陳永強(qiáng) 呂國(guó)偉 邱巧丹

（1.威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司 廣州 510663；2.中國(guó)電器科學(xué)研究院股份有限公司 廣州 510663）

1 電動(dòng)汽車(chē)充電樁計(jì)量檢定現(xiàn)狀

截止2019年6月，全國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施累計(jì)數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了100.2萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)69.3 %。其中公共充電基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)達(dá)到了41 1619臺(tái)，其中廣東地區(qū)公共充電樁總量為46 753臺(tái)，位列全國(guó)第4。

目前計(jì)量檢定問(wèn)題正困擾著電動(dòng)汽車(chē)充電樁制造商、運(yùn)營(yíng)商。廣東地區(qū)的公共充電樁，相關(guān)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范包括:中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布的（GB/T 28569-2012）電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁和（GB/T 29318-2012）非車(chē)載充電機(jī)電能計(jì)量推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局于2011年12月30日實(shí)施的JJG（粵）015-2011地方檢定規(guī)程；2018年5月27日正式實(shí)施的強(qiáng)制性國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 1148-2018和JJG 1149-2018。

這些技術(shù)文件都是為規(guī)范電動(dòng)汽車(chē)充電樁的計(jì)量問(wèn)題，但是由于各地校準(zhǔn)檢定機(jī)構(gòu)的水平參差不一，存在現(xiàn)場(chǎng)檢定方法不統(tǒng)一，判定標(biāo)準(zhǔn)不一致等情況，給電動(dòng)汽車(chē)充電樁制造商、運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了較大困惑。

2 交流充電樁的檢定

2.1 交流充電樁檢定的基本要求

交流充電樁充電費(fèi)用結(jié)算的主要依據(jù)就是充電電量示值，通過(guò)比較檢定系統(tǒng)與充電樁同時(shí)測(cè)定的電量值來(lái)確定充電樁的示值誤差（工作誤差），是評(píng)價(jià)交流充電樁計(jì)量特性的核心指標(biāo)。目前交流充電樁的量值溯源見(jiàn)圖1。廣東地區(qū)絕大多數(shù)交流充電樁的準(zhǔn)確度等級(jí)為1級(jí)，所以交流充電樁電能檢定系統(tǒng)的準(zhǔn)確度等級(jí)至少應(yīng)為0.5級(jí)。

2.2 檢定方法對(duì)檢定工作誤差的影響

交流充電樁的電能檢定系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)電能表、功率源或功率負(fù)載組成。功率負(fù)載可以是待充電的電動(dòng)汽車(chē)實(shí)物或者是連續(xù)可調(diào)節(jié)電子負(fù)載，以模擬交流充電的全過(guò)程。采用電動(dòng)汽車(chē)實(shí)物就是JJG 1148-2018的實(shí)負(fù)荷檢定法（利用實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)行檢定的方法）；采用電子負(fù)載就是JJG 1148-2018的虛負(fù)荷檢定法（利用充電樁檢定裝置提供的模擬負(fù)荷進(jìn)行檢定的方法）。虛負(fù)荷檢定法又可以分為瓦秒法或標(biāo)準(zhǔn)表（脈沖）法。

上述三個(gè)檢定方法該如何選擇？不妨看下交流充電樁的全過(guò)程或許可以找到答案。電動(dòng)汽車(chē)插入交流充電槍后，充電樁通過(guò)充電接口與電池BMS進(jìn)行握手通信，電池BMS根據(jù)車(chē)載動(dòng)力電池狀況以及充電樁特性發(fā)出充電請(qǐng)求，交流充電樁調(diào)整自身參數(shù)以達(dá)到最佳充電電流。充電開(kāi)始后，充電樁內(nèi)置的計(jì)量模塊對(duì)充電樁的輸出電能進(jìn)行計(jì)量，同時(shí)將電參數(shù)、時(shí)間、電池狀態(tài)等信息通過(guò)通信模塊通知計(jì)費(fèi)系統(tǒng)與采集交互終端，電池達(dá)到滿(mǎn)充容量后BMS通知交流充電樁切斷電源，結(jié)束充電。在充電的全過(guò)程中，交流充電樁的輸出參數(shù)是隨時(shí)間變化而波動(dòng)，如圖2所示。在交流充電樁剛啟動(dòng)后一段時(shí)間和電池滿(mǎn)充前一段時(shí)間，這兩階段期間的充電功率是非恒定的，選擇瓦秒法就會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。而交流充電柱在整個(gè)充電過(guò)程中需要不斷的進(jìn)行通訊、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)交換，這些工作也需要消耗一定電量。而且模擬電子負(fù)荷會(huì)隨著發(fā)熱量加大導(dǎo)致阻值下降。因此最優(yōu)選的檢定方法是實(shí)負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)表（脈沖）檢定法。

