كيف جمعية مهندسو السيارات معايير المركبات الهجينة

أولاً - الدور الأساسي لجمعية المهندسين الآليين في التنقل المصحوب بالكهرباء

والتحول من محركات الاحتراق الداخلي إلى محركات كهربائية وهجينة هو أحد أكثر التحولات تحولاً في تاريخ السيارات، وفي مركز هذا التطور، يمثل مجتمع المهندسين الاصطناعيين، وهو منظمة مهنية تضع معايير تقنية للتنقل لأكثر من قرن، وفي حين أن الشبكة العالمية للكهرباء هي أفضل ما يمكن معرفته عن طريق الربط بين شركة SAE J1772، وعن وجود هياكل أساسية متماسكة للزيوت

وبدون معايير العلم والتكنولوجيا والابتكار، سيتم تجزؤ سوق المركبات الكهربائية، مع وجود شحنات غير متوافقة، وبروتوكولات أمان غير متسقة، ومنحنى تعلم أكثر دقة لكل من المنتجين والمستهلكين، ومن خلال وضع مبادئ توجيهية مشتركة، تمكن الشركة من تحقيق وفورات الحجم، وتخفض تكاليف التنمية، وتعجل باعتماد وسائل نقل أنظف، وتستكشف هذه المادة المعايير الرئيسية، والعملية التعاونية وراءها، وأثرها على الصناعة والمجتمع.

تاريخ وتطور معايير العلم والتكنولوجيا والابتكار للمركبات الكهربائية والمركبات الهجينة

وتعود مشاركة الشركة في توحيد المركبات الكهربائية إلى التسعينات، عندما بدأت تظهر أول سلاسل حديثة للمركبات، وشكلت المنظمة لجانا تقنية مكلفة تحديدا بتحديد الوصلات البينية، وإجراءات اختبار البطاريات، وبروتوكولات الاتصالات، ووضعت معايير مبكرة مثل SAE J1772 (التي نشرت أصلا في عام 1996) الأساس لما سيصبح المعيار العالمي لشحن الأسلاك في أمريكا الشمالية في عام 2010.

ويأتي تطور هذه المعايير في صورة سرعة تكنولوجيا البطاريات، فعلى سبيل المثال، تم تطوير SAE J3100 لتغطية اختبارات إساءة استعمال البطاريات الليثيوم - الأسيون، ولكن ما زال يجري تحديثها عدة مرات لتشمل الكيمياء الجديدة مثل النيكل - المانغنيز - الكوبالت (NMC) ومعايير التركيز على الليثيوم - الفسفات (LFP).

المعايير الرئيسية للمركبات الكهربائية والهاجينة

SAE J1772: The Standard for AC and DC Charging Connectors

ومن المعروف أن المعيار الأكثر اعترافاً في مجال المركبات الإلكترونية، SAE J1772] يحدد الاحتياجات المادية والكهربائية والمتعلقة بالاتصالات لأجهزة الربط بالمركبات الكهربائية، ويشمل المعيار 1 (120 VAC) والمستوى 2 (240 VAC) المضاربة، فضلاً عن نظام الشحنات المجمعة لمراقبة المركبات السريعة في جميع أنحاء العالم(17).

([1]) يقدم موصل J1772 الدعم إلى ما يصل إلى 80 ألف (19.2 كيلوواط) بشأن AC، وعندما يقترن بتمديد احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه، يمكن أن يعالج ما يصل إلى 350 كيلوواط في العاصمة. وقد أدى اعتماده الواسع النطاق إلى تحميل شحنات غير مسموعة، على سبيل المثال، يقدم الآن مكيفات للمركبات التابعة لأمريكا الشمالية، ويجري تحديث هذا المعيار باستمرار لاستيعاب مستويات أعلى من الطاقة وتحسين الأمن، مع التنقيح الأخير (J1772 201]

SAE J2954: Wireless Power Transfer for Light-Duty Plug-In Electric Vehicles

ويضع نظام SAE J2954 معياراً لنظم نقل الطاقة الاستهلالية التي يمكن أن تُوصل من 3.7 كيلوواط إلى 11 كيلوواط (مع خريطة طريق إلى 22 كيلوواط) ويستخدم المعيار في تركيب الأرض (شحن الرصيف) وتركيب المركبات (الكوتيل السائل) وكذلك أساليب الضبط والكشف عن الأجسام الأجنبية.

