充电桩能力验证对新能源领域检验检测技术支撑的研究

任春香（中国合格评定认可中心，北京 100062）

引言

随着全球汽车行业的不断发展，国内外迎来了新能源汽车的时代。新能源汽车，是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车主要包括四大类型：混合动力电动汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、其他新能源（如超级电容器、飞轮等高效储能器）汽车等[1]。新能源汽车具有传统汽车没有的优点，如节约燃油能源，减少废气排放，有效地保护环境，能源转换效率高，噪声低等。

新能源汽车已经成为我国非常重要的新兴产业领域，在整个发展过程中，国家高度重视汽车的基础设施的建设，早在2016年国家就制订了电动汽车的充电基础设施规范，对经济发达、车辆密度大的地区进行新能源汽车的试点工作，以此解决人们电动汽车的充电问题。2017年，有关单位出台了针对电动车充电的要求，要求相关企业要积极推进新能源汽车充电设备，为企业员工提供更好的新能源汽车的充电体验。随着大量的充电桩的安装使用，充电桩的安全问题尤为凸显，为了保证新安装的充电桩的安全性和在役充电桩持续保证安全，各级监管部门和技术管理部门纷纷推出了各类安全监管标准，其中，“充电桩的泄漏电流”作为安全共性指标得到了行业的一致共识。

能力验证是检验检测机构质量保证的技术手段，通过能力验证活动，可以有效验证参加者的技术能力，帮助能力验证参加者发现实验室内存在的问题,帮助参加者改善技术和管理水平，增加客户对其检测结果的信任度。为了进一步加强检验检测机构资质认定管理，规范检验检测市场，国家认监委2019年在社会重点关注的新能源检验检测领域组织开展了国家级检验检测能力验证计划，其中，“充电桩泄漏电流的测试” 为新能源领域首次开展的能力验证项目。

1 能力验证计划方案的设计

当人体或动物接触一个或多个装置的或设备的可触及零部件时，流过他们身体的电流即为泄漏电流。泄漏电流是电子电器产品安全性能的基本参数，是衡量被测电器绝缘性能好坏的主要指标之一。新能源汽车充电桩的泄漏电流是关系到人身安全的重要指标，经过项目组专家前期研究，经国家认监委能力验证专家确认，该能力验证计划测试项目选定为泄漏电流。

为了保障能力验证计划的顺利实施，前期的能力验证方案策划和设计至关重要。

1.1 检测标准的选择

能力验证计划选择的标准方法主要从标准适用性以及行业实验室的主流测试方法两方面综合考虑。经过项目组充分调研，充电桩泄漏电流测试依据的主要检测标准如下：

① GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统 第1部分：通用要求》；

② NB/T 33008.2-2013《电动汽车充电设备检验试验规范 第2部分：交流充电桩》；

③ NB/T 33002-2010《电动汽车交流充电桩技术条件》。

经过在中国合格评定国家认可委员会（以下简称CNAS）官网查询，有46家实验室获得GB/T 18487.1-2015标准认可、有67家实验室获得NB/T 33008.2-2013标准认可，56家实验室获得NB/T 33002-2010标准认可。

能力验证计划方案在策划阶段应尽量避开非实验室日常使用检测方法，选取新能源交流充电桩检测实验室日常使用的标准方法，因此，具备上述三类检测标准资质认定或认可的实验室都可以参加本次能力验证计划。

1.2 测试样品的选择

为了更好地还原实验室真实测试场景，本次能力验证弃用模拟样品，选择真实样品。在选择具体测试样品的规格时，考虑到充电桩样品一般体积相对较大，不论购买还是定制的费用都比较高，还需保证样品稳定性较好，相对易于运输， 因此项目组一致决定选择交流充电桩，且由行业内实力雄厚的充电桩生产企业生产（图1为测试样品外观图）。

能力验证组织方对测试样品实施了100 %全检，以保证参加者收到的样品之间没有显著差异，从而确保样品间的均匀性。同时，通过精心挑选的测试样品选型，其材料选择及内部结构设计可通过稳定性检验，保证测试样品不会受到快递运输或搬运振动冲击、环境温度湿度变化等因素影响，确保样品稳定性。

图1 测试样品外观图

1.3 样品均匀性和稳定性的评价方法

考虑到充电桩的泄漏电流为国内首次开发和实施的项目，根据CNAS-GL003《能力验证样品均匀性和稳定性评价指南》，没有预先知道的能力验证评定标准差，故选择了“单因子方差分析法（F检验法）”进行样品的均匀性评价。样品发出前，利用F检验法对样品进行均匀性检验，待全部样品返回后，再利用Ss≤0.3 σ准则对样品均匀性进行再次验证。

