氢燃料电池及其供电时间估计系统的制作方法

文档序号：19137111发布日期：2019-11-15 21:43阅读：201来源：国知局

本实用新型涉及燃料电池，尤其涉及一种氢燃料电池供电时间估计系统及其方法，其能够对氢燃料电池的正常持续供电时间进行估算。

背景技术：

在燃料电池(如氢燃料电池)被用于供电时，精确估计(或预估)其供电时间具有重要意义。例如，在氢燃料电池用于无人机供电和飞行动力时，氢燃料电池的供电时间需要被提前预知或精确估计，以合理规划飞行航线和作为返航和降落时间的参考依据。如果氢燃料电池的实际供电时间小于供电时间，则可能导致无人机在飞行过程中即耗尽燃料和无人机飞行事故。然而，如果氢燃料电池的实际供电时间远大于供电时间，则可能导致无人机的提前降落和无法完成无人机飞行目的。因此，当无人机采用氢燃料电池作为动力源时，精确估计其供电时间对无人机的安全飞行，甚至对燃料电池供电系统本身的安全运行具有重要意义。

现有的氢燃料电池(或氢燃料电池供电系统)一般包括用于存储氢气的储氢装置，如气瓶等。该储氢装置的容量、内部氢气气压、环境温度等因素决定了储氢装置当前氢气储量的大小。现有氢燃料电池中，多通过检测储气装置内部氢气气压，结合经验估算氢燃料电池的正常供电时间(或剩余运行时间)。

如图1a和图1b所示为一种现有燃料电池(系统)及其供电时间估计系统，其中该燃料电池包括氢气瓶1p、燃料电池(堆)6p和燃料电池控制器2p，其中氢气瓶1p出口设有气压表(或压力表)4p，氢气瓶1p出口通过管路与燃料电池堆6p连接；燃料电池堆6p通过装有电流传感器7p的电流传输线实时输出电流；燃料电池控制器2p内存储氢气瓶1p满瓶状态下的气压值，燃料电池控制器2p还控制燃料电池堆6p的启闭，且采集电流传感器7p测得的电流值并对其进行处理计算及存储；发电机8p被连接于电流传感器7p，减压阀5p设置于气压表4p和燃料电池堆6p之间，温度传感器9p以及复位按钮3p被连接于燃料电池控制器2p。在氢燃料电池用于供电时，首先，向储氢装置(氢气瓶1p)内充气至其气压达到预设气压，求得氢气初始摩尔值；在燃料电池启动和正常运行后，测量其实时输出电流值，并计算得到当前运行时间为止，燃料电池输出的总电量，以计算已被消耗氢气的摩尔量，和计算得到氢气瓶1p的剩余气量，然后，再根据剩余气量和实时输出电流值，计算剩余气量的供电时间。然而，现有这种氢燃料电池供电时间估计系统(或燃料电池的氢气瓶剩余氢气气压估算装置)具有诸多缺陷：首先，根据当前输出电流值，计算燃料电池的持续供电时间需要知道燃料电池的燃料箱(或氢气瓶)中的氢气摩尔量。这就需要知道燃料箱的体积和气压(或压力)。然而，在很多情况下，使用者并不知道燃料电池的燃料箱(或氢气瓶)的体积。其次，在大多数情况下，根据当前输出电流值，计算得到的燃料电池持续供电时间并不适合作为估计或估计燃料电池供电时间的依据。主要原因是燃料电池的实时输出电流值并不是固定值，而是随着负载的实时耗电量在不断变化，根据瞬时输出电流计算得到的燃料电池供电时间会有非常大的波动和误差。再次，无人机高空飞行时，其所在环境往往存在较大噪音。在利用传感器检测氢燃料电池的储氢装置的内部气压时，环境噪声对氢气气压的检测结果带来很大干扰，往往导致氢气气压检测结果出现很大波动。还有，现有氢燃料电池供电时间估计系统未考虑氢燃料电池(堆)对储氢装置中剩余氢气的利用率。最后，现有氢燃料电池供电时间估计系统未考虑环境温度的变化对该储氢装置中剩余氢气量检测结果的影响。该储氢装置在充气和飞行过程中的环境温度存在差别，且氢气在释放过程中也会带走热量，导致储氢装置的温度逐渐变低。然而，要实现高精度的估计，就需要准确测量储氢装置充气时环境温度和当前运行时的环境温度，且两者之间的差别不能过大。一般不宜超过10℃。实际上，在很多情况下，尤其是燃料电池用于飞行器，如无人机时，燃料电池充气环境温度和当前运行环境温度温差往往大于10℃。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种氢燃料电池，其中该氢燃料电池能够通过检测一个预设检测周期起始时，其储氢装置内的气压和该预设检测周期结束时，其储氢装置内的气压，估计该预设检测周期结束时，该氢燃料电池的(持续)供电时间。优选地，该氢燃料电池的气压传感器(或压力传感器)检测到的其储氢装置内的气压数据被传递给一个数据处理模块，该氢燃料电池被设置通过该数据处理模块实现对该氢燃料电池的供电时间的估计。

本实用新型的另一目的在于提供一种氢燃料电池供电时间估计系统，其中该氢燃料电池包括用于实时检测该氢燃料电池的储氢装置内氢气气压的气压传感器和数据处理模块，其中该数据处理模块被设置能够根据气压传感器检测得到的一个预设时间周期(或预设检测周期)开始时的储氢装置内的气压p1和该预设时间周期结束时的储氢装置内的气压p2，即可计算得到该氢燃料电池当前(该预设时间周期结束时)供电时间。

