充電樁檢測(cè)計(jì)量參數(shù)過程中應(yīng)注意的問題*

張躍進(jìn) 韓忠 李波/泰州市計(jì)量測(cè)試院

0 引言

電動(dòng)汽車的充電方式主要有慢速充電、快速充電、無線充電和電池更換四種?；A(chǔ)網(wǎng)絡(luò)慢速充電樁，通過充電樁提供交流電源，再由小功率充電機(jī)轉(zhuǎn)換成直流電給電池充電。慢速充電是目前電動(dòng)汽車主要的充電方式?？焖俪潆娛侵苯佑纱蠊β史擒囕d充電機(jī)給車輛電池充電，一般為公共和專用網(wǎng)絡(luò)，由于充電時(shí)間短，快速充電近年來發(fā)展較為迅速。無線充電技術(shù)目前還處于發(fā)展階段，其技術(shù)雖不成熟，但由于方便、靈活，發(fā)展前景較為廣闊。電池更換較多地用在公交車、出租車等領(lǐng)域，由于電池標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量難以統(tǒng)一，現(xiàn)在尚未在社會(huì)領(lǐng)域進(jìn)行推廣應(yīng)用[1-3]。

目前，新能源電動(dòng)汽車的充電設(shè)施類型較多，按照安裝方式可分為固定式和移動(dòng)式；按照服務(wù)屬性主要可以分為公共充電樁、自用充電樁和專用充電樁三大類；按照供電形式主要可以分為非車載充電機(jī)和交流充電樁兩大類。對(duì)應(yīng)的檢定規(guī)程為JJG 1149-2018《電動(dòng)汽車非車載充電機(jī)》檢定規(guī)程[4]和JJG 1148-2018《電動(dòng)汽車交流充電樁》檢定規(guī)程[5]，在出廠檢驗(yàn)和型式試驗(yàn)時(shí)則對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 33008.1-2018[6]和NB/T 33008.2-2018[7]。目前各地的公共充電設(shè)施，以及各單位自行建設(shè)的充電設(shè)施安裝前的驗(yàn)收，一般以NB/T 33008-2018或各省市地方標(biāo)準(zhǔn)作為驗(yàn)收依據(jù)。計(jì)量性能作為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的重要參數(shù)在驗(yàn)收工作中起關(guān)鍵性作用。

1 計(jì)量檢測(cè)方案

1.1 檢測(cè)前的準(zhǔn)備

1）安全保護(hù)。檢測(cè)作業(yè)人員原則上不得少于兩人。作業(yè)人員要做到互相監(jiān)督、照顧和提醒，牢記安全注意事項(xiàng)，并熟悉所使用檢定、檢測(cè)設(shè)備的工作原理、技術(shù)性能及操作程序，同時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照檢定、檢測(cè)程序操作，以保護(hù)人身和設(shè)備安全。

2）外觀檢查。對(duì)待檢的每臺(tái)充電樁進(jìn)行外觀檢查。外觀檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)具有缺陷的充電樁不予試驗(yàn)。檢查充電樁時(shí)要仔細(xì)，操作時(shí)應(yīng)注意是否有異常現(xiàn)象[8]。

1.2 選擇試驗(yàn)連接

根據(jù)被檢充電樁（機(jī)）的類型（交流/直流），選擇對(duì)應(yīng)的檢測(cè)裝置和檢測(cè)線纜，接線完畢后檢查兩遍（兩個(gè)以上工作人員相互監(jiān)督檢查），查看連接是否正確并緊固牢靠。錯(cuò)誤的接線會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)裝置損壞，而接線不牢靠會(huì)導(dǎo)致接觸不良，輕則試驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，重則引起事故。

1.3 聯(lián)機(jī)檢查

1）打開檢測(cè)軟件，在登錄界面填寫登錄信息，選擇與待檢充電樁（機(jī)）對(duì)應(yīng)的交流或直流測(cè)試儀。

登錄成功后檢測(cè)軟件自動(dòng)連接各模塊，檢測(cè)連接和通信是否正常。連接異常時(shí)，需檢查設(shè)備配置。參數(shù)設(shè)置時(shí)應(yīng)看清被檢充電樁和檢測(cè)裝置說明書或銘牌中的信息，確認(rèn)設(shè)置的參數(shù)無誤。參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤導(dǎo)致檢測(cè)參數(shù)不符合額定條件，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起被檢充電樁或者檢測(cè)裝置損壞。

2）檢測(cè)方案

進(jìn)入“試驗(yàn)檢定”界面后，軟件自動(dòng)根據(jù)“參數(shù)錄入”界面中選擇的“檢測(cè)方案”加載的檢測(cè)內(nèi)容，并在方案項(xiàng)目欄中顯示試驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容。核驗(yàn)人員也可以根據(jù)實(shí)際需求，重新選擇和加載檢測(cè)方案。