While still in the early adoption phase, J2954 is already being deployed in retrofitted taxis and municipal fleets. The standard is under constant revision to support higher power levels and dynamic charging (charging while driving). Trials on test tracks have demonstrated up to 200 kW using multiple coils, but commercial products remain limited to stationary pads. SAE J2954 provides the foundation for future automated valet charging.

SAE J3100: ارتفاع معدلات الاحتياطات المتعلقة بسلامة البطاريات

وتشكل سلامة البطاريات مصدر قلق بالغ لمصنعي المركبات الكهربائية ومنظميها، ويحدد مشروع SAE J3100 الحد الأدنى من متطلبات الأداء والسلامة لنظم تخزين الطاقة القابلة للشحن المستخدمة في المركبات الكهربائية والهجينة، كما يحدد المعيار الاختبارات على مستوى المكون والمركبات، بما في ذلك نشر المجرى الحراري، والحماية المفرطة، واختبارات الاختلال في استخدام أجهزة التخزين، ومعايير الضبط الحراري.

J3100 is referenced by many government regulations, including the U.S. Federal Motor Vehicle Safety Standards (FMVSS) and the United Nations Global Technical Regulation (GTR) No. 20. The standard was revised in 2024 to incorporate requirements for solidstate batteries and to address aging effects, such as capacity fade and impedance growth. Any original equipment manufacturer (OEM) or bat suppliers aiming to sell in North America must demonstrate compliance

SAE J3068: Battery Testing and Performance Evaluation

وفي حين يركز برنامج J3100 على السلامة، يتناول SAE J3068 اختبار الأداء وتجربة دورة الحياة في بطاريات الشباك، ويوفر مجموعة موحدة من إجراءات الاختبار لتحديد القدرة، والطاقة، وكفاءة الطاقة، وحياة التقويم/الدورة، ويستخدم نظام J3068 للتحقق من أن البطارية تستوفي مواصفات الضمان الخاصة بها، ومن جانب السلطات التنظيمية لإنفاذ شروط وضع العلامات (مثلاً، نطاق استخدام البطاريات الثابتة، وخطورة التحلل).

ومن أهم جوانب هذا المقياس توجيهه بشأن الأداء المنخفض الحرارة، وتفقد البطاريات الإلكترونية القدرة في الطقس البارد، ويعرف J3068 منهجية اختبار قابلة للتكرار لقياس هذا التدهور عند درجة حرارة 20 درجة مئوية و40 درجة مئوية. كما تم تحديث المعيار في عام 2023 ليشمل إجراءات موحدة لفحص دورة الحياة بالنسبة لمركبات LFP وأجهزة قياس التردد الوطني، مما يساعد المستهلكين على مقارنة بروتوكولات البطاريات الطويلة في مختلف العلامات التجارية.

المعايير الإضافية: J2841, J2931, and J1773

وفيما عدا الأربعة الرئيسية، تحتفظ الوكالة الدولية للطاقة الذرية بعشرات المعايير الأخرى التي تدعم المركبات الكهربائية والهجينة:

• SAE J2841:] Defines a standard method for determining the usable bat capacity in hybrid and bat electric vehicles, accounting for stateof —health and temperature factors. It is often used for warranty claims and flomehealth reporting.
• SAE J2931:] Covers the digital communication protocol between the electric vehicle and the charging station. It uses the control pilot wire defined in J1772 to encode data such as charging current limit, vehicle identifier, and grid requirements. J2931 is the backbone of intelligence charging and demand —response programs.
• SAE J1773:] A legacy standard for inductive charging (non-conductive), which is largely supersed by J2954 but remains in use for some dedicated fleet applications.