本实用新型的另一目的在于提供一种氢燃料电池，其中该氢燃料电池能够通过获取预设检测周期内所述储氢装置的氢气总量以及氢气平均消耗速率，计算得到输出所述氢燃料电池堆的剩余运行时间。

本实用新型的另一目的在于提供一种氢燃料电池，其中该氢燃料电池只需要获得不同时间点，储氢装置内的气压值变化，即可获得燃料电池的持续供电时间。因此，本实用新型氢燃料电池能够极大的降低了对系统软件和硬件的要求，提高了适用范围。

本实用新型的另一目的在于提供一种氢燃料电池，其中该氢燃料电池采用了多重滤波的方法，对检测数据的获取和处理等阶段的系统噪声和测量噪声进行了有针对性的滤除，以消除检测过程中各种噪声，如环境噪声，对检测结果的影响和缩小最终氢燃料电池的供电时间估计结果的误差。

本实用新型的另一目的在于提供一种氢燃料电池，其中该氢燃料电池被设置能够通过滤波器减小环境噪声，如电流噪声，对储氢装置内的气压测量结果的干扰。优选地，该滤波器为卡尔曼滤波器或递归滤波器。

本实用新型的另一目的在于提供一种氢燃料电池，其中该氢燃料电池被设置能够对最终输出结果进行限幅处理，以最大程度去除明显异常的氢燃料电池供电时间估计结果。这些明显异常的供电时间估计值往往是由于外界环境的影响等引起的传感器检测结果异常波动。

本实用新型的另一目的在于提供一种氢燃料电池，其中该氢燃料电池的数据处理模块能够根据预设检测周期(τ)内，检测周期初始时间，储氢装置的气压ps、检测周期结束时间，储氢装置的气压(或当前气压)pτ，计算得到检测周期内该储氢装置的气压减小速率vp，并进一步根据燃料电池能够利用氢气的最小气压p0,计算储氢装置的当前气压pτ下，能够被燃料电池有效利用的氢总量(摩尔数)和估计该氢燃料电池的供电时间。换句话说，本实用新型氢燃料电池无需检测储氢装置内的剩余氢(气)摩尔数，也无需检测该燃料电池的输出功率或输出电流值，亦可相对精确地估计燃料电池的供电时间。

本实用新型的另一目的在于提供一种氢燃料电池，其中该氢燃料电池进一步包括用于实时检测储氢装置内氢气温度的温度传感器，以更精确计算储氢装置内的剩余氢气量和氢气量减少速率，从而进一步计算氢燃料电池的供电时间。因此，在储氢装置的容量不变的情况下，本实用新型燃料电池可根据不同时间点氢燃料电池的储氢装置内的气压和储氢装置内的温度，来估计氢燃料电池的供电时间。相应地，本实用新型氢燃料电池能够有效排除环境温度的变化对供电时间估计结果的干扰，具有更广泛的应用范围。

本实用新型的另一目的在于提供一种氢燃料电池，其中该氢燃料电池进一步包括通讯模块，以将该数据处理模块计算得到的氢燃料电池供电时间实时传输给上位机和被展示。

本实用新型的其它目的和特点通过下述的详细说明得以充分体现。

为了实现上述至少一个实用新型目的，本实用新型提供一种氢燃料电池，其包括：

至少一个氢燃料电池堆；

至少一个储氢装置，其中该储氢装置适于向该氢燃料电池堆提供氢气；

用于实时检测该储氢装置内氢气气压的气压传感器；和

至少一个控制单元，其中该控制单元包括一个数据处理模块，其中该数据处理模块被设置与该气压传感器可通电地相连接，以获取该气压传感器检测到的该储氢装置内氢气气压，其中该数据处理模块被设置能够根据下述公式：

计算得到在经过一个预设检测周期tτ时，该氢燃料电池的供电时间，其中t为该氢燃料电池的供电时间，p1为预设检测周期tτ开始时，该储氢装置内氢气气压，p2为预设检测周期tτ结束时，该储氢装置内氢气气压，p0为燃料电池能够使该储氢装置内的氢得到有效利用的最小氢气压，z0为气压为p0时的氢气压缩因子，z1为气压为p1时的氢气压缩因子，z2为气压为p2时的氢气压缩因子。本领域技术人员可知，与具体气压相对应，z0、z1和z2均为常数。可以理解，本实用新型氢燃料电池的(持续)供电时间估计方法(或装置)尤其适用环境温度变化不大，导致储氢装置内的温度也变化不大时，例如，储氢装置的环境温度的变化在10℃之内，氢燃料电池的供电时间的估计。该氢燃料电池的供电时间估计方法仅需要检测储氢装置内的气压(变化)，而不需要额外的检测设备，结构简单，提供的估计结果相对精确。

依本实用新型较佳实施例，本实用新型进一步提供一种用于氢燃料电池的供电时间估计系统，其包括：

用于实时检测该氢燃料电池的储氢装置内氢气气压的气压传感器；和

至少一个数据处理模块，其中该数据处理模块被设置与该气压传感器可通电地相连接，以获取该气压传感器检测到的该储氢装置内氢气气压，其中该数据处理模块被设置能够根据下述公式：

