電動(dòng)汽車交流充電樁電能測(cè)量不確定度研究

溫文滿

摘 要 隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，電動(dòng)汽車和充電樁廣泛應(yīng)用，評(píng)價(jià)充電樁的安全、可靠以及性能等的檢測(cè)工作隨之增加，由于電動(dòng)汽車是近十來(lái)年的新新產(chǎn)業(yè)，對(duì)其檢測(cè)的技術(shù)和結(jié)果評(píng)價(jià)還需不斷地提高和完善。本文針對(duì)電動(dòng)汽車交流充電樁電能測(cè)量評(píng)價(jià)結(jié)果更為完善，進(jìn)行了不確定度的分析研究，由此得出相關(guān)測(cè)量的不確定度，可為相關(guān)檢測(cè)行業(yè)的檢測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)和不確定度的分析提供參考。

關(guān)鍵詞 電動(dòng)汽車交流充電樁;電能測(cè)量評(píng)價(jià);測(cè)量不確定度

引言

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高和傳統(tǒng)能源的短缺，作為干凈能源的電動(dòng)汽車已成為未來(lái)汽車的重要發(fā)展方向，而且近幾年電動(dòng)汽車相關(guān)技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，電動(dòng)汽車的普及率逐年大幅提高。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，全球電動(dòng)汽車現(xiàn)有的保存量達(dá)2000萬(wàn)輛以上，2020年將有500萬(wàn)輛的銷售，且還在高速的增長(zhǎng)。但由于電動(dòng)汽車和充電樁使用過(guò)程中，存在著安全、可靠、能量計(jì)費(fèi)等問(wèn)題，必須進(jìn)行相關(guān)的質(zhì)量、計(jì)量等檢測(cè)工作，檢測(cè)的技術(shù)和檢測(cè)評(píng)價(jià)也在不斷探索和完善過(guò)程。因檢測(cè)時(shí)受被測(cè)物、測(cè)量設(shè)備、環(huán)境、方法等各種因素影響，測(cè)量結(jié)果存在一定誤差，僅以誤差分析評(píng)定測(cè)量結(jié)果時(shí)，有時(shí)顯得不完備和難操作，由此需采用測(cè)量不確定度的方法來(lái)評(píng)定測(cè)量結(jié)果，本文就針對(duì)電動(dòng)汽車充電樁電能測(cè)量不確定度進(jìn)行分析研究。

1測(cè)量過(guò)程

（1）環(huán)境條件溫度：（18～22）℃、濕度為（45～75）%

（2）測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)充電樁檢定裝置（0.05級(jí)）、配備0.05級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)電能表

（3）被測(cè)對(duì)象電動(dòng)汽車交流充電樁（2.0級(jí)）

（4）測(cè)量過(guò)程。以標(biāo)準(zhǔn)電能表作為參考標(biāo)準(zhǔn)，由充電樁檢定裝置輸出功率，用誤差計(jì)算器對(duì)參考標(biāo)準(zhǔn)和被檢充電樁輸出的高頻脈沖進(jìn)行比較，直接給出被檢充電樁相對(duì)參考標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差。

2數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型為：

式中：——被測(cè)充電樁的相對(duì)誤差;

——充電樁檢定裝置上測(cè)得的相對(duì)誤差。

3測(cè)量不確定度的評(píng)定

輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的來(lái)源主要有兩方面：在重復(fù)性條件下由于測(cè)量結(jié)果的分散性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（）── 采用A類評(píng)定;充電樁檢定裝置引起的不確定度分量urel? ── 采用B類評(píng)定。

3.1 A類不確定度的評(píng)定

用充電樁檢定裝置在相同的參比條件下測(cè)量同一個(gè)被檢充電樁，對(duì)該被檢充電樁按不同負(fù)載下進(jìn)行10次測(cè)量，根據(jù)貝塞爾公式計(jì)算出其實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差，測(cè)量結(jié)果如下

3.2 B類不確定度的評(píng)定

B類不確定度是用非統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定的不確定度，又稱非統(tǒng)計(jì)不確定度，系統(tǒng)誤差中不可掌握部分是它的主要來(lái)源，該分量主要由測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)（充電樁檢定裝置）所引起[3]。通過(guò)對(duì)充電樁檢定裝置誤差源的分析，B類不確定度主要有以下因素：

