用于延伸电动车辆的行驶距离的系统和方法

技术领域

本发明实施例大致上涉及电动车辆的领域。本发明实施例大致上涉及由金属空气电池供电的电动车辆的领域。本发明实施例更具体地涉及使用石墨烯基金属空气电池延长电动车辆的行驶距离的系统和方法。

背景技术

[相關技術內容]

人类活动造成的气候变化的警讯从未如此明显。温室气体向环境的大规模排放是全球温度持续上升的原因之一。这些温室气体大部分出现在运输部分，占总排放量约14％。所以，需要以电力驱动的车辆取代燃烧发动机减少排放以追求环保。

虽然电动车辆(EVS)已出现多年，但他们仍占非常小的市场占有率。在早期，与传统车辆相比，电动车辆对消费者来说不是具吸引力的选择。这些年来，由于电池技术的进步和锂离子(Li离子)电池的大规模商业化，电动车辆的成本显著减少而逼近传统车辆的规模。然而，尽管成本削减和电池技术成长，但由于其有限的行驶距离和长充电时间，电动车辆仍在努力渗透市场。举例而言，电动车辆一次充含盖的最大行驶距离约450公里(KM)。然而，这种长行驶距离是在高档电动车型中实现，例如由Tesla公司制造的高档电动车辆，其昂贵并以顶级锂离子电池运行。一般而言，在需要再次充电之前，大多数电动车辆的行驶距离仍然大约介于100公里到150公里。

解决电动车辆行驶距离小的问题的一种方法是借由开发和使用具有高能量密度的电池。因此，需要采用高能量密度的石墨烯基金属空气电池以延伸电动车辆的行驶距离的系统和方法。此外，需要优化安装在电动车辆中的石墨烯基金属空气电池内的发电反应。此外，需要连续计算和监测辅助电源的充电状态，以实时可操作地连接石墨烯基金属空气电池的辅助电源，以便连续输送电动车辆的组件的电力。

本发明解决了上述缺点和问题，并且借由阅读和研究以下说明将了解本发明。

[本发明实施例目的]

本发明实施例的主要目的是提供一种使用石墨烯基金属空气电池延长电动车辆的行驶距离的系统和方法。

本发明实施例的另一目的是提供一种石墨烯基金属空气电池系统(GMABS)，其包括多个电池单元，其互相电性连接并配置为填充电解液，以引发石墨烯基金属空气电池系统反应产生电力。

本发明实施例的另一个目的是提供一种流动管理系统，其用于调节GMABS中电解液的循环、控制GMABS中电解液的流动、并且促进GMABS电池单元中电解液的均匀分布。

本发明实施例的另一个目的是提供一种电解质管理系统，其用于调节并维持反应时流过GMABS的电池单元的电解液温度，例如调节并维持在约摄氏10度至约摄氏80度的范围中，并用于净化并释放所述电解液中的杂质，所述杂质会干扰GMABS中的反应。本发明实施例另一个目的是提供一种辅助电源，其可操作地连接GMABS，以用于从GMABS接收电力并将接收的电力输送到电动车辆的组件。

本发明实施例另一个目的是提供多个辅助电源，其中，当辅助电源之中的另一个放电到预定充电状态(SoC)时，任何一个辅助电源接收来自GMABS的电源，并向电动车辆的组件输送接收的电力。

本发明实施例另一个目的是提供一种实时监测和回馈系统，其包括一个或多个回馈传感器，以调节多个参数，例如电动车辆内的温度、流动、电力、能量等，并且实时连续计算和监测每一个辅助电源的SoC，以便借由任一个辅助电源连续向电动车辆的组件输送电力，从而延伸电动车辆的行驶距离。

本发明实施例另一个目的是提供一种显示单元，其用于投影多个参数的实时值，所述实时值由位于实时监测和回馈系统中的回馈传感器调节。

本发明实施例另一个目的是提供一种再生制动系统，其用于回收电动车辆的动能，用于在制动时对辅助电源之中至少一个充电。

本发明实施例另一个目的是提供一种或多种缓冲槽，其用于储存额外的电解液，并将电解液补充到GMABS的多个电池单元中以达预定成分。

本发明实施例另一个目的是提供一种机械补充燃料系统，其用于收回在GMABS反应过程中所消耗的金属，并将包含金属的单元插入GMABS的电池单元中。

本发明实施例另一个目的是提供一种溢流管理系统，其用于防止电解液在电动车辆内的泄漏。

本发明实施例另一个目的是提供一种温度控制单元，也称为“加热冷却系统”，其用于控制流过GMABS的电池单元的电解液的温度。本发明实施例另一个目的是提供一种氢获取系统，也称为“混合系统”，其用于收集和储存GMABS反应时产生的氢气。

本发明实施例另一个目的是提供一种氢获取系统，其包括用于以氢气运作的氢燃料电池并提供用于对辅助电源充电的电力。

本发明实施例另一个目的是提供一种石墨烯基空调系统，其用于提供GMABS的多个电池单元运作所需的空气成分。

本发明实施例另一个目的是提供配置为电子电路的切换单元，其与实时监测和回馈系统可操作通信，以用于在多个辅助电源之间选择性地切换，并用于基于每一个辅助电源所计算的SoC向电动车辆的组件输送电力。

根据结合附图的下文详细叙述，本发明实施例的这些和其他目的和优点将变得显而易见。

发明内容

结合以下描述和附图，会更好地理解和了解本发明的实施例的这些和其他方面。然而，应当理解，下文叙述虽然指示了实施例及其多个具体细节，但是其以示例而非限制的方式给出。在不脱离本发明的范畴和精神的情况下，可以在本发明的实施例的范畴内进行各种改变和修改，并且本发明的实施例包含所有这种修改。

