电动汽车充电桩电能计量问题分析

关键词：电动汽车，充电桩，电能计量

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2025.03.037

0 引言

电动汽车充电桩是为电动汽车提供电能补给的充电设备，是电动汽车基础设施的重要组成部分，包括交流充电桩和直流充电桩两种类型。目前电动汽车充电桩在电能计量方面还存在一些问题，其技术发展还需要不断进步，开发更加智能化、网络化、更强环境适应性与安全性的充电桩，为电动汽车用户提供更加便捷的充电体验。

1 电动汽车充电桩电能计量原理和关键技术

1.1 电动汽车充电桩电能计量原理

电动汽车充电桩中电能计量是指对充电过程中传输给电动汽车电池的电能进行精确测量。电能计量系统主要由以下几个部分组成，分别是电流传感器、电压传感器、计量芯片、显示屏与通信模块。其中电流传感器被用于测量充电电流的大小；电压传感器被用于测量充电电压大小；计量芯片用于处理传感器采集的数据，计算电能消耗；显示屏用于显示计量结果；通信模块用于数据传输。采样是指将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。电能计量的计算原理基于电功率的概念，即电能是电压和电流相互作用的结果。在充电桩中，计算电能消耗量通常涉及以下两个主要步骤：第一，通过实时采样的电压和电流数据计算瞬时功率。第二，通过对瞬时功率进行时间积分来计算在特定时间段内的电能消耗。瞬时功率计算公式为p （t ）=u （t ）i （t ），其中u （t ）、i （t ）分别指代瞬时电压和瞬时电流。电能累计通过对瞬时功率随时间的积分来计算，积分则一般通过数值积分来实现，如梯形法则或辛普森法则。

1.2 电动汽车充电桩电能计量关键技术

电动汽车充电桩电能计量关键技术是实现精确、高效电能测量的核心，主要有电流电压采样技术、AD转换技术、数据处理与校准技术以及通信与接口技术。电流电压采样技术通过传感器实现，常见电流传感器有霍尔效应传感器、CT、罗格夫斯基线圈等，其精度和线性度会对电能计量准确性产生直接影响，高精度的传感器能够在更宽的电流范围内提供稳定输出。为了提高安全性，电压传感器通常需要进行电气隔离以防止过高电压对计量系统的影响。AD转换是从模拟量到数字量的转变，在选择转换器时要注意AD转换器采样率要满足奎斯特定理，避免混叠现象出现。

数据处理与校准技术主要是应用数字滤波器来去除采样信号中的噪声和干扰，再通过软件算法对传感器和AD转换器的系统误差进行补偿。并通过离散傅里叶变换或快速傅里叶变换来计算有功功率、无功功率和视在功率。校准是通过标准信号源对整个计量系统进行校准，以确保测量结果的准确性。通信与接口技术主要是通信协议与用户接口，充电桩需要支持多种通信协议才能便利充电网络和用户界面进行数据交换。

2 电动汽车充电桩电动计量存在问题

2.1 采样精度低

影响采样精度的主要因素有传感器、信号调理电路、A D转换器性能、采样频率以及环境因素。传感器可能本身存在一定的制造误差，或输入与输出不成正比，温度变化也会影响传感器的输出。信号调理电路则可能来源于放大器的增益误差和偏置误差，或滤波器的截止频率选择不当，可能导致有用信号成分丢失或噪声过滤不充分。AD转换器有时存在离散化误差，其线性度、非线性误差也会影响采样准确性。采样精度低首先会导致电能计量结果偏差大，影响充电桩的运营商与用户利益，其次会使得充电效率降低，长期的采样精度低还可能会导致充电桩整体性能下降，增加运营维护成本。

2.2 线损与漏电

电流通过非预期路径流向地面或其他回路的现象为漏电，除了会导致电能浪费外，还容易引起触电、火灾等安全事故。线损可能由传输线路的电阻损耗造成，也可能是在高频电流传输时，电流集中在导线表面导致有效截面积减少，电阻增加，产生集肤效应造成。此外，接触电阻和线路老化也会导致线损。漏电主要由外部原因造成。线损会造成部分电能无法被有效利用，增加能源消耗，还会导致额外的电费支出，造成运营经济损失，由线损而产生的热量会导致充电设备过热，影响设备使用寿命。漏电有可能引发触电事故，对人身安全构成威胁，持续的漏电会损坏充电桩内部电路，缩短设备寿命。