依本实用新型较佳实施例，本实用新型进一步提供另一种氢燃料电池，其包括：

至少一个氢燃料电池堆；

至少一个储氢装置，其中该储氢装置适于向该氢燃料电池堆提供氢气；

用于实时检测该储氢装置内氢气气压的气压传感器；

用于实时检测该储氢装置内温度的温度传感器；和

至少一个控制单元，其中该控制单元包括一个数据处理模块，其中该数据处理模块被设置分别与该气压传感器和该温度传感器可通电地相连接，以获取该气压传感器检测到的该储氢装置内氢气气压和该温度传感器检测到的该储氢装置内温度，其中该数据处理模块被设置能够根据下述公式：

计算得到在经过一个预设检测周期tτ时，该氢燃料电池的供电时间，其中t为该氢燃料电池的供电时间，p1为该预设检测周期tτ开始时，该储氢装置内氢气气压、p2为该预设检测周期tτ结束时，该储氢装置内氢气气压，p0为燃料电池能够使该储氢装置内的氢得到有效利用的最小氢气压，t1为该预设检测周期tτ开始时，该储氢装置内温度、t2为该预设检测周期tτ结束时，该储氢装置内温度，t0为该储氢装置的气压为p0时，该储氢装置内的温度，z0为气压为p0时的氢气压缩因子，z1为气压为p1时的氢气压缩因子，z2为气压为p2时的氢气压缩因子。可以理解，该氢燃料电池持续供电时间估计方法(或装置)的适用范围更大，并能有效排除储氢装置内的温度变化对储氢装置内氢气量的影响。因此，该氢燃料电池持续供电时间估计方法尤其适用环境温度(储氢装置内温度)变化幅度较大，尤其是温度变化在10℃以上，氢燃料电池的供电时间的估计。该氢燃料电池的供电时间估计方法需要检测储氢装置内的气压(变化)和储氢装置内温度(变化)，提供的估计结果非常精确。此外，考虑到t0为该储氢装置的气压为p0时，该储氢装置内的温度，而当该储氢装置内的气压为p0时，整个燃料电池无法有效利用该储氢装置内的氢，和预估的燃料电池运行环境温度绝大多数情况下与当前环境温度没有差别。因此，上述公式中的t0可用该储氢装置该预设检测周期tτ结束时，该储氢装置内的温度t2代替。

值得注意的是，由于该燃料电池的该储氢装置在一般情况下与该燃料电池在同一个环境。因此，该氢燃料电池的储氢装置内温度在很大概率，尤其是储氢装置的材料为导热性能良好的材料制成时，与该氢燃料电池所在环境温度差别不大。相应地，本实用新型氢燃料电池的温度传感器可被设置在该储氢装置所在环境中，而不是被设置在该储氢装置的内部腔室。该温度传感器被设置在该储氢装置所在环境，例如，被设置在该储氢装置的外表面，能够大幅度降低该储氢装置的制造难度和成本。优选地，该温度传感器为温度-电阻传感。可选地，该温度传感器也可以是其它类型温度传感器。

在另一些实施例，本实用新型氢燃料电池进一步包括至少一个上位机，其中该上位机通过有线，或无线连接的方式，连接于该数据处理模块，该数据处理模块被设置能够直接地，或通过通讯模块，将该氢燃料电池的供电时间发送至该上位机，该上位机通过显示屏、音频设备等发送给使用者，以使使用者能够知道该氢燃料电池的供电时间。

在一些实施例，本实用新型氢燃料电池进一步包括至少一个噪声传感器，其中该噪声传感器与该氢燃料电池的该数据处理模块可通电地相连接，其中该数据处理模块被设置能够根据该噪声传感器检测到的环境噪声环境噪声，设置该气压传感器的截至频率，并对该气压传感器生成的气压数据进行滤波处理。在另一些实施例，该氢燃料电池进一步包括至少一个与该数据处理模块可通电地相连接的第一通讯模块，和至少一个与该上位机可通电地相连接的第二通讯模块，其中该第一通讯模块被设置用于将该数据处理模块估计或计算得到的该氢燃料电池的供电时间数据发送或传输给该第二通讯模块，该第二通讯模块将该供电时间数据发送或传输给该上位机。可选地，该数据处理模块和该上位机之间的数据传输也可以通过有线传输的方式，如通过数据线或连接总线、数据接收端口等物理连接方式实现该数据处理模块和该上位机之间的数据传输。

在另一些实施例，本实用新型氢燃料电池进一步包括至少一个第二滤波器，其中该第二滤波器适于与该数据处理模块可通电地连接(或电连接)，并被设置能够对该数据处理模块计算得到的供电时间数据进行处理，以消除环境干扰，如环境噪声、电流传输噪声对供电时间数据的干扰。值得注意的是，在该储氢装置内氢气量较少时，消除环境或背景干扰，对更精确估计燃料电池供电时间非常重要。在储氢装置中的氢气较少时，环境或背景干扰常导致很大的误差。优选地，该第一滤波器和/或该第二滤波器为卡尔曼滤波器或递归滤波器。

