用于无人飞行器燃料电池的系统和方法与流程

本发明涉及无人飞行器技术领域，具体涉及一种用于无人飞行器燃料电池的系统和方法。

背景技术：

飞行器例如无人飞行器(uav)可以用于执行军事和民事应用的监测、侦察以及勘探任务。此类飞行器可以携带被配置成用于执行特定功能的有效载荷。

常规的飞行器可以包括多旋翼结构，所述结构可以采用锂离子电池作为能量来源。然而，鉴于锂离子电池具有有限的能量密度并且多旋翼结构具有高功耗，所述运载工具的飞行时间可能是有限的。这种有限范围减少了飞行器在特定应用中的有用性。

技术实现要素：

存在减少飞行器的载荷以增加运载工具的飞行时间的需要。增加的飞行时间为运载工具提供了增加的行程范围。当飞行器用于递送物品、喷淋环境或者巡逻或扫描区域时，增加的范围可以是特别有用的。

在一些情形下，常规运载工具中的锂离子电池可以替换为燃料电池以增加运载工具的飞行时间。燃料电池具有超过锂离子电池的若干优点。例如，燃料电池具有高能量密度，例如，约800-1000wh/kg，比锂离子电池的能量密度大约5-10倍。燃料电池还可以通过增加燃料进行再充电，并且可以使用而无需再电力充电。不像锂离子电池，燃料电池不经受充电-放电容量损失，并且因此具有长使用寿命。

然而，在各种燃料电池设计中出现一些挑战。例如，用于燃料电池的燃料(例如氢气)可以储存在高压气罐中。传统的压缩氢气气罐比轻型运载工具所希望的情况大得多且重得多。而且，燃料电池中的电化学反应产生副产物。气罐和副产物的重量可能增加运载工具的载荷，这增加了功耗并且减少了运载工具的飞行时间。此外，由燃料电池中的电化学反应产生的热量可能影响燃料电池以及运载工具的其他内部部件的性能/可靠性。

存在移除由燃料电池产生的热量以改进燃料电池的性能/可靠性并且防止热量影响运载工具的其他内部部件的进一步需要。在此提供了多种系统、方法以及装置来至少解决以上需要。

例如，在一些实施方式中，运载工具的载荷可以通过使用轻型储存容器储存燃料来降低，而不是使用高压重气罐。此外，运载工具载荷的载荷可以通过从运载工具移除燃料电池电化学反应的副产物而进一步降低。此外，由燃料电池产生的热量可以通过使用副产物冷却燃料电池来移除。

根据本发明的一个方面，运载工具包括燃料电池和排气系统。所述燃料电池与燃料储存容器连通。所述燃料被配置成用于通过电化学反应使来自所述燃料储存容器的第一燃料与第二燃料反应而产生电力和副产物。所述排气系统被配置成用于将所述副产物暴露于强制对流。

本发明的另外的方面可以是针对一种用于从运载工具移除副产物的方法，所述方法包括：使用与燃料储存容器连通的燃料电池，通过电化学反应使来自所述燃料储存容器的第一燃料与第二燃料反应而产生电力和副产物；并且将所述副产物暴露于强制对流。

根据本发明的一个附加方面提供了一种运载工具。所述运载工具可以包括燃料电池、被配置成用于容纳所述燃料电池的外壳、以及排气系统。所述燃料电池与燃料储存容器连通。所述燃料电池被配置成用于通过电化学反应使第一燃料与第二燃料反应而产生电力和副产物。所述排气系统被配置成用于将副产物经由所述外壳内的一个或多个开口暴露于周围环境。

本发明的另外的方面可以是针对一种用于从运载工具移除副产物的方法，所述方法包括：使用(1)包含在外壳内且(2)与燃料储存容器连通的燃料电池，通过电化学反应使来自所述燃料储存容器的第一燃料与第二燃料反应而产生电力和副产物；并且将所述副产物经由所述外壳内的一个或多个开口暴露于周围环境。

根据本发明的另一个方面提供了一种运载工具。所述运载工具可以包括燃料电池和冷却系统。所述燃料电池与燃料储存容器连通。所述燃料电池被配置成用于通过电化学反应使来自所述燃料储存容器的第一燃料与第二燃料反应而产生电力和液体副产物。所述冷却系统被配置成用于实现副产物的蒸发，其中所述副产物的蒸发用于冷却所述燃料电池。

本发明的另外的方面可以是针对一种用于从运载工具移除副产物的方法，所述方法包括：使用与燃料储存容器连通的燃料电池，通过电化学反应使来自所述燃料储存容器的第一燃料与第二燃料反应而产生电力和副产物；蒸发所述副产物；并且使用所述副产物的蒸发冷却所述燃料电池。

根据本发明的一个另外的方面提供了一种能量递送系统。所述能量递送系统可以包括至少一个太阳能电池、电解模块、燃料电池以及控制器。所述太阳能电池被配置成用于接收太阳能并产生电能。所述电解模块被配置成用于从水产生氢气。所述燃料电池被配置成用于通过电化学反应使氢气与另一种燃料反应而产生电力，其中所述电力用于为装置供电。所述控制器被配置成用于产生指令以用于太阳能电池将电能提供给以下各项组成的组中的至少一项：(1)所述电解模块，以实现所述电解模块的操作，以及(2)所述装置。

本发明的另外的方面可以是针对一种用于递送能量的方法，所述方法包括：使用太阳能电池接收的太阳能在所述太阳能电池处产生电能；并且借助于控制器，选择所述太阳能电池是否将所述电能提供到(1)被配置成用于从水产生氢气的电解模块，其中所述氢气被燃料电池使用以通过电化学反应与另一种燃料结合而产生电力，以为装置供电，或(2)所述装置。

应当理解的是，本发明的不同方面可以单独地、共同地或相互组合地进行理解。在此所述的本发明的各个方面可以应用到下面阐述的任何特定应用或用于任何其他类型的可移动物体。在此对于飞行器的任何描述可以适用于并且用于任何可移动物体，例如任何运载工具。附加地，本文在空中运动(例如，飞行)背景下公开的系统、装置以及方法也可应用在其他类型的运动的背景下，例如在地面或水上的移动、水下运动或在太空中运动。

通过浏览说明书、权利要求书及附图，将清楚本发明的其他目的和特征。

援引并入

本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过援引并入本文，其程度就如同明确且单独地指明了每一个单独的出版物、专利或专利申请均通过援引并入本文。

附图说明

在所附权利要求书中具体阐述了本发明的新颖特征。通过参考对在其中利用到本发明原理的说明性实施方式加以阐述的以下详细描述和附图，将会对本发明的特征和优点获得更好的理解；在附图中：

图1示出了根据一些实施方式的具有燃料电池系统的无人飞行器(uav)；

图2示出了根据一个实施方式的燃料电池系统；

图3更详细地示出了根据一些实施方式的图2的燃料电池系统的示意图；

图4示出了一个示例性燃料电池；

图5示出了根据另一个实施方式的燃料电池系统；

图6更详细地示出了根据一些实施方式的图5的燃料电池系统的示意图；

图7示出了根据一些实施方式的包括燃料电池系统和排气系统的uav的详细侧视图；

图8示出了根据另一个实施方式的燃料电池系统；

图9更详细地示出了根据一些实施方式的图8的燃料电池系统的示意图；

图10示出了根据另一个其他实施方式的燃料电池系统；

图11更详细地示出了根据一些实施方式的图10的燃料电池系统的示意图；

图12示出了根据一些实施方式的包括燃料电池系统和排气系统的uav的详细顶视图；并且

图13示出了根据一些实施方式的可移动物体。

具体实施方式

在此提供的系统、方法以及装置允许具有燃料电池系统的飞行器的载荷减少，从而改进运载工具的飞行时间和范围。运载工具的载荷可以通过使用轻型储存容器储存用于燃料电池的燃料来降低，而不是使用高压重气罐。这些轻型储存容器可以包括用于储存燃料的轻型燃料囊。在一些实施方式中，这些轻型储存容器可以用具有实质上低于空气的密度的燃料来填充，这产生帮助抵消运载工具的载荷的升力。此外，所述载荷可以通过从运载工具移除燃料电池的电化学反应副产物来进一步减少。在一个实施方式中，所述副产物可以通过电解方法移除，所述电解方法还产生用于燃料电池的附加燃料。在另一个实施方式中，所述副产物可以通过施加强制对流蒸发所述副产物来移除。所述蒸发的副产物然后通过在运载工具机体上的一个或多个排放孔从运载工具排出。最后，由燃料电池产生的热量可以通过对所述副产物施加强制对流来移除以帮助冷却燃料电池，这可以帮助提高其性能以及可靠性。

应当理解的是，本发明的不同方面可以单独地、共同地或相互组合地进行理解。在此所述的本发明的各个方面可以应用于下面阐述的任何特定应用或用于任何其他类型的远程控制的运载工具或可移动物体。

本发明提供了用于减少具有燃料电池系统的无人飞行器(uav)的载荷的系统、装置和/或方法的实施方式，以提高运载工具的飞行时间和范围。uav的描述可以应用于任何其他类型的飞行器，或任何其他类型的可移动物体。运载工具的描述可以应用于基于陆地、地下、水下、水面、空中或太空的运载工具。uav可以通过燃料电池供电。uav可以具有燃料电池系统，所述燃料电池系统可以包括燃料电池。所述燃料电池可以通过燃料之间的电化学反应产生电力。由燃料电池产生的电力可以用于为uav供电。在一些实施方式中，由燃料电池产生的过量电力可以储存在能量储存单元(例如，电池)中用于将来使用。除了燃料电池之外，所述燃料电池系统还可以任选地具有电解模块。燃料电池电化学反应的副产物的电解允许移除副产物(通过将副产物分解为其元素)。副产物的电解还可以产生用于燃料电池的附加的燃料。所述电解模块可以由可再生能源(例如，太阳能电池)供电。

图1示出了可以由燃料电池供电的无人飞行器(uav)100的一个示例。根据本发明的实施方式可以提供包括燃料电池的燃料电池系统101。所述燃料电池系统可以布置在uav的外壳102内。所述燃料电池可以被配置成为uav供电。

在此uav的任何描述可以应用于任何类型的可移动物体。uav的描述可以应用于任何类型的无人的可移动物体(例如，它可以横越天空、陆地、水或太空)。uav可以能够响应于来自遥控器的命令。遥控器不需要物理连接到uav，并且可以从远处与uav无线通信。在一些情形下，uav可以能够自主地或半自主地操作。uav可以能够遵循一组预编程指令。在一些情形下，uav可以通过在以其他方式自主地操作时响应于来自遥控器的一个或多个命令而半自主地操作。例如，来自遥控器的一个或多个命令可以根据一个或多个参数起始uav的自主或半自主动作的序列。

uav的任何描述可以应用于任何类型的飞行器，并且反之亦然。uav可以具有一个或多个推进单元，这些推进单元可以允许uav在空中四处移动。所述一个或多个推进单元可以使得所述uav能够以一个或多个、两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个、五个或更多个、六个或更多个自由度来进行移动。在一些情形下，uav可以能够围绕一条、两条、三条或更多条旋转轴线旋转。这些旋转轴线可以相互正交。这些旋转轴线可以在整个uav的飞行过程中保持彼此正交。这些旋转轴线可以包括俯仰轴线、横滚轴线和/或偏航轴线。uav可以能够沿着一个或多个维度移动。例如，uav可以能够由于一个或多个旋翼产生的升力向上移动。在一些情形下，uav可以能够沿z轴线(可以相对于uav朝向向上)、x轴线和/或y轴线(可以是横向的)移动。uav可以能够沿可以相互正交的一条、两条或三条轴线移动。

uav可以是旋翼机。在一些情形下，uav可以是可包括多个旋翼的多旋翼机。所述多个旋翼可以能够旋转以产生用于uav的升力。这些旋翼可以是推进单元，这些推进单元可以能够使uav在空中自由地四处移动。这些旋翼可以按相同速率旋转和/或可以产生相同量的升力或推力。这些旋翼可以任选地以变化的速率旋转，这可能产生不同量的升力或推力和/或允许uav旋转。在一些情形下，可以在uav上设置一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或者更多个旋翼。这些旋翼可以经过安排，使得它们的旋转轴线彼此平行。在一些情形下，这些旋翼可以具有相对于彼此成任何角度的旋转轴线，这可能影响uav的运动。

旋翼桨叶的旋转可以引起空气的流动。空气的流动可用于产生用于uav的升力。空气的流动可以任选地被引入到uav的内部。空气的流动可以引起uav内的强制对流，如在下文更详细描述。