此摘要提供以简化的形式介绍在详细描述中进一步描述概念。本摘要无意确定所要求的目标的范围。

本发明实施例提供一种使用石墨烯基金属空气电池延长电动车辆的行驶距离的系统和方法。此外，本发明实施例借由净化电解液、将电解液均匀分布在石墨烯基金属空气电池的电池单元中、补充电解液、调节石墨烯基金属空气电池内的电解液的流动、调节和维持流过石墨烯基金属空气电池的电池单元的电解液的温度、并补充石墨烯基金属空气电池中的金属，以优化石墨烯基金属空气电池内的发电反应。此外，本发明实施例连续计算和监测辅助电源的充电状态(SoC)，其实时可操作地连接到石墨烯基金属空气电池，以便连续输送电动车辆的组件的电力。本发明实施例解决电动车辆行驶距离小的长期技术问题，并提供传统车辆的替代。

根据本发明实施例，所述系统包括石墨烯基金属空气电池系统(GMABS)、流动管理系统、电解液管理系统、多个辅助电源之中一个或多个以及实时监测和回馈系统。GMABS包括多个电池单元，其互相电性连接并配置为填充电解液，以引发GMABS产生电力的反应。GMABS选自由铝空气电池、锌空气电池、锂空气电池和铁-空气电池组成的群组。流动管理系统可操作地连接到GMABS。流动管理系统配置成调节GMABS中电解液的循环。根据本发明实施例，流动管理系统包括一个或多个泵，其配置以控制GMABS中的电解液的流动。根据本发明另一实施例，流动管理系统包括与一个或多个阀整合的一个或多个转子流量计。转子流量计配置以促使GMABS的多个电池单元中的电解液均匀分布。根据本发明另一实施例，流动管理系统包括一个或多个配送通道，其将电解液配送过GMABS的多个电池单元。根据本发明另一实施例，流动管理系统包括溢流管理系统，其配置以防止电解液在电动车辆内泄漏。

根据本发明实施例，电解液管理系统与流动管理系统可操作通信。电解液管理系统配置以在反应过程中调节和维持流过GMABS的多个细胞的电解液的温度。根据本发明实施例，温度控制单元，也称为“加热冷却系统”，其可操作地耦接电解液管理系统。温度控制单元配置以控制流过GMABS的多个电池单元的电解液的温度。根据本发明实施例，电解液管理系统包括一个或多个过滤器，其配置以净化并释放电解液中的杂质，所述杂质会干扰GMABS中的反应。

根据本发明实施例，多个辅助电源之中至少一个可操作地连接到GMABS。多个辅助电源选自由金属离子电池、铅酸电池、镍镉电池、氧化还原电池、超级电容器、镍氢电池、锌溴电池、聚硫溴电池成的群组及其任何组合。当多个辅助电源中的另一个放电到预定的SoC时，多个辅助电源中的任何一个配置以接收来自GMABS的电力。多个辅助电源之中任何一个配置以将接收的电力传输到电动车辆的组件。根据本发明实施例，一个辅助电源可操作地连接GMABS，以用于从GMABS接收电力并将接收的电力输送到电动车辆的组件。根据本发明实施例，所述系统包括切换单元，其与实时监测和回馈系统可操作通信，以用于在多个辅助电源之间选择性地切换，并用于基于多个辅助电源中的每一个所计算的SoC向电动车辆的组件输送电力。

根据本发明实施例，实时监测和回馈系统包括一个或多个回馈传感器，其配置以调节多个参数，例如包括电动车辆内的温度、流动、电力、能量等。根据本发明实施例，所述系统包括显示单元，其可操作地耦接实时监测和回馈系统，用于投影多个参数的实时值，所述实时值由位于实时监测和回馈系统中的回馈传感器调节。根据本发明实施例，实时监测和回馈系统配置以实时连续计算和监测多个辅助电源中的每一个的SoC，以便借由多个辅助电源中的任何一个连续向电动车辆的组件输送电力，从而延伸电动车辆的行驶距离。

根据本发明实施例，所述系统包括可操作地连接多个辅助电源的再生制动系统。再生制动系统配置以回收电动车辆的动能，用于在制动时对多个辅助电源之中至少一个充电。根据本发明实施例，所述系统包括一个或多个可操作地连接到GMABS的缓冲槽。缓冲槽配置以储存额外的电解液，并将电解液补充到GMABS的多个电池单元中以达预定成分。根据本发明实施例，所述系统包括机械补充燃料系统，其配置以缩回在GMABS反应过程中所消耗的金属，并将包含金属的单元插入GMABS的多个电池单元中。根据本发明实施例，系统包括氢获取系统，也称为“混合系统”，其可操作地耦接GMABS。氢获取系统配置以收集和储存在GMABS反应时产生的氢气。根据本发明实施例，氢获取系统包括氢燃料电池，其配置以氢气运作并且提供使多个辅助电源之中任何一个充电的电力。根据本发明实施例，所述系统包括石墨烯基空调系统，其配置以提供GMABS的多个电池单元运作所需的空气成分。

本发明也揭露一种延伸电动车辆的行驶距离的方法。本发明揭露的方法中，如上文所述的包括多个电池单元的GMABS安装在电动车辆中。流动管理系统与GMABS可操作地连接以使电解液在GMABS中循环，以填充GMABS的多个电池单元。填充在GMABS的多个电池单元中的电解液引发GMABS产生电力的反应。与流动管理系统可操作地通信的电解液管理系统，会调节并维持在反应时流过GMABS的多个电池单元的电解液的温度。当多个辅助电源中的另一个放电到预定的SoC时，切换单元选择性地将多个辅助电源中的一个连接GMABS以接收来自GMABS的电力。连接的辅助电源向电动车辆的组件提供所接收的电力。实时监测和回馈系统实时连续计算和监测多个辅助电源中的每一个的SoC，以便借由多个辅助电源中的任一个连续向电动车辆的组件输送电力，从而延伸电动车辆的行驶距离。此外，在本发明揭露的方法中，再生制动系统、缓冲槽、机械补充燃料系统、流动管理系统的泵和转子流量计、溢流管理系统、温度控制单元，电解液管理系统的过滤器、氢获取系统和石墨烯基空调系统在GMABS操作时分别执行上文详细描述所揭露的各个功能。

