充电桩检测计量参数过程中应注意的问题*

张跃进 韩忠 李波/泰州市计量测试院

0 引言

电动汽车的充电方式主要有慢速充电、快速充电、无线充电和电池更换四种。基础网络慢速充电桩，通过充电桩提供交流电源，再由小功率充电机转换成直流电给电池充电。慢速充电是目前电动汽车主要的充电方式。快速充电是直接由大功率非车载充电机给车辆电池充电，一般为公共和专用网络，由于充电时间短，快速充电近年来发展较为迅速。无线充电技术目前还处于发展阶段，其技术虽不成熟，但由于方便、灵活，发展前景较为广阔。电池更换较多地用在公交车、出租车等领域，由于电池标准和质量难以统一，现在尚未在社会领域进行推广应用[1-3]。

目前，新能源电动汽车的充电设施类型较多，按照安装方式可分为固定式和移动式；按照服务属性主要可以分为公共充电桩、自用充电桩和专用充电桩三大类；按照供电形式主要可以分为非车载充电机和交流充电桩两大类。对应的检定规程为JJG 1149-2018《电动汽车非车载充电机》检定规程[4]和JJG 1148-2018《电动汽车交流充电桩》检定规程[5]，在出厂检验和型式试验时则对应标准NB/T 33008.1-2018[6]和NB/T 33008.2-2018[7]。目前各地的公共充电设施，以及各单位自行建设的充电设施安装前的验收，一般以NB/T 33008-2018或各省市地方标准作为验收依据。计量性能作为验收标准的重要参数在验收工作中起关键性作用。

1 计量检测方案

1.1 检测前的准备

1）安全保护。检测作业人员原则上不得少于两人。作业人员要做到互相监督、照顾和提醒，牢记安全注意事项，并熟悉所使用检定、检测设备的工作原理、技术性能及操作程序，同时，应严格按照检定、检测程序操作，以保护人身和设备安全。

2）外观检查。对待检的每台充电桩进行外观检查。外观检查时，发现具有缺陷的充电桩不予试验。检查充电桩时要仔细，操作时应注意是否有异常现象[8]。

1.2 选择试验连接

根据被检充电桩（机）的类型（交流/直流），选择对应的检测装置和检测线缆，接线完毕后检查两遍（两个以上工作人员相互监督检查），查看连接是否正确并紧固牢靠。错误的接线会导致检测装置损坏，而接线不牢靠会导致接触不良，轻则试验数据不准确，重则引起事故。

1.3 联机检查

1）打开检测软件，在登录界面填写登录信息，选择与待检充电桩（机）对应的交流或直流测试仪。

登录成功后检测软件自动连接各模块，检测连接和通信是否正常。连接异常时，需检查设备配置。参数设置时应看清被检充电桩和检测装置说明书或铭牌中的信息，确认设置的参数无误。参数设置错误导致检测参数不符合额定条件，严重时会引起被检充电桩或者检测装置损坏。

2）检测方案

进入“试验检定”界面后，软件自动根据“参数录入”界面中选择的“检测方案”加载的检测内容，并在方案项目栏中显示试验项目内容。核验人员也可以根据实际需求，重新选择和加载检测方案。

1.4 计量参数检测

1）检测项目

有计量参数的检测项目包括计量功能试验NB/T 33008.1-2018的5.3.9和NB/T 33008.2-2018的5.3.6；输出电流设定误差试验NB/T 33008.1-2018的5.12.9；输出电压设定误差试验NB/T 33008.1-2018的5.12.10；计时计费参数也是必须检测项目[9]。

2）检测依据和设备

NB/T 33008.1-2018的5.3.9和NB/T 33008.2-2018的5.3.6对计量性能的检测方法均无详细表述，仅引用了标准GB/T 29318-2012和GB/T 28569-2012的内容，而GB/T 29318-2012和GB/T 28569-2012对1.0级和2.0级的充电桩检测用标准器并无明确要求。因此，宜采用JJG 842-2017 对标准器和配套设备的要求。目前，主要设备生产厂家均可提供0.05级检测校准设备，建议采用。

3）检测方法

进行工作误差试验时分别选择恒压充电和恒流充电方式。恒流充电时推荐选择Imin、0.5Ib、1Ib点，恒压充电时推荐选择 Umin、Umax、（Umax+Umin）/2 测量点。实际检测时有脉冲法和走字法两种方式。采用脉冲法耗时比较短，单项耗时5～30 s，全部完成需几分钟；走字法单项耗时几十分钟，全部完成需数小时。由于国家标准规定充电桩电能表显示8位，小数2位，由于零位误差和分辨力的影响，1级充电桩用走字法测得的结果常常超差，而用脉冲法测得的结果却为合格[10]。