在另一些实施例，本实用新型氢燃料电池进一步包括至少一个限幅滤波器，其中该限幅滤波器与该数据处理模块可通电地相连接，并被设置能够去除因随机性错误、燃料电池起始运行或未接入负载等情况下，计算得到的明显不正常的氢燃料电池(持续)运行时间。例如，在未接入负载时，燃料电池输出功率极小或甚至为零，数据处理模块计算得到的氢燃料电池(持续)运行时间极大，甚至是无穷大。或者，因外界干扰等原因，数据处理模块自气压传感器接收到储氢装置内的气压值低于燃料电池能够利用氢的最小气压p0，则此时数据处理模块计算得到的氢燃料电池(持续)运行时间为零，甚至是负值，其与前一个预设时间周期检测到的结果相比，差异巨大。该限幅滤波器被设置能够去除这些明显不正常的氢燃料电池(持续)运行时间，以免上位机对氢燃料电池的运行状态作出误判。

在一些实施例，本实用新型氢燃料电池进一步包括模数转换模块(或模/数转换模块)，以将各个传感器，如气压传感器、温度传感器检测得到的模拟信号转换成数字信号。可以理解的是，该模数转换模块被设置在该气压传感器和该第一滤波器之间。可选地，该第一滤波器被设置在该气压传感器和该模数转换模块之间。当该第一滤波器被设置在该气压传感器和该模数转换模块之间时，第一滤波器直接对该气压传感器检测得到的模拟信号进行处理，而当该模数转换模块被设置在该气压传感器和该第一滤波器之间时，第一滤波器对经该模数转换模块转换过的该气压传感器检测得到的储氢装置内的气压数据数字信号进行处理。

依本实用新型较佳实施例，本实用新型进一步提供另一种用于氢燃料电池的供电时间估计系统，其包括：

用于实时检测该氢燃料电池的储氢装置内氢气气压的气压传感器；

用于实时检测该储氢装置内温度的温度传感器；和

至少一个数据处理模块，其中该数据处理模块被设置分别与该气压传感器和该温度传感器可通电地相连接，以获取该气压传感器检测到的该储氢装置内氢气气压和该温度传感器检测到的该储氢装置内温度，其中该数据处理模块被设置能够根据下述公式：

依本实用新型较佳实施例，本实用新型进一步提供一种用于估计氢燃料电池供电时间的方法，包括以下步骤：

(a)检测和获取一个预设周期tτ内，储氢装置内的起始气压p1、结束气压p2；和

(b)根据下述公式：

计算得到在该预设检测周期tτ后，该氢燃料电池的供电时间t，其中p1为预设检测周期tτ开始时，该储氢装置的气压、p2为预设检测周期tτ结束时，该储氢装置的气压，p0为燃料电池能够有效利用氢的最小气压，z0为气压为p0时的氢气压缩因子，z1为气压为p1时的氢气压缩因子，z2为气压为p2时的氢气压缩因子。

依本实用新型较佳实施例，本实用新型用于估计氢燃料电池供电时间的方法进一步包括下述步骤：

(c)根据下述公式：

yn＝a*xn+(1-a)*yn-1，对检测到的储氢装置内的起始气压p1数据和结束气压p2数据进行滤波处理，其中xn为第n次采样值，yn-1为第n-1次滤波器输出值，yn为第n次滤波输出值，a为滤波系数，通常满足0<a<<1，其中该滤波器对应的截止频率fp＝a/(2πtτ)，tτ为采样周期，其中步骤(c)位于该步骤(a)和步骤(b)之间。

依本实用新型较佳实施例，本实用新型用于估计氢燃料电池供电时间的方法进一步包括下述步骤：

(d)对数据处理模块计算得到的检测到的氢燃料电池供电时间进行限幅处理，其中该氢燃料电池的供电时间被限制在0～a·(ph2/pmax)min，其中ph2为氢燃料电池的储氢装置当前氢气气压，pmax为氢燃料电池的储氢装置允许最大氢气气压，a为经测试在额定功率下、氢燃料电池的储氢装置充气至最大氢气气压下氢燃料电池的平均运行时间，从而消除明显不正常的氢燃料电池(持续)运行时间数据。