根据本发明实施例，相关系统包括用于实现本发明揭露的方法的电路和/或程序。根据本发明实施例，电路和/或程序是硬件、软件和/或韧体的组合中的任一种，其配置以根据系统设计师的设计选择执行本发明揭露的方法。根据本发明实施例，各种结构组件根据系统设计师的设计选择以采用。

结合以下描述和附图，会更好地理解和了解本发明的实施例的这些和其他方面。然而，应当理解，下文叙述虽然指示了优选实施例及其多个具体细节，但是其以示例而非限制的方式给出。在不脱离本发明的精神的情况下，可以在本发明的实施例的范畴内进行各种改变和修改，并且本发明的实施例包含所有这种修改。

附图说明

从实施例的描述和附图，本领域技术人员将了解的其他目的、特征和优点，其中：

图1根据本发明实施例显示使用石墨烯基金属空气电池系统延伸电动车辆的行驶距离的系统的方块图；

图2根据本发明实施例显示包含在系统中的温度控制单元；

图3根据本发明实施例显示包含在系统中的再生制动系统的方块图；

图4根据本发明实施例显示石墨烯基金属空气电池系统和系统的其他组件的安装的电动车辆的俯视立体剖视图；

图5A至图5B根据本发明实施例显示结合在系统中的机械补充燃料系统的立体图；图6A至图6B根据本发明实施例显示石墨烯基金属空气电池系统的操作，其与对输出供电的两个辅助电源可操作通信；

图7A至图7B根据本发明实施例显示石墨烯基金属空气电池系统的操作，其与对输出供电的一个辅助电源可操作通信；

图8根据本发明实施例显示流程图，其包括用于延伸电动车辆的行驶距离的方法的步骤；以及

图9A至图9B根据本发明实施例显示流程图，其包括实现用于计算系统的每个辅助电源的充电状态的实时监测和回馈系统的方法的步骤。

由于每个特征可以根据本发明实施例与任何或所有其他特征结合，为了方便，本发明实施例的特定特征会只在一些图中显示，而不在其他图中显示。

具体实施方式

在下文详细描述中，参考附图并构成描述一部分，其中以图标显示可以实践的具体实施例。这些实施例已进行足够详细的描述，以使所属技术领域中具有通常知识者能够实施这些实施例，并且应当理解可以作出其他概念上、机构上的修改，而不会超出实施例的范畴。因此，下文详细描述不应视为限制性的。

本发明实施例提供一种使用石墨烯基金属空气电池延长电动车辆的行驶距离的系统和方法。如本文所用，“电动车辆”是指全电动车辆、插入式油电混合车、具有多个推进源的油电混合车，其中一个推进源是电动行驶系统。根据本发明实施例，所述系统包括石墨烯基金属空气电池系统(GMABS)、流动管理系统、电解液管理系统、多个辅助电源之中一个或多个以及实时监测和回馈系统。

根据本发明实施例，GMABS包括多个电池单元。数个电池单元互相电性连接并配置为填充电解液，以引发GMABS产生电力的反应。根据本发明实施例，GMABS选自由铝空气电池、锌空气电池、锂空气电池和铁空气电池组成的群组。

根据本发明实施例，流动管理系统可操作地连接GMABS。流动管理系统配置成调节GMABS中电解液的循环。

根据本发明实施例，流动管理系统包括一个或多个泵，其配置以控制GMABS中的电解液的流动。

根据本发明另一实施例，流动管理系统包括与一个或多个阀整合的一个或多个转子流量计。转子流量计配置以促使GMABS的多个电池单元中的电解液均匀分布。

根据本发明另一实施例，流动管理系统包括一个或多个配送通道，其将电解液配送过GMABS的多个电池单元。

根据本发明另一实施例，流动管理系统包括溢流管理系统，其配置以防止电解液在电动车辆内泄漏。

根据本发明实施例，电解液管理系统与流动管理系统可操作通信。电解液管理系统配置以在反应过程中调节和维持流过GMABS的多个细胞的电解液的温度。

根据本发明实施例，温度控制单元可操作地耦接电解液管理系统。温度控制单元配置以控制流过GMABS的多个电池单元的电解液的温度。

根据本发明实施例，电解液管理系统包括一个或多个过滤器，其配置以净化并释放电解液中的杂质，所述杂质会干扰GMABS中的反应。

根据本发明实施例，多个辅助电源之中至少一个可操作地连接GMABS。多个辅助电源选自由金属离子电池、铅酸电池、镍镉电池、氧化还原电池、超级电容器、镍氢电池、锌溴电池、聚硫溴电池成的群组及其任何组合。当多个辅助电源中的另一个放电到预定的SoC时，多个辅助电源中的任何一个配置以接收来自GMABS的电力。多个辅助电源之中任何一个配置以将接收的电力传输到电动车辆的组件。

根据本发明的一个实施例，一个辅助电源可操作地连接GMABS，以用于从GMABS接收电力并将接收的电力输送到电动车辆的组件。根据本发明实施例，所述系统包括切换单元，其与实时监测和回馈系统可操作通信，以用于在多个辅助电源之间选择性地切换，并用于基于多个辅助电源中的每一个所计算的SoC向电动车辆的组件输送电力。

