(iii)中的数据传输。
38.如权利要求36的方法，其中数据是软件。
39.如权利要求36的方法，其中数据包括校准表。
40.如权利要求34的方法，进一步包括以下步骤
(v)比较从多个传感器收集的数据及参考数据；以及
(vi)基于收集的数据和参考数据之间的差异，修改系统参数。
41.如权利要求40的方法，其中系统参数包括燃料抽吸速率、排出阀状态、燃料水平监控器、或其结合。
42.一种光学传感器，用于监控用于燃料电池的燃料源，所述燃料电池包括一控制器；一阅读器，能够读取来自所述光学传感器的光学信号以监控燃料源，其中控制器通过阅读器触发询问。
43.如权利要求42的光学传感器，其中燃料电池进一步包括一光源，所述光源传送光至光学传感器。
44.如权利要求43的光学传感器，其中光学传感器连接至一光纤。
45.如权利要求42的光学传感器，其中光学传感器包括一颜色识别标签。 
46.如权利要求45的光学传感器，其中颜色识别标签包括多种颜色。
47.如权利要求45的光学传感器，其中颜色识别标签包括一颜色图案。
48.如权利要求45的光学传感器，其中颜色识别标签包括一显示色变的材料。 
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