通过对随后的描述和附图的理解，本实用新型进一步的目的和优势将得以充分体现。

本实用新型的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明和附图得以充分体现。

附图说明

图1a和图1b所示的是现有燃料电池供电时间估计系统。

图2是依本实用新型较佳实施例的氢燃料电池的结构示意图。

图3是依本实用新型较佳实施例的氢燃料电池供电时间估计系统的结构示意图。

图4是依上述本实用新型较佳实施例的用于估计氢燃料电池供电时间的方法的流程图。

图5是依上述本实用新型较佳实施例的氢燃料电池的一种可选实施的结构示意图。

图6是依上述本实用新型较佳实施例的氢燃料电池的该可选实施的供电时间估计系统的结构示意图。

图7是依上述本实用新型较佳实施例的另一种用于估计氢燃料电池供电时间的方法的流程图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的较佳实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参考说明书附图之图2至图4所示，依本实用新型较佳实施例的氢燃料电池被阐明，其包括至少一个发电单元10，如氢燃料电池堆、至少一个储氢装置20、至少一个气压传感器31和至少一个控制单元40，其中该控制单元40至少包括一个数据处理模块41，其中该燃料电池所产生的电能通过一供电单元50向一负载80供电。优选地，该发电单元10为氢燃料电池(堆)。可以理解，该储氢装置20可以是燃料箱、氢气瓶等合适的储氢设备，以用于储存氢气，和将氢气供给氢燃料电池堆10，而该气压传感器31被设置用于实时检测储氢装置内的气压(或压强)。本实用新型氢燃料电池堆的该控制单元40的该数据处理模块41被设置能够根据某个时间周期，如时间t1至时间t2(时间间隔为tτ)这段时间内，储氢装置20的周期起始气压p1、储氢装置20的周期结束气压p2、燃料电池能够有效利用该储氢装置20内的氢的最小氢气气压p0和氢气压缩因子z计算至周期结束时间t2时，氢燃料电池的(持续)供电时间。一般地，时间周期tτ的大小为0.5～30秒。换句话说，该气压传感器31在时间t1和时间t1+tτ(t2)时分别检测储氢装置20内气压，并根据检测到的气压p1和p2计算并估计氢燃料电池的当前供电时间。此外，由于该储氢装置20内的氢需要具有一定的气压(或压强)才能被燃料电池的燃料电池堆10利用和发电，因此，该储氢装置20内的氢气并不能被燃料电池的燃料电池堆完全利用。可以理解，不同的燃料电池，因为设计的差异，其燃料电池堆能够有效利用氢进行发电的氢气气压不同。一般地，燃料电池能够有效利用的氢气的气压不低于一个标准大气压。

进一步地，为了计算或估计本实用新型燃料电池的供电时间，需要计算和获得该燃料电池的氢燃料消耗速率v，其中速率v可通过单位时间内氢燃料消耗量获得：

其中n1和n2为在时间t1和时间t2时，储氢装置20内的氢气量(或氢气摩尔量)。因此，在时间t2时，可被燃料电池有效利用的储氢装置20内的氢气量为：

ne＝n2-n0

其中ne为时间t2时，燃料电池能够有效利用氢气量，

结合克拉伯龙方程：

依本实用新型，当该氢燃料电池所在环境温度变化不大，以致储氢装置20内温度也变化不大时，尤其是，当储氢装置20的环境温度的变化在10℃之内时，该数据处理模块41被设置能够根据下述公式：

计算得到在经过一个预设检测周期tτ时，该氢燃料电池的供电时间，其中t为该氢燃料电池的供电时间，p1为该预设检测周期tτ开始(起始)时，该储氢装置20内氢气气压、p2为该预设检测周期tτ结束时，该储氢装置20内氢气气压，p0为该燃料电池能够有效利用该储氢装置20内的氢的最小气压，z0为气压为p0时的氢气压缩因子，z1为气压为p1时的氢气压缩因子，z2为气压为p2时的氢气压缩因子。本领域技术人员可知，与具体气压相对应，z0、z1和z2均为常数。因此，当该氢燃料电池所在环境温度变化不大时，该氢燃料电池仅需要检测储氢装置内的气压(变化)，而不需要额外的检测设备，其供电时间预估系统的结构简单，提供的估计结果相对精确。

如附图之图2至图4所示，依本实用新型较佳实施例的氢燃料电池进一步包括至少一个第一滤波器51，其中该第一滤波器51被设置能够对该气压传感器31检测到的该储氢装置20内气压(数据)进行滤波处理，以减小环境噪声，如电流噪声等对储氢装置20内气压测量结果的干扰。可以理解，该第一滤波器51被设置在该气压传感器31和该数据处理模块41之间，以对该气压传感器31检测到的该储氢装置20内氢气气压数据进行滤波处理，从而减小环境噪声对该储氢装置20内气压测量结果的干扰。相应地，该第一滤波器51分别与该气压传感器31和该数据处理模块41可通电地相连接。

值得注意的是，本实用新型燃料电池进一步包括至少一个模数转换模块42，其中该模数转换模块42被设置以用于将该气压传感器31检测到的气压数据信号进行处理。相应地，当该第一滤波器51被设置在该气压传感器31和一个模数转换模块42之间时，则该第一滤波器51被设置能够直接对该气压传感器31检测得到的模拟信号进行处理，而当该模数转换模块42被设置在该气压传感器31和该第一滤波器51之间时，则该第一滤波器51对经该模数转换模块42转换过的该气压传感器31检测得到的储氢装置20内的数字信号进行处理。因此，本实用新型氢燃料电池的该模数转换模块42被设置，以将各个传感器，如气压传感器31和/或该噪声传感器32检测得到的模拟信号转换成数字信号。优选地，该模数转换模块42被设置在该气压传感器31和该第一滤波器51之间。可以理解，该第一滤波器51被设置以除去该气压传感器31在检测该储氢装置20内的氢气气压时，环境噪声引起的高频噪声。该第一滤波器51还可能被设置以除去该气压传感器31的检测数据中的高频测量噪声。相应地，根据该第一滤波器51所在环境，本实用新型氢燃料电池的该第一滤波器51的截至频率被设置为50hz。可以理解，该第二滤波器52可以是任何能够实现低频(干扰)噪声滤除的滤波器。如卡尔曼滤波器或递归滤波器。值得注意的是，在储氢装置20内的氢气量较少时，消除环境或背景干扰，对精确检测储氢装置20内的氢气气压非常重要。在储氢装置20内的氢气较少时，环境或背景干扰常导致很大的误差。

如附图之图2至图4所示，本实用新型氢燃料电池进一步包括至少一个噪声传感器32，其中该噪声传感器32与该氢燃料电池的该数据处理模块41可通电地相连接，其中该数据处理模块41被设置能够根据该噪声传感器32检测到的环境噪声，设置该第一滤波器51的截至频率，并对该气压传感器31检测到的气压数据进行滤波处理。换句话说，该数据处理模块41根据该噪声传感器32检测到的环境噪声设置该第一滤波器51的截至频率，该第一滤波器51的截至频率被设置和依该截至频率对该气压传感器31检测到的气压数据进行滤波处理。