根据本发明实施例，实时监测和回馈系统包括一个或多个回馈传感器，其配置以调节多个参数，例如包括电动车辆内的温度、流动、电力、能量等。根据本发明实施例，所述系统包括显示单元，其可操作地耦接实时监测和回馈系统，用于投影多个参数的实时值，所述实时值由位于实时监测和回馈系统中的回馈传感器调节。

根据本发明实施例，实时监测和回馈系统配置以实时连续计算和监测多个辅助电源中的每一个的SoC，以便借由多个辅助电源中的任一个连续向电动车辆的组件输送电力，从而延伸电动车辆的行驶距离。

根据本发明实施例，所述系统包括可操作地连接多个辅助电源的再生制动系统。再生制动系统配置以回收电动车辆的动能，用于在制动时对多个辅助电源之中至少一个充电。

根据本发明实施例，所述系统包括一个或多个可操作地连接GMABS的缓冲槽。缓冲槽配置以储存额外的电解液，并将电解液补充到GMABS的多个电池单元中以达预定成分。

根据本发明实施例，所述系统包括机械补充燃料系统，其配置以缩回在GMABS反应过程中所消耗的金属，并将包含金属的单元插入GMABS的多个电池单元中。根据本发明实施例，所述系统包括可操作耦接GMABS的氢获取系统。氢获取系统配置以收集和储存在GMABS反应时产生的氢气。

根据本发明实施例，氢获取系统包括氢燃料电池，其配置以氢气运作并且提供使多个辅助电源中的任何一个充电的电力。

根据本发明实施例，所述系统包括石墨烯基空调系统，其配置以提供GMABS的多个电池单元运作所需的空气成分。

如图8的详细描述所示，本发明实施例进一步提供一种用于延伸电动车辆的行驶距离的方法。

根据本发明实施例，图1根据本发明实施例显示使用石墨烯基金属空气电池系统(GMABS)104延伸电动车辆的行驶距离的系统100的方块图。根据本发明实施例，系统100包括GMABS 104、流动管理系统111、电解液管理系统116、多个辅助电源121和122之中一个或多个以及实时监测和回馈系统127。GMABS 104是一种电化学电池，其包括阳极、阴极以及电解液，阳极由纯金属例如铝、锌、锂、铁等制成，阴极为环境空气或氧气，电解液例如为水。GMABS 104的阳极包括石墨烯，其增强阳极的性质和性能。石墨烯是由单层碳原子制成的原子级的二维六边形晶格。石墨烯是一种坚固、可挠、耐用且稳定的材料并且是最佳的热电导体。GMABS 104的阳极中的石墨烯增强阳极材料的导电性和表面积大的特征，以实现形态优化和性能。石墨烯改善GMABS 104的能量密度，因此使用Gmab 104能辅助延伸电动车辆的行驶距离。在GMABS 104的放电期间，在环境空气阴极中发生还原反应，同时将石墨烯的金属阳极氧化。根据本发明实施例，GMABS 104包括多个电池单元106。根据本发明实施例，GMABS104电池单元106的数量介于25至500的范围内。根据本发明实施例，电池单元106在GMABS104中排列为串联配置。根据另一个本发明实施例，电池单元106在GMABS 104中排列为并联配置。根据另一个本发明实施例，电池单元106在GMABS 104中排列为串联配置和并联配置的组合。电池单元106互相电性连接并配置为填充电解液，以引发GMABS 104产生电力的反应。GMABS 104的单元106提供电源的组合，其实现能量和电力的最佳组合，以用于车辆最大操作功率输出。例如，由GMABS 104从铝空气电池、锌空气电池、锂空气电池、铁空气电池等中选择。GMABS 104是用于驱动电动车辆的主要电源。

流动管理系统111可操作地连接GMABS 104。流动管理系统111调节GMABS 104中电解液的循环。根据本发明实施例，流动管理系统111包括一个或多个泵，例如泵113，用于控制GMABS 104中的电解液的流动。举例而言，泵113为隔膜泵、潜水泵、离心泵、正排量泵、液压泵等。泵113将电解液泵送过GMABS 104以填充GMABS 104的电池106，并允许电解液在GMABS104中受控的流动。根据本发明另一实施例，流动管理系统111包括一个或多个转子流量计，例如转子流量计114，其与一个或多个的阀整合，例如阀112和阀115。举例而言，阀112和阀115为栅极阀、电磁阀、滚珠阀等。转子流量计114与阀112和阀115可操作地连通以调节电解液的流速。举例而言，转子流量计114以约1公升/分钟(LPM)至约20Lpm的体积流速，以促使GMABS 104的电池单元106中的电解液均匀分布。

根据本发明实施例，电解液管理系统116与流动管理系统111可操作通信。电解液管理系统116调节并维持反应时流过GMABS 104的电池单元106的电解液的温度，例如，调节并维持在约摄氏10度至约摄氏80度的范围中。根据本发明实施例，电解液管理系统116包括储液器107，其配置为储存电解液的电解液储存槽。电解液通过循环管111a从储液器107循环到GMABS 104，并且通过循环管116a从GMABS104回到储液器107。根据本发明实施例，系统100使每个循环管111a和循环管116a热绝缘。根据本发明实施例，电解液管理系统116进一步包括隔热层108，其包封并热绝缘储液器107。使储液器107、循环管111a和循环管116a热绝缘会增加系统100的能量效率。由于系统100需要特定的温度范围以使GMABS 104的工作效率优化，热绝缘有助保存热能，而不会让热能在与周围环境的热交换期间损失。

