電動(dòng)汽車充電樁效率試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證的研究

薄磊，羅梓才，陳宇軍，王珊珊，朱珈

（威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣州 510663）

引言

能力驗(yàn)證根據(jù)預(yù)先確定的準(zhǔn)則，通過實(shí)驗(yàn)室間的比對(duì)來評(píng)估參與者的能力，是各領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)室為確保自身的設(shè)備能力、人員操作、內(nèi)部質(zhì)量控制等環(huán)節(jié)保持良好，圍繞檢測(cè)能力開展的一項(xiàng)重要技術(shù)質(zhì)量活動(dòng)。本文作者從事于合格評(píng)定領(lǐng)域，結(jié)合能力驗(yàn)證活動(dòng)與當(dāng)前較為火熱的汽車充電樁行業(yè)，對(duì)電動(dòng)汽車充電樁效率試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證進(jìn)行初步研究。

隨著我國(guó)新能源汽車市場(chǎng)的快速發(fā)展，直流充電機(jī)作為快充設(shè)施越來越普及，其充電效率既關(guān)系到充電機(jī)的工作時(shí)效，同時(shí)又影響汽車能量消耗率。考慮到大功率直流充電樁內(nèi)部具有多個(gè)充電模塊，多路輸出之間的交叉調(diào)節(jié)率對(duì)電源模塊的可靠性提出了更高的要求。本文基于能力驗(yàn)證實(shí)施規(guī)則和提高直流充電機(jī)可靠性，選擇單電源模塊的充電樁作為能力驗(yàn)證物品，以充電效率作為能力驗(yàn)證評(píng)價(jià)量，具有聚焦市場(chǎng)熱點(diǎn)、提升行業(yè)質(zhì)量的意義。

1 樣品和測(cè)試

1.1 整體設(shè)計(jì)

本次電動(dòng)汽車充電樁效率試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證研究直流充電機(jī)的工作特性并設(shè)定電氣參數(shù)，考慮到目前行業(yè)普遍使用的直流充電機(jī)功率范圍為（20~120）kW，以及體積、重量和運(yùn)輸要求，既要滿足能力驗(yàn)證活動(dòng)的需求，也要確保樣品的可靠性，樣品設(shè)計(jì)選擇額定功率20 kW直流充電機(jī)。同時(shí)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)NB/T 33008.1-2018 的試驗(yàn)方法，樣品應(yīng)有恒壓、橫流工作模式，并且能夠在恒功率段運(yùn)行。

1.2 技術(shù)參數(shù)

額定輸入電壓：交流380 V，輸入電壓頻率：50 Hz；

整機(jī)輸出電壓：直流200~1 000（額定1 000 V）；

整機(jī)輸出電流：直流（5~50）A（額定20 A）；

設(shè)備參數(shù)：20/1-AF；脈沖常數(shù)：100 imp/k。

樣品接入電壓為交流380 V，通過控制模塊輸入到充電模塊，輸出電壓范圍（200~1 000）V，輸出電流范圍（5~50）A。輸入輸出均為大功率供電，安全性屬于最高優(yōu)先級(jí)，通過機(jī)械鎖、電子鎖以及安全監(jiān)測(cè)模塊來保證電氣安全。樣品具有恒壓、恒流兩個(gè)工作模式，本次能力驗(yàn)證計(jì)劃在連接測(cè)試時(shí)恒壓模式設(shè)定電壓為600 V，恒流模式設(shè)定電流為20 A。

1.3 試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)依據(jù)為NB/T 33008.1-2018《電動(dòng)汽車充電設(shè)備檢驗(yàn)試驗(yàn)規(guī)范》、NB/T 33001-2018《電動(dòng)汽車車載非傳導(dǎo)式充電機(jī)技術(shù)條件》適用標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)步驟如下：

1）樣品預(yù)處理：將直流充電機(jī)放置在試驗(yàn)環(huán)境溫度為（23±2）℃、相對(duì)濕度（45~75）%，無外界氣流和熱輻射作用的室內(nèi)中（不通電），放置2 h，使其達(dá)到環(huán)境溫度。

2）將直流充電機(jī)連接試驗(yàn)系統(tǒng)，設(shè)定直流充電機(jī)的輸出功率為35 %額定功率值即7 kW。將試驗(yàn)設(shè)置在恒壓狀態(tài)運(yùn)行，電壓設(shè)定為600 V；將試驗(yàn)設(shè)置在恒流狀態(tài)運(yùn)行，電流設(shè)定為20 A。分別測(cè)試充電效率，并記錄結(jié)果。