如附图之图2至图4所示，本实用新型氢燃料电池包括两个第一滤波器51，其中一个第一滤波器51被设置在该气压传感器31和该数据处理模块41之间，另一个第一滤波器51被设置在该噪声传感器32和该数据处理模块41之间，以分别对该气压传感器31检测到的气压数据和该噪声传感器32检测到的环境噪声数据进行滤波处理，以消除环境干扰，如环境噪声对该气压传感器31和该噪声传感器32检测结果的干扰。

如附图之图2至图4所示，本实用新型氢燃料电池进一步包括至少一个限幅滤波器33，其中该限幅滤波器33与该数据处理模块41可通电地相连接，并被设置能够去除因随机性错误、燃料电池起始运行或未接入负载等情况下，该数据处理模块41计算得到的明显不正常的氢燃料电池(持续)运行时间(或供电时间)。例如，在未接入负载时，燃料电池输出功率极小或甚至为零，数据处理模块41计算得到的氢燃料电池(持续)运行时间极大，甚至是无穷大。或者，因外界干扰等原因，该数据处理模块41自该气压传感器31接收到的该储氢装置20内的气压值(数据)低于燃料电池能够利用氢的最小气压p0，则此时数据处理模块41计算得到的氢燃料电池(持续)运行时间为零，甚至是负值，其与前一个预设时间周期检测到的结果相比，差异明显过大。该限幅滤波器33被设置能够去除这些明显不正常的氢燃料电池(持续)运行时间，以避免上位机60误判该氢燃料电池的运行状态。因此，优选地，该限幅滤波器33被设置能够将该氢燃料电池(持续)运行时间计算结果限制在0～a·(ph2/pmax)分钟(或其它时间单位)，其中ph2为氢燃料电池的储氢装置当前氢气气压，pmax为氢燃料电池的储氢装置允许最大氢气气压，a为经测试在额定功率下、氢燃料电池的储氢装置充气至最大氢气气压下氢燃料电池的平均运行时间。相应地，该限幅滤波器33被设置在该数据处理模块41和该第一通讯模块43之间。可选地，该限幅滤波器33被设置在该数据处理模块41和该气压传感器31之间。可以理解，当该限幅滤波器33被设置在该数据处理模块41和该气压传感器31之间时，该数据处理模块41接收到的该气压传感器31检测到的该储氢装置20内的气压值为0～pmax，优选为p0～pmax。

如附图之图2至图4所示，本实用新型氢燃料电池进一步包括一个第二滤波器52，其中该第二滤波器52与该数据处理模块31可通电地相连接，并被设置能够除去该数据处理模块31对该气压传感器31检测到的气压数据进行处理时，产生的低频噪声(数据)。优选地，该第二滤波器52被设置在该数据处理模块31与该第一通讯模块43之间。换句话说，该第二滤波器52与该数据处理模块41可通电地相连接，并被设置能够对该数据处理模块31处理该气压传感器31检测到的气压数据时，产生的低频噪声数据。可以理解，该第二滤波器52可以是任何能够实现低频(干扰)噪声滤除的滤波器，如卡尔曼滤波器或递归滤波器。优选地，该第二滤波器52的截止频率不大于5hz。更优选地，该第二滤波器52的截止频率为1hz。最优选地，该第二滤波器52优选被设置在该数据处理模块41和该限幅滤波器33之间。

如附图之图2至图4所示，本实用新型氢燃料电池的该控制单元40进一步包括至少一个与该数据处理模块41可通电地相连接的第一通讯模块43，其中该第一通讯模块43被设置能够与一个第二通讯模块44相通讯，其中该第二通讯模块44与上位机60可通电地相连接，其中该第一通讯模块43被设置用于将该数据处理模块41估计或计算得到的该氢燃料电池的供电时间数据发送或传输给该第二通讯模块44，该第二通讯模块44将该供电时间数据发送或传输给上位机60。可选地，该数据处理模块41和该上位机60之间的数据传输也可以通过有线传输的方式，如通过数据线或连接总线、数据接收端口等物理连接方式实现该数据处理模块41和该上位机60之间的数据传输。值得注意的是，该数据处理模块41被设置能够根据不同时间的该储氢装置20的实时氢气气压数据计算该氢燃料电池的实时氢气量(摩尔数)的减少速率。

如附图之图2至图4所示，本实用新型氢燃料电池进一步包括至少一个与该储氢装置20相连通的减压阀34，其中该减压阀34具有一个进气通路341和一个出气通路342，其中该减压阀34的进气通路341与该储氢装置20的出气口201相连通，该减压阀34的出气通路342与该氢燃料电池的进气口202相连通。可以理解，当该储氢装置20内气压较大时，减压阀34能够控制向燃料电池的电池堆提供氢气的气压在一个合适的水平。优选地，该气压传感器31被设置在该减压阀34的进气通路341，从而使得该气压传感器31检测到的氢气压与该储氢装置20内气压一致。换句话说，该气压传感器31并不一定被设置在该储氢装置20的内部，也可被设置在该减压阀34的进气通路341。更优选地，该气压传感器31为压电传感器，能够根据该储氢装置20内的氢气气压，生成相应的电信号，并被传输至该氢燃料电池的数据处理模块41。