根据本发明实施例，电解液管理系统116进一步包括位于储液器107中的热电偶109，其用于测量容纳在储液器107内的电解液的温度。根据本发明实施例，电解液管理系统116进一步包括一个或多个过滤器110，以用于净化并释放电解液中的杂质，所述杂质会干扰GMABS 104中的反应。过滤器110例如是筛网过滤器、圆盘过滤器、石墨烯基过滤器等、或其任意组合。过滤器110借由在GMABS 104运行期间和每个流动周期结束时收集废金属以过滤干扰GMABS 104反应的杂质。由于废金属阻碍GMABS 104的金属电极发生的半电池反应，为了使GMABS 104达到最佳工作状态，需要不断清除废金属。根据本发明实施例，电解液管理系统116进一步包括泵117，其用于将电解液从GMABS 104泵送到储液器107。

根据本发明实施例，温度控制单元118，也称为“加热冷却系统”，其可操作地耦接电解液管理系统116。如图2的详细描述所示，温度控制单元118控制流过GMABS 104的电池106的电解液的温度。根据本发明实施例，温度控制单元118包括电阻加热器、电感加热器、散热器、风扇、冷媒循环系统或其任意组合。电阻加热器、电感加热器和散热器加热或增加电解液的温度，反之风扇和冷媒循环系统冷却或降低电解液的温度，从而允许温度控制单元118控制流过GMABS 104的电池106的电解液的温度。温度控制单元118将电解液的温度维持在所需范围，例如，维持在约摄氏10度至约摄氏80度的范围中。此范围对应于GMABS 104效率最高的温度区。根据本发明实施例，系统100包括微控制器119，其可操作地连接到电解液管理系统116，以用于控制电解液管理系统116的操作。

根据本发明实施例，辅助电源121和122之中任一个可操作地连接GMABS 104。亦即，任何时候辅助电源121和122只有其中一个被GMABS 104充电，一旦第一辅助电源121放电到所设定的充电状态(SoC)，所充电的辅助电源将用于对电动车辆供电。SoC是辅助电源相对于其容量的充电等级。辅助电源121和122选自由金属离子电池、铅酸电池、镍镉电池、氧化还原电池、超级电容器、镍氢电池、锌溴电池、聚硫溴电池等组成的群组或其任何组合。举例而言，金属离子电池是锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池等。举例而言，氧化还原流电池是全钒氧化还原液流电池。当另一辅助电源，例如辅助电源122，放电到预定义的SoC时，连接的辅助电源，例如辅助电源121，接收GMABS 104的电力。连接的辅助电源121向电动车辆的组件提供所接收的电力。因此，在任何时候，只有辅助电源121和122其中向马达126和电动车辆的电子零件输送电力。根据本发明实施例，如图6A至6B的详细描述中所示，一个辅助电源，例如辅助电源121，其可操作地连接GMABS 104，以用于从GMABS 104接收电力并向电动车辆的组件输送接收的电力。根据本发明实施例，系统100包括切换单元124，其与实时监测和回馈系统127可操作通信，以用于在辅助电源121和122之间选择性地切换，并用于基于辅助电源121和122中的每一个的SoC向电动车辆的组件输送电力。切换单元124是控制在辅助电源121和122之间切换的电子电路。

根据本发明实施例，实时监测和回馈系统127包括一个或多个回馈传感器128，其用于调节多个参数，例如包括电动车辆内的温度、流动、功率、能量等。根据本发明实施例，回馈传感器包括用于传感温度的热电偶(诸如镍铬热电偶、镍铝热电偶等)、用于控制马达的驱动轴传感器、用于监测是否需要更换过滤器110的过滤传感器以及控制通过系统100的电解液流动的流量计等。根据本发明实施例，系统100包括显示单元130，其可操作地耦接实时监测和回馈系统127，以投影由回馈传感器128调节的多个参数的实时值。根据本发明实施例，实时监测和回馈系统127进一步包括数据获取与编译系统129，其可操作地耦接回馈传感器128和显示单元130，以用于处理由回馈传感器128收集的数据并投影由显示单元130上的反馈传感器128调节的参数的实时值。举例而言，回馈传感器128包括直接和/或间接变量、传感器、致动器和相关的控制系统，其向数据获取与编译系统129提供数据。举例而言，回馈传感器128测量和/或监测参数，所述参数包括辅助电源121和122中的每一个的电压、电流和SoC、GMABS 104的电压和电流、GMABS 104的每个电池单元106的电压以及电解液的流速和温度等。回馈传感器128有助于实时监测系统100的不同参数的，例如电解液温度、流量、水位等。参数的实时值显示在显示单元130上，以用于查看GMABS 104的操作。

借由数据获取与编译系统129中的算法进行转换、处理和执行由回馈传感器128收集的数据。由于收集的数据规模庞大，数据获取与编译系统129对数据依优先级排列、生成一优先级表并且只处理来自各个回馈传感器128的高优先数据。根据本发明实施例，优先级表根据切换单元124和数据获取与编译系统129的状态而改变。数据获取与编译系统129执行算法，并产生多个动态曲线以显示多个实时值，例如，GMABS 104的温度变化与时间和电解液流动、辅助电源121和122的充电速度和充电度等。根据本发明实施例，实时监测和回馈系统127实时连续计算并监测每个辅助电源121和122的SoC，以便借由辅助电源121和122中的任何一个连续将电力输送到电动车辆的组件，从而延伸电动车辆的行驶距离。