所述燃料电池系统可用于为uav供电。所述燃料电池系统可以为uav的一个或多个部件或uav的整体供电。所述燃料电池系统可以为uav的推进单元供电。所述燃料电池系统可以为uav的飞行控制系统、导航系统、一个或多个传感器、载体、有效载荷、通信系统或任何其他部件供电。所述燃料电池系统可以包括燃料电池。所述燃料系统可以任选地包括能量储存单元(例如，电池)、电解模块、太阳能产生系统或任何其他能量储存或产生单元。

uav可以具有外壳。所述外壳可以包括一个或多个内部空腔。所述燃料电池系统可以位于uav的外壳内。所述燃料电池系统可以位于所述外壳的一个或多个内部空腔内。uav可以包括中央主体。所述空腔和/或燃料电池系统可以位于所述uav的中央主体内。所述uav可以任选地具有从所述中央主体分支的一个或多个臂。这些臂可以支撑这些推进单元。一个或多个分支空腔可以位于所述uav的这些臂内。这些分支空腔可以与所述中央主体内的中央空腔流体连通。所述燃料电池系统可以位于中央空腔内、分支空腔内或分布在中央空腔和/或一个或多个分支空腔之间。所述外壳可以包括或可以不包括从所述中央主体分支的臂。在一些情形下，所述外壳可以由包括中央主体和臂的整体件形成。可替换地，单独的外壳或件被用来形成中央主体和臂。

所述外壳可以至少部分地将燃料电池系统与外界环境隔离。在一些情形下，所述外壳可以将燃料电池系统从视野中隐藏。所述外壳可以或可以不将燃料电池系统与外界环境气压地隔离。在一些情形下，可以提供一个或多个通气孔，这些通气孔可以允许外界环境与燃料电池系统之间的空气流动。所述外壳可以或可以不防护燃料电池系统免受水或降水。

图2示出了根据一个实施方式的燃料电池系统。参考图2，燃料电池系统201可以包括燃料储存容器210、控制模块220以及燃料电池230。所述燃料电池系统可以设置在uav上，并且可以用于为所述uav供电。所述燃料储存容器可以经由单管或多个管连接到燃料电池。

所述燃料储存容器可以被配置成用于储存第一燃料。所述第一燃料用作所述燃料电池的燃料源。所述第一燃料可以是以气态或液态提供的氢气。任何富含氢的材料，例如有机物质诸如生物质和烃类，也可以用作用于燃料电池的第一燃料。例如，所述第一燃料可以包括烃燃料，这些烃燃料包括甲醇、乙醇、天然气、石油馏出物、液态丙烷气化煤或化学氢化物。在一些其他实施方式中，在所述第一燃料中的氢可以衍生自不含碳的化合物，例如氨(nh3)或硼氢化物(bh4^-)。

在一些实施方式中，所述燃料储存容器可以包括用于储存所述第一燃料的燃料储存材料。所述燃料储存材料可以能够吸收并且释放所述第一燃料，并且可以具备有利的储氢属性。例如，所述第一燃料可以经由吸收而被储存在燃料储存材料的本体中，和/或经由吸附而被储存在燃料储存材料的表面上。在一些其他实施方式中，所述第一燃料可以通过使它与燃料储存材料进行化学反应而储存在燃料储存材料中。在那些替代性实施方式中，所述燃料储存材料可以包含络合氢化物，例如基于铝氢化钠的络合金属氢化物。

所述燃料储存容器可以包括用于储存第一燃料的一个或多个燃料囊。可以在所述燃料储存容器中提供任何数量的燃料囊。例如，如图2所示，所述燃料储存容器可以包括用于储存第一燃料的多个燃料囊211、212以及213。可以提供一个或多个、两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个、五个或更多个、六个或更多个、八个或更多个、十个或更多个、十五个或更多个或者二十个或更多个燃料囊。所述燃料囊可以是具有用于储存第一燃料的腔室的顺应性(conformable)囊。所述燃料囊可以由柔性材料例如织物、囊状物、弹性材料或任何其他材料形成。所述燃料囊的一个或多个部分可以自由地弯曲或折叠。所述燃料囊可以或可以不由可膨胀的或可伸缩的材料形成。所述燃料囊可以由轻质聚合物形成。所述轻质聚合物可以包括聚酯、聚酯纤维、聚酯薄膜或增强尼龙。所述燃料囊可以由一种或多种有机材料形成。在一些情形下，所述燃料囊的整体可以由有机材料形成。当所述燃料囊不用第一燃料填充时，所述燃料囊可以具有放气构型。所述放气构型可以自身折叠、滚卷或聚束。当所述燃料囊用第一燃料填充时，所述燃料囊可以在张力下完全膨胀并伸展。

所述燃料囊可以采取任何形状。在一些情形下，所述燃料囊可以是基本上球形、椭圆体形、圆柱形、棱柱形、环形、泪滴形，是扁球形或椭圆形或其他多边形、碗形，或当充气时具有任何其他形状。在一些情形下，可以在飞行器上设置多个燃料囊。这些燃料囊可以全部具有相同的形状和/或尺寸，或可以具有不同的形状和/或尺寸。

在一些实施方式中，所述燃料囊可以由具有约160克力/旦尼尔(g/d)的韧度的复合材料制成。韧度是用于表征复合材料中的纤维的断裂强度的特定参数。在一些实施方式中，所述燃料囊材料的韧度可以是小于160g/d。例如，韧度可以是小于或等于约：160g/d、150g/d、140g/d、130g/d、120g/d、110g/d、100g/d、90g/d、80g/d、70g/d、60g/d、50g/d、40g/d、30g/d、20g/d或10g/d。在一些其他实施方式中，所述燃料囊材料的韧度可以是大于160g/d。例如，韧度可以是大于或等于约：160g/d、170g/d、180g/d、190g/d、200g/d、210g/d、220g/d、230g/d、240g/d、250g/d或260g/d。

所述燃料囊的材料可以耐受约150％的应变。在一些实施方式中，所述应变可以是小于150％。例如，所述应变可以是小于或等于约：150％、140％、130％、120％、110％或100％。在一些其他实施方式中，所述应变可以是大于150％。例如，所述应变可以是大于或等于约：150％、160％、170％、180％或200％。

所述燃料囊可以是阻燃性的，因为第一燃料可能是高度易燃的(例如，氢气)。在一些实施方式中，所述燃料囊可以由多个层形成。所述燃料囊可以由一个或多个、两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个、五个或更多个或者六个或更多个层形成。所述多个层可以包括内层和壳层。所述内层可以安置在所述腔室的内壁上，并且所述壳层可以安置在所述腔室的外壁上，使得所述壳层被放置在内衬上。所述内衬可以由高分子量聚合物形成并且用作防止第一燃料从燃料囊渗透出的阻挡物。所述壳层用作燃料囊的承载压力负荷的部件并且提供轻质结构增强。在一些实施方式中，所述壳层可以由弹性碳纤维-环氧树脂复合材料制成。所述壳层的厚度可以等于或大于预定的厚度以防止所述壳层在高压下破裂。所述壳层的厚度可以被设计为使得所述燃料囊在高压下保持弹性和顺应性。

在一些替代性实施方式中，所述燃料储存容器可以由刚性材料形成。例如，所述燃料储存容器可以是具有用于储存第一燃料的腔室的结构上刚性的罐。

所述燃料囊可以被被配置成用于防止或者减少氢气的泄漏，即使当氢气在高压下被储存在所述囊内。例如，在1、5、10、15、20、30、45、60或120分钟的时间段内，小于15％、10％、7％、5％、3％或1％的氢气可能从所述囊中泄漏。这可能是这种情况，即使当氢气储存在超过10psi、11psi、12psi、13psi、14psi、15psi、16psi、17psi、18psi、20psi、25psi、30psi、35psi、40psi、45psi、50psi、60psi、70psi、80psi、90psi或100psi的压力下也是如此。

这些燃料囊可以具有的体积可允许足够的氢气储存，而不妨碍uav的飞行。在一些情形下，燃料囊的体积可以是小于或等于约10cm³、20cm³、30cm³、50cm³、70cm³、100cm³、200cm³、300cm³、500cm³、1000cm³、1500cm³、2000cm³、3000cm³、5000cm³、10000cm³、20000cm³或50000cm³。在一些情形下，燃料囊的体积可以大于所描述的任何值。燃料囊的体积可以落入在此描述的任何两个值之间的范围内。在一些情形下，单独的燃料囊的体积与uav的外壳内的体积(例如，包括中央主体和臂)的比率可以是小于或等于约1:20、1:15、1:10、1:8、1:7、1:6、1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、1.2:1、1.5:1或2:1。所述体积比率可以大于在此描述的任何值。在一些情形下，所有燃料囊之和的体积与uav的外壳内的体积的比率可以是小于或等于约1:15、1:10、1:8、1:7、1:6、1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、1.2:1、1.5:1、2:1或3:1。所述体积比率可以大于在此描述的值。

在一些实施方式中，所述燃料储存容器可以进一步包括储存箱。可选地，可以为每个燃料囊提供储存箱。可替代地，多个燃料囊可以对应于单个储存箱。所述燃料囊被被配置成用于安置在所述储存箱内。所述储存箱可以位于运载工具上，并且可以整体连接至所述运载工具的外壳或主体。所述储存箱用来保护囊免受外部冲击和损坏。所述储存箱可以由轻质材料制成。所述储存箱可以由刚性材料形成。当第一燃料被储存在所述燃料囊中时，所述燃料囊可以顺应所述储存箱的内部空间。所述储存箱的内部空间可以具有对称的形状。在一些替代性实施方式中，所述储存箱的内部空间可以具有不规则的形状。所述燃料囊的最大体积可以基于所述储存箱的内部空间的最大体积确定。当所述囊处于其最大体积时，所述囊的外表面可以与所述储存箱的内壁接触。当所述燃料囊用第一燃料填充时，所述燃料囊的体积增加。在一些实施方式中，所述储存箱可以用惰性气体(例如，氦)部分填充以减少如果第一燃料是高度易燃的(例如，氢气)时爆炸的风险。

一个或多个管可以限定所述第一燃料从燃料储存容器到燃料电池的流动路径。这些管可以包括主燃料管240以及多个分配管241、242和243。每个分配管可以连接至对应的燃料囊。例如，第一分配管241连接至第一燃料囊211使得来自所述第一燃料囊的第一燃料可以沿所述第一分配管流动。类似地，第二分配管242可以连接至第二燃料囊212使得来自所述第二燃料囊的第一燃料可以沿所述第二分配管流动。同样地，第三分配管243可以连接至第三燃料囊213使得来自所述第三燃料囊的第一燃料可以沿所述第三分配管流动。这些分配管连接至所述主燃料管，所述主燃料管直接连接至所述燃料电池。在一些替代性实施方式中，这些燃料囊可以各自单独地连接至主燃料管，而不需要单独的分配管。这些燃料囊中的每一个可以与所述燃料电池选择性流体连通。此连通可以使用一个或多个共用管、单独的管或其任何组合来促进。所述多个管可以呈气管、风管、软管、管道等的形式提供。这些管可以由柔性或刚性材料形成。这些管可以由化学上耐受燃料的适当的塑料或金属材料制成。这些管可以实现燃料通过这些管的层流。

这些燃料囊可以保持与这些分配管和/或任何其他管流体连通。可替代地，它们可以处于与这些管选择性流体连通。可以使以及不使这些燃料囊与这些管流体连通。例如，阀门可以控制所述囊与所述分配管之间的燃料的流动。在一些实施方式中，每个燃料囊可以具有一个对应阀门，所述对应阀门可以允许控制是否每一个单独的燃料囊与管流体连通。这些阀门可以被独立地控制，这可以允许使或不使燃料囊独立地与一个或多个管流体连通。

在一些实施方式中，燃料注入口244可以沿着所述主燃料管设置。例如，所述燃料注入口可以设置在所述燃料储存容器与所述燃料电池之间。所述燃料注入口可以被配置成用于接受第一燃料以填充所述燃料储存容器。例如，所述燃料注入口可以接受来自燃料源泵的第一燃料以填充一个或多个燃料囊。在一些实施方式中，所述燃料注入口可以连接至燃料注入管，所述燃料注入管延伸到uav的外壳或主体的外表面。外部燃料源可以经由所述燃料注入口提供第一燃料。所述外部燃料源可以是单独的或与uav可分离的。所述外部燃料源可以附着至所述燃料注入口以递送第一燃料。

