(57)【要約】燃料電池（９）は、その内部に燃料を配置し取り外し可能で再配置可能な燃料サプライ（１２）を含む。燃料の種々のパラメータ、例えば、温度、圧力、および溶解酸素のレベルを監視するためのシステムが実現される。複数のセンサ（３０）が燃料サプライ側に配され、燃料競る側のコントローラ（１８）およびメモリ（１３）と通信できる。他の実施例では、燃料のシステムパラメータを測定する少なくとも１つのセンサがＲＦＩＤタグ（５０）と離間状態でまたはハードワイヤのリンクを介して通信する。センサおよび／またはＲＦＩＤタグは腐食性の燃料を通さない物質でコーティングされてよい。ＲＦＩＤ読取ステーションはデータを収集する。コントローラを含んで、データをリアルタイムで使用してシステムパラメータ、例えばポンピング速度またはブリードオフを変更し、または、例えば燃料サプライが空であることをユーザに通知するための信号をトリガーしてよい。他の実施例では、光学センサ（６１、１０２）を用いてよい。【選択図】図１
2009506482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラを具備する燃料電池と、
上記燃料電池に結合された燃料サプライと、
上記燃料サプライに動作可能に結合された複数のセンサと、
上記センサを上記コントローラに結合するセンサ通信リンクとを有する、燃料電池用の監視システム。
【請求項２】
上記燃料電池および上記コントローラの一方または双方に動作可能に結合された情報記憶装置をさらに有する請求項１記載の上記システム。
【請求項３】
上記コントローラおよび上記情報記憶装置を結合する通信リンクをさらに有する請求項２記載の上記システム。
【請求項４】
上記情報記憶装置はメモリチップまたはＥＥＰＲＯＭを有する請求項２記載の上記システム。
【請求項５】
情報記憶装置はＲＦＩＤタグを有し、さらにＲＦＩＤ読取ステーションを有し、上記ＲＦＩＤ読取ステーションがＲＦＩＤタグの近くに配される請求項２記載の上記システム。
【請求項６】
上記複数のセンサのうちの少なくとも１つがデータを上記ＲＦＩＤタグに送信する請求項５記載の上記システム。
【請求項７】
上記センサは上記ＲＦＩＤタグとハードワイヤ接続されてＲＦＩＤパッケージを形成する請求項６記載の上記システム。
【請求項８】
上記ＲＦＩＤパッケージは上記燃料中に浮遊される請求項７記載の上記システム。
【請求項９】
上記ＲＦＩＤパッケージは上記燃料サプライの表面に配される請求項７記載の上記システム。
【請求項１０】
上記ＲＦＩＤタグは、上記データを記憶する付加的なメモリに動作可能に接続される請求項５記載の上記システム。
【請求項１１】
上記ＲＦＩＤタグは燃料に対して不活性の材料で包囲される請求項５記載の上記システム。
【請求項１２】
上記材料は、二酸化珪素、キシリレン、ポリエチレンテレフタレート、シリコンコーティングのポリエチレンテレフタレート、ポリビニルアルコール（ＰＶＯＨ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、ポリエステル基体に結合されたＥＶＯＨ、ポリビニリデンクロライドコポリマー（ＰＶＤＣまたはＳａｒａｎ）、ナイロン樹脂、フルオロ−ポリマー、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリ（トリメチレンテレフタレート）（ＰＴＴ）、レゾルシノールコポリマー、液晶ポリマー、脂肪族ポリケトン（ＰＫ）、ポリウレタン、ポリイミド、およびこれら材料のブレンドおよびコポリマーのうちの少なくとも１つを有する請求項１１記載の上記システム。
【請求項１３】
上記ＲＦＩＤタグ読取ステーションは上記燃料サプライの表面に配される請求項５記載の上記システム。
【請求項１４】
上記ＲＦＩＤタグ読取ステーションは上記燃料電池の表面に配される請求項５記載の上記システム。
【請求項１５】
上記センサ通信リンクは電気線、ＲＦ伝送、磁気誘導、またはこれらの組み合わせを有する請求項１記載の上記システム。
【請求項１６】
上記複数のセンサは、圧力センサ、温度センサ、タイミング回路、歪み計、燃料計、ピエゾ電気センサ、力センサ、加速度計、またはこれらの組み合わせを有する請求項１記載の上記システム。
【請求項１７】
上記燃料計はサーミスタ、熱電対、誘導センサ、またはこれらの組み合わせを有する請求項１６記載の上記システム。
【請求項１８】
上記センサはチップの表面に位置づけられる請求項１記載の上記システム。
【請求項１９】
上記センサは上記燃料サプライに取り外し可能に挿入可能である請求項１記載の上記システム。
【請求項２０】
上記センサは上記燃料サプライの内部またはその表面に位置付けられる請求項１記載の上記システム。
【請求項２１】
上記コントローラに動作可能に結合された光源と、
上記コントローラに動作可能に結合された少なくとも１つのフォトディテクタとをさらに有し、
上記複数のセンサは光学センサである請求項１記載の上記システム。
【請求項２２】
上記光学センサは干渉計、マイケルソンセンサ、ファブリ−ペローセンサ、またはそれらの組み合わせを有する請求項２１記載の上記システム。
【請求項２３】
コンテナと、
上記コンテナ内に配された燃料と、
上記燃料の状態を監視する少なくとも１つのセンサと、
ＲＦＩＤタグとを有し、
上記ＲＦＩＤタグは上記センサと通信し、かつＲＦＩＤ読取ステーションにより問い合わせを受けるように構成されることを特徴とする燃料電池用の燃料サプライ。
【請求項２４】
上記ＲＦＩＤタグはデータを記憶する付加的なメモリに動作可能に結合される請求項２３記載の燃料サプライ。
【請求項２５】
上記ＲＦＩＤタグは上記燃料に対して不活性な材料で包囲される請求項２３記載の燃料サプライ。
【請求項２６】
上記材料は、二酸化珪素、キシリレン、ポリエチレンテレフタレート、シリコンコーティングのポリエチレンテレフタレート、ポリビニルアルコール（ＰＶＯＨ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、ポリエステル基体に結合されたＥＶＯＨ、ポリビニリデンクロライドコポリマー（ＰＶＤＣまたはＳａｒａｎ）、ナイロン樹脂、フルオロ−ポリマー、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリ（トリメチレンテレフタレート）（ＰＴＴ）、レゾルシノールコポリマー、液晶ポリマー、脂肪族ポリケトン（ＰＫ）、ポリウレタン、ポリイミド、およびこれら材料のブレンドおよびコポリマーを有する請求項２３記載の燃料サプライ。
【請求項２７】
上記ＲＦＩＤタグは上記燃料中に浮遊する請求項２３記載の燃料サプライ。
【請求項２８】
上記ＲＦＩＤタグは上記コンテナの表面に固着される請求項２３記載の燃料サプライ。
【請求項２９】
上記コンテナは金属材料を有する請求項２３記載の燃料サプライ。
【請求項３０】
上記ＲＦＩＤタグは上記コンテナの上記表面から１の最少距離だけ離れている請求項２９記載の燃料サプライ。
【請求項３１】
上記最少距離は約５ｍｍである請求項３０記載の燃料サプライ。
【請求項３２】
上記ＲＦＩＤタグは上記コンテナの上記表面から絶縁材料により離されている請求項２９記載の燃料サプライ。
【請求項３３】
上記絶縁材量はフェライトを有する請求項３２記載の燃料サプライ。
【請求項３４】
燃料サプライの状態を監視する方法において、
（ｉ）燃料を含有する燃料サプライを準備するステップと、
（ｉｉ）上記燃料サプライの少なくとも１つの状態に関するデータを複数のセンサを用いて収集するステップとを有することを特徴とする上記方法。
【請求項３５】
（ｉｉｉ）上記センサからコントローラへ情報を伝えるステップと、
（ｉＶ）情報記憶装置内に上記情報を記憶するステップとをさらに有し、
上記複数のセンサが上記燃料サプライ中に位置づけられ、上記情報記憶装置が上記燃料サプライから離れて位置づけられる請求項３４記載の上記方法。
【請求項３６】
上記ステップ（ｉｉ）はさらに少なくとも１つのセンサに動作可能に結合されたＲＦＩＤタグから情報を収集することを含む請求項３４記載の上記方法。
【請求項３７】
（ｖ）上記ＲＦＩＤタグに問い合わせを行なうステップと、
（ｖｉ）上記ＲＦＩＤタグから上記コントローラへデータを伝送するステップとをさらに有する請求項３６記載の上記方法。
【請求項３８】
上記ステップ（ｖｉ）のデータの転送は上記燃料サプライおよび上記コントローラを最初に結合したときに起こる請求項３７記載の上記方法。
【請求項３９】
上記データはソフトウェアである請求項３７記載の上記方法。
【請求項４０】
上記データは較正テーブルを有する請求項３７記載の上記方法。
【請求項４１】
（ｖ）上記複数のセンサに問い合わせを行なうステップと、
（ｖｉ）上記複数のセンサから収集したデータをコントロールデータと比較するステップと、
（ｖｉｉ）上記収集したデータと上記コントロールデータとの間の相違に基づいてシステムパラメータを変更するステップとをさらに有する請求項３４記載の上記方法。
【請求項４２】
上記システムパラメータは燃料ポンピング速度、ブリードオフバルブの状態、燃料レベルの監視、またはこれらの組み合わせを含む請求項４１記載の上記方法。
【請求項４３】
燃料電池用の燃料サプライを監視する光学センサにおいて、上記燃料電池は上記光学センサからの光学信号を読み出すことができる読取器を有して上記燃料サプライを監視することを特徴とする光学センサ。
【請求項４４】
上記燃料電池はさらに光源を有し、上記光源が光を上記光学センサに搬送する請求項４３記載の光学センサ。
【請求項４５】
上記光学センサは光ファイバに結合されている請求項４４記載の光学センサ。
【請求項４６】
上記光学センサはカラー識別タグを有する請求項４３記載の光学センサ。
【請求項４７】
上記カラー識別タグは複数の色を有する請求項４６記載の光学センサ。
【請求項４８】
上記カラー識別タグは色パターンを有する請求項４６記載の光学センサ。
【請求項４９】
上記カラー識別タグは、クロミズムを呈する材料を有する請求項４６記載の光学センサ。
【発明の詳細な説明】
【相互参照】
【０００１】