根据本发明实施例，系统100包括可操作地连接辅助电源121和122的再生制动系统125。再生制动系统125提供能量回收机构，其能够在煞车或减慢电动车辆时借由电动车辆产生的动能恢复、重复使用和/或储存能量。如图3详细描述所示，再生制动系统125回收电动车辆的动能，其用于在制动期间对辅助电源121和122之中至少一个充电，其进一步提高了系统100的效率。再生制动系统125利用制动时产生的能量，并利用此能量来对辅助电源121和122充电。根据本发明实施例，系统100包括氢获取系统120，也称为“混合系统”，其可操作地耦接GMABS 104。电解液与GMABS 104的阳极金属(例如铝)反应产生氢气以作为副产物。氢获取系统120收集和储存GMABS 104反应和/或操作时产生的氢气。根据本发明实施例，氢获取系统120包括氢燃料电池，其以所收集的氢气运作并提供额外的电力，以使充电中的辅助电源121和122中的任一个充电。根据本发明实施例，氢获取系统120包括抽吸泵、压缩机、压力调节器、传感器和特殊用途管其中一个或多个，以用于安全性和可靠性。根据本发明实施例，氢获取系统120进一步包括一个或多个的槽，以用于储存与过滤氢气。根据本发明实施例，氢获取系统120将氢气储存为压缩气体状态、液态氢或固体氢化物，并利用所储存的燃料借由电池以额外的发电。所储存的氢也用作在家用烹饪燃料或用于使氢烷气车辆发电。氢获取系统120有助于进一步延伸电动车辆的行驶距离。氢获取系统120将所产生的电力输送到电动车辆的动力系统，从而延长电动车辆的行驶范围。

举例而言，其中，本发明揭露的系统100安装在电动车辆中。如图1所示，冲压空气通过石墨烯基金属洗涤器101进入系统100，并流过流量计控制器102和除湿机103。石墨烯基金属洗涤器101过滤并净化RAM空气。流量计控制器102测量并控制净化的RAM空气的流率。根据本发明实施例，系统100进一步包括多个气体流量计，以维持用于GMABS 104的操作的足够的空气流动。除湿机103从净化的RAM空气中去除水分。石墨烯基金属洗涤器101、流量计控制器102和除湿机103在系统100中维持特定的空气状态，以利GMABS 104操作效率。当流动管理系统111通过循环管111a将来自储液器107的电解液补充到GMABS 104的电池单元106中以达预定成分，电解液在GMABS 104中引起反应以产生电力。氢获取系统120储存在GMABS 104操作时发散的氢气，并在氢燃料电池中使用此氢气。在本发明揭露的系统100上运行的电动车辆排放的空气例如包括多余的空气和水蒸汽。

GMABS 104可操作地连接到辅助电源121和122两者。切换单元124控制对辅助电源121和122充电的电力。另一电子切换单元123控制提供给电动车辆的马达126的轴件126a的电力。再生制动系统125回收制动时电动车辆的动能，并使用回收的动能以对辅助电源121和122充电。位于储液器107中的热电偶109测量容纳在储液器107中的电解液的温度。一系列的过滤器110从通过循环管116a进入储液器107的输入电解液中去除废金属。阀112是一个常开阀，其在泵113运行期间保持打开，用于将电解质从储液器107到GMABS 104的循环。转子流量计114监测并控制电解质从储液器107到GMABS 104的流动。泵117将电解质从GMABS 104循环到储液器107。阀115是常闭阀，其在泵113运行期间保持关闭。温度控制单元118与微控制器119可操作地通信，将电解质的温度保持在所需范围内。根据本发明实施例，回馈传感器128从氢收集系统120、辅助电源121和122、切换单元123、马达126的轴件126a以及过滤器110收集数据，并将数据输送到数据获取与编译系统129，其处理并将数据投影在显示单元130。

图2根据本发明实施例显示结合图1所示系统100的温度控制单元118。温度控制单元118将流过石墨烯基金属空气电池系统(GMABS)的电池单元的电解液的温度保持在所需范围内。根据本发明实施例，温度控制单元118包括储液器131、具有电子终端134的加热线圈或加热器133、进液阀136、出液阀135、冷媒槽139、泵145、冷却盘管137、具有风扇144的冷凝器143、恒温阀138、散热器盖140、膨胀泄压管141和溢流排放管142。隔热层132使储液器131热绝缘。加热线圈或加热器133将电解质加热到GMABS操作的最佳温度。电解质通过出液阀135从储液器131流到GMABS，并通过进液阀136进入储液器131。冷媒槽139包含通过泵145和冷却盘管137在系统100中循环的冷媒。具有风扇144的冷凝器143使冷媒的温度降低。恒温阀138，其在期望的温度下开启，仅在达到预定温度后调节冷媒的流动。随着冷媒的温度增加、冷媒膨胀，从而增加冷媒槽139中的压力。散热器盖140控制此膨胀并在温度控制单元118中提供固定压力。包括膨胀泄压管141和溢流排放管142以防止冷媒的泄漏。

图3根据本发明实施例显示包含在图1所示系统100中的再生制动系统125的方块图。再生制动系统125制动时会回收电动车辆301的动能。图3显示电动车辆301的后轮302和前轮306、齿轮箱303、可操作地连接到马达控制器304的马达126以及辅助电源121，其充电并因此借由电动车辆301的驱动轴305储存在再生制动期间获得的动能。