وتشكل هذه المعايير، إلى جانب مبادئ توجيهية لفصل الاتصال (SAE J2894) وأمن الفضاء الإلكتروني (SAE J3061/ISO 21434)، نظاماً إيكولوجياً شاملاً يكفل سلامة وكفاءة وسهل الاستعمال.

How SAE Develops Standards: The Collaborative Process

ولا تضع منظمة واحدة معايير العلم والتكنولوجيا والابتكار، بل يتم من خلال عملية صارمة قائمة على توافق الآراء تشمل خبراء الصناعة، ومنظمين حكوميين، والأوساط الأكاديمية، وممثلي المستهلكين، وتبدأ هذه العملية عادة بلجنة تحدد الحاجة، على سبيل المثال، إلى مستوى جديد من السلطة أو منهجية اختبار البطاريات، وتضع اللجنة وثيقة تستعرضها بعد ذلك أفرقة تقنية متعددة وتخضع لاقتراع عام، ويجب حل أي اقتراعات سلبية قبل نشر المعيار.

وتجتمع لجان الرابطة بانتظام، سواء شخصيا أو عمليا، بمشاركة من كبار أعضاء حركة الكهرباء مثل فورد، والجنرال موتور، وستلانتيس، وتيسلا، فضلا عن موردين من الدرجة الأولى (بوش، دينسو)، والمرافق الكهربائية، والمختبرات الوطنية (نيرل، أرغوني)، وتقسم اللجان حسب التخصص: مثلا، تشرف لجنة المركبات الكهربائية التابعة للشركة على J1772، بينما تتولى لجنة الكتيبة 100.

ومن الجوانب الفريدة لهذه الاستراتيجية استعدادها لإدماج التكنولوجيات الناشئة في المعايير بصورة استباقية بدلا من انتظار السيطرة على الأسواق، فعلى سبيل المثال، أدى بدء نظام الحسابات القومية (المعيار الأمريكي للشحن) الذي وضعته شركة تيسلا إلى تشكيل فريق عامل يوحده بسرعة بوصفه شركة SAE J3400 في عام 2023، ويحافظ هذا النهج المتعثر على المعايير ذات الصلة حتى عندما تتطور الصناعة بسرعة.

الأثر على الصناعة والمستهلكين

استحقاقات المصانع

وبالنسبة للمصنعين، فإن معايير الشركة تخفض الجهد الهندسي والوقت المتاح للسوق بتوفير حلول للمنشآت من أجل الشحن، وسلامة البطاريات، والاتصال، وبدلاً من قيام كل صانع آلي بتطوير وصلات وبروتوكولات ملكية، مما يتطلب من كل محطة شحن أن تدعم وصلات متعددة - يمكن أن تصمم ببساطة إلى J1772 أو J3400، كما أن هذا التوحيد يقلل من التكاليف عن طريق إنتاج مكونات مثل أجهزة إدارة الكابلات.

وعلاوة على ذلك، تيسر المعايير الاستثمار في المشاريع المشتركة والمشتركة، وعندما توافق منظمتان من منظمات OEM على تبادل واجهة مشتركة، يمكن أن تستفيد كل منهما من استثمارات الهياكل الأساسية التي تفرضها الأخرى، كما أن معايير التعليم العالي كثيرا ما ترد في الأنظمة الحكومية؛ ويمكن أن يؤدي الامتثال إلى تبسيط عملية حرق المركبات الجديدة، ومساعدة صانعي السيارات على جلب المنتجات إلى الأسواق بسرعة أكبر.

الخبرة الاستهلاكية

وبالنسبة للمستهلكين، فإن أكثر الفوائد وضوحاً هي تحميل قابلية التشغيل المتبادل، إذ يمكن لسائق يحمل كربوناً من طراز Chevrolet Bolt أن يستخدم نفس الشاحن من المستوى العام الذي يستخدمه سائقاً من طراز BMW i4، لأن كلاً منهما يلتزم بـ SAE J1772، ومع اعتماده مؤخراً SAE J3400، فإن جميع المركبات الإلكترونية الجديدة التي تباع في أمريكا الشمالية ستتقاسم قريباً موصلاً مادياً واحداً، مما يزيل الثقة لدى المستهلكين الذين يشجعون على التكيف.