この出願は、２００５年８月２日に出願された本出願人の出願に係る米国特許出願第１１／１９６，６８５号の一部継続出願であり、その開示内容は参照してここに組み入れる。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、直接すなわち、反応物質、すなわち燃料および酸素の化学エネルギを直流（ＤＣ）電気に直接変換する装置である。多くの漸増している用途において、燃料電池は、化石燃料の燃焼などの従来の発電よりも効率的であり、リチウムイオンバッテリーなどの携帯型蓄電池より効率的である。
【０００３】
一般に、燃料電池技術はアルカリ燃料電池、高分子電解質燃料電池、りん酸燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池、固体酸化物燃料電池、および酵素燃料電池のような様々な異なった燃料電池を含む。今日のより重要な燃料電池は、３つのカテゴリ、すなわち、（ｉ）圧縮水素（Ｈ２）を燃料として利用する燃料電池、（ｉｉ）水素燃料に改質されるメタノール（ＣＨ３ＯＨ）、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）、炭化水素（例えばブタン）又は他の燃料を利用する陽子交換膜（ＰＥＭ）燃料電池、（ｉｉｉ）直接に非水素燃料を消費できるＰＥＭ燃料電池すなわち直接酸化燃料電池、および、（ｉｖ）炭化水素燃料を高熱で直接に電気に変換する固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）に分けることができる。
【０００４】
圧縮された水素は一般に、高い圧力の下で保たれ、そのため、扱いが難しい。その上、大きい貯蔵タンクが通常必要で、消費者向け電子製品用に十分小さくすることができない。従来の改質燃料電池は、燃料を水素に変換させて燃料電池内で酸素と反応させるために改質材や気化および補助システムを必要とする。最近の進歩により、改質材または改質燃料電池が消費者向け電子製品に有望になっている。最も一般的な直接酸化燃料電池は、ダイレクトメタノール燃料電池すなわちＤＭＦＣである。他の直接酸化燃料電池は、ダイレクトエタノール燃料電池およびダイレクトテトラメチルオルトカーボネート燃料電池を含む。ＤＭＦＣでは、メタノールが直接に燃料電池中で酸素と反応し、このＤＭＦＣは、最も簡単で可能性としては最も小さくなる燃料電池であり、消費者向け電子製品用の電力供給に最も有望である。ＳＯＦＣは炭化水素例えばブタンを高熱で変換して電気を生じる。ＳＯＦＣは、燃料電池反応を起こさせるために１０００°Ｃの範囲の比較的高温を必要とする。
【０００５】
電気を発生させる化学反応は燃料電池のそれぞれのタイプごとに異なる。ＤＭＦＣでは、各電極での化学電気反応と燃料電池に関する総合的な反応は以下の通り記述される：
【０００６】
アノードでの半反応：
ＣＨ３ＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２  ＋  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−
カソードでの半反応：
Ｏ２  ＋  ４Ｈ＋  ＋  ４ｅ−  →  ２Ｈ２Ｏ
全体の燃料電池反応：
ＣＨ３ＯＨ  ＋  １．５Ｏ２  →  ＣＯ２  ＋  ２Ｈ２Ｏ
【０００７】
ＰＥＭを通る水素イオン（Ｈ＋）がアノードからカソードを通り抜けてマイグレーションするために、また、自由電子（ｅ−）がＰＥＭを通り抜けられないため、電子は外部回路を通って流れなければならず、外部回路を通して電流を生じさせる。この外部回路は、モバイルすなわちセル電話、計算機、パーソナルデジタツアシスタンツ、ラップトップコンピュータ、電力ツールなどの有益な消費者向けの電子製品であってよい。
【０００８】
ＤＭＦＣは、特許文献１および特許文献２に開示されており、詳細はこれらに記載のとおりである。一般に、ＰＥＭはＮａｆｉｏｎ（商標）などの高分子から作られており、ＤｕＰｏｎｔから入手可能であり、厚さが約０．０５ｍｍ〜約０．５０ｍｍの範囲のペルフルオ化合物材料、その他である。アノードは、典型的には、白金ルテニウムなどの触媒の薄層によってサポートされたテフロン（Ｔｅｆｌｏｎｉｚｅｄ）のカーボン紙から製造される。カソードは、典型的には、白金粒子が膜の一面に接着されるガス拡散電極である。
【０００９】
他の直接酸化燃料電池では、ホウ化水素燃料電池（ＤＢＦＣ）はつぎのように反応する。
アノードでの半反応：
ＢＨ４−  ＋  ８ＯＨ−  →  ＢＯ２−  ＋  ６Ｈ２Ｏ  ＋  ８ｅ−
カソードでの半反応：
２Ｏ２  ＋  ４Ｈ２Ｏ  ＋  ８ｅ−  →  ８ＯＨ−
【００１０】
化学金属水素燃料電池では、一般に、液体の水素化ホウ素ナトリウムが改質され、つぎのように反応する。
ＮａＢＨ４＋２Ｈ２Ｏ→（加熱または触媒）→４（Ｈ２）＋（ＮａＢＯ２）
アノードでの半反応：
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソードでの半反応：
２（２Ｈ＋＋２ｅ−）＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ
【００１１】
適切な触媒は白金およびルテニウム、その他の金属である。水素化ホウ素ナトリウムを改質して生成された水素燃料は燃料電池中で、酸化剤例えばＯ２と反応させられ、電気（すなわち電子の流れ）および水の副産物を生成する。ホウ酸ナトリウム（ＮａＢＯ２）の副産物もこのプロセスで生成される。水素化ホウ素ナトリウム燃料電池は特許文献３に検討されており、参照してここに組み入れる。したがって、水性の金属水素化物を採用する既知の化学的な水素化物の反応は約９から１２重量パーセントの貯蔵予測値を伴い、この湿式の化学反応中で採用される液体および触媒は厳密に監視される必要がある。さらに、方程式ｔ１／２−ｐＨ＊ｌｏｇ（０．０３４＋ｋＴ）が反応の半減期を与え、この方程式によると、水和反応は常に極めてゆっくりと起こるので、金属水素化物溶液を長期間に渡って安定に維持することは困難である。さらに、溶液が安定化されるならば、反応性が完全でない。
【００１２】
水素化物貯蔵方法では、反応は以下のとおりである、
金属＋Ｈ２  →  水素化物＋熱
【００１３】
ただし、このような反応の貯蔵予測値は約５重量パーセントしかない。さらに、そのような反応は高価であり、またパッケージングが困難であろう。
【００１４】
水素は生成する他の既知の方法は、乾式の水素化物反応である。乾式反応は、一般に、つぎの反応を伴う。
Ｘ（ＢＨ４）  →  Ｈ２、ただしＸはこれに限定されないがＮａ、Ｍｇ、Ｌｉ、その他を含む。
【００１５】
乾式反応もいつつかの欠点があり、例えば、貯蔵予測値が約１０重量パーセントしかなく、また、圧力を厳密に監視しなければならない。
【００１６】
水素ガスを生成するさらなる方法は、式ＰＶ＝ｎＲＴを用いる圧力貯蔵方法によるものであり、ここで、Ｐは圧力、Ｖは体積、ｎはモル数、Ｒはガス定数、Ｔは温度である。この手法は一定圧力の監視を必要とする。
【００１７】
燃料電池応用のための最も重要な機構の１つは、燃料貯蔵である。他の重要な機構は、燃料の燃料カートリッジから燃料電池への搬送を安定化させることである。商業的に有用にするために、燃料電池、例えば、ＤＭＦＣまたはＰＥＭシステムは消費者の通常の使用を満足させるに足る量の燃料を貯蔵する能力を有さなければならない。例えば、モバイルまたはセルラー電話、ノートブックコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタンツ（ＰＤＡ）のために、燃料電池は、少なくとも現行のバッテリーと同じくらい長く、好ましくはより長く、これら装置を給電できなくてはならない。さらに、燃料電池は、容易に交換可能または再充填可能な燃料タンクを伴って、現行の再充電可能なバッテリーに必要とされる長時間の充電を最小化または省略する必要がある。
【００１８】
燃料電池の動作の間、種々のシステムパラメータをリアルタイムで監視することが多くの理由から非常に要望されている。第１に、燃料の使用履歴を追跡することは、燃料サプライに残留する燃料の料を示し、燃料サプライの残存使用寿命に関する情報をユーザに提供する。特許文献は、電子メモリ要素を含む、消費可能な物質用の多くのコンテナを開示している。米国特許出願公開ＵＳ２００２／０１５４８１５は、参照してここに組み入れられ、これはリード・オンリ・メモリ、プログラマブル・リード・オンリ・メモリ、電子消去可能なプログラマブル・リード・オンリ・メモリ、非揮発性ランダム・アクセス・メモリ、揮発性ランダム・アクセス・メモリ、または他のタイプの電子メモリを含んで良い種々のコンテナを開示している。これら電子メモリ素子はコンテナ用の符号化リサイクル、再生、および／または再充填の指示や、コンテナの利用レコードを保持するために使用して良い。このコンテナはプリンタ用の液体インクまたは粉末トナーを含んでよい。代替的には、コンテナまたは燃料サプライは燃料電池またはその燃料サプライを有してよい。
【００１９】
燃料の燃料サプライから燃料電池への搬送は、とりわけ、燃料の粘度に左右される。例えば、メタノールの粘度は１気圧、０°Ｃで約８．１７×１０−４Ｐａ−ｓであり、１気圧、４０°Ｃで約４．５×１０−４Ｐａ−ｓへと降下し、約５０％の減少を示す。システムがリアルタイムで燃料サプライに含有されている燃料の温度および／または圧力を検出することが可能であれば、燃料電池は、適切な量の燃料を供給するために燃料ポンプをどのくらい長く動作させなければならないかを自己調整できる。燃料が最適な速度で供給されるとき、システムの効率が増大する。また、燃料サプライ内の圧力を監視することにより、ユーザまたはシステムに許容不可能な高レベルまたは低レベルの圧力について警告できる。さらに、燃料への露出を動作に必要な量の燃料に制限することにより燃料電池の利用可能な寿命を長くできる。換言すると、過剰な燃料を燃料電池からあふれださせると燃料電池に損傷を与えるであろう。
【００２０】
