公共類充電樁計量檢定升級改造技術要點分析

陳永強，呂國偉，邱巧丹

(1.中國電器科學研究院股份有限公司，廣東廣州 510663；2.威凱檢測技術有限公司，廣東廣州 510663)

0 引言

隨著電動汽車的普及，駕駛員要求掌握電動汽車的充電量和充電金額。2019年11月，國家市場監管總局關于發布《實施強制管理的計量器具目錄的公告》(2019年第48號公告)，正式將用于貿易結算的公共類充電樁納入實施強制管理的計量器具目錄中。要求2020年11月起，不滿足JJG 1148—2018的公共類交流充電樁、不滿足JJG 1149—2018的公共類直流充電樁停止對外營運。

截止2020年2月，全國公共類充電樁531 313臺，其中交流充電樁31.1萬臺(占比58.5%)、直流充電樁22.0萬臺(占比41.5%)。廣東的公共類充電樁為63 507臺，充電站為5 365座，換電站為68座。其中不少公共類充電樁已經服役多年，設備老化導致計量收費偏差較大。如何應對強制性計量檢定要求并完成升級改造，是公共類充電樁制造商、運營商最為關注的問題。

公共類充電樁需要執行的計量類國家標準、行業標準和強制性檢定規程見表1[1-9]。但是不同標準的要求是有差異的，為了滿足所有標準和規程的要求，需要對公共類充電樁進行必要的升級改造。

表1 公共類充電樁需要執行的計量類國家標準、行業標準和強制性檢定規程

1 公共類充電樁需要升級改造的地方

1.1 公共類充電樁的銘牌內容

銘牌是為了給公共類充電樁使用者一個明確的警示和提醒，同時也是公共類充電樁運營商管理產品一個重要的依據。銘牌內容缺失或不齊全將會導致使用者誤用從而帶來風險。不同標準對交流充電樁、直流充電樁銘牌內容的要求是有差異的，為了滿足所有標準和規程的要求，建議制造商和運營商將銘牌內容統一為圖1和圖2的內容。

圖1 交流充電樁銘牌模板

圖2 直流充電樁銘牌模板

1.2 公共類充電樁的顯示信息

公共類充電樁必須顯示相關信息以便于貿易結算，公共類充電樁顯示信息的缺失將影響消費者的知情權。但是不同標準關于顯示信息的要求是有差異的。為了滿足所有標準和規程的要求，建議制造商和運營商將顯示信息統一為圖3和圖4所示模板。

圖3 充電過程顯示信息模板

圖4 充電結束顯示信息模板

為了滿足強制性檢定[4-5]規程“顯示位數應不少于6位，至少含3位小數”的要求，公共類充電樁可以通過編程將電能量顯示小數位數調整為3位或者是更換3位小數位數的電能表。

1.3 一些特殊地方的升級改造

由于把公共類充電樁納入到強制性檢定監管，為了防止篡改數據，就需要將交流充電樁的電流采樣交流互感器封印在計量模塊中，避免了老交流充電樁將霍爾元件外置的問題[4-5]。

公共類充電樁應該至少具有3套費率時間，如果只具有2套費率時間，是不能滿足廣東地區的分時電費要求的。根據廣東省物價局文件，將24 h分為用電高峰、用電平段、用電谷期3個時段。廣州市目前執行的居民電價為0.62 元/度，則執行峰谷分時電價后，峰段、平段、谷段的電價分別為：1.004 0、0.62、0.324 7 元/度。

考慮到全國實行的東八區(北京時間)和東六區(烏魯木齊時間)兩個時區，公共類充電樁應該至少具有2個時區，可以將一天的24 h至少分為8個時段，最小間隔為15 min，可跨越凌晨零點，同時各自對應不同費率。

2 影響因素分析

2.1 公共類充電樁的工作誤差和負載測試點的選擇

表2為不同標準對交流充電樁工作誤差的要求，表3為不同標準對直流充電樁工作誤差的要求。

表2 不同標準對交流充電樁工作誤差的要求

表3 不同標準對直流充電樁工作誤差的要求

對比了交流充電樁和直流充電機不同標準的測量限定值，不難發現國家強制性檢定要求制定的指標符合目前充電樁技術水平的現狀。合理的指標不僅能推動正常的貿易結算，也能調動產業鏈的積極性，但是不同標準對工作誤差負載測試點的選擇卻存在差異(表4、表5)。

表4 不同標準對交流充電樁工作誤差負載測試點的選擇

表5 不同標準對直流充電樁工作誤差負載測試點的選擇

2.2 絕緣電阻測試時的影響

看似不同標準中絕緣電阻測試的測試電壓、測試部位和限值要求都是一致的。但是仔細比對發現GB/T 18487.1—2015、NB/T 33001—2018、NB/T 33002—2018標準中依據是額定絕緣電壓Ui；JJG 1148—2018依據是交流充電樁正常工作時的標稱電壓U1；JJG 1149—2018依據是直流充電機正常工作時的最大輸出電壓U1。

交流充電樁輸出電壓也就是標稱電壓通常是單相220 V，三相380 V；直流充電機推薦的輸出電壓有200～500 V、350～700 V、500～950 V、200～750 V、200～950 V[1,6-7]；例如某現場直流充電機的銘牌只標示額定輸出電壓時，除了銘牌內容不符合強制性檢定規程要求外，在進行絕緣電阻測試前，必須搞清楚該直流充電機的最大輸出電壓，才能正確地選擇絕緣電阻的測試電壓。

