直流充電樁的電量計(jì)量【能效充電樁科普系列之十四】
帶有計(jì)費(fèi)功能的運(yùn)營充電樁要接受政府市場監(jiān)督管理局的監(jiān)管,因?yàn)橐蛳M(fèi)者收取電費(fèi)和充電服務(wù)費(fèi)。在2023年之前,充電樁作為新生事物,還處在“民不舉,官不究”狀態(tài)。2023年開始,市場監(jiān)督管理局已開始主動(dòng)出擊,抽檢一些運(yùn)營充電樁了。行政執(zhí)法的依據(jù)是兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)《JJG 1149-2022、電動(dòng)汽車非車載充電機(jī)檢定規(guī)程》、《JJG 1148-2022、電動(dòng)汽車交流充電樁檢定規(guī)程》。對充電樁進(jìn)行檢定,是一種行政執(zhí)法?!熬拖癯欣锏碾娮映樱荒苋苯锷倭?。” “就像油站的加油槍,要準(zhǔn)”。檢定合格的充電樁,必須要將電能表或計(jì)量模塊的位置加以封印,分流器也加以封印。
交流充電樁的計(jì)費(fèi)基于交流電量,直流充電樁的計(jì)費(fèi)基于直流電量。給電池充電要用直流電,因此,直流充電樁對于消費(fèi)者來說,交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電能損耗費(fèi)用是由運(yùn)營商承擔(dān)的。
準(zhǔn)確度等級的定義及不用專門的計(jì)量單元的可能性
按JJG標(biāo)準(zhǔn)中,實(shí)負(fù)荷檢定法的方法二,“準(zhǔn)確等級”的定義如下。如果不考慮修正的系統(tǒng)誤差,意思就是:(充電樁顯示的電能值之差 — 用于計(jì)量檢定的高精度電能表顯示的電能值)/ ?用于計(jì)量檢定的高精度電能表顯示的電能值 *100%。

假如不使用電表或計(jì)量芯片、計(jì)量模塊,直接用充電模塊的輸出值進(jìn)行舉例:
假如:輸出電壓450V,誤差+1%,輸出電流20A,誤差-0.5%,時(shí)間計(jì)量誤差為0,那么,準(zhǔn)確度是:
[(450+450*1%)*(20+20*(-0.5%))— ?450*20]/450*20
= (454.5*19.9 - 450*20 )/450*20
= 0.495%
這個(gè)計(jì)算結(jié)果表明,不使用電能表或 “計(jì)量模塊”,甚至不用計(jì)量芯片開發(fā)板載的計(jì)量電路,基于充電模塊的出廠校準(zhǔn),輸出電壓和輸出電流符合NB/T 33001標(biāo)準(zhǔn)的要求,也即輸出電壓誤差+/-1%,輸出電流誤差+/-0.5%,如果充電模塊的出廠校準(zhǔn)是合格的,?準(zhǔn)確度等級就能滿足1級。
但是,對充電模塊來說,小電流時(shí),無法通過恒定頻率的PWM來控制,要采取“打嗝”的方式,就是一會(huì)兒有PWM,一會(huì)兒沒有PWM,間隔很長時(shí)間才發(fā)出一束PWM,輸出電壓和輸出電流的誤差很難控制,因此在NB/T 33001標(biāo)準(zhǔn)里定義了小于30A的電流誤差,只要滿足+/-0.3A即可。舉例來看,假如輸出電壓450V,誤差+1%,輸出電流5A,誤差-0.3A,時(shí)間計(jì)量誤差為0,那么,準(zhǔn)確度是,
[(450+450*1%)*(5-0.3) — ?450*5]/450*5
= (454.5*4.7 - 450*5 )/450*5
= -5.06%
并不能滿足準(zhǔn)確度等級1級或2級的要求。
對于大電流來說,符合準(zhǔn)確度等級1級不難。難在小電流。在銘牌上需要標(biāo)識清楚1級或2級準(zhǔn)確度等級的電流范圍。對于小電流,要采用專用的計(jì)量芯片或計(jì)量模塊或?qū)S玫碾娔鼙怼?/p>
很多人對充電樁的電量計(jì)量存在一個(gè)誤區(qū),以為一定是要有“電能表”,但實(shí)際上標(biāo)準(zhǔn)上只要求充電樁能顯示出準(zhǔn)確的電能值。標(biāo)準(zhǔn)上的描述是:“計(jì)量模塊完成直流電能的計(jì)量,并將測得量輸出到顯示界面或數(shù)據(jù)傳統(tǒng)接口”。計(jì)量的結(jié)果是,要確認(rèn)充電樁廠家標(biāo)識的準(zhǔn)確度等級是1級或者2級是否真實(shí)。在JJG標(biāo)準(zhǔn)中,用詞是準(zhǔn)確度,在我們習(xí)慣中,將準(zhǔn)確度等級寫成精度等級。準(zhǔn)確度和精度在計(jì)量領(lǐng)域是兩個(gè)不同定義,在此不作展開。
實(shí)負(fù)荷檢定法的方法二
JJG檢定規(guī)程包括外觀及功能檢查、工作誤差、時(shí)鐘時(shí)刻誤差。工作誤差就是“準(zhǔn)確度等級”,是最受關(guān)注的。
準(zhǔn)確度等級的檢定,通俗地說,就是電量計(jì)量,實(shí)質(zhì)是:在一個(gè)規(guī)定的時(shí)間內(nèi),通過高精度的計(jì)量檢定裝置測量連續(xù)帶載工作中的充電樁的輸出直流電壓和直流電流,計(jì)算出在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的電能值(W=V*I*t),將這個(gè)電能值和檢定終止時(shí)刻、起始時(shí)刻的電能值之差進(jìn)行比較計(jì)算。根據(jù)上述公式,嚴(yán)格地說,要加上檢定裝置的已定系統(tǒng)誤差,才是準(zhǔn)確度等級的結(jié)果。
JJG給出的檢定方法一,是基于傳統(tǒng)的機(jī)械電能表的脈沖常數(shù)法。如果沒有背景知識,不好理解?,F(xiàn)在主流的檢定方法一般是采用實(shí)負(fù)荷檢定法的方法二。有供應(yīng)商設(shè)計(jì)了一種檢定裝置,如圖1所示。