如附图之图2至图4所示，该减压阀34包括一个气压控制模块343和至少一个减压元件344，其中该减压阀34的气压控制模块343可通电地与该气压传感器31相连接，以接收该气压传感器31感应或检测到的到的储氢装置20内的氢气气压数据，从而使得该减压阀34的气压控制模块343能够根据该气压传感器31检测或感应到的该储氢装置20内的氢气气压控制该减压阀34的减压元件344对自该储氢装置20输出的氢气进行降压处理，以使其满足氢燃料电池堆的需要。可选地，该数据处理模块41与该减压阀34可通电地相连接，该气压传感器31将其检测或感应到的该储氢装置20内的氢气气压数据传输至该数据处理模块41，该数据处理模块41根据该气压传感器31检测或感应到的该储氢装置20内的氢气气压控制该减压阀34的减压元件344对自该储氢装置20输出的氢气进行降压处理。在另一些实施例，本实用新型氢燃料电池进一步包括至少一个上位机60，其中该上位机60通过有线，或无线连接的方式，连接于该数据处理模块41，该数据处理模块41直接地，或通过通讯模块43、44，将该氢燃料电池的供电时间发送至该上位机60，该上位机60通过显示屏显示该氢燃料电池的供电时间。

如附图之图2至图4所示，本实用新型氢燃料电池的该控制单元40进一步包括一个时间控制模块45，其中该控制单元40的该时间控制模块45被设置向控制单元40提供时间值，从而使该控制单元40能够根据该时间控制模块45提供的时间值，控制该气压传感器31检测该氢燃料电池的该储氢装置20内的气压(或压强)，和获取一个预设时间周期(或预设检测时间周期)tτ内的起始气压p1和结束气压p2，并根据相应公式计算该氢燃料电池的该储氢装置20内的剩余氢气能够支持该氢燃料电池正常运行时间(或供电时间)。

如附图之图2至图4所示，本实用新型氢燃料电池的该控制单元40进一步包括数据缓存模块46，其中该数据缓存模块46被设置能够存储或临时存储该气压传感器31检测到的氢气气压数据。换句话说，当该数据处理模块41需要向控制单元40的控制模块46提供燃料电池供电时间数据时，该数据处理模块41可自该数据处理模块41读取或获得距离当前时间最近的预设周期tτ内的起始气压p1和结束气压p2，以更准确估计该氢燃料电池的储氢装置20内的当前氢气量能够支持该燃料电池的正常运行时间(或供电时间)。换句话说，尽管该氢燃料电池的储氢装置20内的当前氢气量能够支持该燃料电池的正常运行时间(或供电时间)可以以当前时间为一个预设时间周期的结束时间，以自当前时间向前tτ时间(t1)为预设时间周期的起始时间，来计算得到。然而，在实际情况下，该氢燃料电池的储氢装置20内的当前氢气量能够支持该燃料电池的正常运行时间仍然具有周期性，一般是前一个预设时间周期的结束时的燃料电池供电时间—除非当前时间恰好是前一个预设时间周期的结束时间，或后一个预设时间周期的开始时间。优选地，该预设检测时间周期tτ的大小为不大于5分钟。更优选地，该预设检测时间周期tτ的大小为5～30秒。

附图之图5至图7所示的是依本实用新型较佳实施例的氢燃料电池的一种可选实施，其中该氢燃料电池包括至少一个氢燃料电池堆10、至少一个储氢装置20、至少一个气压传感器31、至少一个温度传感器35和至少一个控制单元40，其中该控制单元40至少包括一个数据处理模块41，其中该储氢装置20被设置适于向该氢燃料电池堆10提供氢气，该气压传感器31被设置用于实时检测该储氢装置10内氢气气压，该温度传感器35被设置用于实时检测该储氢装置10内温度，该数据处理模块41被设置分别与该气压传感器31和该温度传感器35可通电地相连接，以能够获取(或接收)该气压传感器31检测到的该储氢装置10内氢气气压(数据)和该温度传感器35检测到的该储氢装置10内温度(数据)，其中该数据处理41模块被设置能够根据下述公式：

计算得到在经过一个预设检测周期tτ时，该氢燃料电池的供电时间，其中t为该氢燃料电池的供电时间，p1为预设检测周期tτ开始时，该储氢装置20的气压、p2为预设检测周期tτ结束时，该储氢装置20的气压，p0为燃料电池能够使氢得到有效利用的该储氢装置20的最小氢气压，t1为预设检测周期tτ开始时，该储氢装置20内(氢气)温度、t2为预设检测周期tτ结束时，该储氢装置20内温度，t0为该储氢装置20的气压为p0时，该储氢装置20内温度，z0为气压为p0时的氢气压缩因子，z1为气压为p1时的氢气压缩因子，z2为气压为p2时的氢气压缩因子。优选地，本实用新型氢燃料电池的可选实施的该温度传感器35对温度的检测，与该气压传感器31对储氢装置20内气压的检测，在时间上相同步。例如，当该气压传感器31在时间t1和时间t1+tτ(t2)时分别检测储氢装置20内气压时，则该温度传感器35在时间t1和时间t1+tτ(t2)时分别检测储氢装置20内温度为t1和t2。

