温湿度对交流充电桩示值误差的影响

ｄｏｉ:１０􀆰１１８２３∕ｊ􀆰ｉｓｓｎ􀆰１６７４－５７９５􀆰２０１８􀆰０４􀆰１０

计量、测试与校准　　􀅰４３　􀅰

温湿度对交流充电桩示值误差的影响

张黎辉

(陕西省计量科学研究院ꎬ陕西西安７１００６５)

摘　要:针对电动汽车交流充电桩示值误差是否受温湿度影响的问题ꎬ使用交流充电桩测试仪对交流充电桩进行了温湿度影响实验ꎬ得出温度和湿度变化与交流充电桩示值误差变化的关系ꎮ分析了交流充电桩示值误差受温湿度影响的原因ꎬ得出了交流充电桩示值误差与温度变化相关ꎬ与环境湿度变化无关的结论ꎮ

关键词:交流充电桩ꎻ示值误差ꎻ温湿度ꎻ影响中图分类号:ＴＢ９７１　　　　文献标识码:Ａ　　　　

文章编号:１６７４－５７９５(２０１８)００－００４３－０３

ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄＨｕｍｉｄｉｔｙＥｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅＩｎｄｉｃａｔｉｏｎＥｒｒｏｒｆｏｒＡＣＣｈａｒｇｉｎｇＰｏｉｎｔ

(ＳｈａｎｘｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｔｒｏｌｏｇｙＳｃｉｅｎｃｅꎬＸｉ’ａｎ７１００６５ꎬＣｈｉｎａ)

ＺＨＡＮＧＬｉｈｕｉ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙꎬａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｉｎｄｉｃａｔｉｏｎｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅＡＣｃｈａｒｇｉｎｇｐｏｉｎｔｕｓｉｎｇｔｈｅｓｐｅｃｉａｌＡＣｃｈａｒ￣

Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＡｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｉｎｄｉｃａｔｉｏｎｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅＡＣｃｈａｒｇｉｎｇｐｏｉｎｔｆｏｒｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｉｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅａｍｂｉｅｎｔ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＡＣｃｈａｒｇｉｎｇｐｏｉｎｔꎻｉｎｄｉｃａｔｉｏｎｅｒｒｏｒꎻｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙꎻｅｆｆｅｃｔ

０　引言

近年来ꎬ随着我国新能源汽车的大力推广ꎬ新能源电动汽车保有量逐年增加ꎬ截止２０１７年底ꎬ我国电在各级政府的政策引导下ꎬ与之配套的充电基础设施在全国范围内大量布局ꎬ保有量居世界前列[２]ꎮ根据２０２０)»规划ꎬ到２０２０年我国将建成分散式充电桩４８０国家发改委«电动汽车充电基础设施发展指南(２０１５－动汽车保有量近１６０万辆ꎬ位居世界首位[１]ꎮ同时ꎬ

量性能的关键指标ꎬ也是充电桩生产企业、运营公司及使用者等利益相关群体最关注指标之一ꎮ本文以充电桩运行环境温湿度为研究切入点ꎬ运用实验手段ꎬ测量在不同运行环境温湿度下的充电桩示值误差ꎬ分析环境温湿度对误差的影响并简述了原因ꎮ

１　实验系统及方案

１􀆰１　实验系统介绍

参照电动汽车交流充电桩检定规程[３]所述ꎬ本实验系统采用可编程交流阻性负载和专用交流充电桩测试仪作为充电桩示值误差的测量标准装置ꎮ为研究充电桩在不同环境温湿度下的示值误差的变化情况ꎬ同时排除温湿度变化对充电桩测试装置和可编程交流阻性负载对测量结果的影响ꎬ仅将待测充电桩置入恒温恒湿实验装置ꎬ实验系统原理如图１所示ꎮ

　　实验中待测充电桩的基本出厂参数如表１所示ꎬ实额定输出电压下最大输出３×３２Ａ的三相交流充电桩ꎮ

图２(ｂ)为恒温恒湿实验装置ꎬ温度范围控制范围

万个ꎬ以满足全国５００万辆电动汽车的充电需求ꎬ这对充电产业快速发展与充电设施大量建设提供了最直接、最有力的政策保障ꎮ

电动汽车充电设施按功能分为交流充电桩和直流充电机ꎬ本文仅讨论交流充电桩(以下简称充电桩)ꎬ其功能类似加油机ꎬ安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内ꎬ面向社会提供充电服务ꎬ也存在电能消耗、充电费用结算等问题ꎮ充电桩充电电量示值是充电结束后进行费用结算的主要依据ꎬ示值误差为充电桩人机交互界面或者结算软件上显示的充电电能量的计量误差[３]ꎬ是评价充电桩计