圖1 ? 直流充電樁電能計(jì)量檢定裝置
JJG標(biāo)準(zhǔn)指出,“負(fù)載可采用電動(dòng)汽車、動(dòng)力電池組、直流電子負(fù)載或電阻負(fù)載?!??使用動(dòng)力電池組顯得不太好實(shí)現(xiàn)。使用直流電阻負(fù)載或電阻負(fù)載,都需要用到BMS模擬器。用電子汽車的測試,實(shí)施起來最簡單。三種負(fù)載的測試環(huán)境如圖2所示。

圖2
關(guān)于電量計(jì)量,有以下一些話題可以討論。
負(fù)載點(diǎn)的選擇
2018版的JJG標(biāo)準(zhǔn)中測試負(fù)載點(diǎn)為6個(gè),這就意味著我們在測試時(shí)需要在恒壓充電和恒流充電兩種充電模式下進(jìn)行共6次測試。2022版標(biāo)準(zhǔn)中測試負(fù)載點(diǎn)由6個(gè)改為1個(gè)。在表5中任意選擇一個(gè)。
有2個(gè)問題:
1. ?這對于電動(dòng)汽車作為負(fù)載是做不多的,在充電過程中,電壓和電流可能是變化的。
2. ?如果用電子負(fù)載,選擇很小的電流作為負(fù)載,對充電樁廠家是個(gè)挑戰(zhàn)。微弱電流的采樣,是一個(gè)永恒的難題。小信號、懸浮測量,精度是很難保證的——最終只能是依賴某種儀器設(shè)備。“即使這個(gè)儀器設(shè)備是錯(cuò)的,也是對的,因?yàn)橛?jì)量機(jī)構(gòu)使用它?!??但是,在實(shí)際充電過程中,電流不可能一直那么小。市場監(jiān)管部門要搞事,就專挑小電流來計(jì)量。如果充電樁在很小電流時(shí)的精度沒法保證,就干脆在銘牌上標(biāo)識清楚最小電流。2022版標(biāo)準(zhǔn)中特別說明,2023年之前的充電樁,如果沒有標(biāo)注最小電流,就按最大電流5A來計(jì)量。沒有標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度等級,就按2級來計(jì)量。


計(jì)量過程持續(xù)的時(shí)間
在討論電量計(jì)量時(shí),計(jì)量一次要讓充電樁持續(xù)工作多久。JJG標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確規(guī)定。我們在在某家檢定機(jī)構(gòu)測試時(shí),他們將1級精度檢測的時(shí)長定義為要求充電樁累計(jì)電能≥1度電(kWh),2級精度檢測要求充電樁累計(jì)電能≥2度電(kWh)。
顯示位數(shù)
充電樁最小電能計(jì)量變量應(yīng)為0.001kWh,顯示位數(shù)最少6位(至少含3位小數(shù)),即電能累計(jì)顯示值至少要滿足大于100kwh的計(jì)量需求,且顯示數(shù)值需精確到小數(shù)點(diǎn)后3位,如2.674kWh、56.234kWh、123.456kWh。
對于具有分時(shí)計(jì)費(fèi)功能的充電樁,其時(shí)鐘時(shí)刻顯示分辨率不大于1S,即時(shí)鐘時(shí)刻至少要精確顯示至秒級;時(shí)鐘時(shí)刻誤差首次檢定時(shí)不大于5S,后續(xù)檢定時(shí)不大于3min。
準(zhǔn)確度精度的修正
在準(zhǔn)確度等級的公式中有一個(gè)y0作為修正值。這是一個(gè)冷門的知識點(diǎn)。這個(gè)修正值在計(jì)量的環(huán)境溫度-20度到-10度或+40度到+50度時(shí)要考慮。在這樣的環(huán)境溫度下,市場監(jiān)督管理局也不太愿意出去工作。

就是要理解表1中的下面這段說明以及表2。


假設(shè)環(huán)境溫度為-15度,準(zhǔn)確度等級的修訂值為:
假設(shè)按1級計(jì)量:
C=0.05,delt = 5 , ?y0= 0.05*5=0.25
假設(shè)按2級計(jì)量:
C=0.1,delt = 5 , ?y0= 0.1*5=0.5