電動汽車交流充電樁電能測量不確定度研究

溫文滿

摘 要 隨著電動汽車產業迅速發展，電動汽車和充電樁廣泛應用，評價充電樁的安全、可靠以及性能等的檢測工作隨之增加，由于電動汽車是近十來年的新新產業，對其檢測的技術和結果評價還需不斷地提高和完善。本文針對電動汽車交流充電樁電能測量評價結果更為完善，進行了不確定度的分析研究，由此得出相關測量的不確定度，可為相關檢測行業的檢測結果評價和不確定度的分析提供參考。

關鍵詞 電動汽車交流充電樁;電能測量評價;測量不確定度

引言

隨著環保標準的提高和傳統能源的短缺，作為干凈能源的電動汽車已成為未來汽車的重要發展方向，而且近幾年電動汽車相關技術取得了很大的進步，電動汽車的普及率逐年大幅提高。據相關統計，全球電動汽車現有的保存量達2000萬輛以上，2020年將有500萬輛的銷售，且還在高速的增長。但由于電動汽車和充電樁使用過程中，存在著安全、可靠、能量計費等問題，必須進行相關的質量、計量等檢測工作，檢測的技術和檢測評價也在不斷探索和完善過程。因檢測時受被測物、測量設備、環境、方法等各種因素影響，測量結果存在一定誤差，僅以誤差分析評定測量結果時，有時顯得不完備和難操作，由此需采用測量不確定度的方法來評定測量結果，本文就針對電動汽車充電樁電能測量不確定度進行分析研究。

1測量過程

（1）環境條件溫度：（18～22）℃、濕度為（45～75）%

（2）測量標準充電樁檢定裝置（0.05級）、配備0.05級的標準電能表

（3）被測對象電動汽車交流充電樁（2.0級）

（4）測量過程。以標準電能表作為參考標準，由充電樁檢定裝置輸出功率，用誤差計算器對參考標準和被檢充電樁輸出的高頻脈沖進行比較，直接給出被檢充電樁相對參考標準的測量結果的相對誤差。

2數學模型

數學模型為：

式中：——被測充電樁的相對誤差;

——充電樁檢定裝置上測得的相對誤差。

3測量不確定度的評定

輸入量的標準不確定度的來源主要有兩方面：在重復性條件下由于測量結果的分散性引起的標準不確定度分量u（）── 采用A類評定;充電樁檢定裝置引起的不確定度分量urel? ── 采用B類評定。

3.1 A類不確定度的評定

用充電樁檢定裝置在相同的參比條件下測量同一個被檢充電樁，對該被檢充電樁按不同負載下進行10次測量，根據貝塞爾公式計算出其實驗標準偏差，測量結果如下

3.2 B類不確定度的評定

B類不確定度是用非統計方法評定的不確定度，又稱非統計不確定度，系統誤差中不可掌握部分是它的主要來源，該分量主要由測量標準（充電樁檢定裝置）所引起[3]。通過對充電樁檢定裝置誤差源的分析，B類不確定度主要有以下因素：

（1）檢定裝置溯源的不確定度

此分量直接采用上級標準所給出檢定證書中的測量結果不確定度。

u1：Pf = 1.0 時? ?U = 0.018%? ? ? k=2

Pf =0.5L時? ?U = 0.018%? ? ? k=2

Pf =0.8C時? ?U = 0.018%? ? ? k=2

（2）檢定裝置誤差引起的不確定度

取其基本量限的最大允許誤差，可信程度為90%，該分量為正態分布，分布系數為3，靈敏系數取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）電流和電壓互感器比例系數引起的不確定度

由于電能表校驗裝置無互感器，所以此分量不用考慮。

u3 = 0

（4）電壓測量回路中標準表與被檢充電樁同相端子之間的電位差引起的不確定度

其誤差限根據JJG 597-2005《交流電能表檢定裝置檢定規程》[2]的規定，取檢定裝置等級的1/6，可信程度90%，為均勻分布，分布系數，靈敏系數取1。

u4 = 0.00833%/ = 0.00481% k = 1

（5）檢定裝置輸出功率穩定度對誤差的影響

功率穩定度，取其最大允許值的十分之一作為不確定度的估計，可信程度90%。

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

（6）標準表和被檢充電樁的采樣不同步引起的不確定度

由于電能標準裝置用軟件的方法來控制采樣同步，因此可以忽略不同步引起的不確定度。

u6 = 0

（7）電能校驗裝置誤差顯示分辨力引起的不確定度

由于我們的校驗裝置誤差顯示分辨率為0.001%，根據JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》[1]的規定，由此帶來的標準不確定度為0.29×分辨力，可信程度90%。

u7 = 0.29×0.001% = 0.00029% k = 1

（8）數據修約即被測表誤差化整引起的不確定度

根據JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》[1]規定由此帶來的標準不確定度為0.29×修約間距，可信程度90%。

u8 = 0.29×0.2% = 0.058% k = 1

3.3 合成標準不確定度

uc=

uc（1.0）? ?=? = 0.064

uc（0.5L）? =? = 0.063

uc（0.8C）? =? = 0.070

3.4 擴展不確定度

擴展不確定度U等于合成標準不確定度uc和包含因子k的乘積。取k=2，置信概率為95%。

Pf = 1.0 時? ?U = 0.064 × 2 = 0.128%? ? ? k=2

Pf =0.5L時? ?U = 0.063 × 2 = 0.126%? ? ? k=2

Pf =0.8C時? ?U = 0.070 × 2 = 0.140%? ? ? k=2

4結束語

通過上述測量和分析，檢定充電樁時，基本誤差測量結果的擴展不確定度為：

Pf = 1.0 時? ?U = 0.13%? ? ? k=2

Pf =0.5L時? ?U = 0.13%? ? ? k=2

Pf =0.8C時? ?U = 0.14%? ? ? k=2

本文根據電動汽車交流充電樁電能測量特點，分析了電能測量誤差導致的不確定因素。依據交流電能測量原理，分析了電能誤差測量過程中導致的不確定因素。以上測量分析方法和結果，可供電動汽車交流充電樁電能檢測同行在進行相關檢測結果評價或進行分析時提供參考和應用[5]。

參考文獻

[1] 測量不確定度評定與表示：JJF1059.1-2012[S].北京：中國質檢出版社，2012.

[2] 《交流電能表檢定裝置》檢定規程：JJG597-2005[S].北京：中國質檢出版社，2005.

[3] 《電子式交流電能表》檢定規程：JJG596-2012[S].北京：中國質檢出版社，2012.

[4] 《電動汽車充電機（樁）》檢定規程：JJG（粵）015-2011[S].北京：中國質檢出版社，2011.

[5] 電動汽車交流充電樁：JJG1148-2018[S].北京：中國質檢出版社，2018.