公共類充電樁計量檢定升級改造技術(shù)要點分析

陳永強，呂國偉，邱巧丹

(1.中國電器科學研究院股份有限公司，廣東廣州 510663；2.威凱檢測技術(shù)有限公司，廣東廣州 510663)

0 引言

隨著電動汽車的普及，駕駛員要求掌握電動汽車的充電量和充電金額。2019年11月，國家市場監(jiān)管總局關(guān)于發(fā)布《實施強制管理的計量器具目錄的公告》(2019年第48號公告)，正式將用于貿(mào)易結(jié)算的公共類充電樁納入實施強制管理的計量器具目錄中。要求2020年11月起，不滿足JJG 1148—2018的公共類交流充電樁、不滿足JJG 1149—2018的公共類直流充電樁停止對外營運。

截止2020年2月，全國公共類充電樁531 313臺，其中交流充電樁31.1萬臺(占比58.5%)、直流充電樁22.0萬臺(占比41.5%)。廣東的公共類充電樁為63 507臺，充電站為5 365座，換電站為68座。其中不少公共類充電樁已經(jīng)服役多年，設(shè)備老化導致計量收費偏差較大。如何應對強制性計量檢定要求并完成升級改造，是公共類充電樁制造商、運營商最為關(guān)注的問題。

公共類充電樁需要執(zhí)行的計量類國家標準、行業(yè)標準和強制性檢定規(guī)程見表1[1-9]。但是不同標準的要求是有差異的，為了滿足所有標準和規(guī)程的要求，需要對公共類充電樁進行必要的升級改造。

表1 公共類充電樁需要執(zhí)行的計量類國家標準、行業(yè)標準和強制性檢定規(guī)程

1 公共類充電樁需要升級改造的地方

1.1 公共類充電樁的銘牌內(nèi)容

銘牌是為了給公共類充電樁使用者一個明確的警示和提醒，同時也是公共類充電樁運營商管理產(chǎn)品一個重要的依據(jù)。銘牌內(nèi)容缺失或不齊全將會導致使用者誤用從而帶來風險。不同標準對交流充電樁、直流充電樁銘牌內(nèi)容的要求是有差異的，為了滿足所有標準和規(guī)程的要求，建議制造商和運營商將銘牌內(nèi)容統(tǒng)一為圖1和圖2的內(nèi)容。

圖1 交流充電樁銘牌模板

圖2 直流充電樁銘牌模板

1.2 公共類充電樁的顯示信息

公共類充電樁必須顯示相關(guān)信息以便于貿(mào)易結(jié)算，公共類充電樁顯示信息的缺失將影響消費者的知情權(quán)。但是不同標準關(guān)于顯示信息的要求是有差異的。為了滿足所有標準和規(guī)程的要求，建議制造商和運營商將顯示信息統(tǒng)一為圖3和圖4所示模板。

圖3 充電過程顯示信息模板

圖4 充電結(jié)束顯示信息模板

為了滿足強制性檢定[4-5]規(guī)程“顯示位數(shù)應不少于6位，至少含3位小數(shù)”的要求，公共類充電樁可以通過編程將電能量顯示小數(shù)位數(shù)調(diào)整為3位或者是更換3位小數(shù)位數(shù)的電能表。

1.3 一些特殊地方的升級改造

由于把公共類充電樁納入到強制性檢定監(jiān)管，為了防止篡改數(shù)據(jù)，就需要將交流充電樁的電流采樣交流互感器封印在計量模塊中，避免了老交流充電樁將霍爾元件外置的問題[4-5]。

公共類充電樁應該至少具有3套費率時間，如果只具有2套費率時間，是不能滿足廣東地區(qū)的分時電費要求的。根據(jù)廣東省物價局文件，將24 h分為用電高峰、用電平段、用電谷期3個時段。廣州市目前執(zhí)行的居民電價為0.62 元/度，則執(zhí)行峰谷分時電價后，峰段、平段、谷段的電價分別為：1.004 0、0.62、0.324 7 元/度。

考慮到全國實行的東八區(qū)(北京時間)和東六區(qū)(烏魯木齊時間)兩個時區(qū)，公共類充電樁應該至少具有2個時區(qū)，可以將一天的24 h至少分為8個時段，最小間隔為15 min，可跨越凌晨零點，同時各自對應不同費率。