2.3 環(huán)境溫濕度對(duì)檢定工作誤差的影響

圖1 交流充電樁檢定的量值體系溯源圖

以某型號(hào)交流充電樁為例，充電樁輸出參數(shù)：輸出電壓AC220 V，輸出電流Imin為3×2 A，Imax為3×32 A。

測(cè)試線(xiàn)纜：3 m 32 A交流線(xiàn)纜；負(fù)載：待充電電動(dòng)汽車(chē)；根據(jù)JJG 1148-2018第9.4.1條輸出電流設(shè)定工況：220 V/3×2 A、220 V/3×16 A、220 V/3×32 A；輸出電流波動(dòng)[-3 %，3 %]。

從上述數(shù)據(jù)可以歸納得出：

1）交流充電樁示值誤差隨環(huán)境溫度變化而變化；

2）同一充電樁的示值誤差不隨輸出電流變化而明顯變化；

3）充電樁示值誤差不隨環(huán)境濕度變化而明顯變化。

歸根究底是因?yàn)榻涣鞒潆姌兜膬?nèi)部元器件會(huì)隨著溫度變化而產(chǎn)生溫度漂移，特別是計(jì)量芯片、穩(wěn)壓管、金屬膜電阻器等元器件；交流充電樁的內(nèi)部晶振頻率是溫度的敏感量，系統(tǒng)累積誤差疊加導(dǎo)致示值誤差的波動(dòng)；充電電量是電流和電壓的累積量，不同溫度條件下，電壓、電流采樣器會(huì)產(chǎn)生的非線(xiàn)性誤差；環(huán)境濕度無(wú)法有效影響交流充電樁內(nèi)部時(shí)鐘晶振電路。因此交流充電樁的示值誤差只受環(huán)境溫度的影響，而不受環(huán)境濕度的影響。

3 非車(chē)載充電機(jī)（直流充電樁）的檢定

3.1 直流充電樁檢定的基本要求

直流充電樁可分為相控式和高頻開(kāi)關(guān)式兩大類(lèi)，詳細(xì)對(duì)比表見(jiàn)表2。

圖2 交流充電樁充電參數(shù)變動(dòng)示意圖

表1 現(xiàn)場(chǎng)示值誤差檢定數(shù)據(jù)

表2 相控式和高頻開(kāi)關(guān)式直流充電樁比對(duì)表

目前中國(guó)直流電能?chē)?guó)家基礎(chǔ)還處于待完善狀態(tài)，所以需要將直流電能量值向電壓、電流、頻率量值體系溯源。目前非車(chē)載充電機(jī)（直流充電樁）檢定的量值溯源見(jiàn)圖3。

3.2 直流電能的計(jì)算算法對(duì)直流充電樁檢定準(zhǔn)確性的影響

目前非車(chē)載充電裝置的直流電能計(jì)量、費(fèi)用結(jié)算方式有2種：

1）直流充電樁內(nèi)安裝的直流電能表（工作原理見(jiàn)圖4）只負(fù)責(zé)完成電量的測(cè)量和傳輸，而外部的工控機(jī)才負(fù)責(zé)電量費(fèi)用的核算和電費(fèi)數(shù)據(jù)的保存。

2）另外直流充電樁內(nèi)置有直流計(jì)量模塊（工作原理見(jiàn)圖5）不僅進(jìn)行電量的測(cè)量，也負(fù)責(zé)電量費(fèi)用的核算，最終將電費(fèi)數(shù)據(jù)傳輸保存到工控機(jī)端。

充電樁內(nèi)置直流計(jì)量模塊工作原理與直流電能表工作原理類(lèi)似，直流電能計(jì)量準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)就是對(duì)電壓、電流等核心電參數(shù)的高精度采集，在此基礎(chǔ)上選擇合適的數(shù)據(jù)運(yùn)算方法構(gòu)成了直流電能檢定計(jì)量的核心，常見(jiàn)的直流電能計(jì)算算法主要有三種：①平均值法、②有效值法、③瞬時(shí)功率基本法。

3.3 紋波系數(shù)對(duì)直流充電樁檢定準(zhǔn)確性的影響

如上述分析，三種常見(jiàn)的直流電能計(jì)算算法選擇構(gòu)成了直流電能檢定計(jì)量的核心，根據(jù)經(jīng)典電學(xué)知識(shí)：

1）經(jīng)典電學(xué)知識(shí)中，采集電壓電流的有效值進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，得到的直流功率叫視在功率。