3）設(shè)定直流充電機(jī)的輸出功率為100 %額定功率值即20 kW。將試驗(yàn)設(shè)置在恒壓狀態(tài)運(yùn)行，電壓設(shè)定為600 V；將試驗(yàn)設(shè)置在恒流狀態(tài)運(yùn)行，電流設(shè)定為20 A。分別測(cè)試充電效率，并記錄結(jié)果。

注：①試驗(yàn)電源條件請(qǐng)注意按照NB/T 33008.1-2018 第5.1.3 要求。

②在設(shè)置不同測(cè)試點(diǎn)時(shí)，請(qǐng)?jiān)趨?shù)狀態(tài)改變后第30 s 進(jìn)行測(cè)量。

③重復(fù)測(cè)試時(shí)請(qǐng)至少間隔10 min，重新連接充電機(jī)與測(cè)試系統(tǒng)，并確認(rèn)環(huán)境溫度、濕度等數(shù)據(jù)。

1.4 測(cè)試設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.4.1 功率點(diǎn)選取

依據(jù)NB/T 33008.1-2018 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)直流充電機(jī)效率試驗(yàn)的要求，需要考核實(shí)際輸出功率與額定輸出功率的比值分別處于[20 %，50 %]和[50 %，100 %]兩個(gè)區(qū)間段的效率值。結(jié)合能力驗(yàn)證活動(dòng)的一致性要求以及充電樁實(shí)際運(yùn)行工況，在[20 %，50 %]區(qū)間選取中位值點(diǎn)即35 %，在[50 %，100 %]區(qū)間選取額定功率輸出點(diǎn)即100 %。

1.4.1 恒壓恒流設(shè)置

本試驗(yàn)所用的直流充電機(jī)樣品具備恒功率充電功能，在進(jìn)行效率試驗(yàn)時(shí)應(yīng)考慮輸入和輸出電壓的設(shè)定值。根據(jù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容，恒壓模式時(shí)輸入電壓為額定值，輸出電壓選取最小與最大輸出電壓的中位值即600 V；恒流模式時(shí)設(shè)置輸出電流為額定電流值即20 A。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，由于充電機(jī)與測(cè)試系統(tǒng)的交互特點(diǎn)，在恒壓模式運(yùn)行時(shí)應(yīng)把響應(yīng)電流的設(shè)定值適當(dāng)提高，避免充電機(jī)無法滿載運(yùn)行的情況。

2 數(shù)據(jù)評(píng)定與統(tǒng)計(jì)分析

在進(jìn)行能力驗(yàn)證方案策劃時(shí)，需要注意的要點(diǎn)有樣品測(cè)試數(shù)據(jù)的均勻性和穩(wěn)定性評(píng)定、參加者結(jié)果數(shù)據(jù)處理和能力評(píng)價(jià)的統(tǒng)計(jì)分析。

2.1 均勻性和穩(wěn)定性評(píng)定

2.1.1 均勻性評(píng)定

樣品發(fā)出前的評(píng)價(jià)方法：。若樣品在單因子方差分析法下，測(cè)試數(shù)據(jù)的F 小于自由度（f1，f2）在顯著性水平α下（通常α取值0.05）的臨界值αF（f1，f2），則表明被測(cè)樣品在組內(nèi)和組間無顯著性差異，此時(shí)認(rèn)為能力驗(yàn)證樣品是均勻的。

樣品回收后的評(píng)價(jià)方法使用樣品經(jīng)過流轉(zhuǎn)返回后，若，則認(rèn)為能力驗(yàn)證計(jì)劃中使用的樣品是均勻的，符合能力驗(yàn)證活動(dòng)的實(shí)施要求。式中為樣本間標(biāo)準(zhǔn)差，是本次能力驗(yàn)證計(jì)劃中能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)偏差的目標(biāo)值。

2.1.2 穩(wěn)定性評(píng)定

樣品發(fā)出前使用t 檢驗(yàn)法對(duì)樣品進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。若測(cè)試數(shù)據(jù)的t 小于自由度為且在顯著性水平α（通常α取值0.05）的臨界值，則表明被測(cè)樣品在組內(nèi)和組間無顯著性差異，此時(shí)認(rèn)為能力驗(yàn)證樣品是穩(wěn)定的。

樣品回收后利用準(zhǔn)則法分析樣品的穩(wěn)定性，是樣品均勻性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值，是樣品回收后再次進(jìn)行穩(wěn)定性檢驗(yàn)的算術(shù)平均值，是本次能力驗(yàn)證計(jì)劃中能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)偏差的目標(biāo)值。

2.2 數(shù)據(jù)處理與結(jié)果評(píng)價(jià)

依據(jù)CNAS-GL 002:2018《能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評(píng)價(jià)指南》，對(duì)所有參加者的試驗(yàn)結(jié)果使用算法A 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，經(jīng)過收斂的迭代運(yùn)算獲得能力評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)值，并通過Z 比分?jǐn)?shù)或Z′比分?jǐn)?shù)計(jì)算方法得到每個(gè)參加者的結(jié)果值。

