إستراتيجيات تويوتا للمركبات الكهربائية – أخبار إلكترونيات الطاقة

تمر صناعة السيارات بتغيير كبير. يجب أن يتغير صانعو السيارات للاستعداد لمركبات الغد – بما في ذلك السيارات الكهربائية والمركبات التي تعمل بوقود الهيدروجين والمركبات المستقلة – للامتثال لزيادة ثاني أكسيد الكربون₂ قواعد الانبعاثات ، وتقديم مركبات أكثر أمانًا.

كواحدة من أولى الشركات التي قامت بتسويق السيارات الكهربائية ، تنتج تويوتا الآن مجموعة متنوعة رائعة من المركبات ، مثل المركبات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود (FCEV) ، والمركبات الكهربائية ذات البطاريات (BEV) ، والمركبات الهجينة. تعتبر استراتيجية الملكية الفكرية الشاملة التي تغطي معظم التقنيات المستخدمة في مركبات الجيل التالي داعمًا مهمًا لعملية إعادة التوجيه هذه. يقدم الشكل 1 ملخصًا لاستراتيجيات براءات الاختراع الخاصة بشركة Toyota للجيل القادم من السيارات.

FCEVs القائمة على الهيدروجين

مع أكثر من 12000 اختراع حاصل على براءة اختراع تم إصدارها في أكثر من 20 عامًا من العمل ، أنشأت مجموعة Toyota أكبر مجموعة براءات اختراع لخلايا الوقود في العالم. في 2000s ، قامت الشركة باستثمارات كبيرة في التكنولوجيا المرتبطة بـ FCEVs ، مع الأخذ في الاعتبار مزاياها على الأنواع الأخرى من المركبات من حيث التأثير على البيئة والاستقلالية والسرعة وسهولة إعادة الشحن.

لتطوير تقنية FCEV ، يمكن لشركة Toyota Motor ، التي تمثل حوالي 75٪ من إيداعات براءات الاختراع هذه ، الاعتماد على جميع الشركات التابعة لها والشركات التابعة لها. لتسريع التقدم الابتكاري على مر السنين ، تعزز تويوتا خبرتها في تخصصات معينة وتؤسس نموذجًا صناعيًا من خلال إنشاء تحالفات خارجية ، عادةً مع الشركات اليابانية الإقليمية والجامعات والمؤسسات البحثية. لتعزيز FCEVs والمساعدة في نمو القطاع ، منحت شركة صناعة السيارات اليابانية الاستخدام الخالي من حقوق الملكية لتراخيص براءات الاختراع ذات الصلة بـ 5000+ FCEV في عام 2015.

لا تركز الشركة على تقنية خلية وقود واحدة. للحفاظ على المرونة في استخدام أي نوع من خلايا الوقود ، تغطي معظم براءات الاختراع تقنيات خلايا الوقود العامة. في البداية ، أنشأت الشركة محفزات كهربائية ، وتجميعات غشائية للأقطاب الكهربائية ، وتكوينات تكديس لمكونات خلايا الوقود. تعمل Toyota على توسيع جهود البحث والتطوير على طول سلسلة التوريد FCEV بأكملها وفحص مناطق جديدة منذ عام 2016. أحد هذه العوامل هو تنظيم معلمات التشغيل أثناء تشغيل خلايا الوقود.

من تصنيع الهيدروجين إلى تركيب البنية التحتية وتطبيقها في FCEV من تويوتا ، نفذت مجموعة Toyota عملية تكامل رأسي للابتكار. تعمل مجموعة Toyota أيضًا على تطوير العديد من تقنيات إنتاج الهيدروجين المتطورة ، بما في ذلك خلايا التحليل الكهربائي للأكسيد الصلب ، والمحلل الكهربائي لغشاء تبادل البروتون عالي الأداء ، وتقسيم الماء التحفيزي. بالإضافة إلى ذلك ، فإنها تشارك أيضًا في منح براءات الاختراع ناقلات الهيدروجين للتخزين والنقل ، مثل الهياكل المعدنية العضوية.