監視システム用の１つのオプションは、その他もあるけれども、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システムを使用することである。ＲＦＩＤ技術を採用したシステム、とくに、在庫追跡、例えば図書館または小売店舗の在庫の追跡、自動支払いシステム、例えば料金所のパス、およびセキュリティシステム、例えば車輛を始動させるためのスマートキーの用途のためのものは広く知られている。そのようなシステムはパッテリで給電されるトランシーバを利用する、大きな、移動するシステムであって良い。そのようなシステムは、極めて小さく受動的なシステムでもよく、この場合、情報が搬送または交換されることが望まれる場合に、そのシステム内においてトランスポンダがベースステーションまたはリーダから電力を受け取る。
【００２１】
典型的なＲＦＩＤシステムは、典型的にはタグと呼ばれる、再利用可能な識別装置を含み、これは、しばしば「カード」、「キー」、その他とも呼ばれる。ＲＦＩＤシステムは、認識または読取ステーションも必要とし、これが、予め定められた特性の識別装置が読取ステーションの近傍内に持ち込まれたときにこのような識別装置を認識するように準備される。典型的には、読取ステーションは、無線周波数リンクおよびコントローラを介してタグを読み出しまたは問い合わせを行なうアンテナを含む。コントローラはタグの問い合わせを指示し、また、タグから収集したデータをストアするメモリを実現して良い。さらに、コントローラは、ユーザが外部的にデータを監視できるようにユーザインタフェースを提供して良い。
【００２２】
動作に関しては、タグがＲＦＩＤ読取ステーションに十分近づくとアンテナがＲＦ信号をタグに放出して、タグがアンテナに応答を送信する。タグは内部バッテリにより給電されてよく（「アクティブ」タグ）、また、誘導結合により、アンテナから放射されたＲＦ信号からの誘導電力を受け取っても良い（「パッシブ」タグ）。誘導結合は２つの装置が相互に近くにあるときにそれらの間で起こり、物理的な接触は必要でない。パッシブタグはメインテナンスフリーであり、実質的に寿命が無制限である。ただし、アクティブタグの寿命の幅は、バッテリの寿命に制限されるけれども、いくつかのタグは交換可能なバッテリを提供する。
【００２３】
ＲＦＩＤを伴う現行の監視システムは、監視対象のデータのタイプに関しても、また、燃料電池燃料に接触すると言う厳しい環境にシステムが耐えうるかという点に関しても、燃料電池システムに使用するように適合化されていない。したがって、燃料電池システムに使用するＲＦＩＤ監視システムおよび他の監視システムを提供することが望まれる。
【特許文献１】米国特許第５，９９２，００８号
【特許文献２】米国特許第５，９４５，２３１号
【特許文献３】米国特許第４，２６１，９５６号
【発明の開示】
【００２４】
簡潔にいえば、この発明の一側面によれば、燃料電池を監視するシステムは燃料電池に結合された燃料電池サプライを含む。複数のセンサが動作可能に燃料サプライに結合される。コントローラが燃料電池およびオプションの情報記憶装置に結合される。センサ通信リンクが複数のセンサとコントローラとを結合する。メモリ通信リンクがコントローラとオプションの情報記憶装置とを結合する。
【００２５】
この発明の他の側面によれば、燃料電池用の燃料サプライは燃料をその内部に配するコンテナを含む。燃料の状態を監視するためのセンサが燃料サプライの表面またはその内部に配置される。ＲＦＩＤタグはセンサと通信するように構成され、ＲＦＩＤ読取ステーションにより問い合わせを受けるように適合化されている。
【００２６】
この発明の他の側面によれば、燃料電池用の燃料サプライは、少なくとも１つの光学センサ、例えば、カラー識別タグまたはセンサを含み、これが光ファイバの表面に位置づけられ、サプライの表面またはその内部に配置される。燃料電池により給電されるデバイス、燃料電池に結合される機能ユニット、または燃料電池が光学センサを読み出して適切な燃料サプライが挿入されているかを確かめ、または燃料サプライの状態、例えば温度および圧力を監視することが可能なカラー読取器を含んでよい。
【００２７】
この発明の他の側面によれば、燃料電池内の燃料の状態を監視する方法が、（１）燃料を含有する燃料サプライに結合された燃料電池を準備し；（２）複数のセンサを利用して燃料に関するデータを収集し；（３）情報をセンサからコントローラおよびオプションとして情報記憶装置へ送る、各ステップを有し、複数のセンサが燃料サプライの内部または表面に位置づけられ、かつ情報記憶装置が複数のセンサから離間して位置づけられる。
【００２８】
この発明のこれらおよび他の特徴、側面、および利点は以下の詳細な説明を添付図面を参照して読むときにより良く理解され、これらの図において、それらを通じ、類似の文字は類似の部分を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
添付の図面に示され以下に詳細に検討するように、この発明は燃料サプライに向けられており、この燃料サプライは燃料電池燃料、例えば、メタノールおよび水、メタノール／水の混合物、メタノール／水の種々の濃度の混合物、または純粋なメタノールを貯蔵する。メタノールは多くの種類の燃料電池、例えば、ＤＭＦＣ、酵素燃料電池、および改質燃料電池、その他において使用可能である。燃料サプライは他の種類の燃料電池燃料、例えば、エタノールまたは他のアルコール、水素へと改質可能な化学物質、または燃料電池の改質または効率を改善する他の化学物質を含んでよい。燃料は、また、水酸化カリウム（ＫＯＨ）電解質を含み、これは金属燃料電池またはアルカリ燃料電池とともに使用でき、燃料サプライに貯蔵可能である。金属燃料電池に対しては、燃料は、ＫＯＨ電解質反応溶液中に浸漬された流体担持亜鉛粒子の形態であり、電池キャビティ内のアノードは亜鉛粒子から生成された粒子アノードである。ＫＯＨ電解質溶液は、２００３年４月２４日に発行された「１またはそれ以上の負荷に電力を供給するよう構成された燃料電池システムの使用方法」と題された米国特許出願公開第２００３／００７４９３号に開示されており、その内容は参照してここに組み入れる。燃料は、また、メタノール、過酸化水素、および硫酸の混合物を含み、これはシリコンチップ状に形成された触媒を通過して流れ燃料電池反応を生成する。燃料は、また、メタノール、水素化ホウ素ナトリウム、電解質、および他の化合物、例えば、米国特許第６，５５４，８７７号、同第６，５６２，４９７号、および同第６，７５８，８７１号に説明されているもののブレンドまたは混合物を含み、これらは参照してその内容をここに組みこむ。燃料は、また、米国特許第６，７７３，４７０号に説明されている、溶媒中に部分的に溶解し、部分的に懸濁するもの、ならびに、米国特許出願公開２００２／０７６６０２に説明されている、液体燃料および固体燃料を含むものを含む。これら参考文献の双方は、参照してその内容をここに組みこむ。
【００３０】
燃料は、また、上述のように、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）のような金属水素化物および水を含む。燃料は、さらに、炭化水素燃料を含み、炭化水素燃料は、これに限定されないが、ブタン、灯油、アルコール、および天然ガスを含み、これは、「液体ヘテロインタフェース燃料電池デバイス」という題名で、２００３年５月２２日に公開された米国特許出願公開２００３／００９６１５０に開示されており、参照してここに組みこむ。燃料は、また、燃料と反応する液体酸化物を含む。したがって、この発明は、サプライ中に含有され、また、その他、燃料電池システムにより使用される、任意のタイプの燃料、電解質溶液、酸化物溶液または液体または固体に制約されない。ここで使用される用語「燃料」は、燃料電池または燃料サプライ中で反応することができるすべての燃料を含み、また、上述の適切な燃料、電解質溶液、酸化物溶液、液体、固体および／または化学物質ならびにこれらの混合物のすべてを含むが、これに限定されない。
【００３１】
ここで使用される用語「燃料サプライ」は、これに限定されないが、使い捨てカートリッジ、再充填可能／再使用可能カートリッジ、コンテナ、電子製品内に配置されるカートリッジ、電子製品の外部に配置されるカートリッジ、燃料タンク、燃料リザーバ、燃料再充填タンク、燃料を貯蔵する他のコンテナ、および、燃料タンク、燃料ｒ貯蔵部、燃料再充填タンク、その他燃料をストアする他のコンテナ、および、燃料タンクおよびコンテナに結合された管材を含む。１のカートリッジがこの発明の例示的な実施例との関連で以下に説明されるが、これら実施例は他の燃料サプライにも適用可能であり、この発明は燃料サプライのいかなる特定のタイプにも限定されないことに留意されたい。
【００３２】
この発明の燃料サプライは、燃料電池で使用されない燃料を貯蔵するのに使用しても良い。これらの用途は、これに限定されないが、シリコンチップ上に構築されたマイクロガスタービン用の炭化水素および水素燃料を貯蔵することであり、”Ｈｅｒｅ  Ｃｏｍｅ  ｔｈｅ  Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｓ”、Ｔｈｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｉｓｔ（２００１年１２月／２００２年１月）、ｐｐ．２０−２５に検討されている。この出願の目的に関し、「燃料電池」はこれらマイクロエンジンも含む。他の用途は、内燃機関エンジン用の伝統的な燃料や；ポケットおよび実用ライター用の炭化水素例えばブタンおよび液体プロパンや；個人的な携帯加熱デバイス用に用いる化学燃料を貯蔵することである。ここで使用される用語「燃料電池」は燃料電池や、この発明のカートリッジと共に使用可能な他の器具を含む。
【００３３】
図に示すように、この発明は、負荷１１（図２〜５に示される）に給電を行なう燃料電池システム１０に向けられている。負荷１１は典型的には燃料電池システム１０が給電する電子装置である。負荷すなわち電子装置１１は好ましくは任意の有益な消費者向け電子機器の外部回路および関連機能であるけれども、負荷１１はそれに一体化された燃料電池システム１０を具備しても良い。電子機器１１の例は、これに限定されないが、移動体、すなわちセルラー電話、計算機、伝導工具、園芸器具、パーソナルデジタルアシスタンツ、デジタルカメラ、ラップトップコンピュータ、コンピュータゲームシステム、携帯型音楽システム（ＭＰ３またはＣＤプレーヤ）、グローバルポジショニングシステム、およびキャンプ道具、その他を含む。
