电动汽车充电桩效率试验能力验证的研究

薄磊，罗梓才，陈宇军，王珊珊，朱珈

（威凯检测技术有限公司，广州 510663）

引言

能力验证根据预先确定的准则，通过实验室间的比对来评估参与者的能力，是各领域实验室为确保自身的设备能力、人员操作、内部质量控制等环节保持良好，围绕检测能力开展的一项重要技术质量活动。本文作者从事于合格评定领域，结合能力验证活动与当前较为火热的汽车充电桩行业，对电动汽车充电桩效率试验能力验证进行初步研究。

随着我国新能源汽车市场的快速发展，直流充电机作为快充设施越来越普及，其充电效率既关系到充电机的工作时效，同时又影响汽车能量消耗率。考虑到大功率直流充电桩内部具有多个充电模块，多路输出之间的交叉调节率对电源模块的可靠性提出了更高的要求。本文基于能力验证实施规则和提高直流充电机可靠性，选择单电源模块的充电桩作为能力验证物品，以充电效率作为能力验证评价量，具有聚焦市场热点、提升行业质量的意义。

1 样品和测试

1.1 整体设计

本次电动汽车充电桩效率试验能力验证研究直流充电机的工作特性并设定电气参数，考虑到目前行业普遍使用的直流充电机功率范围为（20~120）kW，以及体积、重量和运输要求，既要满足能力验证活动的需求，也要确保样品的可靠性，样品设计选择额定功率20 kW直流充电机。同时，结合标准NB/T 33008.1-2018 的试验方法，样品应有恒压、横流工作模式，并且能够在恒功率段运行。

1.2 技术参数

额定输入电压：交流380 V，输入电压频率：50 Hz；

整机输出电压：直流200~1 000（额定1 000 V）；

整机输出电流：直流（5~50）A（额定20 A）；

设备参数：20/1-AF；脉冲常数：100 imp/k。

样品接入电压为交流380 V，通过控制模块输入到充电模块，输出电压范围（200~1 000）V，输出电流范围（5~50）A。输入输出均为大功率供电，安全性属于最高优先级，通过机械锁、电子锁以及安全监测模块来保证电气安全。样品具有恒压、恒流两个工作模式，本次能力验证计划在连接测试时恒压模式设定电压为600 V，恒流模式设定电流为20 A。

1.3 试验方法

本次试验依据为NB/T 33008.1-2018《电动汽车充电设备检验试验规范》、NB/T 33001-2018《电动汽车车载非传导式充电机技术条件》适用标准，试验步骤如下：

1）样品预处理：将直流充电机放置在试验环境温度为（23±2）℃、相对湿度（45~75）%，无外界气流和热辐射作用的室内中（不通电），放置2 h，使其达到环境温度。

2）将直流充电机连接试验系统，设定直流充电机的输出功率为35 %额定功率值即7 kW。将试验设置在恒压状态运行，电压设定为600 V；将试验设置在恒流状态运行，电流设定为20 A。分别测试充电效率，并记录结果。

3）设定直流充电机的输出功率为100 %额定功率值即20 kW。将试验设置在恒压状态运行，电压设定为600 V；将试验设置在恒流状态运行，电流设定为20 A。分别测试充电效率，并记录结果。

注：①试验电源条件请注意按照NB/T 33008.1-2018 第5.1.3 要求。

②在设置不同测试点时，请在参数状态改变后第30 s 进行测量。

③重复测试时请至少间隔10 min，重新连接充电机与测试系统，并确认环境温度、湿度等数据。

1.4 测试设计要点

1.4.1 功率点选取

依据NB/T 33008.1-2018 标准中对直流充电机效率试验的要求，需要考核实际输出功率与额定输出功率的比值分别处于[20 %，50 %]和[50 %，100 %]两个区间段的效率值。结合能力验证活动的一致性要求以及充电桩实际运行工况，在[20 %，50 %]区间选取中位值点即35 %，在[50 %，100 %]区间选取额定功率输出点即100 %。

1.4.1 恒压恒流设置

本试验所用的直流充电机样品具备恒功率充电功能，在进行效率试验时应考虑输入和输出电压的设定值。根据测试标准的相关内容，恒压模式时输入电压为额定值，输出电压选取最小与最大输出电压的中位值即600 V；恒流模式时设置输出电流为额定电流值即20 A。在进行测试时，由于充电机与测试系统的交互特点，在恒压模式运行时应把响应电流的设定值适当提高，避免充电机无法满载运行的情况。

