电动汽车充电桩/机校验仪国内技术现状及溯源研究

杨梅，李文强，刘建波，马雪锋，闫红蕊，刘晓

(山东省计量科学研究院，济南 250014)

0 引 言

电动汽车交流充电桩校验仪、电动汽车直流充电机校验仪是电动汽车充电桩/机计量标准器，它们的准确、可靠可为强检计量器具电动汽车充电桩/机的量值提供保证。

2018年，本文作者作为《电动汽车交流充电桩校验仪》和《电动汽车直流充电机校验仪》国家检定规程编写组，在全国范围内征集电动汽车交流充电桩校验仪、电动汽车直流充电机校验仪进行检测试验。通过9个月的各项试验，对电动汽车充电桩/机校验仪国内技术现状有了全面了解，为校验仪国家检定规程编写的研究提供大量数据和方法。

1 试验情况

在全国范围内征集到7款电动汽车交流充电桩校验仪、6款电动汽车直流充电机校验仪(各校验仪以交1-7/直1-6号代码表示)，使其进入了检测环节。覆盖了国内主流生产企业的产品，代表了国内技术水平和现状。测试项目按表1、表2进行。

表1 电动汽车交流充电桩校验仪测试项目[1]Tab.1 Electric vehicle AC charging pile calibrator test project

表2 电动汽车直流充电机校验仪测试项目[2]Tab.2 Electric vehicle DC charging machine calibratortest project

1.1 功能

校验仪检测根据JJG1148-2018《电动汽车交流充电桩》、JJG1149-2018《电动汽车非车载充电机》国家计量检定规程中要求的检定项目的溯源要求进行，即表3所列。

表3 国家检定规程中要求的充电桩检定项目Tab.3 Required charging pile test in national verification regulation project

除这些必需功能外，大部分校验仪还具有表4所列与计量相关的功能项目，这些要求来自国标、行标中相关要求。

表4 校验仪计量相关功能项目Tab.4 Calibrator instrument measurement related projects

1.2 工作原理

电动汽车交流充电桩校验仪电压是用精密电阻对各相电压进行采样[3]，并使用四阶低通滤波电路对其滤波，三相电流信号使用霍尔电流传感器将一次大电流转换为二次小电流，使用精密采样电阻对此小电流进行采样，通过四阶低通滤波电路滤波,经多通道同步采样模数转换芯片对这六路信号进行采样，控制器为ARM芯片，对模数转换结果进行实时FFT运算，获取幅值、相位、频率等信息[4]。

电动汽车直流充电机校验仪首先要通过CAN总线和充电桩进行通信，建立通信后，进行绝缘测试，充电桩输出绝缘测试电压，并设置充电桩输出的工作电压和工作电流，接下来进行电流电压采样及转换[5]。

1.3 测试结果

检测过程历时9个月陆续进行，结果汇成如下误差曲线表述。

图1～图3是交流充电桩校验仪测试结果；图4～图6是直流充电机校验仪测试结果。

图1 交1号交流充电桩校验仪220V 5A 1.0误差Fig.1 No.1 AC charging pile calibrator 220V 5A 1.0 error

图2 交1号交流充电桩校验仪A元220V 5A 1.0误差Fig.2 No.1 AC charging pile calibrator A 220V 5A 1.0 error

图3 交2号交流充电桩校验仪220V 5A相位误差Fig.3 No.2 AC charging pile calibrator 220V 5A phase error

图4 直4号直流充电桩校验仪不同电压下误差Fig.4 No.4 DC charging pile calibrator under different voltage errors

图5 -10℃直5号直流充电桩校验仪不同电压下误差Fig.5 -10℃ No.5 DC charging pile calibrator under different voltage errors

图6 +40℃直5号直流充电桩校验仪不同电压下误差Fig.6 +40℃ No.5 DC charging pile calibrator under different voltage errors

小结：交流充电桩校验仪测试出现的普遍现象是，小电流(0.1 A)以下误差变大；大部分40℃开始出现花屏，不能正常测量，重启后无法正常运行；-20℃，校验仪自动重启，整个过程无法检测。

个别校验仪：0.5 A及以下直接输出校验仪无显示，0.6 A以上开始显示，在测量过程中若不降源，电流变小,可以在0.1 A时显示并计量。

小结：直流充电桩校验仪测试出现的普遍现象是，5 A以下误差急剧增大；大部分40 ℃开始出现花屏，不能正常测量，重启后无法正常运行；-20 ℃以下同样校验仪自动重启，整个过程无法检测。

2 溯源研究

根据检测结果和对产品相关技术研究，结合大量检测数据，作者对于校验仪溯源做了详实的研究。

2.1 溯源依据

电动汽车交流充电桩校验仪的溯源研究主要依据计量检定规程JJG1148-2018 《电动汽车交流充电桩》的要求，兼顾标准NB/T 33002-2018《电动汽车交流充电桩技术条件》、标准NB/T 33008.1-2018 《电动汽车充电设备检验试验规范 第二部分：交流充电桩》 、标准GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统第一部分：通用要求》、标准T/CIMA 0004—2018 《电动汽车交流充电桩现场检测仪》中对充电桩输出参数的检测要求、环境条件要求和检验仪计量性能的要求。