(ج) ضمان أن تستوفي مجموعة البطاريات التي تستخدم في إطار برنامج " EV " معايير صارمة للهرب الحراري، مما يقلل من خطر الحريق بعد حدوث حادث تحطم أو فشل داخلي، وبالإضافة إلى ذلك، يضمن J3068 أن أداء البطاريات قابل للاختبار ومنتج، مما يتيح للمستهلكين مقارنة معدلات التدهور عبر النماذج، وتعتمد بعض الولايات وشركات المرافق على معايير الوكالة لتأهيل المركبات لأغراض إعادة التشغيل أو لبرامج التصديق على المركبات المستعملة.

الهياكل الأساسية وإدماج المحاجر

كما يعتمد مشغلو الشبكات على معايير SAE. J1772 و J2954 تعريفاً لطبقات الفيزيائية والاتصالات، بما يكفل أن تعمل محطة مبنية اليوم مع المركبات المنتجة بعد سنوات.

فالشحن بدون سلك (J2954) جذاب بشكل خاص لعمليات الأسطول الآلية، حيث تتردد المركبات في نفس الموقع، وحيث تصبح المركبات المستقلة أكثر شيوعا، فإن رسوم الشحن اللاسلكية ستسمح لها بالشحن دون تدخل بشري، مما يقلل من وقت التعطل، وتتأكد معايير الوكالة من أن هذه الرزمات المحملة بأمان وكفاءة وقابلية للتكافل.

الاتجاهات المستقبلية: المعايير المتطورة لمستقبل أخضر

الشحن السريع (XFC)

ومن أكبر نقاط الألم التي يواجهها مالكو المركبات الإلكترونية الوقت الذي يستغرقه معالجة هذا الأمر، تقوم شركة SAE بوضع معايير للشحن السريع الذي يستهدف مستويات الطاقة فوق 350 كيلوواط و 8 كيلو فولطية، ويدفع هذا الرقم إلى 1 ميغاواط للمركبات الثقيلة، وستحدد مجموعة جديدة من الوصلات والمركبات التي تتجاوز نسبة الـ 500 في المائة من المركبات المتطورة التي تعمل في الماضي والتي تحول دون استخدام جهاز التحكم في الكابلات المستمرة.

العلمانية وإعادة التدوير

ومع وصول الملايين من بطاريات المركبات الإلكترونية إلى نهاية العمر، تعمل الوكالة على معايير للتفكك وإعادة الاستخدام وإعادة التدوير، وستوفر هذه البطاريات، قيد التطوير، إطاراً لاختبار البطاريات الثانية من أجل تطبيقات التخزين الثابتة، وستحدد معايير الاحتفاظ بالقدرات، ومعدل التخلص الذاتي، والمقاومة الداخلية لتأهيل بطارية متقاعدة لتخزين الطاقة على نطاق الشبكة.

مركبة من طراز F2G (V2G) وشحنات ثنائية الاتجاه

(ج) لا يسمح التكليف الثنائي الاتجاه باستقبال الطاقة فحسب، بل أيضاً بإرسالها إلى الشبكة أو إلى منزل، كما أن معيار SAE J3072 هو المعيار الرئيسي الذي يغطي الاتصالات والمراقبة في إطار نظام V2G، ويحدد المصافحة بين المركبات والشاحنات، والحدود المتعلقة بنقل الطاقة، والحواجز الأمنية اللازمة لمنع الجزر (تجديد الشبكة أثناء انقطاع الطاقة) مع زيادة اعتماد معايير V2G، SA2

المركبات الإلكترونية المستقلة ذاتياً والمتصلة

ولا تقتصر معايير القيادة الآلية (المستوى صفر-5) على المركبات الكهربائية، بل إن مستوياتها من التشغيل الآلي (المستوى صفر-5) تزداد أهمية بالنسبة للمركبات الإلكترونية التي تحتاج إلى نقل إلى محطات شحن مستقلة، وتعمل لجان الإدارة العامة على إدماج معايير الشحن بمعايير القيادة المستقلة بحيث يمكن للسيارة ذاتية الدفع أن تتواصل مع نقطة التقارب دون أن تُسرع في عملية النشر التجاري.