2.2.1 指定值及其標(biāo)準(zhǔn)不確定度的確定

依據(jù)前述算法A 對(duì)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以參加實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)健平均值x*作為指定值。指定值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度由式（1）確定：

式中：

u(xpt)—本次能力驗(yàn)證計(jì)劃評(píng)價(jià)目標(biāo)的指定值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

s*—經(jīng)過算法A 獲得的穩(wěn)健標(biāo)準(zhǔn)差；

p—本次能力驗(yàn)證計(jì)劃的參加者數(shù)量。

2.2.2 結(jié)果評(píng)價(jià)

依據(jù)GB/T 28043-2019《利用實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)進(jìn)行能力驗(yàn)證的統(tǒng)計(jì)方法》，對(duì)于超過18 家實(shí)驗(yàn)室（含18 家）提交結(jié)果，按照Z(yǔ) 比分?jǐn)?shù)的判定原則進(jìn)行判定。

|Z|≤2 為滿意結(jié)果；2<|Z|<3 為有問題結(jié)果；|Z|≥3為不滿意的結(jié)果。

對(duì)于少于18 家實(shí)驗(yàn)室提交結(jié)果，按照Z(yǔ)′比分?jǐn)?shù)的判定原則進(jìn)行判定。

|Z′|≤2 為滿意結(jié)果；2<|Z′|<3 為有問題結(jié)果；|Z′|≥3 為不滿意的結(jié)果

本次項(xiàng)目采用Z′比分?jǐn)?shù)的判定原則，如式（2）所示。

式中：

x—參加實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果；

xpt—指定值；

σpt—能力評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)差；

u(xpt)—指定值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

3 結(jié)果不滿意原因分析

3.1 試驗(yàn)設(shè)置

直流充電機(jī)的正常啟動(dòng)需要與測(cè)試設(shè)備通過通訊協(xié)議一致檢查，如果試驗(yàn)使用的直流充電機(jī)測(cè)試設(shè)備沒有嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定測(cè)試模式，會(huì)導(dǎo)致直流充電機(jī)無法正常進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)定期對(duì)測(cè)試設(shè)備進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)，確保設(shè)備能夠按照標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行試驗(yàn)。

另外，直流充電機(jī)測(cè)試設(shè)備配套的功率分析儀測(cè)量電流的互感器，如果量程選擇不對(duì)，會(huì)導(dǎo)致參數(shù)偏差較大。本次樣品測(cè)量功率相對(duì)較低，應(yīng)避免檢測(cè)設(shè)備按大功率配置導(dǎo)致小功率測(cè)試時(shí)數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大偏差的情況。

3.2 線路損耗

測(cè)試使用的電纜長(zhǎng)度是對(duì)本次計(jì)劃結(jié)果產(chǎn)生影響的一個(gè)因素，直流充電機(jī)負(fù)載電流較大，充分評(píng)估試驗(yàn)使用的電纜是否會(huì)造成明顯線路損耗很有必要，應(yīng)避免線路上的功率損耗影響功率測(cè)量結(jié)果，進(jìn)而造成充電效率結(jié)果出現(xiàn)較大偏差。測(cè)試時(shí)，應(yīng)盡量減小線路上的功率損耗。

3.3 試驗(yàn)環(huán)境

本次計(jì)劃對(duì)參加者的試驗(yàn)環(huán)境溫度均有明確要求，并且環(huán)境溫度變化對(duì)樣品的充電效率會(huì)有一定影響，在布置試驗(yàn)時(shí)，切勿隨意選取場(chǎng)所，需要確保樣品所處試驗(yàn)環(huán)境具有較好的溫度穩(wěn)定性。進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)考慮功率模塊的散熱情況，給樣機(jī)留足充分的冷卻時(shí)間。

4 結(jié)論

本文結(jié)合能力驗(yàn)證活動(dòng)的要求，通過確定樣品技術(shù)參數(shù)、設(shè)置試驗(yàn)方法步驟、分析測(cè)試數(shù)據(jù)的均勻性穩(wěn)定性并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行能力評(píng)定，實(shí)現(xiàn)了對(duì)參加者電動(dòng)汽車充電樁效率試驗(yàn)進(jìn)行能力評(píng)價(jià)的考核目標(biāo)。分析匯總試驗(yàn)不滿意結(jié)果的原因并提出技術(shù)建議，輔助參加實(shí)驗(yàn)室對(duì)其試驗(yàn)裝置和測(cè)試操作進(jìn)行改良，幫助參加者提升相應(yīng)的試驗(yàn)?zāi)芰?，為提升行業(yè)測(cè)試水平起到積極作用。