所述第一燃料可以经由燃料注入口/管被初始供应到所述燃料储存容器，直到所述燃料储存容器中的第一燃料的压力达到预定的压力阈值。控制模块220可以被配置成用于监测所述第一燃料的压力并且当所述第一燃料的压力达到预定的压力阈值时切断第一燃料到所述燃料储存容器的供应。在一些实施方式中，所述预定压力被限定以使得当燃料囊用第一燃料填充时，所述燃料囊的外表面处于与所述储存箱的内壁相接触。在一些其他实施方式中，所述预定压力被限定以使得当燃料囊用第一燃料填充时，所述燃料囊的外表面即将与所述储存箱的内壁相接触。在一些另外的实施方式中，所述预定压力被限定以使得在燃料囊用第一燃料填充时，所述燃料囊的外表面接触所述储存箱的内壁持续一定量的时间。可以使用位于这些燃料囊内或沿着这些管的一个或多个气体压力传感器监测所述第一燃料的压力。例如，气体压力传感器可以沿着这些管定位在每个控制阀之后。这些气体压力传感器向在控制模块中的控制器提供反馈。可以使用位于所述储存箱的内壁上的接触和/或近距离传感器监测所述燃料囊的外表面与所述储存箱的内壁之间的接触。所述燃料储存容器可以被配置成用于储存所述第一燃料并且允许所述第一燃料以每分钟小于0.01％的泄漏率达到预定压力。所述预定压力可以是约800mpa。在一些实施方式中，所述预定压力可以是小于800mpa。例如，所述预定压力可以是小于或等于约：800mpa、700mpa、600mpa、500mpa、400mpa、300mpa、200mpa、100mpa、50mpa、10mpa或1mpa。在一些其他实施方式中，所述预定压力可以是大于800mpa。例如，所述预定压力可以是大于或等于约：800mpa、900mpa、1000mpa、1100mpa、1200mpa、1300mpa、1400mpa或1500mpa。

任选地，所述预定压力可以对于每个囊个性化。例如，当每个囊内的压力达到特定的预定压力值时，向所述囊的流动可以自动切断。不同的囊可以同时或在不同时间达到预定压力。对于每个囊的预定压力可以相同，或可以不同。

在一些实施方式中，当所述第一燃料被储存在所述燃料储存容器中时，所述燃料储存容器可以产生升力。如所提及的，所述第一燃料可以是氢气，或可以是比空气轻的另一种燃料。在那些实施方式中，在所述燃料储存容器中的所述第一燃料的密度可以实质上低于所述燃料储存容器外的空气的密度。所述升力可以使uav上升(空气静力上升)。附加的升力可以降低有效载荷、减少功耗、并且增加uav的飞行时间。所述燃料储存容器中的第一燃料的压力可以设置为低于中性浮力压力，使得所述燃料储存容器可以达到比空气更轻的状态以产生升力。所述燃料储存容器中的第一燃料的压力可以随着所述第一燃料被燃料电池消耗而变化。为了对抗压力的变化，可以沿一个或多个管设置泵以控制并且调整所述燃料储存容器中的所述第一燃料的压力。所述泵可以被配置成用于将所述第一燃料从燃料源泵或从电解模块泵送至所述燃料储存容器内。

所述控制模块可以被配置成用于控制所述第一燃料从燃料储存容器到燃料电池的流动。例如，所述控制模块可以控制所述第一燃料沿着这些管流动的开/关状态。所述控制模块还可以控制并调整所述第一燃料通过这些管的流速和/或流动压力。所述控制模块可以控制所述第一燃料沿着连续谱、或在一个或多个预定的燃料流动水平下的流速和/或流动压力。所述控制模块可以包括控制器，所述控制器被配置成用于控制多个气体流量控制阀以控制所述第一燃料的流动，如参照图3进一步详细描述。

所述控制模块可以提供信号，这些信号可以控制燃料在从燃料囊到燃料电池、或从燃料注入口到燃料囊或燃料电池的任何接合处的流动。例如，所述控制模块可以控制从燃料囊到分配管或其他类型的管、或从分配管到主管、或沿着主管、或在主管与燃料电池之间、或在注入口与主管之间的流动。所述控制模块可以控制燃料的流动，这可以影响燃料流动的方向。例如，当通过燃料注入口提供燃料时，所述燃料可以从所述燃料注入口流动到主管(以及任选地一个或多个分配管)到燃料囊，以填充所述燃料囊。当燃料电池产生电力时，燃料可以从燃料囊流动到一个或多个管(例如，分配管到主管)到所述燃料电池。

所述燃料电池可以被配置成用于经由主燃料管接收来自所述燃料储存容器的第一燃料。所述燃料电池可以进一步被配置成用于接收第二燃料。所述第二燃料可以是以气态或液态提供的氧气。所述第二燃料可以经由所述燃料电池中的入口孔231被递送到所述燃料电池。在一些实施方式中，所述第二燃料可以从周围环境被递送至所述燃料电池。所述第二燃料可以经由强制气流通过所述入口孔被递送。所述气流可以借助于uav的一个或多个推进单元被强制进入所述燃料电池。周围空气可以包含可以由所述燃料电池用作第二燃料的氧气。

所述燃料电池被配置成用于通过电化学反应使第一燃料与第二燃料反应来产生电力。所述第一燃料可以来自所述燃料储存容器。所述第二燃料可以来自周围空气。可替代地，所述第二燃料可以从储存容器(例如，氧气罐或囊)提供。提供电气接触以将燃料电池的电输出连接到装置250。所述装置可以是运载工具。例如，所述装置可以是uav。在一些实施方式中，所述装置也可以是运载工具搭载的部件。例如，所述装置可以包括uav的一个或多个推进单元和/或功耗单元。所述装置可以任选地是uav的能量储存单元(例如，电池)。在一些实施方式中，传感器可以电连接到燃料电池，并且被配置成用于动态检测并记录所述燃料电池的电输出。

在一些情形下，所述燃料电池可以根据uav的需要或需求而操作。例如，当uav的功耗单元需要更多能量时，所述燃料电池可以工作以产生更多能量。在此种情况下，所述燃料电池能够以更快的速率消耗燃料。当在uav自身上提供较少的能量需求时，所述燃料电池可以产生较少的能量。例如，所述燃料电池能够以更慢的速率消耗燃料。可替代地，所述燃料电池可以独立于能量需求而消耗燃料。

所述功耗单元可以是uav的非推进单元。所述功耗单元可以是一个或多个能够收集和/或储存信息的部件。可能令人希望的是向功耗单元提供连续功率用于恒定的信息处理、检索或储存。所述功耗单元可以是以下控制器(即控制单元)、通信单元、导航单元、发射体(例如光或音频发射体)和/或传感器中的一项或多项。传感器的示例可以包括但不限于位置传感器(例如，全球定位系统(gps)传感器、能够实现位置三角测量的移动装置发射器)、视觉传感器(例如，能够检测可见光、红外光或紫外光的成像装置，例如相机)、近距离传感器(例如，超声传感器、激光雷达、飞行时间相机)、惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪、惯性测量单元(imu))、高度传感器、压力传感器(例如，气压计)、音频传感器(例如，麦克风)或场传感器(例如，磁力仪、电磁传感器)。可以使用任何合适数量以及组合的传感器，例如一个、两个、三个、四个、五个或更多个传感器。可选地，可以从不同类型的传感器(例如，两种、三种、四种、五种或更多种类型)接收数据。不同类型的传感器可以测量不同类型的信号或信息(例如，位置、朝向、速度、加速度、距离、压力等)和/或采用不同类型的测量技术来获得数据。例如，这些传感器可以包括任何合适的主动式传感器(例如，从它们自己的来源产生能量并且测量所述能量的传感器)和被动式传感器(例如，检测可用能量的传感器)的组合。

燃料电池中的电化学反应可以产生副产物。所述副产物可以是液体。当第一燃料是氢气且所述第二燃料是氧气时，水可以作为电化学反应的副产物产生。所述副产物可以经由所述燃料电池中的排泄孔232从所述燃料电池排出。如果所述副产物没有从uav移除，则它可能增加uav的载荷。增加的uav载荷可能增加uav的重量并减少uav的范围。如在说明书中稍后描述，本发明的各个实施方式提供了从uav移除副产物，以减少uav的载荷并且增加飞行时间。所述副产物可以使用强制对流经由蒸发移除。可以提供通风，这可以帮助强制对流和/或副产物的移除。良性副产物(例如水)可以被安全地分散到环境中。可替代地，所述副产物可以通过使所述副产物经受电解以使所述副产物分解成其元素而移除。所述副产物的电解也可用于产生用于所述燃料电池的附加的第一燃料。

可由燃料电池产生热量，因为电化学反应通常是放热的。热量可能影响所述燃料电池以及uav的其他内部部件的性能/可靠性。如在说明书中稍后描述，本发明的各个实施方式提供了从所述电池移除热量，以调整所述燃料电池的工作温度并且改进所述燃料电池的性能/可靠性。可以通过施加强制对流以使副产物蒸发来移除热量以冷却所述燃料电池。可以提供通风，这可以帮助强制对流和/或热量的移除。

图3更详细地示出了图2的燃料电池系统的示意图。参考图3，燃料电池系统301包括燃料储存容器310、控制模块320以及燃料电池330。所述燃料电池系统可以设置在uav上，并且可以用于为所述uav供电。所述燃料储存容器可以经由所述多个管连接到燃料电池。

在图3的实施方式中，所述第一燃料可以是氢气(h2)并且所述第二燃料可以是氧气(o2)。所述燃料电池被配置成用于通过电化学反应使来自所述燃料储存容器的氢气与氧气反应而产生电力。所述氧气可以从周围环境从空气中获得。

所述燃料储存容器可以包括用于储存氢气的一个或多个气囊。可以在所述燃料储存容器中提供任何数量的气囊。例如，如图3所示，燃料储存容器310包括用于储存氢气的多个气囊311、312以及313。所述气囊可以是具有用于储存氢气的腔室的顺应性囊。所述气囊可以由柔性材料例如轻质聚合物形成。所述轻质聚合物可以包括聚酯、聚酯纤维、聚酯薄膜或增强尼龙。

所述气囊的材料可以具有约160g/d的模量。在一些实施方式中，所述气囊材料的模量可以是小于160g/d。例如，所述模量可以是小于或等于约：160g/d、150g/d、140g/d、130g/d、120g/d、110g/d、100g/d、90g/d、80g/d、70g/d、60g/d、50g/d、40g/d、30g/d、20g/d或10g/d。在一些其他实施方式中，所述气囊材料的模量可以是大于160g/d。例如，所述模量可以是大于或等于约：160g/d、170g/d、180g/d、190g/d、200g/d、210g/d、220g/d、230g/d、240g/d、250g/d或260g/d。

所述气囊的材料可以具有约150％的应变。在一些实施方式中，所述应变可以是小于150％。例如，所述应变可以是小于或等于约：150％、140％、130％、120％、110％或100％。在一些其他实施方式中，所述应变可以是大于150％。例如，所述应变可以是大于或等于约：150％、160％、170％、180％或200％。

所述气囊可以是阻燃性的，因为氢气是高度易燃的。在一些实施方式中，所述气囊可以由包括内层和壳层的多个层形成。所述内层可以安置在所述腔室的内壁上，并且所述壳层可以安置在所述腔室的外壁上，使得所述壳层被放置在内衬上。所述内衬可以由高分子量聚合物形成并且用作防止氢气从气囊渗透出的阻挡物。所述壳层用作气囊的承载压力负荷的部件并且提供轻质结构增强。在一些实施方式中，所述壳层可以由弹性碳纤维-环氧树脂复合材料制成。所述壳层的厚度可以等于或大于预定的厚度以防止所述壳层在高度加压的氢气下破裂。所述壳层的厚度可以被设计为使得所述气囊在高压下保持弹性和顺应性。