2）經(jīng)典電學(xué)知識(shí)中，采集電壓電流的瞬時(shí)值進(jìn)行數(shù)據(jù)積分處理，得到的直流功率叫有功功率或標(biāo)準(zhǔn)功率。

比較兩種直流功率的計(jì)算都需要考慮電壓電流的相位差，直流電能檢定計(jì)量中當(dāng)電壓電流的相位差為0 °時(shí)，采用平均值法的計(jì)算誤差會(huì)出現(xiàn)極大值，而有效值算法的誤差卻是最小值。當(dāng)電壓電流的相位差在±60 °內(nèi)時(shí)，平均值誤差大于有效值誤差。相位差為180 °時(shí)，平均值和有效值的算法誤差都是極大值。

圖3 非車(chē)載充電機(jī)（直流充電樁）檢定的量值溯源圖

圖4 直流電能表原理圖

圖5 內(nèi)置直流計(jì)量模塊原理圖

實(shí)際使用中，直流充電樁的輸出電壓高、電流大且疊加有相位差。如何考慮大功率工作條件下相位差（紋波系數(shù)）對(duì)檢定準(zhǔn)確性的影響。經(jīng)典電學(xué)的知識(shí)得出以下結(jié)論：

1）當(dāng)紋波系數(shù)＜5 %時(shí)，任選一種算法都可以。

2）當(dāng)紋波系數(shù)≥5 %時(shí)，功率因數(shù)≥0.5，優(yōu)選有效值算法；功率因素＜0.5，優(yōu)選平均值算法。

4 對(duì)強(qiáng)制性檢定規(guī)程中部分條款的分歧

4.1 關(guān)于檢定封印部位的理解差異

對(duì)檢定后相關(guān)功能區(qū)進(jìn)行封印是得到廣泛共識(shí)的，但是對(duì)被封印部位的理解卻有較大差異：觀(guān)點(diǎn)1：將充電機(jī)（樁）內(nèi)部使用的電能表或計(jì)量模塊位置加以封?。挥^(guān)點(diǎn)2：將對(duì)充電設(shè)備中影響計(jì)量和計(jì)費(fèi)的部件都進(jìn)行封印。觀(guān)點(diǎn)2封印的部位大于觀(guān)點(diǎn)1封印的部位，支持觀(guān)點(diǎn)2的理由是運(yùn)營(yíng)商或者設(shè)備制造商可以通過(guò)外露模塊欺騙顧客；反對(duì)觀(guān)點(diǎn)2的理由是如果對(duì)充電機(jī)（樁）內(nèi)部計(jì)量單元進(jìn)行整體鉛封，不利于日常檢修和故障排查。

隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及，充電樁已經(jīng)成為普通民眾可以隨時(shí)接觸到的日用電器，但是充電樁高電壓高電流的特性，使得安全在目前階段更重要。針對(duì)已經(jīng)在役的充電樁，應(yīng)該只對(duì)充電機(jī)（樁）內(nèi)部使用的電能表或計(jì)量模塊位置加以封印即可；為了防止欺騙顧客，現(xiàn)場(chǎng)檢定周期建議縮短到半年或每季度。

4.2 對(duì)計(jì)費(fèi)顯示位置的理解差異

針對(duì)JJG 1149-2018“電動(dòng)汽車(chē)非車(chē)載充電機(jī)計(jì)量檢定”第6.5條，充電機(jī)是涉及對(duì)公眾收費(fèi)的設(shè)施必須對(duì)計(jì)費(fèi)示值進(jìn)行檢定，但是計(jì)費(fèi)顯示位置卻有不同的理解。觀(guān)點(diǎn)1：計(jì)費(fèi)顯示位置可以是設(shè)備顯示屏、手機(jī)APP等現(xiàn)場(chǎng)可以觀(guān)測(cè)到的界面；觀(guān)點(diǎn)2：必須在充電設(shè)備本體顯示充電電能量、單價(jià)及付費(fèi)金額。

充電樁運(yùn)營(yíng)企業(yè)和制造商普遍認(rèn)為：只要能顯示充電電能量、單價(jià)及付費(fèi)金額，具體顯示方式可采用顯示屏、APP等形式。既符合目前實(shí)際情況，也方便充電運(yùn)營(yíng)企業(yè)開(kāi)展的“互聯(lián)網(wǎng)+”運(yùn)營(yíng)發(fā)展模式。

4.3 對(duì)當(dāng)前環(huán)境溫度的理解差異

對(duì)JJG 1149-2018“電動(dòng)汽車(chē)非車(chē)載充電機(jī)計(jì)量檢定”第5.1條“當(dāng)前環(huán)境溫度”的理解。觀(guān)點(diǎn)1：當(dāng)前當(dāng)?shù)氐臍庀鬁囟?；觀(guān)點(diǎn)2：當(dāng)前直流充電機(jī)2個(gè)正交截面之中最高平均溫度作為環(huán)境溫度。