2 数据评定与统计分析

在进行能力验证方案策划时，需要注意的要点有样品测试数据的均匀性和稳定性评定、参加者结果数据处理和能力评价的统计分析。

2.1 均匀性和稳定性评定

2.1.1 均匀性评定

样品发出前的评价方法：。若样品在单因子方差分析法下，测试数据的F 小于自由度（f1，f2）在显著性水平α下（通常α取值0.05）的临界值αF（f1，f2），则表明被测样品在组内和组间无显著性差异，此时认为能力验证样品是均匀的。

样品回收后的评价方法使用样品经过流转返回后，若，则认为能力验证计划中使用的样品是均匀的，符合能力验证活动的实施要求。式中为样本间标准差，是本次能力验证计划中能力评价标准偏差的目标值。

2.1.2 稳定性评定

样品发出前使用t 检验法对样品进行稳定性评价。若测试数据的t 小于自由度为且在显著性水平α（通常α取值0.05）的临界值，则表明被测样品在组内和组间无显著性差异，此时认为能力验证样品是稳定的。

样品回收后利用准则法分析样品的稳定性，是样品均匀性检验数据的算术平均值，是样品回收后再次进行稳定性检验的算术平均值，是本次能力验证计划中能力评价标准偏差的目标值。

2.2 数据处理与结果评价

依据CNAS-GL 002:2018《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》，对所有参加者的试验结果使用算法A 进行统计分析，经过收敛的迭代运算获得能力评价的数据值，并通过Z 比分数或Z′比分数计算方法得到每个参加者的结果值。

2.2.1 指定值及其标准不确定度的确定

依据前述算法A 对实验室测试结果进行统计分析，以参加实验室测试结果的稳健平均值x*作为指定值。指定值的标准不确定度由式（1）确定：

式中：

u(xpt)—本次能力验证计划评价目标的指定值的标准不确定度；

s*—经过算法A 获得的稳健标准差；

p—本次能力验证计划的参加者数量。

2.2.2 结果评价

依据GB/T 28043-2019《利用实验室间比对进行能力验证的统计方法》，对于超过18 家实验室（含18 家）提交结果，按照Z 比分数的判定原则进行判定。

|Z|≤2 为满意结果；2<|Z|<3 为有问题结果；|Z|≥3为不满意的结果。

对于少于18 家实验室提交结果，按照Z′比分数的判定原则进行判定。

|Z′|≤2 为满意结果；2<|Z′|<3 为有问题结果；|Z′|≥3 为不满意的结果

本次项目采用Z′比分数的判定原则，如式（2）所示。

式中：

x—参加实验室的结果；

xpt—指定值；

σpt—能力评定标准差；

u(xpt)—指定值的标准不确定度。

3 结果不满意原因分析

3.1 试验设置

直流充电机的正常启动需要与测试设备通过通讯协议一致检查，如果试验使用的直流充电机测试设备没有严格按照标准设定测试模式，会导致直流充电机无法正常进行试验，应定期对测试设备进行计量校准，确保设备能够按照标准程序进行试验。

另外，直流充电机测试设备配套的功率分析仪测量电流的互感器，如果量程选择不对，会导致参数偏差较大。本次样品测量功率相对较低，应避免检测设备按大功率配置导致小功率测试时数据出现较大偏差的情况。

3.2 线路损耗

测试使用的电缆长度是对本次计划结果产生影响的一个因素，直流充电机负载电流较大，充分评估试验使用的电缆是否会造成明显线路损耗很有必要，应避免线路上的功率损耗影响功率测量结果，进而造成充电效率结果出现较大偏差。测试时，应尽量减小线路上的功率损耗。

3.3 试验环境

本次计划对参加者的试验环境温度均有明确要求，并且环境温度变化对样品的充电效率会有一定影响，在布置试验时，切勿随意选取场所，需要确保样品所处试验环境具有较好的温度稳定性。进行重复试验时，应考虑功率模块的散热情况，给样机留足充分的冷却时间。

4 结论

本文结合能力验证活动的要求，通过确定样品技术参数、设置试验方法步骤、分析测试数据的均匀性稳定性并对试验结果进行能力评定，实现了对参加者电动汽车充电桩效率试验进行能力评价的考核目标。分析汇总试验不满意结果的原因并提出技术建议，辅助参加实验室对其试验装置和测试操作进行改良，帮助参加者提升相应的试验能力，为提升行业测试水平起到积极作用。