【００３４】
図１を参照すると、第１の実施例の燃料電池システム１０は、燃料電池ハウジング１７を具備する燃料電池９と、燃料サプライハウジング２１を具備する燃料サプライ１２とを含む。好ましくは、燃料サプライ１２から燃料電池ユニット１６へ燃料を搬送するポンプ１４が燃料電池ハウジング１７内に含まれる。適切なポンプ１４はこれに限定されないけれどもピエゾ電気ポンプを含み、これら適切なポンプ１４は米国特許出願公開Ｕ．Ｓ．２００５／０１１８４６８に十分に開示され、また、本出願人の出願に係る、２００３年１月３１日出願の「燃料電池用燃料カートリッジ」という題名の米国特許出願公開Ｕ．Ｓ．２００４／０１５１９６２、２００３年７月２９日出願の「柔らかなライナーを具備する燃料カートリッジ」という題名のＵ．Ｓ．２００５／００２３２３６、および２００３年７月２９日出願の「連結バルブを具備する燃料カートリッジ」という題名のＵ．Ｓ．２００５／００２２８８３にも十分に開示されている。これら参考文献の開示は参照してここに組み入れる。他の実施例において、燃料サプライ１２は加圧燃料サプライであり、これは、Ｕ．Ｓ．２００５／００２３２３６公報において検討されるような燃料サプライ１２の内部圧力に基づいて燃料電池９に搬送される燃料の料を自動的に制御する。本出願人の出願に係る、２００３年１０月６日出願の「燃料電池用燃料カートリッジおよびその製造方法」という題名の米国特許出願公開２００５／００７４６４３；２００５年２月２５日出願の「水素発生燃料電池カートリッジ」という題名の１１／０６７，１６７、および２００５年２月２５日出願の「水素発生燃料電池カートリッジ」という題名の１１／０６６，５７３や、本出願人が２００５年６月１３日に出願した「水素発生燃料電池カートリッジ」の題名の出願番号６０／６８９，５３８および同６０／６８９，５３９の２つの仮出願に検討されているように、燃料サプライの内部圧力は、付加的な燃料が燃料サプライ内で生成されるかどうかを決定する。上述の参考文献のすべての開示内容は参照してここに組み入れる。この例では、圧力カートリッジの内部圧力は好ましくは圧力センサで監視される。
【００３５】
燃料電池９はスタックとして配置された７つの燃料電池ユニット１６を含む。燃料電池ユニット１６は先に検討したような当業界で知られている任意のタイプの燃料電池ユニットでよい。燃料電池ユニット１６は少なくとも１つのＰＥＭを含み、これがアノード層およびカソード層の間にサンドイッチされている。典型的には７つのシーリング層も燃料電池ユニット１６とともに含まれる。さきに説明したように燃料電池ユニット１６は自由電子、すなわち電気を生成して電子装置１１に電力供給を行なう。
【００３６】
図１をさらに参照すると、燃料サプライ１２が外側シェルすなわちケーシング２１およびノズル２２を有する。ノズル２２は遮断バルブ２４（図２〜５に示す）を収容し、これが燃料サプライ１２内に貯蔵された燃料と流体連通される。遮断バルブ２４はつぎにポンプ１４に連結される。適切な遮断バルブ２４はＵ．Ｓ．２００５／００２２８８３公報に十分に開示されている。ポンプ１４は、燃料サプライ１２が加圧されていれば、必須ではなく、この場合、ポンプ１４はバルブに置き換えられて良い。
【００３７】
燃料電池ハウジング１７の寸法および形状は燃料電池ユニット１６、ポンプ１４、コントローラ１８および情報記憶装置１３を収容するのに十分なものであるだけでよい。燃料電池ハウジング１７も好ましくは燃料カートリッジハウジング２１を収容するように構成される。ハウジング１７は、好ましくは、燃料サプライ１２が消費者／末端ユーザにより容易にハウジング１７に結合可能であるように構成される。サプライ１２は内部のライナーすなわちブラダーを伴ってまたは伴うことなく形成されて良い。ライナーを伴わないカートリッジおよび関連部品はＵ．Ｓ．２００４／０１５１９６２公報に開示されている。内部ライナーすなわちブラダーを伴うカートリッジはＵ．Ｓ．２００４／００２３２３６公報に開示されている。
【００３８】
コントローラ１８は好ましくはハウジング１７内に設けられて電子装置１１、サプライ１２、ポンプ１４および燃料電池ユニット１６、その他の部品の機能を制御する。代替的には、コントローラ１８は燃料電池システム１０から離間して配置されて通信電送リンク、例えば無線周波数リンクまたは光リンクを介してそれに結合されて良い。好ましくは、ハウジング１７は少なくとも１つのオプションのバッテリ１９を保持し、このバッテリが、燃料電池９が非動作、またはシステムスタートアップ時、シャットダウン、その他、必要なときにシステム１０の各種部品および電子装置１１に給電を行なう。代替的にはオプションのバッテリ１９は、燃料サプライ１２が空のとき、または燃料電池９がオフのときにコントローラ１８に電力供給する。オプションのバッテリ１９はソーラーパネルにより置換され、あるいは一緒に使用されて良い。さらに、オプションのバッテリ１９は燃料電池９または他の適切な電源、例えば、壁コンセントまたはソーラーパネルにより再充電されてよい。
【００３９】
この発明において、監視システムは燃料電池システム１０内に含まれる。監視システムは、燃料電池サプライ１２内に含有される燃料の１または複数のパラメータを監視するための複数のセンサ３０を含む。図１に示すような第１の実施例では、複数のセンサ３０が単一のセンサチップ２８の表面に配置され、このチップは好ましくは集積回路チップである。好ましくは、複数のセンサ３０もセンサチップ２８もメモリを含まず、センサ３０により収集された情報はコントローラ１８に引き継がれ、情報記憶装置１３内に格納されて良く、これは以下に詳細に説明する。代替的な実施例では、しかしながら、センサチップ２８は情報記憶装置１３と類似のメモリを含んでよい。
【００４０】
典型的には、いくつかの燃料パラメータが監視されなければならない。例えば、パラメータは、これに限定されないけれども、圧力、温度、溶解ガスの存在およびレベル、イオン濃度、燃料密度、不純物の存在、使用時間、燃料サプライにかかる応力および張力や、燃料カートリッジ内の残留燃料の料を含む。好ましくは、センサ３０の少なくとも１つは圧力センサである。圧力センサは、燃料サプライ１２内に配置でき、約０−４０ｐｓｉの予想範囲で圧力を測定することが可能な、当業界で既知の任意のタイプの圧力センサであってよいけれども、この範囲は使用する燃料電池システムおよび燃料に応じて変化してよい。例えば、圧力センサは、ニュージャージー州、ＭｏｒｒｉｓｔｏｗｎのＨｏｎｅｙｗｅｌｌ社から入手可能な圧力変換器であってよい。圧力センサは、歪み計のように動作するガラスまたはシリカの結晶であってもよい。すなわち、結晶が圧力の量に応じて電流を放出する。圧力センサは単独で使用されてもよいし、燃料の種々の側面を監視する他のセンサと組み合わせて使用されてもよい。
【００４１】
圧力はピエゾ電気センサによっても検出できる。ピエゾ電気センサは圧力または衝撃にさらされると電荷を生成する固体素子である。内部圧力または衝撃に起因して燃料サプライ内部の圧力が変化すると、センサから信号が生成され、これをコントローラに搬送でき、処理または作動に用いられる。適切なピエゾ電気センサは多くのソースから入手でき、これにはＰＣＢ  Ｐｅｚｏｔｒｏｎｉｃｓ社が含まれる。さらに、ピエゾ電気センサは燃料サプライ、または燃料電池システムに働く力を測定するように構成でき、また、加速度計としても動作して燃料サプライが落下したときにセンサが加速度に識別してコントローラに動作するよう、例えば、遮断またはフェールセーフ動作を行うように信号を送るように構成できる。ピエゾ電気センサは燃料サプライ１２の表面、燃料電池システム１０の表面、または電子装置１１の表面に位置づけることができる。
【００４２】
圧力は光学センサによっても検出できる。受動光学センサを使用することは、例えば米国特許第４，３６８，９８１号に検討されているように、良く知られており、その開示内容は参照してここに組み入れる。図１Ａに示すように、燃料電池９は光源６０、例えば可変波長レーザ、発光ダイオード、または同様の可視または不可視放射線のソースを含む。燃料電池９は少なくとも１つの光検出器６４をも含む。光源６０および光検出器６４はコントローラ１８に接続されている。光学的に不可視の窓６２ａがハウジング１７の表面に燃料サプライ１６に対面して光源６０の開口が窓６２ａと整合するように配置されている。同様に第２の光学的に不可視の窓６２ｂが、燃料サプライ１２が燃料電池９に取り付けられるときに窓６２ａが窓６２ｂと整合するように、ケーシング２１の表面に配置される。少なくとも１つのセンサ３０が燃料サプライ１２内で窓６２ｂと光学的に結合される。センサ３０の１つは、光学センサ６１であってよく、これは当業界で知られている任意の受動光学センサ、例えば、干渉計、マイケルソンセンサ、ファブリ・ペローセンサおよびその他であってよい。１実施例では、光学センサ６１は全体として２つのコイル状のファイバを含み、投射の長さは同一である。露出した光学ファイバ６３ａは燃料サプライ１２内の環境条件にさらされ、他方、参照コイルの光ファイバ６３ｂはそこから遮蔽されている。１例では、露出コイル６３ａは燃料ライナーの周りに巻き付けられ、参照コイル６３ｂは燃料ライナーの内部、外側ケーシングの外部表面、または燃料ライナーおよび外側ケーシングの間に配置される。燃料ライナー内の圧力が増加すると、ライナーの体積が増大し、
露出ファイバが引き延ばされる。露出および参照コイルの差が圧力の増加を示す。さらに、両コイルの温度は実質的に同一であるので、この光学センサは温度の影響を受けない。ライナーの圧力によって露出ファイバが壊れた場合には、露出コイル６３ａ中の光が光検出器６４またはオプションの光検出器６４ａに到達しないので、これにより高圧力であることが示される。
【００４３】