在一些特定实施方式中，所述燃料储存容器可以由刚性材料形成。例如，所述燃料储存容器可以是具有用于储存氢气的腔室的结构上刚性的罐。

在一些实施方式中，所述燃料储存容器可以进一步包括用于每个气囊的储存箱。例如，对于气囊311、312以及313，可以分别提供储存箱314、315以及316。气囊被配置成用于安置在储存箱内。所述储存箱可以位于运载工具上，并且可以整体连接至所述运载工具的外壳或主体。所述储存箱用来保护囊免受外部冲击和损坏。所述储存箱可以由刚性材料形成的轻质材料制成。当氢气被储存在气囊中时，所述气囊可以顺应所述储存箱的内部空间。所述储存箱的内部空间可以具有对称的形状。在一些特定实施方式中，所述储存箱的内部空间可以具有不规则的形状。所述气囊的最大体积可以基于所述储存箱的内部空间的最大体积确定。当所述囊处于其最大体积时，所述气囊的外表面可以与所述储存箱的内壁接触。当氢气被储存在气囊中时，所述气囊的体积增加。在一些实施方式中，所述储存箱可以用惰性气体(例如，氦)部分填充以减少爆炸的风险，因为氢气是高度易燃的。

所述多个管限定了用于氢气从所述燃料储存容器到所述燃料电池的流动路径。所述多个管包括主燃料管340，以及多个分配管341、342和343。每个分配管连接至对应的气囊。例如，如图3所示，分配管341连接到气囊311，使得来自气囊311的氢气可以沿着分配管341流动。类似地，分配管342连接到气囊312，使得来自气囊312的氢气可以沿着分配管342流动。同样地，分配管343连接到气囊313，使得来自气囊313的氢气可以沿着分配管343流动。这些分配管连接至主燃料管，所述主燃料管直接连接至所述燃料电池。所述多个管可以呈软管、风管、管道、气管等的形式提供。这些管可以由化学上耐受氢气(即，不与氢气反应)并且能够实现氢气通过这些管的层流的适当的塑料或金属材料制成。

多个气体流量控制阀可以被配置成用于控制气囊与燃料电池之间的第一燃料(例如，氢气)的流动。在一些情形下，每个气体流量控制阀可以起到用于燃料气体从气囊流动至燃料电池的闸门机构的作用。所述气体流量控制阀可以具有打开位置，所述打开位置允许燃料气体在气囊与燃料电池之间流动。当所述气体流量控制阀处于打开位置时，可以在气囊与燃料电池之间提供流体连通。所述气体流量控制阀可以具有关闭位置，所述关闭位置可以防止燃料气体在气囊与燃料电池之间流动。当所述气体流量控制阀处于关闭位置时，不能在气囊与燃料电池之间提供流体连通。

例如，如图3所示，主气体流量控制阀345可以沿着主管340设置，并且多个气体流量控制阀346、347以及348可以分别沿着分配管341、342以及343设置。主气体流量控制阀345可以连接在燃料电池与燃料电池储存容器之间。所述多个气体流量控制阀346、347以及348可以设置在主气体流量控制阀345与燃料电池储存容器之间。这些控制阀的打开/关闭可以由控制模块中的控制器321控制。所述控制器可以被配置成用于提供多个燃料流量控制信号以控制与相应的管相关联的控制阀345、346、347以及348的打开/关闭以用于其流动控制。例如，所述控制器可以控制氢气沿着主燃料管以及沿着每个分配管流动的开/关状态。所述控制器还可以控制并调整氢气通过主燃料管和这些分配管的流速和/或流动压力。

所述控制器可以控制这些气体流量控制阀，这些气体流量控制阀控制氢气是否将流入燃料电池，以及流入燃料电池的氢气的流速、压力和量。所述控制器可以产生一个信号，所述信号可以提供给所述气体流量控制阀以指示是否打开或关闭所述气体流量控制阀，或任选地所述气体流量控制阀可以打开的程度。所述控制器可以处于与飞行控制机构通信，所述飞行控制机构可以控制运载工具的其他功能，例如推进、引导、传感器或通信。可替代地，向所述气体流量控制阀提供信号的控制器可以是所述飞行控制机构本身。所述控制器可以搭载于运载工具上。可替代地，所述控制器可以是飞行器外部的装置或装置的一部分。所述控制器可以包括处理器，所述处理器可以根据可以限定运载工具的操作的非瞬态计算机可读介质执行一个或多个步骤。所述处理器可以基于数据确定是否将信号发送到气体流量控制阀，或要发送的信号的类型。所述处理器可以根据对数据或数据的子集执行的计算来进行此确定。所述控制器可以具有可以包括非瞬态计算机可读介质的一个或多个存储器单元，所述非瞬态计算机可读介质可以包括用于执行所述一个或多个步骤的代码、逻辑或指令。所述处理器可以产生指示飞行器需要被供电的信号，所述信号可以用来打开气体流量控制阀。所述信号可以在飞行器自身上产生或可以产生自与飞行器通信的外部装置。

在一个示例中，所述控制器可以接收来自一个或多个传感器或来自另一飞行器控制器的数据。基于所述控制器所接收的数据，所述控制器借助于处理器可以产生一个信号，所述信号可以发送到气体流量控制阀。在一些情形下，所述信号可以使得气体流量控制阀从关闭状态打开。所述信号可以或可以不指示气体流量控制阀打开的程度。在一些情形下，所述信号可以使得气体流量控制阀从打开状态关闭。在一些实施方式中，默认设置可以是在飞行器的操作过程中打开气体流量控制阀。一旦气体流量控制阀已经打开，它就可以保持打开，只要运载工具继续由燃料电池供电。相反地，当运载工具降落时，或在检测到的故障或其他类型的特定事件的情况下，气体流量控制阀可以关闭。所述检测到的故障可以包括氢气泄露、燃料电池过热以及与燃料电池系统或运载工具的操作相关联的其他异常事件。

在一些情形下，气体流量控制阀可以具有双打开和关闭位置。可替代地，气体流量控制阀可以是比例阀，所述比例阀可以控制在气囊与燃料电池之间流动的气体的流速。例如，比例阀可以具有全开配置，所述全开配置可以允许比可以允许较小流速的部分打开配置更大的流速。可选地，可以使用调节阀、节流阀、计量阀或针阀。可以使用回路阀或止回阀。阀可以具有任何数量的端口。例如，可以使用双端口阀。可替代地，在替代性配置中可以使用三端口、四端口或其他类型的阀。在此对阀的任何描述可以应用于任何其他类型的流量控制机构。这些流量控制机构可以是任何类型的双流量控制机构(例如，仅包括一个打开和关闭位置)或可变流量控制机构(例如，可以包括不同程度的打开和关闭位置)。

在将氢气提供到燃料电池之前，可以关闭所有的气体流量控制阀。所述气囊可以在其内包含氢气，可以通过关闭的气体流量控制阀防止所述氢气流动到燃料电池。可以将信号从控制器提供到每个气体流量控制阀，所述信号可以使得气体流量控制阀打开。在一些情形下，当飞行器即将起飞时，可以提供打开气体流量控制阀的信号。当运载工具的一个或多个推进单元需要被供电时，和/或当运载工具的其他非推进部件需要被供电时，也可以产生这些信号。当打开这些气体流量控制阀时，氢气可以从气囊流动到燃料电池，使得可以产生电力来为运载工具供电。氢气可以被快速提供给燃料电池。在一些情形下，来自气囊的氢气可以在0.01秒、0.05秒、0.1秒、0.2秒、0.3秒、0.4秒、0.5秒、0.6秒、0.7秒、0.8秒、0.9秒、1秒、1.2秒、1.5秒、2秒、3秒或5秒内到达燃料电池。可以使用控制器控制这些气体流量控制阀中的一个或多个来控制到燃料电池的氢气的量、流速和/或压力。

在一些实施方式中，燃料注入口344可以沿着所述主燃料管设置。例如，所述燃料注入口可以设置在所述燃料储存容器与所述燃料电池之间。所述燃料注入口可以设置在主气体流量控制阀345上。所述燃料注入口可以被配置成用于接受氢气以填充所述燃料储存容器。例如，所述燃料注入口可以接受来自h2源泵的氢气以填充一个或多个气囊。在一些实施方式中，所述燃料注入口可以连接至燃料注入管，所述燃料注入管延伸到uav的主体的外表面。氢气可以经由燃料注入口/管被初始供应到所述燃料储存容器直到所述燃料储存容器中的氢气的压力达到预定的压力阈值。所述控制器可以被配置成用于监测氢气的压力，并且当氢气的压力达到预定的压力阈值时经由一个或多个控制阀345、346、347以及348切断氢气到燃料储存容器的供应。

在一些实施方式中，所述预定压力被限定以使得当气囊用氢气填充时，所述气囊的外表面处于与所述储存箱的内壁相接触。在一些其他实施方式中，所述预定压力被限定以使得当气囊用氢气填充时，所述气囊的外表面即将与所述储存箱的内壁相接触。在一些另外的实施方式中，所述预定压力被限定以使得当气囊用氢气填充时，所述气囊的外表面接触所述储存箱的内壁持续一定量的时间。可以使用位于气囊内或沿着这些管的一个或多个气体压力传感器监测氢气的压力。例如，气体压力传感器可以沿着这些管定位在每个控制阀之后。这些气体压力传感器向在控制模块中的控制器提供反馈。可以使用位于储存箱的内壁上的接触和/或近距离传感器监测所述气囊的外表面与所述储存箱的内壁之间的接触。所述燃料储存容器可以被配置成用于储存氢气并且允许氢气以每分钟小于0.01％的泄漏率达到预定压力。所述预定压力可以是约800mpa。在一些实施方式中，所述预定压力可以是小于800mpa。例如，所述预定压力可以是小于或等于约：800mpa、700mpa、600mpa、500mpa、400mpa、300mpa、200mpa、100mpa、50mpa、10mpa或1mpa。在一些其他实施方式中，所述预定压力可以是大于800mpa。例如，所述预定压力可以是大于或等于约：800mpa、900mpa、1000mpa、1100mpa、1200mpa、1300mpa、1400mpa或1500mpa。

在一些实施方式中，当氢气被储存在燃料储存容器中时所述燃料储存容器可以产生升力，因为在所述燃料储存容器中的氢气的密度可以实质上低于所述燃料储存容器外面的空气的密度。所述升力可以使uav上升(空气静力上升)。所述燃料储存容器中的氢气的压力可以设置为低于中性浮力压力，使得所述燃料储存容器可以达到比空气更轻的状态以产生升力。随着氢气被燃料电池通过氢气与氧气之间的电化学反应消耗，所述燃料储存容器中的氢气的压力可以变化。为了对抗压力的变化，可以沿一个或多个管设置泵以控制并且调整所述燃料储存容器中的氢气的压力。所述泵可以被配置成用于将氢气从氢气源泵或从电解模块泵送至所述燃料储存容器内。

可以使用理想气体定律方程计算对于给定体积的氢气的中性浮力压力：pv＝nrt，其中p是气体的压力，v是气体的体积，n是摩尔数，r是通用气体常数，并且t是气体的温度。所述气囊可以容纳高度压缩氢气(例如从供给罐或氢气源泵提供的)，还具有可忽略不计的重量。通过假设燃料储存容器具有有效的冷却系统使得温度变化是可忽略不计的，所述压缩气体的温度增加可以忽略。在标准温度压力(stp，273k，100kpa)下，用氢气填充的一升体积含有：100＝(n*8.3145*273)/10＝>n＝0.441mol。在用具有1.00794g/mol的摩尔量的氢气(以及具有两倍所述摩尔量的h2气体)的情况下，在stp下氢气的密度以g/l计是0.08890g/l。在stp下空气的密度是1.225g/l(1m3＝1000l)。因此，对于容纳足够的压缩氢气以在空中不漂浮的具有可忽略不计的质量的气囊的中性浮力压力是1377.953kpa(199.855psi)。当气囊中的氢气的压力小于199.855psi时，气囊将上升。相反地，当气囊中的氢气的压力大于199.855psi时，气囊将在空气中下沉并且不是有中性浮力的。

所述控制模块可以被配置成用于控制氢气从燃料储存容器到燃料电池的流动。例如，所述控制模块中的控制器可以经由控制阀控制氢气沿着这些管流动的开/关状态。所述控制器还可以经由控制阀控制并调整氢气沿着这些管的流速和/或流动压力。

所述燃料电池可以被配置成用于经由主燃料管接收来自燃料储存容器的氢气。所述燃料电池可以进一步被配置成用于接收氧气。氧气可以经由所述燃料电池中的入口孔331被递送到所述燃料电池。在一些实施方式中，氧气可以经由强制气流通过所述入口孔从周围环境被递送到燃料电池。所述气流可以借助于uav的一个或多个推进单元被强制进入所述燃料电池。

