公共类充电桩计量检定升级改造技术要点分析

陈永强，吕国伟，邱巧丹

(1.中国电器科学研究院股份有限公司，广东广州 510663；2.威凯检测技术有限公司，广东广州 510663)

0 引言

随着电动汽车的普及，驾驶员要求掌握电动汽车的充电量和充电金额。2019年11月，国家市场监管总局关于发布《实施强制管理的计量器具目录的公告》(2019年第48号公告)，正式将用于贸易结算的公共类充电桩纳入实施强制管理的计量器具目录中。要求2020年11月起，不满足JJG 1148—2018的公共类交流充电桩、不满足JJG 1149—2018的公共类直流充电桩停止对外营运。

截止2020年2月，全国公共类充电桩531 313台，其中交流充电桩31.1万台(占比58.5%)、直流充电桩22.0万台(占比41.5%)。广东的公共类充电桩为63 507台，充电站为5 365座，换电站为68座。其中不少公共类充电桩已经服役多年，设备老化导致计量收费偏差较大。如何应对强制性计量检定要求并完成升级改造，是公共类充电桩制造商、运营商最为关注的问题。

公共类充电桩需要执行的计量类国家标准、行业标准和强制性检定规程见表1[1-9]。但是不同标准的要求是有差异的，为了满足所有标准和规程的要求，需要对公共类充电桩进行必要的升级改造。

表1 公共类充电桩需要执行的计量类国家标准、行业标准和强制性检定规程

1 公共类充电桩需要升级改造的地方

1.1 公共类充电桩的铭牌内容

铭牌是为了给公共类充电桩使用者一个明确的警示和提醒，同时也是公共类充电桩运营商管理产品一个重要的依据。铭牌内容缺失或不齐全将会导致使用者误用从而带来风险。不同标准对交流充电桩、直流充电桩铭牌内容的要求是有差异的，为了满足所有标准和规程的要求，建议制造商和运营商将铭牌内容统一为图1和图2的内容。

图1 交流充电桩铭牌模板

图2 直流充电桩铭牌模板

1.2 公共类充电桩的显示信息

公共类充电桩必须显示相关信息以便于贸易结算，公共类充电桩显示信息的缺失将影响消费者的知情权。但是不同标准关于显示信息的要求是有差异的。为了满足所有标准和规程的要求，建议制造商和运营商将显示信息统一为图3和图4所示模板。

图3 充电过程显示信息模板

图4 充电结束显示信息模板

为了满足强制性检定[4-5]规程“显示位数应不少于6位，至少含3位小数”的要求，公共类充电桩可以通过编程将电能量显示小数位数调整为3位或者是更换3位小数位数的电能表。

1.3 一些特殊地方的升级改造

由于把公共类充电桩纳入到强制性检定监管，为了防止篡改数据，就需要将交流充电桩的电流采样交流互感器封印在计量模块中，避免了老交流充电桩将霍尔元件外置的问题[4-5]。

公共类充电桩应该至少具有3套费率时间，如果只具有2套费率时间，是不能满足广东地区的分时电费要求的。根据广东省物价局文件，将24 h分为用电高峰、用电平段、用电谷期3个时段。广州市目前执行的居民电价为0.62 元/度，则执行峰谷分时电价后，峰段、平段、谷段的电价分别为：1.004 0、0.62、0.324 7 元/度。

考虑到全国实行的东八区(北京时间)和东六区(乌鲁木齐时间)两个时区，公共类充电桩应该至少具有2个时区，可以将一天的24 h至少分为8个时段，最小间隔为15 min，可跨越凌晨零点，同时各自对应不同费率。

2 影响因素分析

2.1 公共类充电桩的工作误差和负载测试点的选择

表2为不同标准对交流充电桩工作误差的要求，表3为不同标准对直流充电桩工作误差的要求。

表2 不同标准对交流充电桩工作误差的要求

表3 不同标准对直流充电桩工作误差的要求

对比了交流充电桩和直流充电机不同标准的测量限定值，不难发现国家强制性检定要求制定的指标符合目前充电桩技术水平的现状。合理的指标不仅能推动正常的贸易结算，也能调动产业链的积极性，但是不同标准对工作误差负载测试点的选择却存在差异(表4、表5)。

表4 不同标准对交流充电桩工作误差负载测试点的选择

表5 不同标准对直流充电桩工作误差负载测试点的选择

2.2 绝缘电阻测试时的影响

看似不同标准中绝缘电阻测试的测试电压、测试部位和限值要求都是一致的。但是仔细比对发现GB/T 18487.1—2015、NB/T 33001—2018、NB/T 33002—2018标准中依据是额定绝缘电压Ui；JJG 1148—2018依据是交流充电桩正常工作时的标称电压U1；JJG 1149—2018依据是直流充电机正常工作时的最大输出电压U1。

交流充电桩输出电压也就是标称电压通常是单相220 V，三相380 V；直流充电机推荐的输出电压有200～500 V、350～700 V、500～950 V、200～750 V、200～950 V[1,6-7]；例如某现场直流充电机的铭牌只标示额定输出电压时，除了铭牌内容不符合强制性检定规程要求外，在进行绝缘电阻测试前，必须搞清楚该直流充电机的最大输出电压，才能正确地选择绝缘电阻的测试电压。