動作を説明すると、光源６０が光、好ましくは既知の継続期間のパルスを放射し、これが窓６２ａを通って窓６２ｂを照らす。光はオプションとして同時に両コイル６３ａ、６３ｂに搬送される。光は、コイル６３ａ、６３ｂを通って進み、反射され窓６２ａ、６２ｂを通って反射される。光信号は光検出器６４により検出される。オプションとして、光検出器６４はコイル６３ａ、６３ｂに対応する検出器６４ａ、６４ｂを有する。燃料サプライ１２中で圧力が上昇すると、露出コイル６３ａの長さが参照ファイバ６３ｂに較べて長くなり、コイル６３ａからの信号の樹脂ぃんに若干の遅延をもたらす。この時間遅延から、燃料サプライ１２内の圧力がコントローラ１８により算出できる。
【００４４】
センサ３０の１つは温度センサであってもよい。温度センサは、当業界で知られている任意のタイプの温度センサ、例えば、熱電対、サーミスタ、または光学センサであってよい。予想される典型的な監視温度は約−２０から５５°Ｃである。温度センサは単独で用いられても良いし燃料の種々の側面を監視する他のセンサと組み合わせて用いられても良い。光学センサが用いられる場合、その動作のタイプおよび方法は実質的に燃料サプライ１２内の圧力に関して先に説明したものと類似である。
【００４５】
センサ３０の１つは溶解ガスを測定するセンサ、例えば酸素または水素センサであってもよい。これら溶解ガスのセンサは当業界で知られている任意のタイプのものでよい。例えば、１つのタイプの適切な酸素センサは、電解質溶液に包囲されたアノードおよびカソードを含むガルバニ電池である。ガルバニ電池は検出酸素の圧力に比例した電流を生成する。溶解ガスセンサは単独で使用されても良いし、燃料の種々の側面を監視する他のセンサと組み合わせて使用さても良い。
【００４６】
センサ３０の１つは燃料計であってよい。チップ２８上で使用して好適な１つのタイプの燃料計は、燃料サプライ１２中の残留燃料を測定するのに使用可能なサーミスタである。サーミスタは温度変化の応答する半導体抵抗である。換言すれば、サーミスタの抵抗は温度が変化すると変化する。一般に、２つのタイプのサーミスタがある。負温度係数（ＮＴＣ）サーミスタおよび正温度係数（ＰＴＣ）サーミスタである。ＮＴＣサーミスタは温度上昇にさらされると抵抗の減少を示し、ＰＣＴサーミスタは温度上昇にさらされると抵抗の増大を示す。サーミスタは伝統的にシステムまたは流体の温度を測定するために使用されてきた。燃料計としてのサーミスタの使用は特許出願公開Ｕ．Ｓ．２００５／０１１５３１２に詳細に検討されており、その内容は参照してここに組み入れる。
【００４７】
サーミスタの抵抗の重要な側面は、燃料カートリッジ内の熱搬送おおび燃料電池が給電する電子装置内の熱搬送に左右されるサーミスタの本体の温度に依存する。熱搬送は、主に環境内の伝導および放射、または装置内の電力消費により引き起こされる加熱から起こる。伝統的な温度測定機能では、自己発熱を補償して正確な温度を得ることができるようにする必要がある。この発明によれば、自己発熱は補償されずに燃料カートリッジ内の残留燃料の熱を消費する能力が測定可能である。熱容量はカートリッジ内に残留する燃料の料に関係する。ＮＴＣおよびＰＴＣサーミスタの双方がこの発明で利用可能である。
【００４８】
一般的には、熱容量または熱伝導率は流体すなわち液体または気体が熱を伝導または拡散する能力として説明される。液体、例えば水またはメタノールは気体、例えば空気、二酸化炭素またはメタノールガスよりかなり大きな熱拡散能力を有する。流体が熱を拡散する能力はその熱容量と等しく、個々の流体で定数であり、流体体積により掛け合わされる。したがって、この発明のこの側面は、燃料内または燃料を含有するオプションのライナーの表面居配置されたサーミスタの電気抵抗を測定することにより残留燃料の体積を測定する。そして電気抵抗が、残留燃料の熱を拡散する能力に変換され、この能力が、熱容量定数で割ることにより残留燃料の体積に変換される。換言すれば、熱容量が大きければ大きいほど残留燃料の体積が大きくなる。
【００４９】
サーミスタ燃料計は使用前に較正すべきである。燃料電池および電子装置の動作温度は既知である。充満しているライナーからの電気信号が記録され、つぎに空のライナーからの電気信号が記録される。既知の部分的な容積からの１または複数の信号も記録してよい。動作温度の間のこれら較正ポイントから較正曲線が導出できる。リアルタイムの信号が較正曲線と比較されて残留燃料が決定される。この発明を逸脱することなく較正の他の手法を用いてよい。
【００５０】
さらに、サーミスタは抵抗であるので、サーミスタを流れる電流が熱を発生する。したがって、電流がサーミスタを流れて、残留燃料により拡散可能な熱を発生させることが可能であり、正確に読み出しを行なえる。１実施例では、残留燃料の読み出しが必要なときには、いつでも、コントローラ１８が電流を問い合わせとしてサーミスタに送出して熱拡散の料を測定する。電流は間欠的または連続的に送出できる。
【００５１】
この発明の他の側面によれば、熱電対を燃料計として使用できる。熱電対を燃料計として使用することは、Ｕ．Ｓ．２００５／０１１５３１２公報に説明されており、これは先に参照してここに組み入れた。熱電対も典型的には温度を測定するために用いられ、異なる金属から成る２本のワイヤを有し、バイメタルセンサとしても知られている。ワイヤは２つの接点で軽都合される。測定接点の温度が参照接点の温度と異なるときに電位差が形成される。参照接点は典型的には既知の温度、例えば水の氷点に維持される。この電位差は測定接点の温度に関連するＤＣ電圧である。温度を測定するために熱電対を用いることは当業界で良く知られている。
【００５２】
サーミスタと同様に、熱電対も温度に応答する抵抗のように動作する。熱電対は、電位差を測定することにより、残留燃料の熱容量を測定することができる。したがって、熱電対も残留燃料を測定できる。代替的には、熱電対の測定接点を通じて電流を供給できる。電流は測定接点を加熱して燃料が熱を拡散させる。したがって、拡散熱の量が残留燃料に関連する。電流は間欠的にも連続的にも送ることができる。熱電対燃料計は上述したようにサーミスタの較正と同様に較正しなければならない。
【００５３】
この発明の他の側面によれば、誘導センサを用いて残留燃料を測定できる。誘導センサを燃料計として用いることはＵ．Ｓ．２００５／０１１５３１２公報に詳細に説明されており、これは先に参照してここに組み入れた。誘導センサは典型的にはオン・オフ近接スイッチとして使用される。誘導センサはワイヤコイルとフェライトコアとを有し、これらがインダクタンス／電気容量（ＬＣ）同調回路の誘導部分を形成する。この回路は発振器を駆動し、これが対称的な発振磁界を形成する。電気導体、例えば金属板が発振磁界に入ってくると導体に渦電流が形成される。この渦電流が磁界からエネルギを奪う。エネルギの変化は誘導センサと電気導体との間の距離に関連する。
【００５４】
センサ３０の１つは、クロックまたは他の形態のタイミングまたは計数機構であってもよい。タイミング機構の例は発振器、例えばクリスタルまたは誘導発振器であり、これはチップ２８に一体に形成される。カウンタは、好ましくは燃料電池９内に収容される、メモリ、例えば情報記憶装置１３に依存するので、カウンタは、燃料サプライ１２が燃料電池１９に結合されているときのみ、発振を計数する。このようにして、カウンタは燃料サプライ１２がどのくらい長く使用されているかを追跡できる。発振の計数値は好ましくは情報記憶装置１３にストアされる。発振器は、燃料サプライ１２内のオプションのバッテリから電力供給を受けて良く、あるいは、例えばポンプ１４がターンオンしたときに、燃料電池９から送られた電力によってトリガーされてもよい。情報記憶装置１３がポンピング速度も追跡するならば、コントローラ１８はポンプ１２を通して流れる燃料の流速を計算し、この結果、燃料サプライ１２中の残留燃料を計算するようにプログラムされてよい。換言すれば、カウンタおよびポンピング速度を組み合わせ、これを燃料計として使用できる。
【００５５】
代替的には、タイミング機構は減衰定数（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）が既知のエネルギ貯蔵デバイスを燃料サプライ１２内に収容して含んでいる。例えば、燃料サプライ１２は自己放電率が既知のバッテリを含んでよく、バッテリテスタが燃料電池９に組みこまれて良い。典型的なニッケルベースのバッテリは充電料を最大に下の値の最初の２４時間でその充電料を約１０−１５％放電し、その後、毎月、さらに１０−１５％失っていくことが当業界で知られている。同様に、リチウムイオンバッテリは充電後の最初の２４時間で約５％自己放電し、その後１−２％毎月失っていくことが知られている。バッテリの自己放電に関する付加的な情報およびそのための監視装置はＩｓｉｄｏｒ  Ｂｕｃｈｍａｎｎ、Ｔｈｅ  Ｓｅｃｒｅｔｓ  ｏｆ  Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｒｕｎｔｉｍｅ（Ａｐｒｉｌ  ２００１）に見い出すことができ、これは＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂａｔｔｅｒｙｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．ｃｏｍ／ｐａｒｔｔｗｏ−３１．ｈｔｍ＞から入手でき、その開示内容は参照してここに組み入れる。燃料サプライに装着されているときに常に十分に充電されているバッテリの自己放電曲線で、コントローラ１８および情報記憶装置１３をプログラムすることにより、コントローラ１８は、燃料サプライ１２が燃料電池９に結合された後に任意の時点でバッテリの測定充電レベルに基づいて燃料サプライ１２の年齢すなわち保管寿命を計算できる。
【００５６】
さらに、監視システムは堅牢でなければならない。燃料は、一般に燃料に露呈している材料を劣化させるように作用し、この発明の１側面では、燃料サプライ１２およびその部品の製造材料が燃料と相性がよいように選択される。チップ２８および／またはセンサ３０は燃料に接触して配置してよく、例えば、燃料中に浮いて、またはケーシング２１またはオプションのライナーの内側表面に固着されてよい。したがって、監視システムは、燃料電池中で使用される燃料との継続した接触に耐えることができなくてはならない。