所述燃料电池被配置成用于通过电化学反应使来自所述燃料储存容器的氢气与来自周围环境的氧气反应而产生电力。提供电气接触以将燃料电池的电输出连接到装置350。所述装置可以是运载工具。例如，所述装置可以是uav。在一些实施方式中，所述装置也可以是运载工具搭载的部件。例如，所述装置可以包括uav的一个或多个推进单元和/或功耗单元。在一些实施方式中，传感器可以电连接到燃料电池，并且被配置成用于动态检测并记录所述燃料电池的电输出。

在燃料电池中氢气与氧气之间的电化学反应产生水作为副产物。水可以经由所述燃料电池中的排泄孔332从所述燃料电池排出。如果水没有从uav移除，则它可能增加uav的载荷。如在说明书中稍后描述，本发明的各个实施方式提供了从uav移除水副产物，以减少uav的载荷并且增加飞行时间。可以使用强制对流经由蒸发移除水。可替代地，可以通过使水经受电解以使水分解成其元素(氢和氧)而移除水。水的电解也可用于产生用于燃料电池的附加的氢气。

可由燃料电池产生热量，因为燃料电池中氢气与氧气之间的电化学反应是放热的。热量可能影响燃料电池以及uav的其他内部部件的性能/可靠性。如在说明书中稍后描述，本发明的各个实施方式提供了从燃料电池移除热量，以调整所述燃料电池的工作温度并且改进所述燃料电池的性能/可靠性。可以通过施加强制对流以使水副产物蒸发来移除热量以冷却所述燃料电池。

图4示出了根据一些实施方式的燃料电池。参考图4，所述燃料电池可以是质子传导燃料电池。所述燃料电池包括阴极、阳极以及电解质。所述燃料电池可以被配置成用于接收氢气作为第一燃料和氧气作为第二燃料。氢气可以从燃料储存容器提供。氧气可以从周围环境中的空气获得。电解质允许带正电的氢离子(或质子)在燃料电池的两侧之间移动。所述阳极和阴极包含催化剂，这些催化剂使得所述燃料经受产生正氢离子和电子的氧化反应。在反应后氢离子被吸引穿过电解质。同时，电子通过外电路被从阳极吸引到阴极，产生直流电。在阴极，氢离子、电子以及氧气反应形成水。在一些实施方式中，为了递送所希望的量的能量，多个燃料电池可以串联组合以产生更高的电压，或并联以允许供应更高的电流。这样的设计(燃料电池串联或并联的组合)称为燃料电池堆。电池表面面积也可以增加，以允许来自每个电池的更高的电流。所述燃料电池可以以不同的设计和配置提供，例如，质子交换膜燃料电池(pemfc)、熔融碳酸盐燃料电池(mcfc)、磷酸燃料电池(pafc)、固体氧化物燃料电池(sofc)等。

图5示出了根据另一个实施方式的燃料电池系统。参考图5，燃料电池系统501包括燃料储存容器510、控制模块520以及燃料电池530。所述燃料电池系统可以设置在uav上，并且可以用于为所述uav供电。图5的燃料电池系统501与图2的燃料电池系统201类似，除了以下区别。在图5的实施方式中，燃料电池系统501进一步包括用于移除燃料电池电化学反应的副产物的排气系统560。所述排气系统可以被配置成用于将副产物暴露于强制对流(强制气流)，以便从uav移除副产物。所述排气系统可以提供副产物与uav周围的周围环境之间的流体连通。具有排气系统可以增加副产物可以被移除的速率。例如，副产物移除速率可以增加无排气的副产物移除速率的至少1％、3％、5％、7％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％或200％。所述排气系统将参考图6在下文中描述，图6进一步详细示出了图5的燃料电池系统的示意图。

参考图6，燃料电池系统601包括燃料储存容器610、控制模块620、燃料电池630以及排气系统660。所述燃料电池系统可以设置在uav上，并且可以用于为所述uav供电。所述燃料储存容器可以经由所述多个管连接到燃料电池。

在图6的实施方式中，所述第一燃料可以是氢气(h2)并且所述第二燃料可以是氧气(o2)。在燃料电池中氢气与氧气之间的电化学反应产生水作为副产物。水可以经由所述燃料电池中的排泄孔632从所述燃料电池排出到排气系统660。所述排气系统可以包括h2o入口661以接收来自燃料电池的水。在一些实施方式中，管可以连接在排泄孔与h2o入口之间以允许水从所述燃料电池流动进入所述排气系统。

所述排气系统可以被配置成用于使用强制对流从uav蒸发并且移除水。水可以暴露于所述排气系统中的强制对流。借助于在水上方产生气流的、uav的一个或多个推进单元可以产生强制对流。所述强制对流可以可替代地借助于一个或多个内部风扇或泵产生。能量可以在产生强制对流中由一个或多个功耗单元消耗。在一些情形下，由于在进气孔处空气的流入，以及在排气孔处空气的离开，对流可以发生在uav内。气流可以通过一个或多个进气孔662提供至排气系统。所述一个或多个推进单元可以包括uav的旋翼/螺旋桨。uav的推进单元可以强制空气通过所述进气孔从周围环境进入uav的臂中。这些推进单元可以强制空气沿着uav的臂流动到储存燃料电池和水副产物的uav的中央空腔中。水通过气流蒸发并通过一个或多个排气孔663排出。进气孔和排气孔可以设置在uav的主体或外壳上。可以从uav移除水以减少uav的重量。可以通过蒸发、通过外壳内的一个或多个孔倾卸水或两者的任何组合移除水。可以减少uav的重量以降低为uav供电所需的功率的量，以便增加uav的飞行时间和范围。

强制对流可以使得空气以快速的速率在副产物上方流动。例如，所述强制对流可以引起在副产物上方的至少以下速度的强制气流：5cm/s、10cm/s、15cm/s、20cm/s、25cm/s、30cm/s、40cm/s、50cm/s、60cm/s、70cm/s、80cm/s或100cm/s。所述强制气流可以在所述uav的外壳内。所述强制气流的方向可以基本上平行于副产物的表面。可替代地，所述强制气流的方向可以基本上垂直于所述表面，或相对于所述表面成任何其他角度(例如，约15度、30度、45度、60度或75度)。

图7示出了根据一些实施方式包括具有排气系统的燃料电池系统的uav的详细视图。参考图7，uav700包括燃料电池系统701。所述燃料电池系统包括可操作地连接至燃料储存容器710的燃料电池730。所述燃料电池可以布置在uav的外壳702内或邻近所述外壳。所述外壳可以包括在uav的中央主体内的中央空腔。所述外壳可以包括在uav的一个或多个对应的臂内的一个或多个分支空腔。所述中央空腔和所述一个或多个分支空腔可以处于彼此流体连通。

所述燃料储存容器可以被配置成用于储存第一燃料。所述燃料储存容器可以包括一个或多个燃料储存箱，诸如被配置成用于分别在其中容纳气囊711、712以及713的三个燃料储存箱714、715以及716。这些燃料储存箱可以附接到所述uav的主体或外壳上。在所述燃料储存容器中的氢气的密度可以实质上低于所述uva周围的空气的密度。相应地，当这些气囊用氢气填充时，可以产生对于uav的升力，这可以降低uav的载荷并增加飞行时间。在一些替代性实施方式中，可以直接提供气囊，而不需要附加的燃料储存箱。这些气囊的外表面可以直接暴露于周围环境。

]这些气囊可以位于uav上的任何位置。在一些情形下，这些气囊可以位于uav的外壳外面。这些气囊可以位于uav的中央主体上或附近。这些气囊可以沿着中央主体的侧表面、中央主体的底表面和/或中央主体的顶表面定位。这些气囊可以位于uav的一个或多个臂上或附近。在一些实施方式中，这些气囊可以位于uav的臂之间的中央主体的侧表面上。这些气囊和/或燃料储存箱可以被设计为不显著妨碍uav的空气动力学。这些气囊和/或燃料储存箱可以被设计为不干扰uav的旋翼。

所述燃料电池被配置成用于通过电化学反应使第一燃料与第二燃料反应而产生电力和副产物。所述uav进一步包括用于移除燃料电池的电化学反应副产物的排气系统。所述排气系统可以被配置成用于使用对流从uav蒸发并且移除副产物。所述副产物可以暴露于所述排气系统中的强制对流。借助于在副产物上方产生气流的、uav的一个或多个推进单元703可以产生强制对流。所述强制对流可以使用本文其它地方所描述的任何其他技术产生。所述强制对流可以借助于一个或多个功耗单元在副产物上方强制气流。在一些实施方式中，与经由自然流动相比，使用强制对流，所述气流的速度可以更大。

所述排气系统可以包括一个或多个进气孔762和一个或多个排气孔763。进气孔和排气孔可以设置在uav的外壳上。气流可以通过进气孔被引导至排气系统。所述一个或多个推进单元可以包括uav的螺旋桨。uav的推进单元可以强制空气通过所述进气孔从周围环境进入uav的臂中。在一些实施方式中，所述进气孔可以位于uav的臂上。所述进气孔可以在uav的臂的端部上或附近(例如，在所述臂的远端的1％、5％、10％、20％、30％、40％或50％内)。所述进气孔可以定位在uav的螺旋桨附近(例如，在所述螺旋桨的臂的长度的1％、3％、5％或10％内)。可替代地，所述进气孔不需要靠近uav的螺旋桨。这些推进单元可以强制空气沿着uav的臂流动到储存燃料电池及其副产物的uav的中央空腔中。所述副产物可以通过气流进行蒸发并通过排气孔排出。所述排气孔可以位于uav的中央主体上。所述排气孔可以位于靠近可以收集副产物的区域(例如，在1cm、3cm、5cm或10cm内)。副产物可以从uav移除以减少uav的重量。可以减少uav的重量以降低为uav供电所需的功率的量，以便增加uav的飞行时间和范围。

uav可以具有一个或多个进气孔。在一些实施方式中，每个臂可以具有一个或多个进气孔。这些进气孔可以是臂外壳中的开口，这些开口可以提供从外界环境到所述臂的内部空腔的流体连通。这些进气孔可以在臂的侧表面、底表面和/或顶表面上。

uav可以具有一个或多个排气孔。在一些情形下，所述中央主体可以具有一个或多个作为排气孔起作用的开口。这些开口可以设置在中央主体外壳中并且可以提供从中央空腔的内部到周围环境的流体连通。排气孔可以在中央主体外壳的下表面、侧表面和/或顶表面上。在一些实施方式中，可以提供比排气孔更多的进气孔。

当第一燃料是氢气(h2)并且第二燃料是氧气(o2)时，燃料电池中氢气与氧气之间的电化学反应产生水作为副产物。可以通过在水上方强制气流而从uav蒸发并且移除水。所述气流可以通过uav的臂被引入。所述气流可以通过位于uav的臂上的一个或多个进气孔进入和离开。所述气流可以通过进气孔进入并且在燃料电池的水副产物上方流动以使水蒸发。蒸发的水然后被所述气流驱逐出去以经由排气孔离开uav。排气孔可以位于靠近储存燃料电池及其水副产物的外壳部分。所述气流可以借助于uav的一个或多个推进单元被驱动。所述一个或多个推进单元可以包括运载工具的螺旋桨。在一些实施方式中，气流可以通过运载工具的中央主体被引入，由此所述气流通过运载工具的中央主体中的开口进入。水可以穿过排气孔通过排气系统从uav移除到周围环境。可以从uav移除水以减少uav的重量。可以减少uav的重量以降低为uav供电要求的功率的量，以便增加uav的飞行时间。

图8示出了根据另一个实施方式的燃料电池系统。参考图8，燃料电池系统801包括燃料储存容器810、控制模块820以及燃料电池830。所述燃料电池系统可以设置在uav上，并且可以用于为所述uav供电。图8的燃料电池系统801与图2的燃料电池系统201类似，除了以下区别。在图8的实施方式中，燃料电池系统801进一步包括用于从燃料电池移除热量的冷却系统860。所述冷却系统可以被配置成用于实现燃料电池电化学反应的副产物的蒸发。副产物的蒸发可以用于冷却燃料电池。所述冷却系统将参考图9在下文中描述，图9进一步详细示出了图8的燃料电池系统的示意图。

参考图9，燃料电池系统901包括燃料储存容器910、控制模块920、燃料电池930以及冷却系统970。所述燃料电池系统可以设置在uav上，并且可以用于为所述uav供电。所述燃料储存容器可以经由所述多个管连接到燃料电池。