（1）檢定裝置溯源的不確定度

此分量直接采用上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)所給出檢定證書中的測(cè)量結(jié)果不確定度。

u1：Pf = 1.0 時(shí)? ?U = 0.018%? ? ? k=2

Pf =0.5L時(shí)? ?U = 0.018%? ? ? k=2

Pf =0.8C時(shí)? ?U = 0.018%? ? ? k=2

（2）檢定裝置誤差引起的不確定度

取其基本量限的最大允許誤差，可信程度為90%，該分量為正態(tài)分布，分布系數(shù)為3，靈敏系數(shù)取1。

u2（1.0）? = 0.05%/3 = 0.01667% k = 1

u2（0.5L） = 0.07%/3 = 0.02333% k = 1

u2（0.8C） = 0.07%/3 = 0.02333% k = 1

（3）電流和電壓互感器比例系數(shù)引起的不確定度

由于電能表校驗(yàn)裝置無(wú)互感器，所以此分量不用考慮。

u3 = 0

（4）電壓測(cè)量回路中標(biāo)準(zhǔn)表與被檢充電樁同相端子之間的電位差引起的不確定度

其誤差限根據(jù)JJG 597-2005《交流電能表檢定裝置檢定規(guī)程》[2]的規(guī)定，取檢定裝置等級(jí)的1/6，可信程度90%，為均勻分布，分布系數(shù)，靈敏系數(shù)取1。

u4 = 0.00833%/ = 0.00481% k = 1

（5）檢定裝置輸出功率穩(wěn)定度對(duì)誤差的影響

功率穩(wěn)定度，取其最大允許值的十分之一作為不確定度的估計(jì)，可信程度90%。

u5 = 0.05%/10 = 0.005% k = 1

（6）標(biāo)準(zhǔn)表和被檢充電樁的采樣不同步引起的不確定度

由于電能標(biāo)準(zhǔn)裝置用軟件的方法來(lái)控制采樣同步，因此可以忽略不同步引起的不確定度。

u6 = 0

（7）電能校驗(yàn)裝置誤差顯示分辨力引起的不確定度

由于我們的校驗(yàn)裝置誤差顯示分辨率為0.001%，根據(jù)JJF1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》[1]的規(guī)定，由此帶來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.29×分辨力，可信程度90%。

u7 = 0.29×0.001% = 0.00029% k = 1

（8）數(shù)據(jù)修約即被測(cè)表誤差化整引起的不確定度

根據(jù)JJF1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》[1]規(guī)定由此帶來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.29×修約間距，可信程度90%。

u8 = 0.29×0.2% = 0.058% k = 1

3.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

uc=

uc（1.0）? ?=? = 0.064

uc（0.5L）? =? = 0.063

uc（0.8C）? =? = 0.070

3.4 擴(kuò)展不確定度

擴(kuò)展不確定度U等于合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc和包含因子k的乘積。取k=2，置信概率為95%。

Pf = 1.0 時(shí)? ?U = 0.064 × 2 = 0.128%? ? ? k=2

Pf =0.5L時(shí)? ?U = 0.063 × 2 = 0.126%? ? ? k=2

Pf =0.8C時(shí)? ?U = 0.070 × 2 = 0.140%? ? ? k=2

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述測(cè)量和分析，檢定充電樁時(shí)，基本誤差測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：

Pf = 1.0 時(shí)? ?U = 0.13%? ? ? k=2

Pf =0.5L時(shí)? ?U = 0.13%? ? ? k=2

Pf =0.8C時(shí)? ?U = 0.14%? ? ? k=2

本文根據(jù)電動(dòng)汽車交流充電樁電能測(cè)量特點(diǎn)，分析了電能測(cè)量誤差導(dǎo)致的不確定因素。依據(jù)交流電能測(cè)量原理，分析了電能誤差測(cè)量過(guò)程中導(dǎo)致的不確定因素。以上測(cè)量分析方法和結(jié)果，可供電動(dòng)汽車交流充電樁電能檢測(cè)同行在進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)或進(jìn)行分析時(shí)提供參考和應(yīng)用[5]。

參考文獻(xiàn)

[1] 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示：JJF1059.1-2012[S].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2012.

[2] 《交流電能表檢定裝置》檢定規(guī)程：JJG597-2005[S].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2005.

[3] 《電子式交流電能表》檢定規(guī)程：JJG596-2012[S].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2012.

[4] 《電動(dòng)汽車充電機(jī)（樁）》檢定規(guī)程：JJG（粵）015-2011[S].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2011.

[5] 電動(dòng)汽車交流充電樁：JJG1148-2018[S].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2018.