模式2充電器過溫保護測試不確定度分析

未倩倩，李 曉，王嬌嬌，陳 赫

（中國汽車技術研究中心有限公司，天津 300300）

隨著國家政策的大力引導，電動汽車產業得到快速的發展，電動汽車走進千家萬戶。但是近年來電動汽車火災事故頻發，人們在享受電動汽車帶來便利的同時，也在擔憂其安全問題。模式2充電器作為家用電動汽車充電器，使用頻率非常高，其安全保護性能對電動汽車的充電安全來說至關重要。為此，本文以某模式2充電器產品為例，介紹其過溫保護試驗的測量方法，識別并分析過溫保護試驗過程中各測量不確定度的來源，從人、機、料、法、環等各個環節，論述其對測量結果的影響，給出溫度測量值的不確定度評估過程，從而更加準確可靠地論證該模式2充電過溫保護功能是否符合相關標準的要求，從而更好地保障充電安全。

1 應用實例

1.1 試驗樣品

模式2充電器，其產品技術條件規定：電路板溫度超過85℃時，應切斷輸出電路。

1.2 試驗方法

過溫保護試驗方法：將模式2充電器放置在溫箱內的幾何中心位置，額定負載條件下運行。設定溫箱的溫升速率為1k／min，在溫度試驗箱升溫過程中，模式2充電器的控制盒根據采集的溫度判斷如已經達到過溫保護點，則切斷輸出電路。過溫點從溫箱直接讀取。在試驗過程中，外接數據采集系統作為溫度監控，監控熱電偶布置在控制盒外表面和電路板上盡可能靠近模式2充電器本身溫度傳感器的位置。

1.3 試驗方案布置

按圖1所示線路完成樣品連接和布置。

圖1 試驗樣品連接關系

1.4 試驗設備

1）高低溫濕熱試驗箱，其檢定結果見表1。

表1 檢定結果

2）數據采集系統 （J型熱電偶），最大偏差0.8℃，其擴展不確定度 （k=2）為0.05%。

2 測量不確定度來源分析（圖2）

測試者觀測模式2充電器的負載電流斷開后立即讀取溫箱的讀數，存在一定的讀數誤差。由于溫箱是數字顯示，不存在數據修約的誤差，讀數誤差由分辨力決定。

圖2 不確定度因素分析圖

溫箱的特性對本次測量結果有較大的影響，如溫箱偏差、均勻度、波動度［1］、溫升速率［2］等。外接的數據采集系統與J型熱電偶的連接歸為兩者的一體校準。

本測試為帶載測試，由于被測樣品本身的材料特性以及帶載運行工況的影響，控制盒內的溫度和溫箱中心點位置的溫度存在偏差，而且溫箱檢定證書中的均勻度是從箱體穩定狀態下得出，而本測試是處于動態過程中［3］，因此，通過外接數據采集系統監控控制盒外表面和盒內電路板上的溫差來評估其對不確定度的影響。

在測試中，我們采用點膠法固定熱電偶探頭，避免了熱電偶探頭與被測樣品表面由于接觸不良產生的測量不確定度。監控熱電偶分別布置在溫箱幾何中心位置以及電路板上盡可能靠近模式2充電器本身溫度傳感器的位置，盡可能縮小取點位置對不確定度的影響，此部分貢獻可忽略不計。

10組試驗在同一個溫箱內進行，設定條件一致，因此環境條件的影響可忽略。

3 測量數值的采集

重復進行10次試驗，記錄負載電流突變點時溫箱顯示儀的讀數，以及監控數據采集系統采集的溫度數值，見表2。

4 建立數學模型

過溫保護點不確定度數學模型為：

式中：Δt——溫箱讀數偏差；tA——溫箱示值重復性偏差；tB——溫箱引起的偏差；tC——外接測量設備引起的偏差。

其中，tA、tB、tC互為獨立，因而得：

表3為不確定度匯總表。

5 不確定度計算

5.1 A類不確定度計算

標準偏差

5.2 B類不確定度計算

5.2.1 溫箱引入的不確定度

由檢定證書獲得溫箱溫度最大偏差-1.1℃，溫度測量不確定度0.4℃，則由此引入的不確定度為：

表2 測量數值的采集

表3 不確定度匯總表

溫箱溫度均勻度偏差1.2℃，不確定度0.4℃，由此引入的不確定度為：

溫箱溫度波動度偏差±0.2℃，不確定度0.4℃，由此引入的不確定度為：

溫箱溫升變化速率1℃／min，按照經驗判斷，其最大偏差不超過±0.5℃，服從均勻分布，由此引入的不確定度為：

溫箱數字示值分辨力0.01℃，服從均勻分布，由此引入的不確定度為：

5.2.2 外接數據采集系統引入的不確定度

數據采集系統 （J型熱電偶），最大偏差0.8℃，其擴展不確定度 （k=2）為0.05%，即0.02℃，由此引入的不確定度為：

由外接數據采集系統引入的不確定度為：

5.3 合成不確定度計算

5.4 擴展不確定度計算

擴展不確定度 （置信水平95%：k=2），U=k×uC=1.32℃

6 測量結果的表示

溫箱示值平均值為85.09℃，經修約后，模式2充電器過溫保護點溫度表示為：

T=85.1℃±1.3℃ （置信水平95%：k=2）。

7 總結

本文對模式2充電器過溫保護點測量的不確定度進行了分析評估，給出了過溫保護點溫度的測量方法，并分析了影響測量不確定度的因素以及評估過程。

（編輯 楊 景）