ابتكارات البطارية

توقعت تويوتا الانتقال إلى المركبات الهجينة والسيارات الكهربائية قبل عقود من التركيز عليها تجاريًا. ابتكرت الشركة مجموعة واسعة من التقنيات المتعلقة بالبطاريات على مر السنين ، والتي تعد أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على أداء المركبات الكهربائية (الاستقلالية والسرعة والسلامة). تعاونت Toyota بشكل مكثف في مجال البطاريات ، في اليابان وخارجها ، كجزء من خطتها البحثية. نتيجة لذلك ، ضمنت الشركة مكانتها في مجال الملكية الفكرية في مواقع الإنتاج والتسويق الرئيسية للبطاريات والمركبات الكهربائية ، وتغطي اختراعات البطاريات الآن سلسلة التوريد الكاملة لكل من التقنيات المحتملة الحالية والمستقبلية (اليابان ، كوريا ، الصين ، أوروبا ، والولايات المتحدة). ). لتلبية متطلبات سوق السيارات الكهربائية ، تُظهر تويوتا استعدادًا كبيرًا للمشاركة في تحسين خصائص البطارية (كثافة الطاقة والطاقة ، وسرعة الشحن ، ومدة الحياة ، وما إلى ذلك). لتحقيق هذه الأهداف ، قررت تويوتا التركيز على خيطين رئيسيين: تحسين بطاريات Li-ion ، والتكنولوجيا الموجودة بالفعل في السيارات الكهربائية ، وإنشاء تقنيات بطاريات جديدة ذات خصائص فائقة.

من ناحية ، تقوم الشركة بتطوير مواد جديدة وحالية لبطاريات Li-ion. تشمل هذه المواد الشوارد الصلبة ، NMC / NCA ، معدن الليثيوم ، تيتانات الليثيوم (LTO / Li₄تي₅ا₁₂) والسيليكون. نظرًا لموقعها القوي في مجال الملكية الفكرية عبر سلسلة التوريد بأكملها ، تعد Toyota حاليًا أهم حاصل على براءة اختراع لبطاريات الحالة الصلبة.

تويوتا ، على الجانب الآخر ، تبحث في تقنيات بطاريات جديدة تعمل نظريًا بشكل أفضل من بطاريات Li-ion. يعمل العمل على كل من تقنيات ما بعد Li-ion الراسخة ، بما في ذلك بطاريات Li-air و Li-S و Na-ion ، بالإضافة إلى المزيد من التقنيات المتطورة مثل Mg- و F- و Al- و Ca- و K – ، وبطاريات Zn-ion.

أجهزة طاقة SiC للمركبات الكهربائية

Denso هي شركة رائدة في تطوير MOSFET كربيد السيليكون منذ عام 2018. من خلال نقل براءات الاختراع الأساسية إلى Denso ، توقعت Toyota Motor دمج SiC MOSFETs في الجيل التالي من المركبات الكهربائية. سلسلة التوريد بأكملها ، من مواد SiC إلى أجهزة الطاقة والوحدات والدوائر المصنوعة من SiC ، مغطاة بنشاط براءات الاختراع لشركة Toyota و Denso (الشكل 2). يركز نشاط الملكية الفكرية لشركة Toyota على الأفكار التي تمنح الشركة ميزة تنافسية في تطبيقات المركبات الكهربائية أثناء انتقالها إلى أسفل سلسلة توريد SiC.

في سلسلة التوريد ، تغطي مجموعة براءات الاختراع الخاصة بشركة Toyota مجموعة واسعة من التقنيات ، بما في ذلك كل من تقنية نمو بلورات SiC المتطورة (PVT) والتقنيات غير التقليدية (CVD ، نمو الحلول). تمتلك Toyota القدرة على التغلب على غالبية العقبات التكنولوجية المرتبطة بمواد SiC من حيث التكلفة أو الجودة أو حجم الرقاقة على المدى المتوسط ​​أو الطويل ، وذلك بفضل هذه التغطية الواسعة لتقنية الركيزة SiC.

من المثير للاهتمام أن نلاحظ أن Toyota Motor كانت رائدة في تطوير تقنية ربط TLP لتقنية ربط القالب منذ عام 2010. تقدم هذه العملية بديلاً واعدًا لطرق اللحام التقليدية وطرق تلبيد الفضة أو النحاس للتشغيل بدرجة حرارة عالية.

المركبات ذاتية القيادة

ترتبط الثورة الثانية التي تستعد لها صناعة السيارات بالمركبات ذاتية الحركة ومحور الروبوت. في حين أن إدخال المركبات الهجينة و BEVs قد عزز بالفعل الكهرباء ، فإن إدخال الروبوتات والمركبات ذاتية التحكم بالكامل يستغرق وقتًا أطول قليلاً.

يعد نشاط IP لمجموعة Toyota في مجالات أنظمة مساعدة السائق المتقدمة وتقنيات AV من أكثر الأنشطة نشاطًا في المنظمة. مثل هذا الارتفاع في نشاط البحث والتطوير مطلوب للتنافس ليس فقط مع صانعي السيارات المعروفين ولكن مع الشركات المصنعة للروبوتات الحديثة.