在图9的实施方式中，所述第一燃料可以是氢气(h2)并且所述第二燃料可以是氧气(o2)。在燃料电池中氢气与氧气之间的电化学反应产生水作为副产物。还产生热量，因为氢气与氧气之间的电化学反应是放热的。冷却系统970可以包括接受器，在所述接受器中可以收集来自燃料电池的水。所述接受器可以与燃料电池处于热连通，并且可以经由传导接收从燃料电池产生的热量。所述冷却系统还可以包括一个或多个开口。这些开口可以包括至少一个进气孔971和至少一个排气孔972。可以通过在接受器中的水上方强制气流并且经由强制对流使水蒸发以产生冷却效果来冷却所述燃料电池。所述气流可以通过接受器中的一个或多个开口进入和离开所述接受器。例如，所述气流可以通过进气孔进入并且在接受器中的水副产物上方流动以使水蒸发。所述冷却系统被配置成用于引导蒸发的水沿着并且靠近燃料电池的表面流动，以便从燃料电池移除热量。蒸发的水然后被所述气流驱逐出去以经由排气孔离开接受器。所述气流可以借助于uav的一个或多个推进单元或借助于一个或多个内部风扇或泵被驱动。所述一个或多个推进单元可以包括运载工具的螺旋桨。副产物的蒸发帮助调节燃料电池的温度。例如，蒸发的水沿着燃料电池的一个或多个加热的表面流动可以移除在电化学反应过程中由燃料电池产生的热量的至少一部分。所述冷却系统可以调节燃料电池的温度，从而延长燃料电池的使用寿命并且改进性能/可靠性。

在一些情形下，水的蒸发可以进一步帮助调节uav的内部温度。在一些实施方式中，所述冷却系统和所述排气系统可以使用相同的部件。在一些其他实施方式中，所述冷却系统和所述排气系统可以是相同的系统。具有冷却系统可以增加可以从燃料电池移除热量的速率。例如，热量移除速率可以增加无排气的热量移除速率的至少1％、3％、5％、7％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％或200％。强制对流可以使得空气以快速的速率在燃料电池表面附近上方流动。例如，所述强制对流可以引起在燃料电池表面上方的至少以下速度的强制气流：5cm/s、10cm/s、15cm/s、20cm/s、25cm/s、30cm/s、40cm/s、50cm/s、60cm/s、70cm/s、80cm/s或100cm/s。所述强制气流可以在所述uav的外壳内。所述强制气流的方向可以基本上平行于燃料电池的表面。可替代地，所述强制气流的方向可以基本上垂直于所述燃料电池的表面，或相对于所述燃料电池的表面成任何其他角度(例如，约15度、30度、45度、60度或75度)。

图10示出了根据另一个其他实施方式的燃料电池系统。图10的燃料电池系统可以作为能量递送系统被提供。参考图10，燃料电池系统1001包括燃料储存容器1010、控制模块1020以及燃料电池1030。所述燃料电池系统可以设置在uav上，并且可以用于为所述uav供电。图10的燃料电池系统1001与图2的燃料电池系统201类似，除了以下区别。在图10的实施方式中，燃料电池系统1001进一步包括电解模块1080、太阳能产生系统1090以及开关1091。所述电解模块可以被配置成用于电解燃料电池电化学反应的副产物以：(1)从运载工具移除副产物(通过将副产物分解为其元素)，和/或(2)产生用于燃料电池的附加的第一燃料。所述太阳能产生系统可以被配置成为电解模块和/或装置供电。所述装置可以包括uav的一个或多个推进单元和/或功耗单元。所述控制模块中的控制器可以被配置成用于产生指令用于太阳能产生系统将电能提供到以下各项组成的组中的至少一项：(1)所述电解模块，以实现所述电解模块的操作，以及(2)所述装置。所述电能可以使用开关提供给上述组中的至少一项。所述电解模块和太阳能电池的操作以及所述开关的控制将参考图11在下文中描述，图11进一步详细示出了图10的燃料电池系统的示意图。

参考图11，燃料电池系统1101包括燃料储存容器1110、控制模块1120、燃料电池1130、电解模块1180、太阳能电池1190以及开关1191。所述燃料电池系统可以设置在uav上，并且可以用于为所述uav供电。所述燃料储存容器可以经由所述多个管连接到燃料电池。

在图11的实施方式中，所述第一燃料可以是氢气(h2)并且所述第二燃料可以是氧气(o2)。在燃料电池中氢气与氧气之间的电化学反应产生水作为副产物。水可以被收集在副产物容器1181中。所述电解模块可以被配置成用于从在副产物容器中收集的水产生氢气。在一些实施方式中，由所述电解模块使用的水可以完全由燃料电池的副产物提供。在其他示例中，可以提供水储存罐，所述水储存罐可以包括有限储存的水。在一些情形下，水分可以从周围空气获得并且用作用于电解模块的水。

所述太阳能产生系统可以被配置成用于将太阳能转换为电能。所述太阳能产生系统可以包括一个或多个太阳能电池。所述一个或多个太阳能电池可以是光伏(pv)电池。所述太阳能电池可以使用光伏效应将光能直接转换为电能。在此对于能量产生系统的任何描述可以应用于一个或多个太阳能电池，并且反之亦然。来自太阳能电池的电能可以用于为电解模块供电以通过水的电解产生氢气。在电解过程期间，来自太阳能电池的直流电(dc)穿过水使其分解成氢气(h2)和氧气(o2)。来自太阳能电池的电能还可以用于为装置1150供电。所述装置可以是uav的部件，诸如一个或多个推进单元和/或功耗单元。

来自燃料电池的水副产物通过燃料电池的h2o排泄孔1132排放进入副产物容器。所述副产物容器可以是电解模块的一部分。在一些实施方式中，所述副产物容器和所述电解模块可以是不同的部件。所述副产物容器被电连接至所述电解模块，所述电解模块进而被电连接至一个或多个太阳能电池。所述电解模块由所述一个或多个太阳能电池供电并且被配置成用于施加直流电(dc)以电解水。所述直流电可以通过浸入副产物容器中的水中的正(+)电极和负(-)电极施加。在实践中，如果dc电压大于1.23v的水电解电压(分解电势)，则可以产生氢气和氧气。

太阳能电池可以设置在uav的主体或外壳的顶表面上以接收最大量的阳光。例如，一个或多个太阳能电池可以设置在uav的中央主体的顶表面上和/或uav的一个或多个臂上。这些太阳能电池也可以任选地设置在uav的侧表面(例如，在中央主体和/或臂上)或uav的底表面上。这些太阳能电池可以在uav的外壳的表面上形成。在一些实施方式中，所述太阳能电池可以是具有特定柔性的轻型薄膜太阳能电池。使用柔性太阳能电池可以允许太阳能电池顺应uav的表面形状。这些太阳能电池可以施加于uav的表面而不显著改变uav的空气动力学。

在一些替代性实施方式中，uav可以具有被配置成用于支撑太阳能电池的单独的结构。例如，可以由uav提供或携带平台或其他表面。这可以提供增加的表面面积用于uav收集太阳能。所述附加结构可以是轻质材料。在一些情形下，所述轻质材料可以是柔性的或者刚性的。

太阳能电池的输出端可以分别连接至副产物容器的阳极和阴极。太阳能电池的电能提供水电解所需的能量。从电解模块产生的氢气经由管1149提供到主气体流量控制阀1145。

控制器1121可以被配置成用于控制主气体流量控制阀和其他控制阀，以将电解的氢气引导以储存在一个或多个气囊中，或者引导至燃料电池用于发电。可以使用这些控制阀中的一个或多个通过控制器来调节电解的氢气的压力和流速。

在一些实施方式中，开关1191可以设置在太阳能电池与电解模块之间，以及太阳能电池与装置之间。所述开关被配置成用于接收来自控制器的指令，并且响应于这些指令在不同位置之间切换。例如，当所述开关处于第一位置时，所述开关可以将太阳能电池与电解模块电连接。当所述开关处于第一位置时，太阳能电池可以与装置电隔离。当所述开关处于第二位置时，所述开关可以将太阳能电池电连接到装置。当所述开关处于第二位置时，太阳能电池可以与电解模块电隔离。当所述开关处于第三位置时，太阳能电池可以与电解模块和装置二者电隔离。当所述开关处于第四位置时，太阳能电池可以电连接至电解模块和装置二者。在一些情形下，所述开关可以在将所述太阳能电池电连接至所述装置以及将所述太阳能电池电连接至所述电解模块之间移动。对于不将所述太阳能电池电连接至任一部件或将所述太阳能电池连接至这两个部件的选项可以是或者可以不是可供使用的。在此对于机械开关的任何描述可适用于可以提供电连接和断开的任何其他类型的机构。在一些情形下，可以实施电子开关(例如，mosfet)。

所述装置可以是运载工具，如无人飞行器(uav)。所述装置可以是运载工具搭载的部件。例如，所述装置可以包括运载工具的一个或多个推进单元。所述装置还可以包括运载工具的功耗单元。所述装置可以是运载工具的能量储存单元(例如，电池)。所述能量储存单元可以进而为运载工具的一个或多个其他部件供电。

在一些情形下，如果太阳能电池产生的能量大于电解模块消耗的功率，则可以供给过量的能量为装置供电。相应地，运载工具的飞行时间可以延长。

在一些实施方式中，所述燃料电池系统可以进一步包括被配置成用于储存来自太阳能电池和/或燃料电池的电能的能量储存单元。所述能量储存单元可以被配置成用于向电解模块和/或装置提供能量。所述能量储存单元可以包括一个或多个电芯。这些电芯可以是可再充电的。所述一个或多个电芯可以包括一个或多个锂离子电芯。在一些情形下，如果太阳能电池产生的能量大于电解模块消耗的功率，则过量的能量可以储存在所述能量储存单元中。

在一些实施方式中，所述控制器可以被配置成用于通过控制电解模块产生氢气，所述氢气然后被提供回至气囊，从而保持/调整燃料储存容器中的气囊的压力。例如，当气囊内的氢气的压力减少到低于预定压力阈值时，气囊内或沿着分配管的压力传感器可以触发信号给控制器以操作电解模块，所述电解模块进而电解水以产生并发送一阵氢气来补充气囊直到气囊达到预定压力阈值。当气囊的压力达到预定压力阈值时，压力传感器发送反馈信号给控制器以关闭电解模块(即，停止电解过程)并关闭到气囊的控制阀。

在此所述的系统、装置以及方法可以应用于多种多样的可移动物体。如前面所提及，在此对于飞行器的任何描述可以适用于和用于任何可移动物体。本发明的可移动物体可以被配置成用于在任何合适的环境中移动，诸如在空气中(例如，固定翼飞行器、旋转翼飞行器或既没有固定翼也没有旋转翼的飞行器)，在水中(例如，船或潜艇)，在地面上(例如，机动车辆，诸如小汽车、卡车、公共汽车、厢式货车、摩托车；可移动结构或框架，诸如棍、钓鱼竿；或者火车)，在地下(例如，地铁)，在太空(例如，航天飞机、卫星或探测器)，或者这些环境的任何组合。所述可移动物体可以是运载工具，诸如本文其他地方描述的远程控制的运载工具。在一些实施方式中，所述可移动物体可以被安装在活体上，例如人或动物。

所述可移动物体可以能够在环境内关于六个自由度(例如，三个平移自由度及三个旋转自由度)自由移动。可替代地，所述可移动物体的移动可关于一个或多个自由度受到约束，例如，通过预定路径、轨道或方向。所述移动可以通过任何合适的致动机构(例如引擎或电机)致动。所述可移动物体的致动机构可以通过任何合适的能源供电，例如，电能、磁能、太阳能、风能、重力能、化学能、核能或其任何适合组合。所述可移动物体可以经由推进系统自推进，例如如下进一步描述。所述推进系统可以任选地依靠能源运行，例如电能、磁能、太阳能、风能、重力能、化学能、核能或其任何适合组合。可替代地，所述可移动物体可以由生物携带。

在一些情形下，所述可移动物体可以是运载工具。合适的运载工具可以包括水上运载工具、飞行器、空间飞行器或者地面运载工具。例如，飞行器可以为固定翼飞行器(例如，飞机、滑翔机)、旋转翼飞行器(例如，直升机、旋翼机)、具有固定翼和旋转翼二者的飞行器或者既无固定翼也无旋转翼的飞行器(例如，飞艇、热气球)。运载工具可以是自推进的，例如通过空气、在水面上或水中、在太空中或者在地面上或地下自推进。自推进式运载工具可以利用推进系统，例如，包括一个或多个引擎、电机、轮子、轮轴、磁体、旋翼、螺旋桨、桨叶、喷嘴或其任意合适的组合的推进系统。在一些情形下，所述推进系统可以用于使所述可移动物体从表面起飞、停落在表面上、保持其当前位置和/或朝向(例如，悬停)、改变朝向和/或改变位置。