充電模塊超過(guò)一定溫度后就會(huì)降額輸出，當(dāng)環(huán)境溫度t在-10 ℃～40 ℃范圍，無(wú)需進(jìn)行溫度系數(shù)修正，直流充電機(jī)的直流電能計(jì)量誤差（簡(jiǎn)稱(chēng)工作誤差）限值E=±1.0 %（充電機(jī)準(zhǔn)確度等級(jí)為1）或E=±2.0 %（充電機(jī)準(zhǔn)確度等級(jí)為2）。當(dāng)環(huán)境溫度t超出-10 ℃～40 ℃范圍，則需要進(jìn)行溫度偏差計(jì)算，需要對(duì)工作誤差進(jìn)行修正。

C=0.05（充電機(jī)準(zhǔn)確度等級(jí)為1）或C=0.10（充電機(jī)準(zhǔn)確度等級(jí)為2）

例1：高溫溫度44 ℃，充電機(jī)準(zhǔn)確度等級(jí)為2

高溫44 ℃，充電機(jī)準(zhǔn)確度等級(jí)為2時(shí)，工作誤差限值 Ew=E+e=±|2.0+0.40|（%）=±2.4 %。

而環(huán)境溫度為34℃時(shí)，充電機(jī)準(zhǔn)確度等級(jí)為2時(shí)，工作誤差限值Ew=E=±|2.0|（%）=±2.0 %。

通過(guò)具體的案例進(jìn)一步說(shuō)明：夏季氣象溫度為34 ℃的情況下，使用熱紅外成像儀測(cè)量戶(hù)外直流充電機(jī)四面的平均溫度在40.6 ℃～44.0 ℃，選取直流充電機(jī)2個(gè)正交截面最高平均溫度作為環(huán)境溫度t=44 ℃。

觀(guān)點(diǎn)1的結(jié)果：環(huán)境溫度為34 ℃時(shí)，充電機(jī)準(zhǔn)確度等級(jí)為2時(shí)，工作誤差限值Ew=E=±|2.0|（%）=±2.0 %；

觀(guān)點(diǎn)2的結(jié)果：直流充電機(jī)的直流電能計(jì)量誤差限值Ew=E+e=±|2.0+0.40|（%）=±2.4 %。（充電機(jī)準(zhǔn)確度等級(jí)為2）

戶(hù)外直流充電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)檢定直流電能計(jì)量工作誤差為2.21 %，按照觀(guān)點(diǎn)1檢定結(jié)果為不合格，按照觀(guān)點(diǎn)2檢定結(jié)果為合格。

實(shí)際上JJG 1149-2018“第9.3條，明確是對(duì)充電樁的2個(gè)正交截面進(jìn)行測(cè)量，取充電樁不同位置溫度測(cè)量值的平均值作為環(huán)境溫度值。觀(guān)點(diǎn)1直接使用氣象溫度是不合適的，支持觀(guān)點(diǎn)2：選取直流充電機(jī)2個(gè)正交截面最高平均溫度作為當(dāng)前環(huán)境溫度t。

5 結(jié)語(yǔ)

《電動(dòng)汽車(chē)非車(chē)載充電機(jī)計(jì)量檢定規(guī)程》《電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁計(jì)量檢定規(guī)程》兩份國(guó)家強(qiáng)制性計(jì)量檢定規(guī)程已經(jīng)實(shí)施超過(guò)1年，對(duì)國(guó)內(nèi)充電設(shè)施產(chǎn)業(yè)影響不容小視。

表3 熱紅外成像儀測(cè)量戶(hù)外直流充電機(jī)四面溫度

部分地方檢定機(jī)構(gòu)既不了解檢定對(duì)象，對(duì)相關(guān)檢定規(guī)程條文的理解也不符合目前電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施發(fā)展實(shí)際。在現(xiàn)場(chǎng)檢定工作中采用不合適的設(shè)備、不合適的檢定方法，不合適的工況設(shè)定、不合適的檢定算法、不合適的溫濕度修正方式，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)檢定工作無(wú)法獲得廣泛認(rèn)可。加重了充電設(shè)施生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)成本，給電動(dòng)汽車(chē)充電樁制造商、運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了較大困惑。

建議監(jiān)管部門(mén)盡快推進(jìn)兩份國(guó)家強(qiáng)制性計(jì)量檢定規(guī)程的培訓(xùn)工作，同時(shí)通過(guò)能力驗(yàn)證等技術(shù)手段統(tǒng)一現(xiàn)場(chǎng)檢定工作。