2 影響因素分析

2.1 公共類充電樁的工作誤差和負載測試點的選擇

表2為不同標準對交流充電樁工作誤差的要求，表3為不同標準對直流充電樁工作誤差的要求。

表2 不同標準對交流充電樁工作誤差的要求

表3 不同標準對直流充電樁工作誤差的要求

對比了交流充電樁和直流充電機不同標準的測量限定值，不難發(fā)現(xiàn)國家強制性檢定要求制定的指標符合目前充電樁技術(shù)水平的現(xiàn)狀。合理的指標不僅能推動正常的貿(mào)易結(jié)算，也能調(diào)動產(chǎn)業(yè)鏈的積極性，但是不同標準對工作誤差負載測試點的選擇卻存在差異(表4、表5)。

表4 不同標準對交流充電樁工作誤差負載測試點的選擇

表5 不同標準對直流充電樁工作誤差負載測試點的選擇

2.2 絕緣電阻測試時的影響

看似不同標準中絕緣電阻測試的測試電壓、測試部位和限值要求都是一致的。但是仔細比對發(fā)現(xiàn)GB/T 18487.1—2015、NB/T 33001—2018、NB/T 33002—2018標準中依據(jù)是額定絕緣電壓Ui；JJG 1148—2018依據(jù)是交流充電樁正常工作時的標稱電壓U1；JJG 1149—2018依據(jù)是直流充電機正常工作時的最大輸出電壓U1。

交流充電樁輸出電壓也就是標稱電壓通常是單相220 V，三相380 V；直流充電機推薦的輸出電壓有200～500 V、350～700 V、500～950 V、200～750 V、200～950 V[1,6-7]；例如某現(xiàn)場直流充電機的銘牌只標示額定輸出電壓時，除了銘牌內(nèi)容不符合強制性檢定規(guī)程要求外，在進行絕緣電阻測試前，必須搞清楚該直流充電機的最大輸出電壓，才能正確地選擇絕緣電阻的測試電壓。

根據(jù)GB/T 2900.18《電工術(shù)語 低壓電器》對額定絕緣電壓的定義，額定絕緣電壓值是高于或等于額定電壓值的。以開關(guān)電源模塊為例，供電電壓和額定絕緣電壓的差異見表6。

表6 供電電壓和額定絕緣電壓的差異 V

2.3 示值誤差檢定時的接法影響

當被檢充電樁的內(nèi)阻值遠大于電壓表的內(nèi)阻值，采用電流表內(nèi)接法；當被檢充電樁的內(nèi)阻值遠小于電壓表的內(nèi)阻值，采用電流表外接法，如圖5所示。但是在實際檢定工作中由于充電樁的種類和工作原理各不相同，被檢充電樁的內(nèi)阻值完全未知時，可以嘗試采用內(nèi)外接試觸法，如圖6所示。

圖5 外接法和內(nèi)接法電路

圖6 內(nèi)外接試觸法電路

如圖6所示，電壓表K端切換到b端時，電壓表和電流表示值為(Ub,Ib)，當電壓表K端切換到c端時，電壓表和電流表示值兩表的示數(shù)為(Uc，Ic)。

即電流相對變化小，說明電流表的分壓作用顯著，應將電壓表K端切換到b端，選擇外接法；

即電流相對變化大，說明電壓表的分流作用顯著，應將電壓表K端切換到c端，選擇內(nèi)接法。

2.4 環(huán)境濕度的影響

根據(jù)1980年蔣洪富翻譯的《濕度對聚合物絕緣材料電氣性能的影響》資料顯示，滲入絕緣材料內(nèi)部的潮氣對絕緣材料的介電性能產(chǎn)生劣化影響，導致介電特性變壞，特別是介質(zhì)損耗因數(shù)、介電常數(shù)和擊穿強度這3個指標。

由表7可知，GB/T 28569規(guī)定的是交流充電樁在實驗室檢測參比的環(huán)境條件，而JJG 1148—2018規(guī)定的則是交流充電樁安裝在現(xiàn)場后的檢定環(huán)境條件。GB/T 29318規(guī)定的是直流充電樁在實驗室檢測參比的環(huán)境條件，而JJG 1149—2018規(guī)定的則是直流充電樁安裝在現(xiàn)場后的檢定環(huán)境條件。