根据GB/T 2900.18《电工术语 低压电器》对额定绝缘电压的定义，额定绝缘电压值是高于或等于额定电压值的。以开关电源模块为例，供电电压和额定绝缘电压的差异见表6。

表6 供电电压和额定绝缘电压的差异 V

2.3 示值误差检定时的接法影响

当被检充电桩的内阻值远大于电压表的内阻值，采用电流表内接法；当被检充电桩的内阻值远小于电压表的内阻值，采用电流表外接法，如图5所示。但是在实际检定工作中由于充电桩的种类和工作原理各不相同，被检充电桩的内阻值完全未知时，可以尝试采用内外接试触法，如图6所示。

图5 外接法和内接法电路

图6 内外接试触法电路

如图6所示，电压表K端切换到b端时，电压表和电流表示值为(Ub,Ib)，当电压表K端切换到c端时，电压表和电流表示值两表的示数为(Uc，Ic)。

即电流相对变化小，说明电流表的分压作用显著，应将电压表K端切换到b端，选择外接法；

即电流相对变化大，说明电压表的分流作用显著，应将电压表K端切换到c端，选择内接法。

2.4 环境湿度的影响

根据1980年蒋洪富翻译的《湿度对聚合物绝缘材料电气性能的影响》资料显示，渗入绝缘材料内部的潮气对绝缘材料的介电性能产生劣化影响，导致介电特性变坏，特别是介质损耗因数、介电常数和击穿强度这3个指标。

由表7可知，GB/T 28569规定的是交流充电桩在实验室检测参比的环境条件，而JJG 1148—2018规定的则是交流充电桩安装在现场后的检定环境条件。GB/T 29318规定的是直流充电桩在实验室检测参比的环境条件，而JJG 1149—2018规定的则是直流充电桩安装在现场后的检定环境条件。

表7 不同标准中关于环境条件的要求

根据2018年广东农村统计年鉴资料显示：2018年粤西北8月的平均相对湿度为91%；粤西8月的平均相对湿度为90%；粤北6月平均相对湿度为87%、粤西北6月平均相对湿度为88%，粤中8月平均相对湿度为87%；粤西3月平均相对湿度为87%、4月平均相对湿度为88%、7月平均相对湿度为89%；8月平均相对湿度为90%；9月和12月平均相对湿度为88%。

表8为2018年广州市某充电站场的相对湿度记录。根据广州市某充电站场的环境记录(相关环境记录设备有校准并处于校准有效期内)显示：2018年该充电站场的相对湿度超过90%的小时数为1 963.97 h，全年占比22.4%；按照天数超过相对湿度90%的天数为242天，全年占比66.3%。

由表9可知，2019年该充电站场的相对湿度超过90%的小时数为2 522.1 h，全年占比28.8%；按照天数超过相对湿度90%的天数为301天，全年占比82.5%。

不管是交流充电桩和直流充电桩的产品标准都是可以满足相对湿度5%～95%要求的，而检定规程规定相对湿度不超过90%[4-5]。根据广东高温高湿的气候特点，在广东地区充电桩现场检定工作中，特别需要关注现场检定环境湿度的变化情况，防止现场检定环境湿度超过检定文件规定的相对湿度上限。

另外JJG 1148—2018 和JJG 1149—2018也都规定了：环境温度应分别在被测充电机的2个正交截面进行测量，并使温度计贴近被测充电机的非出风口位置。取被测充电机不同位置温度测量值的平均值作为环境温度值。

而且从《国家计量检定规程编写规则》(JJF 1002—2010)第5.11.1.1条“检定条件”和《国际计量校准规范编写规则》(JJF 1071—2010)第5.10.1“环境条件”的内容解释，这个环境温湿度应该是计量器具、配套负载和被检定充电桩都正常工作都处于的空间环境条件，而不是指被检定充电桩内部的环境条件。

关注充电桩的工作误差和负载测试点的选择、绝缘电阻、示值误差检定时采用的接法方式，以及环境湿度都是为了保证现场计量检定数据和结论的科学性和可复现性。

3 结束语

文中以提高充电服务体验、提升充电服务质量、保障充电安全为目标，分析了充电技术的发展状况，并提出了相关措施。缩短充电时间需要大力发展大功率充电技术；无感充电体验、简化统一充电接口需要发展无线充电技术、小功率充电技术；实现跨平台充电需要建立充电漫游互联互通技术体系；安全可靠充电，需要加强充电电气安全和信息安全等技术。更加快捷、更加便捷、更加智能的充电体验将是下一步充电技术的发展趋势。

同时将公共类充电桩与智能汽车发展、智慧交通和智慧城市建设结合起来。充电作为电动汽车的电能供应方，需要和汽车的电动化、网联化和智能化发展趋势结合起来，当电动汽车已经能够自动驾驶时，自动充电也将成为一种标配。公共类充电桩作为城市的能源体系的一部分，也应在智慧城市的建设发展中扮演重要角色，要站在智慧交通和智慧城市的高度，将公共类充电桩与城市交通设施建设、电网设施建设、城市规划更加紧密结合起来，统筹车流、人流、停车、充电需求，科学合理布局公共类充电桩。