物如图２(ａ)所示ꎬ该充电桩为最大输出功率为２１ｋＷꎬ

􀅰４４　􀅰　　计量、测试与校准

三

相电源

ＡＢＣＮＬ１Ｌ２Ｌ３ＮＰＥＬ１Ｌ２Ｌ３ＮＰＥ２０１８年第３８卷第４期

０ꎬ２５ꎬ５０℃ꎬ测试中ＶＣ４０６０每个温度点从起始温度在温度达到设定值时ꎬ待测充电桩在实验环境中需恒温４ｈꎮ通过调节负载改变充电桩输出电流ꎬ运用交流充电桩测试仪对示值误差进行６次重复测量ꎬ取测量结果平均值作为设定温度下该负载点的示值误差测量实验方案:设定湿度为５０％ＲＨꎬ温度选取点为－２０ꎬ到设定值之间的调节过程ꎬ待测充电桩始终通电置入ꎮ

电动汽车交流充电桩ＣＣＣＰ交流充电桩测试装置ＣＣＣＰ可编程阻性负载恒温恒湿实验装置ＰＣ图１　实验系统原理框图

表１　待测充电桩基本参数

名称额定额定额定外形尺功率/ｋＷ电压/Ｖ电流/Ａ寸/ｃｍ３电动汽车

交流充电桩

２１

３×２２０

３２

４０×１８×１２

为－４０~１８０℃ꎬ稳定度为±０􀆰１℃ꎬ湿度范围控制范围为１０％~９８％ＲＨꎬ稳定度±２％ＲＨꎬ容积２００Ｌꎮ图２(ｃ)为交流充电桩测试仪ꎬ设备参数为:电压测量３范围３×０􀆰１Ｖ~３×４００Ｖꎬ电流测量范围３×０􀆰１Ａ~

２(ｄ)×１００输入功率为为可编程交流阻性负载Ａ)ꎬ功率/电能测量最大误差为３０ｋＷꎮ

ꎬ额定电压±２５００􀆰０５％Ｖꎬꎮ最大图（ａ）待测（ｂ）恒温恒湿（ｃ）交流充电桩（ｄ）交流阻性充电桩实验箱测试仪负载图２　实验系统所用主要实验设备

１􀆰２　实验方案

充电桩计量检定条件中对温度条件的规定为:一般范围为－１０~４０℃ꎬ扩展范围为[３]－２０~５０℃ꎬ对湿度的规定为:不大于９０％ＲＨ境试验国家标准[４－７]中关于温度和湿度环境试验的规ꎬ参照电工电子产品环定４ꎬ本文温度影响实验方案中ꎬ待测充电桩恒温时间

考虑到待测充电桩良好的防水性能ｈꎬ每个温度点持续时间为７２ｈꎻꎬ湿度影响实验时恒湿时间为３ｈꎬꎬ每个湿度点持续时间为７２ｈꎮ

参照电动汽车交流充电桩检定规程[３]对充电桩现场检定负载点的规定ꎬ考虑实验方案的时效性ꎬ分别２２０在待测充电桩输出为Ｖ/３×３２２２０Ｖ/３×２Ａꎬ２２０Ｖ/３×１６Ａꎬ

量待测充电桩示值误差Ａ时ꎬ分别以温度和湿度为实验变量ꎮ

ꎬ测图３(ａ)所示为恒定湿度环境下ꎬ以温度为变量的结果ꎬ结果记录并保存在ＰＣ中ꎮ

温度可（－２０±２）℃２２０　Ｖ／３×２　Ａ充电量示

编程温度（０±２）℃阻性温度２２０　Ｖ／３×１６　Ａ值误差测量（２５±２）℃

交流充电负载

温度２２０　Ｖ／３×３２　Ａ桩测试装置

（５０±２）℃

湿度：５０％　ＲＨ交流充电桩输出

恒温恒湿环境变量

ＰＣ设备控制及实验数据记录

（ａ

）　温度湿度（２０％±３％）ＲＨ

２２０　Ｖ／３×２　Ａ可充电量示

编湿度（４０％±３％）ＲＨ

湿度２２０　Ｖ／３×１６　Ａ值误差测量程阻性交流充电（６０％±３％）ＲＨ

湿度２２０　Ｖ／３×３２　Ａ负桩测试装置

载

（９０％±３％）ＲＨ

湿度：２５，５０　℃交流充电桩输出

恒温恒湿环境变量

ＰＣ设备控制及实验数据记录

（ｂ）　湿度

图３　温、湿度影响测试方案示意图

同理ꎬ图３(ｂ)为恒定温度环境下ꎬ以湿度为变量的实验方案ꎮ分别设定温度为２５℃和５０℃ꎬ湿度选取点为２０％ＲＨꎬ４０％ＲＨꎬ６０％ＲＨ以及９０％ＲＨꎬ测试时ＶＣ４０６０每个湿度点从起始值到设定值之间的调节过程ꎬ待测充电桩亦始终通电置入ꎮ在湿度达到设定值时ꎬ待测充电桩在测试环境中静置３ｈꎮ参照温度影响实验方案ꎬ记录、处理不同负载点ꎬ相同温度时的充电桩示值误差测量结果ꎬ并将其保存在ＰＣ中ꎮ

２　结果与分析

２􀆰１　温度影响实验结果与分析

图４是环境湿度相同温度不同的情况下ꎬ被测充电桩示值误差随温度变化的实验测量结果ꎮ从图４可知:①环境温度不同ꎬ被测充电桩示值误差不同ꎻ②不同负载时ꎬ充电桩示值误差一致性好ꎬ即示值误差不因充电电流的大小不同而有明显差异ꎻ③环境温度