例如，所述推进系统可以包括一个或多个旋翼。旋翼可包括附着至中心轴的一个或多个桨叶(例如，一个、两个、三个、四个或更多个桨叶)。这些桨叶可以围绕所述中心轴对称地或非对称地布置。这些桨叶可以通过中心轴的旋转而转动，所述中心轴的旋转可以通过合适的电机或引擎驱动。这些桨叶可以被配置成用于按顺时针旋转方式和/或按逆时针旋转方式进行旋转。所述旋翼可以为水平旋翼(可称为具有水平旋转平面的旋翼)、竖直朝向的旋翼(可称为具有竖直旋转平面的旋翼)、或以水平与竖直位置之间的中间角度倾斜的旋翼。在一些实施方式中，水平朝向的旋翼可以旋转并且为所述可移动物体提供升力。竖直朝向的旋翼可以旋转并且为所述可移动物体提供推力。在水平与竖直位置之间的中间角度朝向的旋翼可以旋转并为所述可移动物体提供升力以及推力二者。一个或多个旋翼可用于提供扭矩来抵消另一个旋翼旋转所产生的扭矩。

所述可移动物体可以由用户遥控或由所述可移动物体内部或者之上的乘员本地控制。在一些实施方式中，所述可移动物体为无人的可移动物体，例如uav。无人的可移动物体(例如uav)可以没有搭载于可移动物体上的乘员。所述可移动物体可以由人或者自主控制系统(例如，计算机控制系统)或其任何适合组合控制。所述可移动物体可以为自主的或半自主的机器人，例如配置有人工智能的机器人。

可移动物体可具有任何合适的大小和/或尺寸。在一些实施方式中，可移动物体可以具有一定大小和/或尺寸以在运载工具之内或之上具有人类乘员。可替代地，可移动物体可以具有比能够在所述运载工具之内或之上具有人类乘员更小的大小和/或尺寸。可移动物体可以具有适合于被人提升或搬运的大小和/或尺寸。可替代地，可移动物体可以比适合被人提升或者搬运的大小和/或尺寸更大。在一些情形下，可移动物体可以具有小于或等于约以下的最大尺寸(例如，长度、宽度、高度、直径、对角线)：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。所述最大尺寸可以大于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。例如，所述可移动物体的相对旋翼的轴之间的距离可以小于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。可替代地，相对旋翼的轴之间的距离可以大于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。

在一些实施方式中，可移动物体可以具有小于100cm×100cm×100cm、小于50cm×50cm×30cm、或者小于5cm×5cm×3cm的体积。所述可移动物体的总体积可以小于或等于约：1cm³、2cm³、5cm³、10cm³、20cm³、30cm³、40cm³、50cm³、60cm³、70cm³、80cm³、90cm³、100cm³、150cm³、200cm³、300cm³、500cm³、750cm³、1000cm³、5000cm³、10,000cm³、100,000cm³、1m³或10m³。相反地，所述可移动物体的总体积可以大于或等于约：1cm³、2cm³、5cm³、10cm³、20cm³、30cm³、40cm³、50cm³、60cm³、70cm³、80cm³、90cm³、100cm³、150cm³、200cm³、300cm³、500cm³、750cm³、1000cm³、5000cm³、10,000cm³、100,000cm³、1m³或10m³。

在一些实施方式中，可移动物体可以具有小于或等于约以下的占地面积(这可以指的是由所述可移动物体包含的横向截面面积)：32,000cm²、20,000cm²、10,000cm²、1,000cm²、500cm²、100cm²、50cm²、10cm²或5cm²。相反地，所述占地面积可以大于或等于约：32,000cm²、20,000cm²、10,000cm²、1,000cm²、500cm²、100cm²、50cm²、10cm²或5cm²。

在一些情形下，可移动物体可以称重为不大于1000kg。可移动物体的重量可以小于或等于约：1000kg、750kg、500kg、200kg、150kg、100kg、80kg、70kg、60kg、50kg、45kg、40kg、35kg、30kg、25kg、20kg、15kg、12kg、10kg、9kg、8kg、7kg、6kg、5kg、4kg、3kg、2kg、1kg、0.5kg、0.1kg、0.05kg或0.01kg。相反地，所述重量可以大于或等于约：1000kg、750kg、500kg、200kg、150kg、100kg、80kg、70kg、60kg、50kg、45kg、40kg、35kg、30kg、25kg、20kg、15kg、12kg、10kg、9kg、8kg、7kg、6kg、5kg、4kg、3kg、2kg、1kg、0.5kg、0.1kg、0.05kg或0.01kg。

在一些实施方式中，可移动物体相对于由所述可移动物体运载的载荷可以是较小的。所述载荷可包括有效载荷和/或载体，如下面进一步详细描述。在某些示例中，可移动物体重量与载荷重量的比率可以大于、小于或等于约1:1。可选地，可移动物体重量与载荷重量的比率可以大于、小于或等于约1:1。当需要时，可移动物体重量与载荷重量的比率可以小于或等于：1:2、1:3、1:4、1:5、1:10或甚至更小。相反地，可移动物体重量与载荷重量的比率还可以大于或等于：2:1、3:1、4:1、5:1、10:1或甚至更大。

在一些实施方式中，可移动物体可以具有低能量消耗。例如，可移动物体可以使用小于约：5w/h、4w/h、3w/h、2w/h、1w/h或更小。在一些实施方式中，可移动物体的载体可以具有低能量消耗。例如，所述载体可以使用小于约：5w/h、4w/h、3w/h、2w/h、1w/h或更小。可选地，所述可移动物体的有效载荷可以具有低能量消耗，例如小于约：5w/h、4w/h、3w/h、2w/h、1w/h或更小。

图12示出了根据本发明实施方式的无人飞行器(uav)1200。图12中的视图可以例如对应于图7的uav700的顶视图。uav1200可以是如在此描述的可移动物体的示例。uav1200可以包括具有四个旋翼1203的推进系统。可以提供任何数量的旋翼(例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个或更多个)。无人飞行器的旋翼或其他推进系统可以使所述无人飞行器能够悬停/维持位置、改变朝向和/或改变位置。相对旋翼的轴之间的距离可以是任何合适的长度1205。例如，长度1205可以小于或等于2m，或小于等于5m。在一些实施方式中，长度1205可以在从40cm至7m、从70cm至2m或从5cm至5m的范围内。在此对uav的任何描述可以应用于可移动物体，诸如不同类型的可移动物体，并且反之亦然。

根据一些实施方式，uav1200可以包括具有排气系统的燃料电池系统。参考图12，所述uav包括燃料电池系统1201。所述燃料电池系统包括可操作地连接至燃料储存容器1210的燃料电池1230。所述燃料电池可以安置在uav的外壳1202内或邻近所述外壳。所述外壳可以包括在uav的中央主体内的中央空腔。所述外壳可以包括在uav的一个或多个对应的臂内的一个或多个分支空腔。所述中央空腔和所述一个或多个分支空腔可以处于彼此流体连通。

所述燃料储存容器可以被配置成用于储存第一燃料。所述燃料储存容器可以包括一个或多个燃料储存箱，诸如被配置成用于分别在其中容纳气囊1211、1212以及1213的三个燃料储存箱1214、1215以及1216。这些燃料储存箱可以附接到所述uav的主体或外壳上。在所述燃料储存容器中的氢气的密度可以实质上低于所述uva周围的空气的密度。相应地，当这些气囊用氢气填充时，可以产生对于uav的升力，这可以降低uav的载荷并增加飞行时间。在一些替代性实施方式中，可以直接提供气囊，而不需要附加的燃料储存箱。这些气囊的外表面可以直接暴露于周围环境。

这些气囊可以位于uav上的任何位置。在一些情形下，这些气囊可以位于uav的外壳外面。这些气囊可以位于uav的中央主体上或附近。这些气囊可以沿着中央主体的侧表面、中央主体的底表面和/或中央主体的顶表面定位。这些气囊可以位于uav的一个或多个臂上或附近。在一些实施方式中，这些气囊可以位于uav的臂之间的中央主体的侧表面上。这些气囊和/或燃料储存箱可以被设计为不显著妨碍uav的空气动力学。这些气囊和/或燃料储存箱可以被设计为不干扰uav的旋翼。

燃料电池被配置成用于通过电化学反应使第一燃料与第二燃料反应而产生电力和副产物。所述uav进一步包括用于移除燃料电池的电化学反应副产物的排气系统。所述排气系统可以被配置成用于使用对流从uav蒸发并且移除副产物。所述副产物可以暴露于所述排气系统中的强制对流。借助于在副产物上方产生气流的、uav的一个或多个推进单元1203可以产生强制对流。所述强制对流可以使用本文其它地方所描述的任何其他技术产生。所述强制对流可以借助于一个或多个功耗单元在副产物上方强制气流。在一些实施方式中，与经由自然流动相比，使用强制对流，所述气流的速度可以更大。

所述排气系统可以包括一个或多个进气孔1262和一个或多个排气孔1263。进气孔和排气孔可以设置在uav的外壳上。气流可以通过进气孔被引导至排气系统中。所述一个或多个推进单元可以包括uav的螺旋桨。uav的推进单元可以强制空气通过所述进气孔从周围环境进入uav的臂中。在一些实施方式中，所述进气孔可以位于uav的臂上。所述进气孔可以在uav的臂的端部上或附近(例如，在所述臂的远端的1％、5％、10％、20％、30％、40％或50％内)。所述进气孔可以定位在uav的螺旋桨附近(例如，在所述螺旋桨的臂的长度的1％、3％、5％或10％内)。可替代地，所述进气孔不需要靠近uav的螺旋桨。这些推进单元可以强制空气沿着uav的臂流动到储存燃料电池及其副产物的uav的中央空腔中。所述副产物可以通过气流进行蒸发并通过排气孔排出。所述排气孔可以位于uav的中央主体上。所述排气孔可以位于靠近可以收集副产物的区域(例如，在1cm、3cm、5cm或10cm内)。可以从uav移除副产物以减少uav的重量。可以减少uav的重量以降低为uav供电所需的功率的量，以便增加uav的飞行时间和范围。

uav可以具有一个或多个进气孔。在一些实施方式中，每个臂可以具有一个或多个进气孔。这些进气孔可以是臂外壳中的开口，这些开口可以提供从外界环境到所述臂的内部空腔的流体连通。这些进气孔可以在臂的侧表面、底表面和/或顶表面上。

uav可以具有一个或多个排气孔。在一些情形下，所述中央主体可以具有一个或多个作为排气孔起作用的开口。这些开口可以设置在中央主体外壳中并且可以提供从中央空腔的内部到周围环境的流体连通。排气孔可以在中央主体外壳的下表面、侧表面和/或顶表面上。在一些实施方式中，可以提供比排气孔更多的进气孔。

当第一燃料是氢气(h2)并且第二燃料是氧气(o2)时，所述燃料电池中氢气与氧气之间的电化学反应产生水作为副产物。可以通过在水上方强制气流而从uav蒸发并且移除水。所述气流可以通过uav的臂被引入。所述气流可以通过位于uav的臂上的一个或多个进气孔进入和离开。所述气流可以通过进气孔进入并且在燃料电池的水副产物上方流动以使水蒸发。蒸发的水然后被所述气流驱逐出去以经由排气孔离开uav。排气孔可以位于靠近储存燃料电池及其水副产物的外壳部分。所述气流可以借助于uav的一个或多个推进单元被驱动。所述一个或多个推进单元可以包括运载工具的螺旋桨。在一些实施方式中，气流可以通过运载工具的中央主体被引入，由此所述气流通过运载工具的中央主体中的开口进入。水可以穿过排气孔通过排气系统从uav移除到周围环境。可以从uav移除水以减少uav的重量。可以减少uav的重量以降低为uav供电所需的功率的量，以便增加uav的飞行时间。

在一些情形下，水的蒸发可以进一步帮助调节uav的内部温度。在一些实施方式中，图12的uav1200可以包括在本文其他地方描述的冷却系统。所述冷却系统和所述排气系统可以使用相同的部件。在一些其他实施方式中，所述冷却系统和所述排气系统可以是同一个系统。具有冷却系统可以增加可以从燃料电池移除热量的速率。