1.4 計(jì)量參數(shù)檢測(cè)

1）檢測(cè)項(xiàng)目

有計(jì)量參數(shù)的檢測(cè)項(xiàng)目包括計(jì)量功能試驗(yàn)NB/T 33008.1-2018的5.3.9和NB/T 33008.2-2018的5.3.6；輸出電流設(shè)定誤差試驗(yàn)NB/T 33008.1-2018的5.12.9；輸出電壓設(shè)定誤差試驗(yàn)NB/T 33008.1-2018的5.12.10；計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)參數(shù)也是必須檢測(cè)項(xiàng)目[9]。

2）檢測(cè)依據(jù)和設(shè)備

NB/T 33008.1-2018的5.3.9和NB/T 33008.2-2018的5.3.6對(duì)計(jì)量性能的檢測(cè)方法均無詳細(xì)表述，僅引用了標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29318-2012和GB/T 28569-2012的內(nèi)容，而GB/T 29318-2012和GB/T 28569-2012對(duì)1.0級(jí)和2.0級(jí)的充電樁檢測(cè)用標(biāo)準(zhǔn)器并無明確要求。因此，宜采用JJG 842-2017 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器和配套設(shè)備的要求。目前，主要設(shè)備生產(chǎn)廠家均可提供0.05級(jí)檢測(cè)校準(zhǔn)設(shè)備，建議采用。

3）檢測(cè)方法

進(jìn)行工作誤差試驗(yàn)時(shí)分別選擇恒壓充電和恒流充電方式。恒流充電時(shí)推薦選擇Imin、0.5Ib、1Ib點(diǎn)，恒壓充電時(shí)推薦選擇 Umin、Umax、（Umax+Umin）/2 測(cè)量點(diǎn)。實(shí)際檢測(cè)時(shí)有脈沖法和走字法兩種方式。采用脈沖法耗時(shí)比較短，單項(xiàng)耗時(shí)5～30 s，全部完成需幾分鐘；走字法單項(xiàng)耗時(shí)幾十分鐘，全部完成需數(shù)小時(shí)。由于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定充電樁電能表顯示8位，小數(shù)2位，由于零位誤差和分辨力的影響，1級(jí)充電樁用走字法測(cè)得的結(jié)果常常超差，而用脈沖法測(cè)得的結(jié)果卻為合格[10]。

2 應(yīng)關(guān)注的問題

2.1 檢測(cè)設(shè)備非正常工作

1）設(shè)備連接失敗

應(yīng)檢查外部連線有無松斷的情況，設(shè)備管理器串口驅(qū)動(dòng)狀態(tài)是否都正常。有條件的可以使用串口工具與設(shè)備連接，檢查收發(fā)是否正常，排除設(shè)備問題。

2）插槍后，充電樁一直顯示未連接、未插槍或設(shè)備故障

（1）直流充電機(jī)，檢查界面顯示的直流CC1電壓，應(yīng)為4 V左右，有條件時(shí)用CAN分析儀監(jiān)控CAN總線是否可以正常收發(fā)。檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)用于監(jiān)測(cè)CC1電壓的多通道示波器在單獨(dú)監(jiān)測(cè)CC1電壓信號(hào)時(shí)充電機(jī)正常工作，在同時(shí)監(jiān)測(cè)輸出電壓、輸出電流波形時(shí)即顯示設(shè)備故障。這是由于輸出電壓、輸出電流的地線與CC1電壓的地線電位不一致，造成互相影響[11]。

（2）交流充電樁插槍后，界面顯示CP電壓應(yīng)為9 V，啟動(dòng)試驗(yàn)后，應(yīng)為6 V。檢查方法同上。

3）電壓電流顯示異常

（1）無電壓、電流顯示，點(diǎn)擊聯(lián)機(jī)按鈕，檢查計(jì)量模塊通信是否斷開；

（2）無電壓、電流顯示且計(jì)量模塊連接正常時(shí)，檢查計(jì)量板電壓、電流采樣線是否正確接入；

（3）電壓正常，無電流顯示，且測(cè)試儀、充電樁以及負(fù)載顯示的數(shù)值一致，則檢查負(fù)載通信是否斷開，功率線、通信線連接是否都正常；監(jiān)測(cè)輸出電壓、輸出電流波形；

（4）電壓、電流顯示數(shù)值有時(shí)正確有時(shí)錯(cuò)誤。主要原因是標(biāo)準(zhǔn)器和被檢充電樁數(shù)據(jù)均由485接口傳輸，在檢測(cè)參數(shù)變化時(shí)由于時(shí)序不同造成顯示不一致。

