Блог

Jul 02, 2023

Патентные заявки дают представление о будущем аккумуляторов для электромобилей

Мы находимся на предварительной стадии исторического перехода от внутреннего

Мы находимся на предварительной стадии исторического перехода от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) к аккумуляторным электромобилям (BEV). Переход будет дорогим и трудным во многих отношениях. Инновации должны облегчить этот переход. Недавно поданные патентные заявки могут дать представление о направлении инноваций BEV.

КОММЕНТАРИЙ

Большинство патентных заявок США публикуются Ведомством по патентам и товарным знакам США (USPTO) вскоре после их подачи. В этой статье основное внимание уделяется только патентным заявкам USPTO, которые также отражают инновации BEV, а также патенты, поданные в другие патентные ведомства по всему миру.

Патент США дает его владельцу право запрещать другим лицам производить, использовать, продавать или импортировать в США продукты, на которые распространяется действие патента. Патент может быть выдан против конкурирующего продукта независимо от того, был ли продукт создан без знания патента. Патент может быть чрезвычайно ценным, и его владелец может использовать его в судебных процессах, лицензировании третьим лицам или другими способами.

BEV полностью питаются от электричества. Силовая передача BEV обычно включает в себя тяговый инвертор, электрически подключенный между аккумуляторной батареей и электродвигателем. Аккумулятор обеспечивает питание постоянного тока. Для работы электродвигателю требуется переменный ток. Тяговый инвертор преобразует мощность постоянного тока от аккумулятора в мощность переменного тока для электродвигателя. Тяговый инвертор также контролирует скорость и крутящий момент электродвигателя.

Аккумуляторы — самый важный и дорогой компонент силовой установки BEV. Аккумуляторы характеризуются многими факторами, включая стоимость, время перезарядки, плотность энергии, плотность мощности, безопасность и срок службы. Меньшие и более легкие батареи снижают стоимость и вес BEV. Однако батареям меньшего размера не хватает емкости, необходимой для того, чтобы уменьшить беспокойство водителя по поводу дальности поездки.

В настоящее время для BEV отдают предпочтение литий-ионным батареям. В 2022 году в многочисленных пресс-релизах сообщалось о планах создания в США новых заводов по производству литий-ионных аккумуляторов. Подобные заявления участились вскоре после принятия Закона США о снижении инфляции, который делает упор на аккумуляторы BEV отечественного производства.

Литий-ионные аккумуляторы состоят из электролита, анода и катода. В электролите происходит обмен ионов между анодом и катодом во время зарядки или разрядки аккумулятора. В качестве электролита и электродов (т. е. анода и катода) можно использовать несколько различных материалов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. К ним относятся:

База данных USPTO показывает, что в общей сложности была подана 4301 патентная заявка в США, относящаяся к литий-ионным батареям. Ряд этих патентных заявок могут быть направлены на периферийные аспекты литий-ионных батарей, включая методы переработки, мониторинга и т. д. Однако большинство из 4301 патента направлены на состав, структуру и методы производства литий-ионных батарей.

Почти 40% из 4301 патентных заявок были поданы за последние пять лет, что говорит о том, что инновации в технологии литий-ионных аккумуляторов продолжаются быстрыми темпами. Это также предполагает, что литий-ионные батареи будут играть важную роль в электромобилях в обозримом будущем. В приведенной ниже таблице показана географическая разбивка патентных заявок, связанных с литий-ионными аккумуляторами, по странам-заявителям, которые были поданы в США за последние пять лет. Похоже, что Япония взяла на себя ведущую роль в разработке литий-ионных аккумуляторов с 2017 года.

Несмотря на важность технологии литий-ионных аккумуляторов, ВПТЗ США отмечает увеличение скорости подачи заявок на патенты США, направленных на альтернативные технологии аккумуляторов, такие как твердотельные аккумуляторы. В отличие от литий-ионных батарей, в твердотельных батареях для переноса ионов лития между анодом и катодом используются твердотельные электролиты. Твердотельные электролиты обеспечивают батареям более высокую плотность энергии, более длительный срок службы и лучшую безопасность. Однако существуют некоторые опасения по поводу цены и сложности производства твердотельных батарей в больших масштабах.