计测技术

变化时ꎬ不同负载下ꎬ充电桩充电示值误差随温度变化而变化ꎬ并呈现一定线性相关性ꎮ由此可见ꎬ充电桩充电示值误差变化与环境温度变化相关ꎬ分析原因主要有以下几方面:①充电桩内部元器件ꎬ在不同温度下产生了不同的温度漂移[８－９]ꎬ内部计量芯片的基准电压、基准稳压管、金属膜电阻器等受温度影响的元器件都会有对应的温度系数ꎬ其量值会随温度的变化而变化ꎬ这就造成在测量时得到的系统累积误差不同ꎬ从而导致示值误差的不同ꎻ②充电电量是功率和时间的累积量ꎮ实时功率由充电桩计量单元的电压采计量、测试与校准　　􀅰４５　􀅰

３　结论

对于电动汽车的“加电机”ꎬ充电桩最重要的计量性能指标就是示值误差ꎮ通过实验研究发现:充电桩示值误差的变化与环境温度变化相关ꎬ与环境湿度的变化无关ꎮ此结论对充电桩设计制造企业有实际利用价值ꎮ在充电桩设计时ꎬ就可以对不同温度下ꎬ充电桩示值进行补偿ꎬ以便示值误差符合计量检定规程的要求ꎬ进而生产出计量性能更加优异的产品ꎮ在充分保障充电桩运营商和使用方权益的同时ꎬ也维护了社样器和电流采样器通过乘法器而得ꎬ工作温度条件下ꎬ电压、电流采样器的准确度受采样位数和内部晶振的影响ꎮ不同工作温度时采样器会产生的非线性误差ꎬ同时ꎬ内部晶振频率是温度的敏感量[１０]温度下ꎬ上述各部分误差对充电电量累积值的示值误ꎬ因此在不同差是有一定影响的１００．ꎮ

／％０．．０．８６差误－０－３３×值示－０．４－０－０．２０．０１．２．４．６８０３×２×１　３６Ａ２　　ＡＡ－２００２５５０温度／℃图４　实验湿度５０％ＲＨ时不同温度不同负载充电桩示值误差

２􀆰２　湿度影响实验结果与分析

图５是环境温度在２５℃和５０℃时ꎬ不同环境湿度不同负载时ꎬ被测充电桩示值误差随湿度变化的实验测量结果ꎮ从图５可知:①环境温度分别在２５℃和５０℃下ꎬ环境湿度变化与被测充电桩充电示值误差变化无显著相关性ꎻ②不同负载时ꎬ充电桩示值误差亦表现出良好的一致性ꎮ由此可见ꎬ充电桩示值误差变化与环境湿度变化无关ꎬ分析原因主要为:被测充电桩整机外壳防水性好ꎬ实验环境中湿度大小无法有效影响被测充电桩机械外壳内湿度ꎬ使得充电桩内部时钟晶振电路不受实验环境中湿度大小的影响ꎬ这保证了时钟晶振电路电气参数的相对稳定ꎬ体现在实验结果上就是充电桩充电示值误差变化不受环境湿度变化影响／％０００．２５０ꎮ

差０．３０．８误０．．２．１１００５０５０．３００．６．４２０３２０３３××２１Ａ６Ａ／％差误２０３×××２１３Ａ６２ＡＡ相对湿度／４０６×０３２Ａ％９０相对湿度／４０６０％９０（ａ）实验温度２５℃（ｂ）实验温度５０℃图５　不同湿度不同负载充电桩示值误差

会的公平与正义ꎮ

[１]中国软件评测中心智能网联汽车测试实验室参考文献

础设施的发展与困惑[Ｊ].紫光阁ꎬ２０１８(１):.８７我国充电基－８７.

[２]何珺再翻番.中国充电基础设施发展位居世界前列今年保有量或[Ｊ].电力系统装备ꎬ２０１７(６):３８－３９.[３]ＪＪＧ中国质检出版社１１４８－２０１８电动汽车交流充电桩检定规程ꎬ２０１８.

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中国标准出版社ꎬ２００８.

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学报ꎬ２０１１ꎬ３２(４):４７８[１０]－Ｄｅｎｇ４８０.

ＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎＺꎬＣｈｅｎＭｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓＴｅｃｈｎｉｑｕｅＸ.Ｒｅｓｅａｒｃｈ＆ＥｍｂｅｄｄｅｄｆｏｒＱｕａｒｔｚｏｆＭｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

ＳｙｓｔｅｍｓꎬＣｒｙｓｔａｌ２０１２.Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ[Ｊ].收稿日期:２０１８－０３－２６

作者简介

张黎辉(１９８７－)ꎬ男ꎬ硕士ꎬ研究方向为电磁计量测试技术、自动测试技术ꎮ２０１３年毕业于中山大学检测技术与自动化装置专业ꎬ获得硕士学位ꎮ授权发明专利１项ꎬ发表学术论文４篇ꎮ