نظرًا لأن الكاميرات والرادار و LiDAR تعتبر التقنيات الأساسية الثلاثة التي يجب أن تقترن لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد لبيئة السيارة ، فإن أعمال براءات الاختراع المبكرة لمجموعة Toyota في هذه المجالات قد استفادت من التقدم التكنولوجي الحديث للشركة. ومع ذلك ، قررت الشركة اليابانية تقليص جهود البحث والتطوير في LiDAR لصالح الأنظمة التي تدمج وتدير العديد من أجهزة الاستشعار ، وخاصة الكاميرات ، في السيارة.

استنتاج

تعكس جهود Toyota في تسجيل براءات الاختراع رغبتها في لعب دور مهم في صناعة سيارات المستقبل. قدمت تويوتا عددًا كبيرًا من طلبات براءات الاختراع لتغطية كل شيء من المواد إلى الأنظمة ، بما في ذلك الأجهزة ودوائر التحكم والتعبئة والتغليف ، في جميع التخصصات الرئيسية (مثل البطاريات وخلايا الوقود وأجهزة الاستشعار وإلكترونيات الطاقة). علاوة على ذلك ، وسعت تويوتا نطاقها التكنولوجي لترسيخ مكانتها كشركة رائدة في التقنيات الهامة في الماضي والحاضر والمستقبل.

مرجع

¹تعرف صنع. (27 سبتمبر 2022). “رؤى حول إستراتيجية براءات الاختراع لشركة Toyota لمركبات الجيل التالي”. بيان صحفي.

قم بزيارة الكتاب الإلكتروني للحصول على المقالة كاملة

Maurizio Di Paolo Emilio حاصل على درجة الدكتوراه في الفيزياء ومهندس اتصالات. عمل في العديد من المشاريع الدولية في مجال أبحاث موجات الجاذبية ، وتصميم نظام التعويض الحراري (TCS) وأنظمة الحصول على البيانات والتحكم فيها ، وفي مشاريع أخرى حول الحزم الميكروية للأشعة السينية بالتعاون مع جامعة كولومبيا ، وأنظمة الجهد العالي وتقنيات الفضاء. للاتصالات والتحكم في المحركات مع ESA / INFN. تم تطبيق TCS على تجربتي Virgo و LIGO ، التي اكتشفت موجات الجاذبية لأول مرة وحصلت على جائزة نوبل في عام 2017. منذ عام 2007 ، كان مراجعًا للمنشورات العلمية للأكاديميين مثل مجلة Microelectronics Journal ومجلات IEEE. علاوة على ذلك ، فقد تعاون مع شركات صناعة إلكترونية مختلفة والعديد من المدونات والمجلات الإيطالية والإنجليزية ، مثل Electronics World و Elektor و Mouser و Automazione Industriale و Electronic Design و All About Circuits و Fare Elettronica و Elettronica Oggi و PCB Magazine ، كاتب / محرر تقني متخصص في عدة مواضيع في الإلكترونيات والتكنولوجيا. من عام 2015 إلى عام 2018 ، كان رئيس تحرير Firmware و Elettronica Open Source ، وهما مدونات ومجلات تقنية لصناعة الإلكترونيات. شارك في العديد من المؤتمرات كمتحدث في الكلمات الأساسية لموضوعات مختلفة مثل الأشعة السينية وتقنيات الفضاء وإمدادات الطاقة. يستمتع موريزيو بكتابة وإخبار القصص حول إلكترونيات الطاقة وأشباه الموصلات ذات فجوة الحزمة العريضة والسيارات وإنترنت الأشياء والمدمجة والطاقة والحوسبة الكمومية. ماوريتسيو هو محرر محتوى في AspenCore منذ عام 2019. وهو حاليًا رئيس تحرير Power Electronics News و EEWeb ومراسلًا لـ EE Times. وهو مضيف برنامج PowerUP ، وهو بودكاست حول إلكترونيات الطاقة ، ومروج ومنظم مؤتمر PowerUP الافتراضي ، وهو قمة يتحدث فيها المتحدثون الرائعون كل عام عن اتجاهات تصميم إلكترونيات الطاقة. علاوة على ذلك ، فقد ساهم في عدد من المقالات التقنية والعلمية بالإضافة إلى عدد من كتب Springer حول حصاد الطاقة وأنظمة الحصول على البيانات والتحكم فيها.