2 应关注的问题

2.1 检测设备非正常工作

1）设备连接失败

应检查外部连线有无松断的情况，设备管理器串口驱动状态是否都正常。有条件的可以使用串口工具与设备连接，检查收发是否正常，排除设备问题。

2）插枪后，充电桩一直显示未连接、未插枪或设备故障

（1）直流充电机，检查界面显示的直流CC1电压，应为4 V左右，有条件时用CAN分析仪监控CAN总线是否可以正常收发。检测时发现用于监测CC1电压的多通道示波器在单独监测CC1电压信号时充电机正常工作，在同时监测输出电压、输出电流波形时即显示设备故障。这是由于输出电压、输出电流的地线与CC1电压的地线电位不一致，造成互相影响[11]。

（2）交流充电桩插枪后，界面显示CP电压应为9 V，启动试验后，应为6 V。检查方法同上。

3）电压电流显示异常

（1）无电压、电流显示，点击联机按钮，检查计量模块通信是否断开；

（2）无电压、电流显示且计量模块连接正常时，检查计量板电压、电流采样线是否正确接入；

（3）电压正常，无电流显示，且测试仪、充电桩以及负载显示的数值一致，则检查负载通信是否断开，功率线、通信线连接是否都正常；监测输出电压、输出电流波形；

（4）电压、电流显示数值有时正确有时错误。主要原因是标准器和被检充电桩数据均由485接口传输，在检测参数变化时由于时序不同造成显示不一致。

2.2 测量误差

1）输出电压设定误差。输入电压为额定值，设定输出电压在上、下限范围内，调整负载电流为50%额定输出电流值，分别测量充电桩的输出电压UZ。输出电压误差不应超过±0.5%。测得的输出电压误差按下列公式计算：

式中：ΔU——输出电压误差；

UZ——交流输入电压为额定值且负载电流为50 %的额定输出电流时，输出电压的测量值；

UZ0——设定的输出电压值

2）输出电流设定误差。输入电压为额定值，设定输出电流在20%额定输出电流值至最大输出电流值范围内，调整输出电压为上、下限范围内的中间值，分别测量充电桩的输出电流IZ。在充电桩设定的输出电流值大于等于30 A时，输出电流误差不应超过±1%；在充电桩设定的输出电流值小于30 A时，输出电流误差不应超过±0.3 A。

测得的输出电流误差按下列公式计算：

式中：ΔI——输出电流误差；

IZ——交流输入电压为额定值且输出电压为上、下限范围内的中间值时，输出电流的测量值；

IZ0——设定的输出电流值

3）电能示值误差

式中：ΔE——电能计量误差；

E′——充电桩电能累计值；

E——标准表电能值

2.3 测量不确定度

1）充电桩显示为3位小数时，以施加最大负载运行0.5 kWh为例，不确定度评估应采取不遗漏不重复的原则，由于重复性误差大于分辨力误差，因此，计算不确定度时应予以考虑。

以上情况符合JJF 1059.1-2012中式（30）测量函数为各输入量的乘积时，采用相对不确定度进行不确定度评定，可以简化灵敏系数的计算：

充电桩显示为3位小数时，电能测量不确定度见表1。

表1 不确定度对照表

电能误差测量不确定度为0.32%，k=2，符合检测要求。同样电压、电流检测也符合要求。

2）充电桩显示为2位小数时，以施加最大负载运行0.5 kWh为例，不确定度评估由于分辨力误差大于重复性误差，因此，计算不确定度时应予以考虑。

充电桩显示为2位小数时，电能测量不确定度见表2。

表2 不确定度对照表

电能误差测量不确定度为1.2%，k=2，不符合检测要求。因此，按照JJG 1148-2018或JJG 1149-2018开展检定时，为了减小分辨力不够带来的测量不确定度，规定了末位字代表的电能与所累积的电能之比不大于被检充电桩等级指数的1/10，如0.01位小数，2级充电桩需要运行50 kWh，所以只运行0.5 kWh，不确定度不满足要求。但运行50 kWh，检定时间和成本较大，实际检定过程很难实现，建议根据测量不确定度合理运行所需电能或检测时采用“转换点”法减少分辨力带来的影响[12]。

3 结语

综上所述，充电桩检测过程中作业人员要牢记安全注意事项，熟悉所使用检定、检测设备的工作原理、技术性能及操作程序。在计量误差检测过程中，应根据待测充电桩的准确度等级和最小电能变量分辨力采取合适的检测方法。既要保证电能检测结果误差在合理的不确定度范围内，又要节约能源和检测时间，在测试电能量较小的情况下得到准确的检测结果，提高检测工作效率。