图4根据本发明实施例显示图1所示的石墨烯基金属空气电池系统(GMABS)104和系统100的其他组件的安装的电动车辆301的俯视立体剖视图。电动车辆301例如是电动车、电池电动车辆、插入式电动车辆、插入式油电混合车辆等。根据本发明实施例，图1所示的流动管理系统111包括一个或多个配送通道150，其用于将电解液配送过GMABS 104的电池单元106。配送通道150设置在GMABS 104中以使电解液流动。配送通道150确保GMABS 104内的电解质的均匀分布，从而保持GMABS 104中的所有电池单元106的一致电力输出。根据本发明实施例，流动管理系统111包括溢流管理系统151，以防电动车辆301内的电解液泄漏。根据本发明实施例，配送通道150以及溢流管理系统151一起防止电解液在电动车辆301内泄漏。如图4所示，配置在GMABS 104内的配送通道150连接溢流管理系统151。根据一个实施例，溢流管理系统151配置为包括第一端151a和第二端151b的管道。溢流管理系统151的第一端151a连接到配送通道150，以将接收从GMABS 104溢流的电解液。溢流管理系统151的第二端151b连接到储液器107，以将溢流电解液输送到储液器107。根据本发明实施例，系统100包括石墨烯基空调系统154，其借由阻止二氧化碳(CO2)进入并允许氧气(O2)通过，以提供所需的空气成分，以用于GMABS 104的电池单元106的操作。根据本发明实施例，如图4所示，石墨烯基空调系统154配置以可操作地耦接储液器107的石墨烯基空气过滤器。

图4也显示温度控制单元118、过滤槽152和马达126和电动车辆301的电子零件307相对于GMABS 104的位置。过滤槽152过滤并净化在储液器107和GMABS 104之间循环的电解液。根据本发明实施例，系统100包括一个或多个缓冲槽，其位在储液器107中并可操作地连接GMABS 104。缓冲槽储存额外的电解液，并将电解液补充到GMABS 104的电池单元106中以达预定成分。缓冲槽将GMABS 104的电池单元106中的电解液浓度维持在预定界线。

储液器107储存碱性的电解液。电解液从储液器107流过互相电性连接的GMABS104的电池单元106堆栈。只有当电解液填充电池单元106时，反应才会开始，反应中包含在阳极中的金属(例如铝)会转化为金属氧化物，而来自环境空气的氧气扩散过空气阴极并减少到氢氧化物(OH-)离子，从而产生电力。电解液管理系统与温度控制单元118通信，以将电解液的温度维持在最佳范围内，例如，维持在介于大约摄氏10度的和大约摄氏80度之间以提升反应效率。此反应的副产物为金属氧化物颗粒(例如氧化铝颗粒)，其会从GMABS 104的电池单元106与电解液回流。根据本发明实施例，电解液管理系统包括过滤筒，其捕获金属氧化物颗粒并从任何可能干扰反应的金属氧化物颗粒杂质中释放电解液。

实时监测和回馈系统在GMABS 104的所有电池单元106中动态监测电解液浓度，并使用缓冲槽将电池单元106中的电解液补充为所需成分中。GMABS104中的反应的动力学以及借此从GMABS 104之中每一个电池单元106产生的电力直接取决于电解质填充在电池106内的程度。通过流动管理系统的流量计、阀门、转子流量计等的集合，流动管理系统确保GMABS 104的每个电池单元106以相同程度填充，并因此每个电池单元106产生的电力相同。电解液通过电池单元106的流动优化也会使电池单元106内的金属溶解率均匀，例如铝的溶解。

图5A至图5B根据本发明实施例显示结合在图1所示的系统100中的机械补充燃料系统155和机械补充燃料系统157的立体图。根据本发明实施例，系统100包括机械补充燃料系统155和机械补充燃料系统157，其用于收回在GMABS反应过程中所消耗的金属，并将包含金属的单元插入GMABS的电池单元中。举例而言，机械补充燃料系统155和机械补充燃料系统157将消耗铝机械缩回与将多个新铝盒插入GMABS的电池单元中一次进行。图5A显示机械补充燃料系统155的完全组装的电池堆156，而图5B显示机械补充燃料系统157的具有阳极158的机械可拆卸盖。

图6A至图6B根据本发明实施例显示石墨烯基金属空气电池系统(GMABS)104的操作，其与用于对输出601供电的两个辅助电源121和122可操作通信。根据本发明所揭露的系统中所实施的辅助电源的数量，由GMABS 104产生的功率可以由多种方式使用。根据本发明实施例，如图6A至6B所示，所述系统包括辅助电源121和122两者，其可操作地耦接GMABS104。如图6A所示，GMABS 104操作时的任何时候，来自GMABS 104的电力用于对至少一个辅助电源(例如辅助电源121)充电，而另一个辅助电源(例如辅助电源122)对输出601供电。由于GMABS 104以直流电(DC)形式产生电力，所以本发明揭露的系统包括变流器158，其将直流电(DC)转换为交流电(AC)，以用于以交流电运作的装置。实时监测和回馈系统连续监测辅助电源122的充电状态(SoC)，其关于GMABS 104中剩余电量，并且当辅助电源122到达特定SoC时，如图6B所示，切换电路将辅助电源122与GMABS 104的连接断开，并且由GMABS 104充电的另一个辅助电源121对输出601供电，而GMABS 104对已放电的第一辅助电源122充电。此循环一直持续直到整个系统关闭。

图7A至图7B根据本发明实施例显示石墨烯基金属空气电池系统(GMABS)104的操作，其与对输出601供电的一个辅助电源121可操作通信。根据本发明实施例，如图7A至7B所示，所述系统包括一个辅助电源121，其可操作地耦接GMABS 104。如图7A所示，在只有一个辅助电源121的情况下，GMABS 104直接将电力传输给输出601。如图7A所示，当所需电力超过GMABS 104的供电能力时，辅助电源121能满足601所需的电力。将交流电(AC)转换为直流电(DC)的变流器158可操作地耦接GMABS 104和辅助电源121，以将DC电力转换为AC电力以对输出601供电。如图7B所示，当输出601较小时，来自GMABS 104的额外电力传输到辅助电源121，以对辅助电源121充电。