【００５７】
適切な保護材料は二酸化珪素（ＳｉＯ２）であり、これは蒸着またはスパッタリング、その他の既知に手法により塗布できる。シリカ分子はＳｉＯｘとして基板上に融合し、ここでｘは１または２である。溶媒中に懸濁可能な任意の保護材料を利用できる。
【００５８】
他の適切なコーティングは、これに限定されないけれども、エポキシ−アミンコーティングのクラスである。そのようなコーティングはオハイオ州のＣｌｅｖｅｌａｎｄのＰＰＧ  ＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓからＢａｉｒｏｃａｄｅ（商標）として商業的に入手可能である。これらのタイプのコーティングは静電気銃を用いて塗布でき、赤外線オーブン内で硬化されて気体バリアを形成できる。コーティングは浸漬、スプレイ、またはペインティングによっても塗布できる。これらコーティングは典型的には飲料ボトルまたは缶に使用されて内部の飲料を保護するのに用いられる。
【００５９】
さらに、クリアーな多結晶、アモルファス直鎖キシリレンポリマーがセンサを被覆して保護してよい。キシリレンポリマーは、インディアナ州、ＩｎｄｉａｎａｐｏｌｉｓのＳｐｅｃｉａｌｙ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社からＰａｒｙｌｅｎｅ（商標）として商業的に入手できる。３つの適切なＰａｌｒｙｌｅｎｅ樹脂は、Ｐａｒｙｌｅｎｅ  Ｎ（ポリ−パラ−キシリレン）、Ｐａｒｙｌｅｎｅ  Ｃ（ポリ−モノクロロ−キシリレン）、およびＰａｒｙｌｅｎｅ  Ｄ（ポリ−ジクロロ−パラ−キシリレン）である。Ｐａｒｙｌｅｎｅのさらなる検討は本出願人の２００４年８月６日出願の「燃料電池用の燃料サプライ」という題名の米国特許出願公開第２００６／００３０６５２号に見い出すことができ、その内容は参照してここに組み入れる。
【００６０】
この発明の他の側面によれば、気体バリアフィルムがセンサ３０を包み込んで保護を行なう。適切な気体バリアフィルムはＤｕＰｏｎｔから入手できるＭｙｌａｒ（商標）および食品包装業界から入手できる種々のフィルムを含む。気体バリアフィルムに関するより詳細な情報はＵ．Ｓ．２００６／００３０６５２公報に見い出すことができ、これは適切なフィルムのリストを含み、その内容は参照してすでにここに組み入れた。他の適切な材料は、ポリビニルアルコール（ＰＶＯＨ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、ポリエステル基体に結合されたＥＶＯＨ、ポリビニリデンクロライドコポリマー（ＰＶＤＣまたはＳａｒａｎ）、ナイロン樹脂、フルオロ−ポリマー、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリ（トリメチレンテレフタレート）（ＰＴＴ）、レゾルシノールコポリマー、液晶ポリマー、脂肪族ポリケトン（ＰＫ）、ポリウレタン、ポリイミド、およびこれら材料のブレンドおよびコポリマーを含む。
【００６１】
さらに、センサ３０はハウジング２１内で、ブラダーまたはライナー、例えば図２に示され以下詳細に説明されるライナー２７の外側に配置することにより燃料から保護されてよい。センサ用のさらなる保護コーティングおよび保護フィルムはＵ．Ｓ．２００６／００３０６５２公報に開示されている。
【００６２】
図１を参照すると、チップ２８および情報記憶装置１３が好ましくは相互に離間して配置されるので、コントローラ１８は、例えば、燃料サプライ１２が最初に燃料電池９に装着されたときに、センサ３０から情報を収集開始する。コントローラ１８はセンサ３０に問い合わせを行なうためにチップ２８に信号および／または電力を送出できる。そしてセンサ３０が読み出しを行ない、これが好ましくはコントローラ１８に返される。コントローラ１８およびチップ２８の間の通信は、この実施例ではハードワイヤ接続されたリンクを介して行なわれる。リード７０、好ましくは電気ワイヤがチップ２８および電気接点１５Ａに接続され、これがケーシング２１の外面に露出されている。リード７２も好ましくは電気ワイヤであり、これがコントローラ１８およち電気接点１５Ｂに接続されている。当業者には明らかなように、リード７０、７２、および接点１５Ａ、１５Ｂは当業界で既知の任意のリードまたは電気接点であって良い。電気接点１５Ａおよび１５Ｂは、燃料サプライ１２がハウジング１７内に適切に挿入されればコントローラ１８およびチップ２８の間の電気接続を実現するように構成・配置されている。これを実現するために、燃料サプライ１２およびハウジング１７は、好ましくは、燃料サプライ１２がハウジング１７内に適切な位置にのみ挿入可能であるように構成される。例えば、ハウジング１７は燃料サプライ１７を収容する空洞に突出するタブを含んで良く、かつ、燃料サプライ１２がタブがその中にスライドする配位用スロットを含んで良い。他の例は、ハウジング１７の燃料サプライ１２を収容するための空洞の周囲が対称的な形状であれば、燃料サプライ１７は同一形状を有するというものであろう。燃料サプライをハウジング１７内に適切に配置するのを確実にする他の手法は本出願人の２００４年２月０６日出願の「基準ベースで交換可能な燃料電池カートリッジ」という題名の米国特許出願第１０／７７３，４８１号に検討されており、その開示内容は参照してここに組み入れる。
【００６３】
他の実施例において、センサ３０およびコントローラ１８の間の通信リンクは、電気信号を伝送可能なワイヤレスシステムである。適切なワイヤレス伝送システムは当業界で既知の任意のワイヤレス伝送システムを含み、これは、とりわけ、Ｂｌｕｅ  Ｔｏｏｔｈ技術、無線周波数、赤外線、および光伝送、例えば燃料電池９側のレーザまたはＬＥＤから燃料サプライ１２側のフォトセンサへのものを含む。そのようなワイヤレスシステムはセンサ３０へ電力も伝送または搬送できる。
【００６４】
Ｕ．Ｓ．２００５／０１１８４６８号公報に説明されるように、燃料サプライは、情報記憶装置を含んでよく、これが、使用時に燃料コンテンツを含む燃料コンテンツ、燃料の量、燃料にタイプ、反模倣品情報、年限に基づく有効期限、製造情報のような情報をストアし、またサービスの長さ、再充填の回数、および使用に基づく有効期限のような情報を受け取る能力を有している。
【００６５】
燃料の状態に関する情報は時間の経過に伴って変化して良く、そのような情報を監視し蓄えることは有益である。ただし、燃料の状態、例えば、上述のとおり温度に左右される粘度は、電子装置１１がターンオフされた時刻から再度ターンオンされるまで、例えば、夜間から昼間の間で変化してしまう。したがって、装置がターンオフされるときにメモリ装置にストアされた情報は装置が再度ターンオンされたときには陳腐になってしまうかもしれない。したがって、所定の環境では、情報記憶装置１３にストアされている情報を読み出すのに代えてセンサ３０に問い合わせることが望ましい。ストアされた情報は保護された情報および再書き込み可能な情報を含む。
【００６６】
防護可能な情報は、容易に消去できないものであり、これに限定されないが、カートリッジのタイプ；カートリッジが製造された日；カートリッジのロット番号；）製造時にカートリッジに付与された連続識別番号；情報記憶装置が製造された日；情報記憶装置のロット番号；情報記憶装置に付与された連続識別番号；カートリッジおよび／または記憶装置用の機械識別番号；カートリッジおよび／または記憶装置が製造されたシフト（すなわち一日のうちの時間）；カートリッジおよび／または記憶装置が製造された国；カートリッジおよび／または記憶装置が製造された工場を識別するためのファシリティコード；これに限定されないが温度、圧力、振動耐性、その他の動作限界；製造に用いた材料；反模倣情報；燃料情報、例えば、化学組成、濃度、容量、その他；知的所有権情報、例えば特許番号および登録商標；安全情報；セキュリティパスワードまたは識別子；製造日に基づく有効期限日；シャットダウンシーケンス；ホットスワップ手順；リサイクル情報；反応物質情報；燃料ゲージタイプ；燃料電池９および／またはコントローラをアップデートする新たなソフトウェア；、および流体センサ情報を含む。
【００６７】
再書き込み可能な情報は、これに限定されないが、現在の燃料レベルおよび／または現在の燃料中のイオンレベル；カートリッジを電気装置および／または燃料電池から取り出し／分離した回数、すなわちカートリッジを再充填した回数；カートリッジを電気装置および／または燃料電池から取り出し／分離したときの燃料レベル；カートリッジを電気装置および／または燃料電池に装着／結合した回数；カートリッジを電気装置および／またはねん量電池に装着／結合したときの燃料レベル；電力消費のレートを含む現在の動作状態；具体的な電子装置の許容・棄却；保守状態、および、将来のカートリッジ設計のためのマーケティング情報；トリガーとなったイベント；実際の使用に基づく有効期限日；システムの効率；燃料電池システムの動作履歴、例えば、選択された時間間隔（例えば開始期間、シャットダウン期間または周期的な期間）における温度および圧力；および電子装置の動作履歴、例えば、カートリッジあたりのデジタルピクチャーの数、動力工具の最大トルク、セルラー電話の通話時間および待機時間、ＰＤＡ用のカートリッジごとのアドレス参照数等を含む。
【００６８】
情報記憶装置１３は好ましくは電子記憶装置、例えば、Ｕ．Ｓ．２００５／０１１８４６８号公報に検討され開示されたＥＥＰＲＯＭメモリチップであり、その開示内容はすでに参照してここに組み入れた。適切な情報記憶装置は、これに限定されないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ）、電子的に消去可能なプログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、電子的に読み出し可能な要素（例えば抵抗、容量、インダクタ、ダイオード、およびトランジスタ）、オプションとして読み出し可能な要素（例えばバーコード）、磁気的に読み出し可能な要素（例えば磁気ストライプ）、集積回路（ＩＣチップ）、およびプログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、その他である。好ましい情報記憶装置はＰＬＡおよびＥＥＰＲＯＭを含み、この発明はここではＥＥＰＲＯＭに関連して説明される。しかしながら、この発明はいずれの具体的な情報記憶装置にタイプに限定されないことに留意されたい。
