电动汽车交流充电桩电能测量不确定度研究

温文满

摘 要 随着电动汽车产业迅速发展，电动汽车和充电桩广泛应用，评价充电桩的安全、可靠以及性能等的检测工作随之增加，由于电动汽车是近十来年的新新产业，对其检测的技术和结果评价还需不断地提高和完善。本文针对电动汽车交流充电桩电能测量评价结果更为完善，进行了不确定度的分析研究，由此得出相关测量的不确定度，可为相关检测行业的检测结果评价和不确定度的分析提供参考。

关键词 电动汽车交流充电桩;电能测量评价;测量不确定度

引言

随着环保标准的提高和传统能源的短缺，作为干净能源的电动汽车已成为未来汽车的重要发展方向，而且近几年电动汽车相关技术取得了很大的进步，电动汽车的普及率逐年大幅提高。据相关统计，全球电动汽车现有的保存量达2000万辆以上，2020年将有500万辆的销售，且还在高速的增长。但由于电动汽车和充电桩使用过程中，存在着安全、可靠、能量计费等问题，必须进行相关的质量、计量等检测工作，检测的技术和检测评价也在不断探索和完善过程。因检测时受被测物、测量设备、环境、方法等各种因素影响，测量结果存在一定误差，仅以误差分析评定测量结果时，有时显得不完备和难操作，由此需采用测量不确定度的方法来评定测量结果，本文就针对电动汽车充电桩电能测量不确定度进行分析研究。

1测量过程

（1）环境条件温度：（18～22）℃、湿度为（45～75）%

（2）测量标准充电桩检定装置（0.05级）、配备0.05级的标准电能表

（3）被测对象电动汽车交流充电桩（2.0级）

（4）测量过程。以标准电能表作为参考标准，由充电桩检定装置输出功率，用误差计算器对参考标准和被检充电桩输出的高频脉冲进行比较，直接给出被检充电桩相对参考标准的测量结果的相对误差。

2数学模型

数学模型为：

式中：——被测充电桩的相对误差;

——充电桩检定装置上测得的相对误差。

3测量不确定度的评定

输入量的标准不确定度的来源主要有两方面：在重复性条件下由于测量结果的分散性引起的标准不确定度分量u（）── 采用A类评定;充电桩检定装置引起的不确定度分量urel  ── 采用B类评定。

3.1 A类不确定度的评定

用充电桩检定装置在相同的参比条件下测量同一个被检充电桩，对该被检充电桩按不同负载下进行10次测量，根据贝塞尔公式计算出其实验标准偏差，测量结果如下

3.2 B類不确定度的评定

B类不确定度是用非统计方法评定的不确定度，又称非统计不确定度，系统误差中不可掌握部分是它的主要来源，该分量主要由测量标准（充电桩检定装置）所引起[3]。通过对充电桩检定装置误差源的分析，B类不确定度主要有以下因素：

（1）检定装置溯源的不确定度

此分量直接采用上级标准所给出检定证书中的测量结果不确定度。

u1：Pf = 1.0 时   U = 0.018%      k=2

Pf =0.5L时   U = 0.018%      k=2

Pf =0.8C时   U = 0.018%      k=2

（2）检定装置误差引起的不确定度

取其基本量限的最大允许误差，可信程度为90%，该分量为正态分布，分布系数为3，灵敏系数取1。

u2（1.0）  = 0.05%/3 = 0.01667% k = 1

u2（0.5L） = 0.07%/3 = 0.02333% k = 1

u2（0.8C） = 0.07%/3 = 0.02333% k = 1

（3）电流和电压互感器比例系数引起的不确定度

由于电能表校验装置无互感器，所以此分量不用考虑。

u3 = 0

（4）电压测量回路中标准表与被检充电桩同相端子之间的电位差引起的不确定度

其误差限根据JJG 597-2005《交流电能表检定装置检定规程》[2]的规定，取检定装置等级的1/6，可信程度90%，为均匀分布，分布系数，灵敏系数取1。

u4 = 0.00833%/ = 0.00481% k = 1

（5）检定装置输出功率稳定度对误差的影响

功率稳定度，取其最大允许值的十分之一作为不确定度的估计，可信程度90%。

u5 = 0.05%/10 = 0.005% k = 1

（6）标准表和被检充电桩的采样不同步引起的不确定度

由于电能标准装置用软件的方法来控制采样同步，因此可以忽略不同步引起的不确定度。

u6 = 0

（7）电能校验装置误差显示分辨力引起的不确定度

由于我们的校验装置误差显示分辨率为0.001%，根据JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》[1]的规定，由此带来的标准不确定度为0.29×分辨力，可信程度90%。

u7 = 0.29×0.001% = 0.00029% k = 1

（8）数据修约即被测表误差化整引起的不确定度

根据JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》[1]规定由此带来的标准不确定度为0.29×修约间距，可信程度90%。

u8 = 0.29×0.2% = 0.058% k = 1

3.3 合成标准不确定度

uc=

uc（1.0）   =  = 0.064

uc（0.5L）  =  = 0.063

uc（0.8C）  =  = 0.070

3.4 扩展不确定度

扩展不确定度U等于合成标准不确定度uc和包含因子k的乘积。取k=2，置信概率为95%。

Pf = 1.0 时   U = 0.064 × 2 = 0.128%      k=2

Pf =0.5L时   U = 0.063 × 2 = 0.126%      k=2

Pf =0.8C时   U = 0.070 × 2 = 0.140%      k=2

4结束语

通过上述测量和分析，检定充电桩时，基本误差测量结果的扩展不确定度为：

Pf = 1.0 時   U = 0.13%      k=2

Pf =0.5L时   U = 0.13%      k=2

Pf =0.8C时   U = 0.14%      k=2

本文根据电动汽车交流充电桩电能测量特点，分析了电能测量误差导致的不确定因素。依据交流电能测量原理，分析了电能误差测量过程中导致的不确定因素。以上测量分析方法和结果，可供电动汽车交流充电桩电能检测同行在进行相关检测结果评价或进行分析时提供参考和应用[5]。

参考文献

[1] 测量不确定度评定与表示：JJF1059.1-2012[S].北京：中国质检出版社，2012.

[2] 《交流电能表检定装置》检定规程：JJG597-2005[S].北京：中国质检出版社，2005.

[3] 《电子式交流电能表》检定规程：JJG596-2012[S].北京：中国质检出版社，2012.

[4] 《电动汽车充电机（桩）》检定规程：JJG（粤）015-2011[S].北京：中国质检出版社，2011.

[5] 电动汽车交流充电桩：JJG1148-2018[S].北京：中国质检出版社，2018.