表7 不同標準中關(guān)于環(huán)境條件的要求

根據(jù)2018年廣東農(nóng)村統(tǒng)計年鑒資料顯示：2018年粵西北8月的平均相對濕度為91%；粵西8月的平均相對濕度為90%；粵北6月平均相對濕度為87%、粵西北6月平均相對濕度為88%，粵中8月平均相對濕度為87%；粵西3月平均相對濕度為87%、4月平均相對濕度為88%、7月平均相對濕度為89%；8月平均相對濕度為90%；9月和12月平均相對濕度為88%。

表8為2018年廣州市某充電站場的相對濕度記錄。根據(jù)廣州市某充電站場的環(huán)境記錄(相關(guān)環(huán)境記錄設(shè)備有校準并處于校準有效期內(nèi))顯示：2018年該充電站場的相對濕度超過90%的小時數(shù)為1 963.97 h，全年占比22.4%；按照天數(shù)超過相對濕度90%的天數(shù)為242天，全年占比66.3%。

由表9可知，2019年該充電站場的相對濕度超過90%的小時數(shù)為2 522.1 h，全年占比28.8%；按照天數(shù)超過相對濕度90%的天數(shù)為301天，全年占比82.5%。

不管是交流充電樁和直流充電樁的產(chǎn)品標準都是可以滿足相對濕度5%～95%要求的，而檢定規(guī)程規(guī)定相對濕度不超過90%[4-5]。根據(jù)廣東高溫高濕的氣候特點，在廣東地區(qū)充電樁現(xiàn)場檢定工作中，特別需要關(guān)注現(xiàn)場檢定環(huán)境濕度的變化情況，防止現(xiàn)場檢定環(huán)境濕度超過檢定文件規(guī)定的相對濕度上限。

另外JJG 1148—2018 和JJG 1149—2018也都規(guī)定了：環(huán)境溫度應分別在被測充電機的2個正交截面進行測量，并使溫度計貼近被測充電機的非出風口位置。取被測充電機不同位置溫度測量值的平均值作為環(huán)境溫度值。

而且從《國家計量檢定規(guī)程編寫規(guī)則》(JJF 1002—2010)第5.11.1.1條“檢定條件”和《國際計量校準規(guī)范編寫規(guī)則》(JJF 1071—2010)第5.10.1“環(huán)境條件”的內(nèi)容解釋，這個環(huán)境溫濕度應該是計量器具、配套負載和被檢定充電樁都正常工作都處于的空間環(huán)境條件，而不是指被檢定充電樁內(nèi)部的環(huán)境條件。

關(guān)注充電樁的工作誤差和負載測試點的選擇、絕緣電阻、示值誤差檢定時采用的接法方式，以及環(huán)境濕度都是為了保證現(xiàn)場計量檢定數(shù)據(jù)和結(jié)論的科學性和可復現(xiàn)性。

3 結(jié)束語

文中以提高充電服務體驗、提升充電服務質(zhì)量、保障充電安全為目標，分析了充電技術(shù)的發(fā)展狀況，并提出了相關(guān)措施?？s短充電時間需要大力發(fā)展大功率充電技術(shù)；無感充電體驗、簡化統(tǒng)一充電接口需要發(fā)展無線充電技術(shù)、小功率充電技術(shù)；實現(xiàn)跨平臺充電需要建立充電漫游互聯(lián)互通技術(shù)體系；安全可靠充電，需要加強充電電氣安全和信息安全等技術(shù)。更加快捷、更加便捷、更加智能的充電體驗將是下一步充電技術(shù)的發(fā)展趨勢。

同時將公共類充電樁與智能汽車發(fā)展、智慧交通和智慧城市建設(shè)結(jié)合起來。充電作為電動汽車的電能供應方，需要和汽車的電動化、網(wǎng)聯(lián)化和智能化發(fā)展趨勢結(jié)合起來，當電動汽車已經(jīng)能夠自動駕駛時，自動充電也將成為一種標配。公共類充電樁作為城市的能源體系的一部分，也應在智慧城市的建設(shè)發(fā)展中扮演重要角色，要站在智慧交通和智慧城市的高度，將公共類充電樁與城市交通設(shè)施建設(shè)、電網(wǎng)設(shè)施建設(shè)、城市規(guī)劃更加緊密結(jié)合起來，統(tǒng)籌車流、人流、停車、充電需求，科學合理布局公共類充電樁。