电动汽车直流充电机校验仪溯源研究主要依据计量检定规程JJG1149-2018 《电动汽车非车载充电机》的要求，兼顾计量检定规程JJG842-2017《电子式直流电能表》、标准NB/T 33001-2018 《电动汽车非车载传导式充电机技术条件》 、标准NB/T 33008.1-2018《电动汽车充电设备检验试验规范 第一部分:非车载充电机》 、标准GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统 第一部分：通用要求》 、标准GB/T 34657.1-2017《电动汽车传导充电互操作性测试规范 第1部分：供电设备》、标准GB/T 33708-2017 《静止式直流电能表》 、标准T/CIMA 0003—2018 《电动汽车非车载充电机现场检测仪》等中对充电机输出参数的检测要求、环境条件要求和校验仪计量性能的要求[6-7]。

2.2 溯源项目

综合考虑，在交流充电桩校验仪、直流充电机校验仪溯源上应对表5项目进行研究。

表5 电动汽车充电桩/机校验仪溯源项目Tab.5 Electric vehicle charging pile/machine calibrator instrument traceability project

这些项目有很多关键问题和测量方法值得研究。

2.3 溯源关键技术

2.3.1 电流输出最小值[8]：

电动汽车充电桩/机计量检定规程JJG1148、JJG1149要求铭牌标注最小电流，并将最小电流作为检定点，这就要求校验仪至少能对充电桩/机的最小电流进行溯源。

当前现状是电动汽车充电桩/机铭牌没有标注最小电流，这就给溯源值的确定带来困难[9]。

电动汽车充电桩是慢充、电动汽车充电机是快充的充电情况；电动汽车充电桩没有相关标准定义其最小电流值，但考虑到作为慢充设备，通常涓流状态下也可以充电，即累计电能；电动汽车充电机在标准GB/T 34657.1的6.3.5.4 中有“充电输出为5 A达到充满条件即可停止充电”的明确说法[10]。

以此考量，电动汽车交流充电桩校验仪、电动汽车直流充电机校验仪的溯源最小电流可以不同[11]，交流充电桩校验仪参考电动汽车充电桩内部安装的交流电能表要求计量检定规程JJG596-2012中的0.05Ib值作为交流最小电流，直流充电机校验仪可将5 A(或1 A)作为最小电流。

2.3.2 温度系数

电动汽车充电桩/机计量检定规程JJG1148、JJG1149要求，特殊环境温度下(-20 ℃≤T<-10 ℃或+40 ℃

电动汽车充电桩/机校验仪是现场检测标准，一般0.05级，如果在-20 ℃≤T<-10 ℃或+40 ℃

电动汽车充电桩/机校验仪的温度系数是否一定在周期检定中进行[12]，这是本文试验中着重研究测试的项目，测试结果图1、图2、图6充分反应了温度对校验仪的影响非常大，直至无法工作。

进行温度系数检定，对电动汽车充电桩/机校验仪在极端温度下的准确度和可靠性都提出了要求，当前亟需生产企业提高产品温度系数的性能。

2.3.3 失真度[13]

电动汽车交流充电桩校验仪对充电桩进行检测时，兼有检测输出电参数准确度功能，若输出超出规定值则停止检定。电流、电压、相位、频率是常规参数，电动汽车充电桩的谐波和失真度为较难测量的参数。

为掌握充电桩波形状态，本文引用了国内主流充电桩的录波数据，见表6。

表6 国内主流充电桩波形失真情况Tab.6 Domestic mainstream charging pile waveform distortion conditions

从录波情况看，不同充电桩谐波含量差别很大，需要校验仪实时监测，那么失真的准确度就需要溯源[14]。

2.3.4 纹波

电动汽车直流充电机校验仪对充电桩进行检测时，兼有检测输出电参数准确度功能，若输出超出规定值则停止检测[15]，电流、电压是常规参数，纹波是不易测量的重要参数。

为掌握充电机波形状态，本文引用了国内主流充电机的录波数据，见表7。

表7 国内主流充电机纹波情况Tab.7 Domestic mainstream charger ripple conditions

从录波情况看，纹波含量小、实时监测其准确度要求高[16]，这增加了纹波准确度溯源的难度，对溯源方案的进一步研究需要能够叠加纹波的交流标准源进行试验。

3 结束语

本文通过对国内电动汽车充电桩/机校验仪的试验情况分析与溯源研究，进行了长期全面测试和理论研究，较全面掌握了电动汽车充电桩/机校验仪的生产水平和质量状态，在大量实际数据的支撑下，对最小电流、温度系数、失真度、纹波等关键参数进行了溯源研究，掌握了溯源关键参数值和检测方法，为相关国家规程的编写打下坚实基础。