2.3 环境适应性差

电动汽车的充电桩环境适应性较差，在不同的环境条件下无法保持稳定运行和计量的准确性。温度是对其影响最大的因素之一，过高和过低温度都会对电子元件的可靠性与寿命造成影响，温度的快速波动变化则会导致传感器、电路板等部件性能的不稳定性。过高湿度会导致绝缘材料受潮，降低绝缘性能从而引起漏电，温度变化时可能会导致冷凝效应，空中水蒸气可能在设备内部凝结，影响电路的正常运行。细小颗粒带来的空气污染容易在设备内部引起腐蚀短路，强电磁场和无线信号都会对充电桩的正常工作造成干扰，影响充电桩的数据传输。此外还有车辆行驶、风力等引起的充电桩振动问题，可能会影响内部电子元件的稳定性。

3 电动汽车充电桩电能计量改进措施

3.1 提高采样精度

提高采样精度确保电动汽车充电桩电能计量的准确性。由充电谐波造成污染、冲击脉冲、直流分量影响导致的误差可以通过完善采集负荷波形、分析负荷波形规律来解决。当充电桩电能计量系统进入工作状态后，同步启动波形记录仪，实时采集电流与电压信息[1]。由于传感器精度不足造成的问题，可以选用更高精度、低飘逸的传感器，减少传感器本身误差。其次要优化信号调理电路，设计稳定性较高的信号调理电路，确保滤波器能够有效去除噪声，同时保留有用的信号成分。放大器要能够准确地放大信号，避免引入额外误差。优化电路布局和布线，以减少噪声干扰。第三要根据信号特性来选择合适的采样频率，保持采样频率的稳定性。第四，对传感器和AD转换器进行一定的温度补偿，以减少温度变化对采样精度的影响。最后要采取屏蔽、滤波等措施来减少电磁干扰对采样信号的影响。提高采样精度对充电桩的可靠运行和用户满意度具有重要意义[2]。

3.2 降低线损漏电

一是要选择低电阻、高导电率的传输材料，减少电阻损耗以提高传输效率，二是要确保线路连接点接触良好，减少接触电阻，需要定期对线路进行维护和检查，特别是连接点处。三是要加强绝缘措施，使用高质量绝缘材料，提高线路绝缘性能减少漏电风险。此外需在充电桩中安装漏电保护装置，检测到漏电后迅速切断电源，防止事故发生，要使用专业仪器定期检测线路的绝缘状态和漏电情况，及时发现并处理问题。

3.3 提高环境适应性

根据设备投放环境选择宽温范围的电子元件，以确保设备在极端温度下的正常运转，提高设备的防护等级，采用相应密封设计，防止水汽和污染物进入设备。在材料使用上尽量选择耐高温、抗腐蚀、防潮的材料，提高设备在恶劣环境下的适应能力，增强其耐用性。使用具有良好绝缘性能的材料，减少湿度对设备的影响。应加强对设备周边环境的监测与控制，在充电桩附近安装环境监测系统，实时对温度、湿度等环境参数进行检测，并结合人工智能使得其能够采取措施进行自我调节。使用屏蔽、滤波器等措施来减少电磁干扰[3]。在极个别极端环境情况下，也可以给充电桩安装加热或冷却系统，保持设备内部温度处于正常运行范围内。

4 结语

综上所述，本文通过对电动汽车充电桩电能计量原理及关键技术的分析，指出了目前充电桩电能计量存在的问题，并提出了相应的改进措施。这些措施有助于提高电动汽车充电桩电能计量的准确性和可靠性，为电动汽车的普及和发展提供有力支持。在今后的工作中，还需进一步研究和优化电能计量技术，以适应不断变化的市场需求。

作者简介

邓戎荣，本科，工程师，研究方向为计量检定。

（责任编辑：张瑞洋）