如附图之图5至图7所示，依本实用新型较佳实施例的氢燃料电池的可选实施进一步包括另一第一滤波器51，其中该第一滤波器51被设置在该温度传感器25和该数据处理模块41之间，其中该第一滤波器51被设置能够对该温度传感器35检测该储氢装置20内温度和生成的相应温度数据进行滤波处理，以减小，甚至消除环境噪声对该温度传感器35检测到的储氢装置20内温度测量结果的干扰。可以理解，该第一滤波器51可被设置在该温度传感器35和一个模数转换模块42之间，则该第一滤波器51被设置能够直接对该温度传感器35检测得到的模拟信号进行处理，而当该模数转换模块42被设置在该温度传感器35和该第一滤波器51之间时，则该第一滤波器51对经该模数转换模块42转换过的该温度传感器35检测得到的储氢装置20内温度数字信号进行处理。

值得注意的是，综合考虑该氢燃料电池的储氢装置20内气压和温度变化的供电时间估计方法(或系统)的适用范围更大，并能有效排除储氢装置20内温度变化对储氢装置20内氢气量的影响。因此，该氢燃料电池供电时间估计方法尤其适用环境温度(储氢装置内温度)变化幅度较大，尤其是温度变化在10℃以上，氢燃料电池的供电时间的估计。该氢燃料电池的供电时间估计方法需要检测储氢装置20内气压(变化)和储氢装置20内温度(变化)，其提供的估计结果更加精确。另外，考虑到该氢燃料电池的储氢装置20内温度在很大概率，尤其是当该储氢装置20的材料为导热性能良好的材料制成时，与其所在环境温度差别不大。因此，在一些实施例，本实用新型氢燃料电池的温度传感器35被设置在该储氢装置20所在环境中，而不是被设置在该储氢装置20的内部。该温度传感器35被设置在该储氢装置20所在环境，例如，被设置在该储氢装置20的外表面，能够大幅度降低该储氢装置20的制造难度和成本。可以理解，该温度传感器35可以是任何类型的温度传感器。优选地，该温度传感器35为温度-电阻传感器。进一步地，该控制单元40能够根据该时间控制模块45提供的时间值，控制该温度传感器35检测该氢燃料电池的该储氢装置20的内部温度(或该储氢装置20所在环境温度)。

依本实用新型依本实用新型较佳实施例，本实用新型进一步提供用于燃料电池，尤其是氢燃料电池的供电时间估计系统，其包括用于实时检测储氢装置20内氢气气压的气压传感器31和至少一个数据处理模块41，其中该数据处理模块41与该气压传感器31可通电地相连接，以接收该气压传感器31检测到的该储氢装置20内气压(数据)，其中该数据处理模块41被设置能够根据下述公式：

计算得到在一个预设检测周期tτ后，该氢燃料电池的供电时间，其中t为该氢燃料电池的供电时间，p1为该预设检测周期tτ开始时，该储氢装置的气压，p2为该预设检测周期tτ结束时，该储氢装置的气压，p0为燃料电池能够有效利用该储氢装置内氢的最小气压，z0为气压为p0时的氢气压缩因子，z1为气压为p1时的氢气压缩因子，z2为气压为p2时的氢气压缩因子。

依本实用新型依本实用新型较佳实施例，本实用新型进一步提供另一用于燃料电池，尤其是氢燃料电池的供电时间估计系统，其包括用于实时检测储氢装置20内氢气气压的气压传感器31、温度传感器35和至少一数据处理模块41，其中该数据处理模块41与该气压传感器31和该温度传感器35可通电地相连接，以接收该气压传感器31检测到的该储氢装置20内气压数据和该温度传感器35检测到的该储氢装置20内温度数据，其中该数据处理模块41被设置能够根据下述公式：

计算得到在经过一个预设检测周期tτ后，该氢燃料电池的供电时间，其中t为该氢燃料电池的供电时间，p1为该预设检测周期tτ开始时，该储氢装置内的气压、p2为该预设检测周期tτ结束时，该储氢装置内的气压，p0为燃料电池能够有效利用该储氢装置内氢的最小气压，t1为该预设检测周期tτ开始时，该储氢装置内的温度、t2为该预设检测周期tτ结束时，该储氢装置内的温度(或起始温度)，t0为该储氢装置的气压为p0时，该储氢装置内的温度(或结束温度)，可视为与温度t2相同，z0为气压为p0时的氢气压缩因子，z1为气压为p1时的氢气压缩因子，z2为气压为p2时的氢气压缩因子。

因此，本领域技术人员能够理解，本实用新型用于氢燃料电池的供电时间估计系统也可能用于其它类型的燃料电池，如甲醇燃料电池、联氨燃料电池、气态烃类燃料电池和/或一氧化碳燃料电池等。因此，燃料电池所用燃料种类不应构成对本实用新型的限制。

如附图之图4所示，依本实用新型较佳实施例，本实用新型进一步提供用于估计燃料电池，尤其是氢燃料电池的供电时间的方法，其包括下述步骤：

(a)检测和获取一个预设周期tτ内，该氢燃料电池的该储氢装置内的起始气压p1、结束气压p2；和

(b)根据下述公式：

计算得到在该预设检测周期tτ结束时，该氢燃料电池的供电时间t，其中p1为该预设检测周期tτ开始时，该储氢装置内的氢气气压、p2为该预设检测周期tτ结束时，该储氢装置内的氢气气压，p0为该燃料电池能够有效利用该储氢装置内的氢的最小气压，z0为气压为p0时的氢气压缩因子，z1为气压为p1时的氢气压缩因子，z2为气压为p2时的氢气压缩因子。