【００６９】
好ましくは、情報記憶装置１３は全体として「製陶材料」で生成された基板（図示しない）、集積回路メモリチップ（図示しない）、電気回路または接点（図示しない）のエッチングされた、あるいはプリントされた層またはストライプを具備する。集積回路メモリチップ（図示しない）は基板（図示しない）に複数のピン、例えば外部電子コネクタにより基板に結合できる。
【００７０】
情報記憶装置１３は好ましくはコントローラ１８にリンク２５、好ましくは電気接続を介して接続される。代替的には、リンク２５は、情報記憶装置１３およびコントローラ１８の間で電気信号を伝送することが可能なワイヤレスシステムである。適切なワイヤレス伝送システムは当業界で既知の任意のワイヤレス伝送システム、例えば、Ｂｌｕｅ  Ｔｏｏｔｈ技術、無線周波数、赤外線、および光伝送等を含む。
【００７１】
情報記憶装置１３は任意の具体的なメモリサイズで良い。メモリサイズは記憶すべきデータの量により決定される。適切なメモリサイズは典型的には約１２８バイトから約５１２Ｋバイトである。ＩＭバイトおよびそれ以上のメモリサイズも商業的に入手可能でありこの発明で利用できる。情報記憶装置１３は、燃料電池９のハウジング１７に適合可能であれば任意の特定の寸法に限定されない。
【００７２】
情報記憶装置１３は好ましくは部分１３ａおよび１３ｂを含む。部分１３ａは、リードオンリ（書き込み保護または保護可能）データを含むように正常業者により予めプログラムまたはセットアップされており、これは上述した。コントローラ１８は情報記憶装置１３の部分１３ａのデータを読み出せる。ただし、コントローラ１８は部分１３ａ中のリードオンリデータを修正または消去できない。部分１３ｂは先に検討した再書き込み可能なデータを含むように製造業者によりプログラムまたはセットアップされている。コントローラ１８は部分１３のデータを読み出し、または書き込み／消去できる。部分１３ａおよび１３ｂは、当業者に知られている通常の電気ワイヤまたはプリント回路基板等を介して、または先に列挙したワイヤレス接続により、リンク２５に接続される。
【００７３】
この発明の第２の実施例が図２に示される。この実施例は図１を参照して示され説明された第１の実施例と類似であり、この第２の実施例において、複数のセンサ３０チップ上に含まれておらず、好ましくは燃料サプライ１２に渡って分散されている。燃料サプライ１２は好ましくはライナー２７を含む。
【００７４】
この実施例では、燃料計は燃料サプライ１２内またはその表面に配された２つのセンサを有して良い。第１のセンサは、燃料が除去されるときにカートリッジ内に残っている燃料のレベルを反映するように移動する箇所に配置されなければならない。例えば、第１のセンサはライナー２７に直接に配置して良い。第２のセンサは燃料サプライ１２の外部、例えば燃料電池９または電子装置１１の表面に配置される。第２のセンサに接続された電気回路がこれらのセンサの間の電気的または磁気的特性を測定でき、これらは燃料レベルと相関または関連付けられている。電気回路は燃料サプライ１２の壁を通り抜けて伸びる電気ワイヤを介して第１のセンサに接続されても良い。このタイプの燃料計はＵ．Ｓ．２００５／０１１５３１２号公報により完全に説明されている。
【００７５】
栓さ０から収集された情報は種々の態様で利用できる。例えば、燃料の温度が下降すれば、燃料の粘度がより大きくなり、このため、ポンピングが難しくなる。コントローラ１８はバルブ２４を動的に調整して十分な燃料がシステム１０にポンピングされるようにする。さらに、燃料がさらされる熱サイクルを監視することにより、コントローラ１８が燃料サプライ１２中に残留する燃料の量を予想して燃料計の読みを生成するようにプログラムされてよい。
【００７６】
当業者に理解されるように、センサ３０を燃料サプライ１２の表面または近くに配置する場合多くの構成を採用できるであろう。例えば、センサチップ２８は燃料サプライ１２から分離されて良い。燃料サプライ１２は燃料を搬送する少なくとも１つのポートを含み、これは例えば遮断バルブ２４の側のポートである。これらポートの１つは、センサチップ２８を含有する容器が取り外し可能にそこに挿入されるように適合されるのがよいであろう。センサ３０が燃料に直接に接触する必要がない場合には、例えば、燃料サプライ１２内のブラダーまたはライナーに接触させて温度を監視するのであれば、センサ用のアクセスポートは燃料サプライ１２の表面のいずれかに配置してよういであろう。さらに、センサは燃料電池９のハウジング１７の内部に配置できるであろう。そのような場合、電気接点１５Ｂおよび１５Ａ（図１に示す）の接続が、燃料サプライ１２をハウジング１７に挿入するときに、燃料サプライ１２内の燃料へのアクセスをセンサ３０に与えて監視が行なえるようになる。
【００７７】
図３−５に示すこの発明のさらに他の実施例においては、監視システムは無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグ５０およびＲＦＩＤタグ読取ステーション５２も含む。ＲＦＩＤタグは当業界で知られている任意のＲＦＩＤタグでよい。ＲＦＩＤタグは受動のものでも能動のものでもよい。ＲＦＩＤタグは能動であれば、電源、例えばバッテリも必要になる。一般的に、ＲＦＩＤタグはリードオンリまたはリード・ライトのメモリ、および無線周波数送信機を含む。ただし、いくつかのＲＦＩＤタグは、例えば、ハードワイヤ接続の識別回路を含むリードオンリ型のＲＦＩＤのように、メモリを具備しない。ＲＦＩＤタグの構造および動作はいくつかの米国特許に十分に説明されており、これには米国特許第４，２７４，０８３号および同第４，６５４，６５８号が含まれ、これらの開示内容は参照してここに組み入れる。適切なＲＦＩＤタグは多くのソースから入手可能であり、これにはカリフォルニア州のＳａｎ  ＪｏｓｅのＰｈｉｌｉｐｓ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ社、その他が含まれる。
【００７８】
ＲＦＩＤタグ５０は好ましくは十分なリード・ライトメモリを含んでセンサ（以下に説明する）から収集したデータを内包するけれども、ＲＦＩＤタグが燃料電池９側に配置された個別の情報記憶装置と電気接続によりリンクされてもよい。
【００７９】
ＲＦＩＤタグ５０は燃料サプライ１２の表面または内部のどこに配置しても良く、例えば、外側ケーシング２１の外面の頂部、底部、または側部に配置されて良い。図２、３および４に示す実施例においては、ＲＦＩＤタグ（１つまたは複数）５０は燃料サプライ１２内に配され、すなわち、ＲＦＩＤタグ５０は燃料内に浮いている。代替的には、図５に示す実施例に図示されるように、ＲＦＩＤタグ５０は、例えば接着剤または溶接により、燃料さプレイ１２の内面に固着される。
【００８０】
ＲＦＩＤタグ５０はＲＦＩＤ読取ステーション５２と通信する。ＲＦＩＤ読取ステーション５２はＲＦＩＤタグと通信する無線周波数信号を放射し、受動ＲＦＩＤタグの場合にはＲＦＩＤタグを電磁誘導により給電する。図３、４および５に示すように、ＲＦＩＤ読取ステーション５２は好ましくは燃料サプライ１２と別個にシステム１０の本体内に位置決めされる。代替的には、図５に示すように、ＲＦＩＤ読取ステーション５２はシステム１０が給電を行なう電子装置１１の表面または内部に配される。ＲＦＩＤ読取ステーション５２は携帯装置であっても良く、また燃料サプライ１２の外面に位置決めされてもよい。ＲＦＩＤ読取ステーション５２はハードワイヤのリンクを介して直接に、または伝送信号を介して間接的にコントローラ１８にリンクされて良い。これにより、コントローラ１８はＲＦＩＤ読取ステーションによる問い合わせをトリガーし、また、ＲＦＩＤタグ５０からＲＦＩＤ読取ステーションに送信された情報を受けとる。
【００８１】
これら実施例の双方において、ＲＦＩＤタグ５０は燃料と反応しないように防護されなければならない。好ましくは、ＲＦＩＤタグ５０は燃料に対して不活性の材料で包囲またはケーシングされてよい。「不活性」は、この文脈で用いられる場合、燃料、例えばメタノールに対して長期に露出されることに耐えることができる能力を指す。例えば、ＲＦＩＤタグ５０は外側ケーシング２１を形成するのに使用した材料と同一の材料で容器封入される。ＲＦＩＤタグ５０は、シェル例えばプラスチックまたは金属のカプセル内に包含されても良い。ただし、カプセル用に選択した座利用がＲＦＩＤタグ５０により伝送され、また受信される無線周波数信号と著しく干渉しないことが条件である。さらに、ＲＦＩＤタグ５０はセンサ３０との関係で先に説明したコーティング材料の任意のもの、例えば、キシリレンでコーティングされてよい。
【００８２】
他の実施例において、図６に示すように、燃料サプライ１２は金属、例えばステンレス鋼で製造された外側ケーシング２１、およびライナー２７内に含有される燃料を収支、これは図２に関連して先に説明した実施例と類似である。この実施例では、ＲＦＩＤタグ５０は好ましくは、マウント７８によって、燃料サプライ１２の外側ケーシング２１の表面から離れて上昇させられており、これは外側ケーシング２１自体が、ＲＦＩＤ読取ステーションをＲＦＩＤタグ５０の近郷に配置するときに発生する誘導プロセスと干渉するかもしれないからである。そのため、ＲＦＩＤタグ５０は好ましくは外側ケーシング２１の表面から離間して配置され、好ましくは約５ｍｍ離間する。ＲＦＩＤタグ５０および外側ケーシング２１の間の実際の距離８０、すなわちマウント７８の高さは、多くの要素、とりわけ、システムの動作範囲要請、すなわちＲＦＩＤタグ５０およびＲＦＩＤ読取ステーション５２の想定距離、ＲＦＩＤタグ５０のサイズ、およびＲＦＩＤタグ５０およびＲＦＩＤ読取ステーションのチューニングに左右される。マウント７８は任意の材料、例えばプラスチック、セラミック、その他から製造してよい。マウント７８は、好ましくは外側ケーシング２１およびＲＦＩＤタグ５０の双方に、当業界で知られている任意の手法、例えば、接着、具体的には接着剤または類似の結合剤を用いた接着、またはマウント７８を外側ケーシング２１内に形成された窪みにプレスフィットさせることにより、固着される。代替的には、マウント７８は空隙であってよい。