أمن الفضاء الإلكتروني وفوق التحديثات

وتعتمد المركبات الإلكترونية الحديثة اعتماداً كبيراً على البرمجيات، بدءاً من نظم إدارة البطاريات إلى التحصين، ويجري تحديث نظام SAE J3061 (دليل الأمن الإلكتروني) ودليل الأمن الدولي/SAE 21434 لمعالجة أوجه الضعف الفريدة للنظم ذات التأثير العالي وشحن الاتصالات، وعلى سبيل المثال، يمكن للمنشط المضلل نظرياً أن يتلاعب بجلسة شحن لإفراط في شحن عناصر البطارية أو الضرر التي تتطلبها.

التأثير العالمي والتوحيد

وفي حين أن الرابطة هي في الغالب منظمة من منظمات أمريكا الشمالية، فإن معاييرها تعتمد أو تشير إليها في العديد من المناطق الأخرى، فقد أثرت على سبيل المثال في تطوير موصلات الجماعة الأوروبية من النوع 1 والنوع 2، وتوافقت SAE J2954 مع سلسلة اللجنة الانتخابية المستقلة 61980 لنقل الطاقة اللاسلكية، وتشارك الرابطة بنشاط في اللجنة التقنية 22 التابعة للمنظمة الدولية للتوحيد القياسي وفي قواعد التنسيق بين الشركات التابعة للجنة الانتخابية المستقلة 69 لضمان توافق معاييرها مع الفوائد الدولية.

وبالنسبة للصين وأوروبا، توجد معايير منفصلة (GB/T و CHAdeMO هي أبرز المعايير)، ولكن معايير العلم والتكنولوجيا ما زالت ذات تأثير من خلال حزمها التقنية واعتمادها على نطاق واسع، وفي عام 2023، كان قرار الرابطة بتوحيد وصلات شبكة الاتصالات الوطنية لتيسلا كحدث بارز قام بتوحيد معيار الشحن في أمريكا الشمالية بصورة فعالة، مما دفع كل جهاز آلي وشبكة من وسائل التصاميم إلى الالتزام بفوائد أخرى.

الاستنتاج: مؤسسة للتنقل المستدام

وكانت جمعية المهندسين الآليين قوة هادئة ولكنها لا غنى عنها وراء ثورة المركبات الكهربائية، ومن خلال وضع وصيانة معايير لشحن البيئات، وسلامة البطاريات، ونقل الطاقة اللاسلكية، والاتصال بالشبكات، تكفل الشركة أن تكون المركبات الإلكترونية آمنة وقابلة للتشغيل المتبادل، ووثيقة بالثقة، وأن هذه المعايير، بالنسبة للمصنعين، تقلل التكاليف وتسرع التنمية؛ وبالنسبة للمستهلكين، فإنها تبسط التجربة غير المأدية، وتحسن السلامة؛

ومع استمرار التكنولوجيا في التقدم في البطاريات ذات الصلصة، فإن شحن الميغاوات، والسيارات المستقلة ذاتياً ستظل في المقدمة، وتستكمل المعايير القائمة وتنشئ معايير جديدة، والتزام المنظمة بعملية توحيدية تعاونية وشفافة وملزمة هو بالضبط ما تحتاجه النظم الإيكولوجية السريعة التطور، وسواء كنت مهندساً يصمم مجموعة جديدة من البطاريات، أو مديراً لأسطولياً يخطط لتركيب البنية التحتية للكهرباء، أو مستهلك.