在一些实施方式中，可移动物体可以被配置成用于运载载荷。所述载荷可包括乘客、货物、设备、仪器以及类似物中的一种或多种。所述载荷可以设置在一个外壳内。所述外壳可以与可移动物体的外壳相分离，或者是可移动物体的外壳的一部分。可替代地，所述载荷可以配备有外壳而所述可移动物体不具有外壳。可替代地，所述载荷的部分或全部载荷可以不配备有外壳。所述载荷可以相对于可移动物体刚性固定。可选地，所述载荷可以相对于可移动物体是可移动的(例如，相对于可移动物体可平移或可旋转)。

在一些实施方式中，所述载荷包括有效载荷。所述有效载荷可以被配置成用于不执行任何操作或者功能。可替代地，所述有效载荷可以是被配置成用于执行操作或功能的有效载荷，也称为功能性有效载荷。例如，所述有效载荷可包括一个或多个用于勘测一个或多个目标的传感器。任何合适的传感器可以合并到所述有效载荷中，例如，图像捕捉装置(例如，相机)、音频捕捉装置(例如，抛物线麦克风)、红外成像装置或紫外成像装置。所述传感器可提供静态感测数据(例如，照片)或动态感测数据(例如，视频)。在一些实施方式中，所述传感器为所述有效载荷的目标提供感测数据。可替代地或组合地，所述有效载荷可包括一个或多个发射体，这些发射体用于提供信号给一个或多个目标。可以使用任何合适的发射体，例如，照明源或声源。在一些实施方式中，所述有效载荷包括一个或多个收发器，诸如用于与远离可移动物体的模块通信。可选地，所述有效载荷可以被配置成用于与环境或目标交互。例如，所述有效载荷可包括能够操控物体的工具、仪器或机构，例如机械臂。

可选地，所述载荷可以包括载体。可以为所述有效载荷提供所述载体并且所述有效载荷可以经由所述载体直接地(例如，与所述可移动物体直接接触)或者间接地(例如，不与所述可移动物体接触)联接到所述可移动物体。相反地，所述有效载荷可以安装在可移动物体上而不需要载体。所述有效载荷可以与所述载体一体形成。可替代地，所述有效载荷可以可释放地联接到所述载体。在一些实施方式中，所述有效载荷可以包括一个或多个有效载荷元件，并且这些有效载荷元件中的一个或多个可以相对于如上所述的可移动物体和/或载体可移动。

所述载体可以为有效载荷提供支撑(例如，承载所述有效载荷的至少一部分重量)。所述载体可包括能够稳定和/或引导有效载荷的运动的合适的安装结构(例如，云台平台)。在一些实施方式中，所述载体可以适配为用于控制有效载荷相对于可移动物体的状态(例如，位置和/或朝向)。例如，所述载体可以被配置成用于相对于可移动物体移动(例如，关于一个、两个或三个平移度，和/或一个、两个或三个旋转度)，使得无论所述可移动物体如何移动，所述有效载荷相对于合适的参照系保持其位置和/或朝向。所述参照系可以是固定参照系(例如，周围环境)。可替代地，所述参照系可以为移动参照系(例如，可移动物体、有效载荷目标)。

在一些实施方式中，所述载体可以被配置成用于允许有效载荷相对于载体和/或可移动物体移动。所述移动可以是关于多达三个自由度的平移(例如，沿着一条、两条或三条轴线)或关于多达三个自由度的旋转(例如，围绕一条、两条或三条轴线)，或其任何适合组合。

在一些实施方式中，可移动物体、载体以及有效载荷相对于固定参照系(例如，周围环境)和/或彼此的移动可以通过终端控制。所述终端可以是在远离所述可移动物体、载体和/或有效载荷的位置处的遥控装置。所述终端可以安置在或附着到支撑平台上。可替代地，所述终端可以为手持式或可穿戴式装置。例如，所述终端可包括智能手机、平板计算机、笔记本计算机、计算机、眼镜、手套、头盔、麦克风或其适合组合。所述终端可包括用户界面，例如键盘、鼠标、操纵杆、触摸屏或显示器。任何合适的用户输入可用于与所述终端交互，例如手动输入命令、语音控制、手势控制或位置控制(例如，经由所述终端的移动、定位或倾斜)。

所述终端可用于控制可移动物体、载体和/或有效载荷的任何合适的状态。例如，所述终端可用于控制所述可移动物体、载体和/或有效载荷相对于固定参考和/或彼此的位置和/或朝向。在一些实施方式中，所述终端可用于控制可移动物体、载体和/或有效载荷的单独元件，例如载体的致动组件、有效载荷的传感器或者所述有效载荷的发射体。所述终端可包括适配为用于与可移动物体、载体或者有效载荷中的一个或多个通信的无线通信装置。

所述终端可以包括用于观察可移动物体、载体和/或有效载荷的信息的合适的显示单元。例如，所述终端可以被配置成用于显示可移动物体、载体和/或有效载荷关于位置、平移速度、平移加速度、朝向、角速度、角加速度或其任何组合的信息。在一些实施方式中，所述终端可显示由有效载荷提供的信息，例如由功能性有效载荷提供的数据(例如，由相机或其他图像捕捉装置记录的图像)。

用户可以能够远程控制uav的燃料控制系统(或燃料电池系统)的一个或多个方面。例如，用户可以能够发送可以影响燃料控制系统(或燃料电池系统)的操作的命令。用户可以能够在普通能量储存单元动力模式与燃料电池动力模式之间选择。用户可以能够选择是否使用电解模块。用户可以能够从多个可供使用的能量产生模式中选择能量产生模式。所述用户可以能够观察关于能量产生和/或燃料使用的测量值。

在一些实施方式中，用户可以能够使用位于收集副产物的地点处的一个或多个重量传感器确定由燃料电池产生的副产物的量(例如，重量)。基于所确定的副产物的量，用户可以能够选择副产物的第一部分用于使用电解模块产生燃料电池的燃料。此外，用户可以能够选择副产物的第二部分以使用排气系统从运载工具排出。在一些情形下，用户可以能够选择副产物的第三部分用于使用冷却系统冷却燃料电池。在某些示例中，第一部分与第二部分与第三部分的比率可以小于、等于或大于约1:1:1。所述副产物的第一部分与第二部分与第三部分的任何比率都是预期的。例如，第一部分与第二部分与第三部分的比率可以是x:y:z，其中x是从1到9范围内的任何整数，y是从1到9范围内的任何整数，且z是从1到9范围内的任何整数。需要注意的是，x＝y＝z的条件对应于1:1:1的基本比率。用户可以能够基于如由一个或多个传感器确定的运载工具的当前需要而选择任何比率。例如，在一些情形下，如果所述运载工具的供电较低，那么用户可以能够选择更高比例的副产物以用于使用电解模块产生燃料电池的燃料。在其他示例中，用户可以能够选择更高比例的副产物以排出，从而减少运载工具的载荷并且增加飞行时间。在一些另外的示例中，用户可以能够选择更高比例的副产物以便在运载工具的燃料电池或其他部件过热的情况下用于冷却。在一些实施方式中，用户可以能够使用所有副产物用于使用电解模块产生燃料电池的燃料。在其他实施方式中，用户可以能够使用排气系统将所有副产物排放到周围环境中。在一些另外的实施方式中，用户可以能够使用所有副产物用于使用冷却系统冷却燃料电池。相应地，通过使用在此所述的实施方式中的一个或多个和/或不同组合，用户能够以一种有效的方式使用或排出副产物以满足运载工具的各种需要(例如，功率、冷却、降低载荷等)。

在其他实施方式中，能量产生可以不需要任何用户输入而发生。各种能量产生模式或参数可以由一个或多个处理器自动选择。例如，控制器可以确定在给定时刻用于uav的最有效的能量产生模式并使用所述能量产生模式。

图13示出了根据实施方式包括载体1302和有效载荷1304的可移动物体1300。尽管可移动物体1300被描述为飞行器，但此描绘并不旨在是限制性的，并且可以使用任何合适类型的可移动物体，如在此前面所述。本领域技术人员将了解，在飞行器系统的背景下在此所描述的任何实施方式可以应用于任何合适的可移动物体(例如，uav)。

在一些情形下，有效载荷1304可以设置在可移动物体1300上而无需载体1302。可移动物体1300可包括推进机构1306、感测系统1308以及通信系统1310。这些推进机构1306可包括旋翼、螺旋桨、桨叶、引擎、电机、轮子、轮轴、磁体或喷嘴中的一个或多个，如在此前面所述。所述可移动物体可以具有一个或多个、两个或更多个、三个或更多个或者四个或更多个推进机构。所有这些推进机构可以是相同的类型。可替代地，一个或多个推进机构可以为不同类型的推进机构。在一些实施方式中，这些推进机构1306可以使可移动物体1300从表面竖直起飞或者竖直降落于表面上，而不需要可移动物体1300的任何水平移动(例如，不需要沿跑道行进)。可选地，这些推进机构1306可以是可操作的以允许可移动物体900在指定的位置和/或朝向悬停在空中。

例如，可移动物体1300可以具有多个水平朝向的旋翼，这些旋翼可以为所述可移动物体提供升力和/或推力。所述多个水平朝向的旋翼可以被致动以提供竖直起飞、竖直着陆以及悬停能力给可移动物体1300。在一些实施方式中，这些水平朝向的旋翼中的一个或多个可以在顺时针方向上旋转，同时这些水平旋翼中的一个或多个可以在逆时针方向上旋转。例如，顺时针方向的旋翼的数量可以与逆时针方向的旋翼的数量相同。每个水平朝向的旋翼的旋转速率可以独立地变化，以便控制由每个旋翼产生的升力和/或推力，并且从而调整可移动物体900的空间布局、速度和/或加速度(例如，关于多达三个平移度和多达三个旋转度)。

感测系统1308可以包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器可以感测可移动物体1300的空间布局、速度和/或加速度(例如，关于多达三个平移度和多达三个旋转度)。所述一个或多个传感器可包括全球定位系统(gps)传感器、运动传感器、惯性传感器、近距离传感器或图像传感器。由感测系统1308提供的感测数据可用于控制可移动物体1300的空间布局、速度和/或朝向(例如，使用合适的处理单元和/或控制模块，如下所述)。可替代地，感测系统1308可以用于提供关于可移动物体周围环境的数据，诸如气象条件、与潜在障碍物的接近度、地理特征的位置、人造结构位置以及类似物。

通信系统1310能够经由无线信号1316与具有通信系统1314的终端1312通信。通信系统1310、1314可以包括适合于无线通信的任何数量的发射器、接收器和/或收发器。所述通信可以为单向通信，使得数据可以在仅一个方向上传输。例如，单向通信可以仅涉及可移动物体1300传输数据给终端1312，或反之亦然。所述数据可以从通信系统910的一个或多个发射器传输到通信系统1312的一个或多个接收器，或反之亦然。可替代地，通信也可以是双向通信，使得数据可以在可移动物体1300与终端1312之间的两个方向上传输。所述双向通信可以涉及从通信系统1310的一个或多个发射器传输数据到通信系统914的一个或多个接收器，并且反之亦然。

在一些实施方式中，终端1312可以提供控制数据给可移动物体1300、载体1302以及有效载荷1304中的一个或多个，并且接收来自可移动物体1300、载体1302以及有效载荷1304中的一个或多个的信息(例如，可移动物体、载体或有效载荷的位置和/或运动信息；由有效载荷感测的数据，例如由有效载荷相机捕捉的图像数据)。在一些实施方式中，可移动物体1300可以被配置成用于与除了终端1312之外(或者代替终端1312)的另一个远程装置通信。终端1312还可以被配置成用于与另一个远程装置以及可移动物体1300通信。例如，可移动物体1300和/或终端1312可以与另一个可移动物体或者另一个可移动物体的载体或有效载荷通信。当需要时，所述远程装置可以为第二终端或者其他计算装置(例如，计算机、笔记本计算机、平板计算机、智能手机或者其他移动装置)。所述远程装置可以被配置成用于将数据传输到可移动物体1300、接收来自可移动物体1300的数据、将数据传输到终端1312和/或接收来自终端1312的数据。可选地，所述远程装置可以连接到互联网或其他电信网络，使得从可移动物体1300和/或终端1312接收的数据可以被上传到网站或服务器。

虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员而言显然这样的实施方式只是以举例方式提供的。现在在不背离本发明的情况下，本领域技术人员会想到许多的变更、改变以及替换。应当理解的是，在实践本发明时可以采用本文中所描述的本发明实施方式的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的范围，并且旨在由此覆盖处于这些权利要求及其等效项的范围内的方法和结构。