2.2 測(cè)量誤差

1）輸出電壓設(shè)定誤差。輸入電壓為額定值，設(shè)定輸出電壓在上、下限范圍內(nèi)，調(diào)整負(fù)載電流為50%額定輸出電流值，分別測(cè)量充電樁的輸出電壓UZ。輸出電壓誤差不應(yīng)超過±0.5%。測(cè)得的輸出電壓誤差按下列公式計(jì)算：

式中：ΔU——輸出電壓誤差；

UZ——交流輸入電壓為額定值且負(fù)載電流為50 %的額定輸出電流時(shí)，輸出電壓的測(cè)量值；

UZ0——設(shè)定的輸出電壓值

2）輸出電流設(shè)定誤差。輸入電壓為額定值，設(shè)定輸出電流在20%額定輸出電流值至最大輸出電流值范圍內(nèi)，調(diào)整輸出電壓為上、下限范圍內(nèi)的中間值，分別測(cè)量充電樁的輸出電流IZ。在充電樁設(shè)定的輸出電流值大于等于30 A時(shí)，輸出電流誤差不應(yīng)超過±1%；在充電樁設(shè)定的輸出電流值小于30 A時(shí)，輸出電流誤差不應(yīng)超過±0.3 A。

測(cè)得的輸出電流誤差按下列公式計(jì)算：

式中：ΔI——輸出電流誤差；

IZ——交流輸入電壓為額定值且輸出電壓為上、下限范圍內(nèi)的中間值時(shí)，輸出電流的測(cè)量值；

IZ0——設(shè)定的輸出電流值

3）電能示值誤差

式中：ΔE——電能計(jì)量誤差；

E′——充電樁電能累計(jì)值；

E——標(biāo)準(zhǔn)表電能值

2.3 測(cè)量不確定度

1）充電樁顯示為3位小數(shù)時(shí)，以施加最大負(fù)載運(yùn)行0.5 kWh為例，不確定度評(píng)估應(yīng)采取不遺漏不重復(fù)的原則，由于重復(fù)性誤差大于分辨力誤差，因此，計(jì)算不確定度時(shí)應(yīng)予以考慮。

以上情況符合JJF 1059.1-2012中式（30）測(cè)量函數(shù)為各輸入量的乘積時(shí)，采用相對(duì)不確定度進(jìn)行不確定度評(píng)定，可以簡(jiǎn)化靈敏系數(shù)的計(jì)算：

充電樁顯示為3位小數(shù)時(shí)，電能測(cè)量不確定度見表1。

表1 不確定度對(duì)照表

電能誤差測(cè)量不確定度為0.32%，k=2，符合檢測(cè)要求。同樣電壓、電流檢測(cè)也符合要求。

2）充電樁顯示為2位小數(shù)時(shí)，以施加最大負(fù)載運(yùn)行0.5 kWh為例，不確定度評(píng)估由于分辨力誤差大于重復(fù)性誤差，因此，計(jì)算不確定度時(shí)應(yīng)予以考慮。

充電樁顯示為2位小數(shù)時(shí)，電能測(cè)量不確定度見表2。

表2 不確定度對(duì)照表

電能誤差測(cè)量不確定度為1.2%，k=2，不符合檢測(cè)要求。因此，按照J(rèn)JG 1148-2018或JJG 1149-2018開展檢定時(shí)，為了減小分辨力不夠帶來的測(cè)量不確定度，規(guī)定了末位字代表的電能與所累積的電能之比不大于被檢充電樁等級(jí)指數(shù)的1/10，如0.01位小數(shù)，2級(jí)充電樁需要運(yùn)行50 kWh，所以只運(yùn)行0.5 kWh，不確定度不滿足要求。但運(yùn)行50 kWh，檢定時(shí)間和成本較大，實(shí)際檢定過程很難實(shí)現(xiàn)，建議根據(jù)測(cè)量不確定度合理運(yùn)行所需電能或檢測(cè)時(shí)采用“轉(zhuǎn)換點(diǎn)”法減少分辨力帶來的影響[12]。

3 結(jié)語

綜上所述，充電樁檢測(cè)過程中作業(yè)人員要牢記安全注意事項(xiàng)，熟悉所使用檢定、檢測(cè)設(shè)備的工作原理、技術(shù)性能及操作程序。在計(jì)量誤差檢測(cè)過程中，應(yīng)根據(jù)待測(cè)充電樁的準(zhǔn)確度等級(jí)和最小電能變量分辨力采取合適的檢測(cè)方法。既要保證電能檢測(cè)結(jié)果誤差在合理的不確定度范圍內(nèi)，又要節(jié)約能源和檢測(cè)時(shí)間，在測(cè)試電能量較小的情況下得到準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果，提高檢測(cè)工作效率。