图8根据本发明实施例显示包括用于延伸电动车辆的行驶距离的方法的步骤的流程图。本发明揭露的方法中，包括如图1详细描述所揭露的多个电池单元的石墨烯基金属空气电池系统(GMABS)安装801在电动车辆中。流动管理系统与GMABS可操作地连接以使电解液在GMABS中循环802，以填充GMABS的电池单元。填充在GMABS的电池单元中的电解液引发803GMABS产生电力的反应。与流动管理系统可操作地通信的电解液管理系统调节并维持804在反应时流过GMABS的电池单元的电解液的温度。当辅助电源之中另一个辅助电源放电到预定充电状态(SoC)时，切换单元选择性将辅助电源连接805GMABS以接收GMABS的电力。连接的辅助电源将接收的电力输送806到组件，例如电动车辆的马达和电子装置。实时监测和回馈系统实时连续计算和监测807每一个辅助电源的SoC，以便借由任一个辅助电源连续向电动车辆的组件输送电力，从而延伸电动车辆的行驶距离。此外，在本发明揭露的方法中，再生制动系统、缓冲槽、机械补充燃料系统、流动管理系统的泵和转子流量计、溢流管理系统、温度控制单元，电解液管理系统的过滤器、氢获取系统和石墨烯基空调系统在GMABS操作时分别执行在图1至图5B详细描述所揭露的各个功能。

图9A至图9B根据本发明实施例显示流程图，其包括实现用于计算系统的每个辅助电源的充电状态(SoC)的实时监测和回馈系统的方法的步骤。根据本发明实施例，实时监测和回馈系统以库仑积分法测量每个辅助电源的SoC。库仑积分法测量石墨烯基金属空气电池系统(GMABS)的放电电流，并将放电电流对时间积分以测量SoC。本发明揭露的方法中，实时监测和回馈系统初始化901系统的微控制器的外围设备，并读取902储存在可电气抹除可程序只读存储器(EEPROM)中的数据。实时监测和回馈系统测量903电压并获得参考电压。实时监测和回馈系统根据参考电压，从查找表中检索904SoC值。实时监测和回馈系统确定905估计的SOC值是否等于储存在查找表中的SoC值或者小于等于储存在查找表中的SoC值的10％。如果估计的SoC值等于储存在查找表中的SoC值或小于等于储存在查找表中的SOC值的10％，则实时监测和回馈系统将新的SoC值设置为等于旧SOC值加上储存在查找表中的SoC值的10％，在显示单元上显示907SoC值，并初始化908定时器中断。如果估计的SoC值不等于储存在查找表中的SoC值或小于等于储存在查找表中的SOC值的10％，实时监测和回馈系统进行以显示907显示单元上的SoC值。然后实时监测和回馈系统测量909电流和电压，并等待910中断。如果实时监测和回馈系统未接收中断信号911，则实时监测和回馈系统继续等待910中断。如果实时监测和回馈系统接收中断信号911，则实时监测和回馈系统将电流对时间积分912。然后实时监测和回馈系统计算913SoC值。实时监测和回馈系统根据参考电压从查找表检索914SoC值。然后实时监测和回馈系统确定915估计的SOC值是否等于储存在查找表中的SoC值或者小于等于储存在查找表中的SoC值的10％。如果估计的SoC值等于储存在查找表中的SoC值或小于等于储存在查找表中的SOC值的10％，则实时监测和回馈系统将新SoC值设置916为等于旧SoC值加上储存在查找表中的SoC值的10％，并储存917SoC值并从步骤909重复循环。如果估计的SoC值不等于储存在查找表中的SoC值或小于等于存储在查找表中的SoC值的10％，实时监测和回馈系统显示并储存917SoC值并从步骤909重复循环。

虽然大多数电动车辆在需要充电前的行驶距离例如约为100公里到150公里，本发明揭露的石墨烯基金属空气电池系统(GMABS)将电动车辆的行驶距离延伸过1000公里。GMABS操作时，GMABS对其中一个辅助电源连续充电，而对另一个辅助电源放电以提供电动车辆运行所需的电力。一旦放电辅助电源达到特定充电状态(SoC)，所述辅助电源交换其作用。以这种方式，GMABS的高能量密度能使电动车辆一次充电的行驶距离较长。此外，本发明实施例借由净化电解液、将电解液均匀分布在GMABS的电池单元中、补充电解液、调节GMABS内的电解液的流动、调节和维持流过GMABS的电池单元的电解液的温度、并补充GMABS中的金属，以优化GMABS内的发电反应。特定实施例的前文描述将充分地揭示本发明的实施例的一般性质，其他人可以借由应用现今的通常知识轻易修改和/或改编此特定实施例的各种应用而不背离一般概念，因此，这样的修改和改编应理解为在所公开的实施例的等同含义和范围内。应理解本发明所用的用词或术语是仅用于描述而非限制。因此，尽管已经根据实施例描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员将了解本发明的实施例可以在权利要求的范畴内修改以实践。

本发明提供各种实施例的前述示例和说明性实施仅用于解释，并非用于限制本发明所揭露的实施例。虽然本发明参考各种说明性实施、图式和技术以描述实施例，但应了解本发明的用词用于解释与说明而非限制。尽管本发明参照特定手段、材料、技术和实施描述本发明实施例，但本发明实施并不意使限制于本发明所揭露的特定情形；相对的，本实施例扩展到所有功能上等同的结构、方法和用途，例如在所附权利要求的范围内。本领域技术人员在受益于本说明书的教学后将理解，本发明揭露的实施例能够进行修改，并且可以实现并些修改其他实施例，而不偏离本发明揭露的实施例的范畴与精神。

本申请要求2018年11月15日提交的序列号201811043055的印度临时专利申请(PPA)的优先权，其标题为“使用石墨烯金属空气电池延伸电动车辆的行驶距离的系统架构”，并且1个月后于2018年12月15日公开。本发明引用所述临时专利申请的内容并且并入本发明。