根據GB/T 2900.18《電工術語 低壓電器》對額定絕緣電壓的定義，額定絕緣電壓值是高于或等于額定電壓值的。以開關電源模塊為例，供電電壓和額定絕緣電壓的差異見表6。

表6 供電電壓和額定絕緣電壓的差異 V

2.3 示值誤差檢定時的接法影響

當被檢充電樁的內阻值遠大于電壓表的內阻值，采用電流表內接法；當被檢充電樁的內阻值遠小于電壓表的內阻值，采用電流表外接法，如圖5所示。但是在實際檢定工作中由于充電樁的種類和工作原理各不相同，被檢充電樁的內阻值完全未知時，可以嘗試采用內外接試觸法，如圖6所示。

圖5 外接法和內接法電路

圖6 內外接試觸法電路

如圖6所示，電壓表K端切換到b端時，電壓表和電流表示值為(Ub,Ib)，當電壓表K端切換到c端時，電壓表和電流表示值兩表的示數為(Uc，Ic)。

即電流相對變化小，說明電流表的分壓作用顯著，應將電壓表K端切換到b端，選擇外接法；

即電流相對變化大，說明電壓表的分流作用顯著，應將電壓表K端切換到c端，選擇內接法。

2.4 環境濕度的影響

根據1980年蔣洪富翻譯的《濕度對聚合物絕緣材料電氣性能的影響》資料顯示，滲入絕緣材料內部的潮氣對絕緣材料的介電性能產生劣化影響，導致介電特性變壞，特別是介質損耗因數、介電常數和擊穿強度這3個指標。

由表7可知，GB/T 28569規定的是交流充電樁在實驗室檢測參比的環境條件，而JJG 1148—2018規定的則是交流充電樁安裝在現場后的檢定環境條件。GB/T 29318規定的是直流充電樁在實驗室檢測參比的環境條件，而JJG 1149—2018規定的則是直流充電樁安裝在現場后的檢定環境條件。

表7 不同標準中關于環境條件的要求

根據2018年廣東農村統計年鑒資料顯示：2018年粵西北8月的平均相對濕度為91%；粵西8月的平均相對濕度為90%；粵北6月平均相對濕度為87%、粵西北6月平均相對濕度為88%，粵中8月平均相對濕度為87%；粵西3月平均相對濕度為87%、4月平均相對濕度為88%、7月平均相對濕度為89%；8月平均相對濕度為90%；9月和12月平均相對濕度為88%。

表8為2018年廣州市某充電站場的相對濕度記錄。根據廣州市某充電站場的環境記錄(相關環境記錄設備有校準并處于校準有效期內)顯示：2018年該充電站場的相對濕度超過90%的小時數為1 963.97 h，全年占比22.4%；按照天數超過相對濕度90%的天數為242天，全年占比66.3%。

由表9可知，2019年該充電站場的相對濕度超過90%的小時數為2 522.1 h，全年占比28.8%；按照天數超過相對濕度90%的天數為301天，全年占比82.5%。

不管是交流充電樁和直流充電樁的產品標準都是可以滿足相對濕度5%～95%要求的，而檢定規程規定相對濕度不超過90%[4-5]。根據廣東高溫高濕的氣候特點，在廣東地區充電樁現場檢定工作中，特別需要關注現場檢定環境濕度的變化情況，防止現場檢定環境濕度超過檢定文件規定的相對濕度上限。

另外JJG 1148—2018 和JJG 1149—2018也都規定了：環境溫度應分別在被測充電機的2個正交截面進行測量，并使溫度計貼近被測充電機的非出風口位置。取被測充電機不同位置溫度測量值的平均值作為環境溫度值。

而且從《國家計量檢定規程編寫規則》(JJF 1002—2010)第5.11.1.1條“檢定條件”和《國際計量校準規范編寫規則》(JJF 1071—2010)第5.10.1“環境條件”的內容解釋，這個環境溫濕度應該是計量器具、配套負載和被檢定充電樁都正常工作都處于的空間環境條件，而不是指被檢定充電樁內部的環境條件。

關注充電樁的工作誤差和負載測試點的選擇、絕緣電阻、示值誤差檢定時采用的接法方式，以及環境濕度都是為了保證現場計量檢定數據和結論的科學性和可復現性。

3 結束語

文中以提高充電服務體驗、提升充電服務質量、保障充電安全為目標，分析了充電技術的發展狀況，并提出了相關措施。縮短充電時間需要大力發展大功率充電技術；無感充電體驗、簡化統一充電接口需要發展無線充電技術、小功率充電技術；實現跨平臺充電需要建立充電漫游互聯互通技術體系；安全可靠充電，需要加強充電電氣安全和信息安全等技術。更加快捷、更加便捷、更加智能的充電體驗將是下一步充電技術的發展趨勢。

同時將公共類充電樁與智能汽車發展、智慧交通和智慧城市建設結合起來。充電作為電動汽車的電能供應方，需要和汽車的電動化、網聯化和智能化發展趨勢結合起來，當電動汽車已經能夠自動駕駛時，自動充電也將成為一種標配。公共類充電樁作為城市的能源體系的一部分，也應在智慧城市的建設發展中扮演重要角色，要站在智慧交通和智慧城市的高度，將公共類充電樁與城市交通設施建設、電網設施建設、城市規劃更加緊密結合起來，統籌車流、人流、停車、充電需求，科學合理布局公共類充電樁。