【００８３】
ＲＦＩＤタグ５０および外側ケーシング２１を離間させることに加えて、金属の外側ケーシング２１の干渉を補償する手法を採用できる。例えば、図７に示すように絶縁材量８２を外側ケーシング２１およびＲＦＩＤタグ５０の間に配置して良い。好ましくは、絶縁材料８２はフェライトセラミック材料である。これは、フェライトの強磁性特性がＲＦＩＤタグ５０を外側ケーシング２１から遮蔽するからである。金属外側ケーシング２１の干渉を克服する他の手法は、ＲＦＩＤタグ読取ステーション５２により生成される読取フィールドの強さを増大させること、ならびに、ＲＦＩＤタグおよびＲＦＩＤタグ読取ステーションコイルの相対サイズを選択することを含む。
【００８４】
センサ３０はＲＦＩＤタグ５０に直接または間接的にリンクされて良い。図３に示すように、この実施例中の直接リンク４０はセンサ３０により生成されたデータをＲＦＩＤタグ５０側のメモリに搬送する電気接続である。換言すれば、センサ３０およびＲＦＩＤタグ５０は燃料サプライ１２中に挿入されるのに先立って１つのチップに一体化されてよい。代替的には、図４に示すように、センサ３０が、信号を変調してＲＦＩＤタグ５０またはコントローラ１８のいずれかに送信する無線周波数送信機４１をそれ自体に含み、コントローラ１８も無線周波数送受信機４３を含む。センサ３０はＲＦＩＤタグ５０と同一材料を用いて一体化されてＲＦＩＤパッケージを生成しても良い。図５はセンサ３０がＲＦＩＤタグ５０とハードワイヤ接続される実施例を示し、ここでは、ＲＦＩＤタグ５０はケーシング２１の内面に固着される。ＲＦＩＤタグ５０がケーシング２１の外面に位置づけられてもよいことは理解できるであろう。
【００８５】
さらに、ＲＦＩＤタグ５０は燃料電池９に新たなソフトウェアをアップロードするために用いられて良い。例えば、コントローラ１８用にアップデートされるソフトウェアがＲＦＩＤタグ５０のメモリにストアされてよい。ハウジング１７に装着されるときに、新たなソフトウェアが先に説明した通信リンクの任意のものを介してコントローラ１８に伝送される。当業者に理解されるように、他のタイプの情報、例えば、製品リコール警告、新たな、またはアップデートされた較正データ、その他をＲＦＩＤタグ５０のメモリ中にストアできるであろう。
【００８６】
この発明の他の側面によれば、センサ３０はすくなくとも１つのカラーＩＤタグ、より具体的には、少なくとも１つの光学カラータグを有して良い。カラーＩＤタグ１０２を具備する例示的な燃料サプライ１２が図８に示される。１例において、〜ＩＤタグ１０２は単一の色を有し、これが燃料サプライ１２の表面に位置づけられた色読取器１０４により正確に測定される。色読取器１０４はプロセッサ１８に結合され、ここで、測定されたカラータグ１０２の色が処理され、とりわけ、正しい燃料サプライが装着されたかどうかが判別される。適切な色読取器は、これに限定されないが、日本のＫｏｍｉｃａ  Ｍｉｎｏｌｔａ社のＣＭシリーズとして入手できる、分光光度計、Ｋｏｍｉｃａ  Ｍｉｎｏｌｔａ社からＣＲ−１０、ＣＲ−１１、およびＣＲ−１３として商業的に入手できる、三刺激値タイプの測色計（ｔｒｉｓｕｔｉｍｕｌｕｓ  ｔｙｐｅ  ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｅｒ）である。これら色読取器はカラータグ１０２の色を表すデジタル値を提供でき、個々の色の色相（ｈｕｅ）、明暗（ｓｈａｄｅ）、および明度（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）を区別できる。測定された色がプロセッサ１８にストアされている予め定められた値と一致するとき、燃料サプライ１２が容認される。
【００８７】
他の例において、カラーＩＤタグ１０２は燃料サプライ１２の状態、例えば温度、または圧力、その他に応じて色を変化させることができる。この例では、カラータグ１０２は、クロミズム（ｃｈｒｏｍｉｓｍ）、すなわち化合物の可逆性色変化を呈する材料から製造され、一般的にこの性質は種々の刺激により引き起こされる、分子の電子状態の変化によりもたらされる。適切な色変化材料は、サーモクロミズム（熱により誘導される）、フォトクロミズム（光または放射線により誘導される）、エレクトロクロミズム（電子粒により誘導される）、ソルバトクロミズム（溶媒の極性により誘導される）、イオノクロミズム（イオンにより誘導される）、ハロクロミズム（ｐＨの変化により誘導される）、トリボクロミズム（ｔｒｉｂｏｃｈｒｏｍｉｓｍ、機械摩擦により誘導される）、およびピエゾクロミズム（機械圧力により誘導される）を含む。
【００８８】
好ましい色変化タグ１０２はサーモクロミズムを呈する材料、例えば、結晶構造が低温の結晶相から、異方性カイラル／ツイステッドネマチック相を通じて高温の等方性液相へと変化するときに色が変化する、液晶から製造される。例示的な色変化液晶はコレステリルノナノエートまたはシアノビフェニルを含む。他の適切な温度誘導色変化材料はロイコ染料を含む。
【００８９】
この例では、色読取器１０４が燃料サプライ１２の物理条件、例えば高温または高圧に応じたカラータグ１０２の色の変化を検出できる。色の変化はプロセッサ１８により処理されて燃料さプレイ１２の状態が監視可能となる。
【００９０】
他の例では、カラーＩＤタグ１０２は複数の色、例えば平行なストライプの色（多色バーコードと類似である）を有する。色読取器１０４はカラーストライプを順次に走査するように較正され、カラーストライプが予め定められたパターンで表されているならば、燃料サプライが認証される。代替的には、各色ストライプが固有の情報部分を表して良い。例えば、黄色のストライプが燃料タイプを表し、青色のストライプが含有される具体的な添加物を表し、他の色のストライプが製造日等を表して良い。プロセッサ１８および色読取器１０４はカラーＩＤストライプ／タグ１０２と問い合わせを行ないタグに含まれる情報を読み出して良い。カラーのストライプは相互に隣接して配置されても良いし、離間され、または分離されてもよい。
【００９１】
他の例では、色読取器１０４は色付けされたストライプを走査せず、色読取器１０４はストライプ全体の絵／写真を一度に撮る。デジタルカメラを用いて全体のカラータグの画像を撮ってよく、その画像をストア済みの画像と比較して認証を行い、また処理して燃料サプライの
タイプを決定し、これは先の段落で検討したとおりである。この例では、取得した画像の画素をストア済みの画像の画素と比較して取得した画像がストア済みの画像と実質的に同一かどうかを決定できる。アナログカメラも採用でき、その画像は事後的にデジタル化できる。
【００９２】
さらに他の例では、カラーＩＤタグ１０２は、色読取器／カメラ１０４が認証または処理のために取得可能な、任意のパターン、ロゴ、デザイン、グラフィックスを具備してよい。さらに、タグ１０２はカラーホログラムであってよく、これは世界中で紙幣に使用されているものと類似である。
【００９３】
カラーＩＤタグ１０２は燃料サプライ１２のハウジング２１の表面に配置して良く、あるいは燃料サプライ１２の内部に配置して良く。これは図１Ａに示すように窓６２ｂの背後の光学センサ６１と類似である。
【００９４】
ここに開示された発明の例示的な実施例がこの発明の目的を達成することは明らかであるが、当業者が種々の変形や他の実施例を構成できることは容易に理解できる。例えば、燃料電池は負荷１１と一体化されてよい。また、米国特許出願公開２００５／００７４６４３号に説明されているような加圧燃料サプライを用いれば、ポンプ１４は省略されてよく、その開示内容は参照してここに組み入れる。さらに、任意の実施例の特徴および／または要素を、単独で、または他の実施例の特徴および／または要素と組み合わせて使用できる。したがって、添付の特許請求の範囲は、これらすべての変形例や実施例を、その趣旨を逸脱することなくカバーすることを意図するものであることは、容易に理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】この発明に従う燃料電池システムの切欠き斜視図である。
【図１ａ】受動光学センサを組みこんだ、この発明に従う燃料電池システムの代替実施例の模式図である。
【図２】センサアレイが遠隔配置されたコントローラおよび情報記憶装置に結合された、この発明に従う燃料電池システムの模式図である。
【図３】燃料カートリッジ中の監視システムがコントローラおよび情報貯蔵装置に遠隔状態でリンクされている、この発明に従う燃料電池システムの模式図である。
【図４】監視システムのセンサがＲＦＩＤタグに遠隔状態でリンクされている、この発明に従う燃料電池システムの第２の実施例の模式図である。
【図５】ＲＦＩＤタグが燃料カートリッジの内面に固定して結合された、この発明の第３の実施例に従う燃料電池システムの模式図である。
【図６】その外面にＲＦＩＤタグを固着させた、この発明に従う燃料サプライの模式図である。
【図７】ＲＦＩＤタグを絶縁材料を用いてその外面に固着させた、この発明に従う燃料サプライの模式図である。
【図８】代替的なカラーＩＤタグを説明する図１と類似の他の実施例の図である。
【符号の説明】
【００９６】
９    燃料電池
１０    燃料電池システム
１１    負荷
１２    燃料サプライ
１３    メモリ
１８    コントローラ
３０    センサ
【図１】
2009506482.tif 000003
【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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