同理，根据CNAS-GL003《能力验证样品均匀性和稳定性评价指南》，选择“t检验法”进行样品的稳定性评价。样品发出前，利用t检验法对全部样品进行稳定性检验，待全部样品返回后，再次利用0.3 σ对样品稳定性进行验证。

1.4 统计设计及能力评价准则

依据GB/T 27043《合格评定 能力验证的通用要求》和CNAS-GL002《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》，使用基于稳健统计量的Z比分数，对各实验室的试验结果进行统计分析，得出各自的Z比分数，按照Z比分数的评价准则对实验室的能力进行评价。

2 典型问题分析及技术研究

对参加实验室反馈的测试结果进行统计分析，过半数参加实验室的测试结果为不满意，通过对不满意实验室提交的原始资料逐个分析，发现实验室主要出现不满意的共性原因如下：

2.1 对泄漏电流的定义理解存在偏差（如图2）

GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统 第1部分：通用要求》中对泄漏电流的定义还是来自于泄漏电流的方法标准GB/T 12113-2003 （idt IEC 60990:1999），即：当人或动物接触到设备上的可触及部件时候，流经人体或动物身体的电流。需要注意：持续时间小于1 s的电流或者频率低于15 Hz的交流电流是不属于泄漏电流的研究范围[2]。

按照GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求》11.2条的规定，泄漏电流测试方法引用标准IEC 62477-1:2011的5.2.3.7条；而5.2.3.7条泄漏电流测试方法引用标准IEC 60990: 1999，即充电桩泄漏电流的测量网络应选择GB/T12113-2003（等同采用IEC 60990:1999）中5.1 中的图4网络也即是本文的图3。

综上所述，交流充电桩泄漏电流测试网络应使用：加权接触电流（感知电流或反应电流）的测量网络。

在实际测试中，高频的泄漏电流对人体是没有低频的泄漏电流危害大的。随着流经人体的电流频率增加，人体的阻抗是降低的，电流对人体的伤害就下降，因此人体的电流效应阈值是随着频率增加而增加的。当频率增加到100 kHz时候，感知电流的阈值上升到100 mA。人体对高频电流有着较强的耐受能力。目前测试设备（泄漏电流仪）针对高频测试会在测试电路中增加MD电路， MD电路使频率为1 kHz 以下的电流顺畅通过，1 kHz 以上的电流频率衰减为1 kHz 的电流，MD电路图如图4所示。1 kHz以下，S开关放在1档位。当频率超过1 kHz时候，S放在2档位。

图2 泄漏电流定义

图3 加权接触电流（感知电流或反应电流）的测量网络

从一些参加者的结果资料中发现，接触电流测试设备的选择对交流充电桩接触电流测试结果有差异，究其原因，以部分泄漏电流仪为例，测量连续频率的接触电流设置上述的S开关对测试结果影响较大。综上所述，测试过程中应该考虑到高频MD电路对于测量结果的影响。

2.2 控制导引电路

控制导引电路作为充电桩与新能源车的通讯保障，是充电桩产品的特点之一。本次计划指导书要求充电桩在1.1倍的额定输入电压条件下正常工作，期间，控制导引电路需要保持对地的正常电压，如果电压异常，充电桩将自动断开输出。因此，控制导引电路正常工作才能保证充电桩正常工作，从而获得准确的泄漏电流测试结果。

3 技术建议

1）重视交流充电桩泄漏电流标准中测试网络的选择，建议实验室检测人员加强标准理解的培训，深入理解基本概念和标准要求，尤其是对于多层引用标准的正确选择。

2）在今后实际样品测试中要关注接地对泄漏电流测试的影响。建议实验室在日常工作中，多研究相关接地对泄漏电流测试影响的文献资料。

3）交流充电桩泄漏电流需要考虑高频响应，不是所有的泄漏电流仪都能满足充电桩泄漏电流的测试。

综上，交流充电桩泄漏电流试验能力验证项目主要是考核实验室对交流充电桩泄漏电流的基本定义、控制导引电路、测试设备（泄漏电流仪）的差异等因素对交流充电桩泄漏电流试验的影响。通过本次计划，参加实验室可以了解自身检测能力以及整个行业的整体检测水平。

除了新能源，建议国家相关监管部门在5G、新能源汽车、人工智能和工业互联网等新领域方面多组织类似的能力验证活动，为支撑国家质量提升提供更多的合格评定技术支撑，提高国家整体质量和科技水平。