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(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

隨著國家政策的大力引導(dǎo)，電動汽車產(chǎn)業(yè)得到快速的發(fā)展，電動汽車走進千家萬戶。但是近年來電動汽車火災(zāi)事故頻發(fā)，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(guān)重要。為此，本文以某模式2充電器產(chǎn)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(huán)等各個環(huán)節(jié)，論述其對測量結(jié)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(guān)標準的要求，從而更好地保障充電安全。

1 應(yīng)用實例

1.1 試驗樣品

模式2充電器，其產(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定：電路板溫度超過85℃時，應(yīng)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(nèi)的幾何中心位置，額定負載條件下運行。設(shè)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(jù)采集的溫度判斷如已經(jīng)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為溫度監(jiān)控，監(jiān)控?zé)犭娕疾贾迷诳刂坪型獗砻婧碗娐钒迳媳M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(guān)系

1.4 試驗設(shè)備

1）高低溫濕熱試驗箱，其檢定結(jié)果見表1。

表1 檢定結(jié)果

2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) （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(shù)，存在一定的讀數(shù)誤差。由于溫箱是數(shù)字顯示，不存在數(shù)據(jù)修約的誤差，讀數(shù)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(jié)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(nèi)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(wěn)定狀態(tài)下得出，而本測試是處于動態(tài)過程中［3］，因此，通過外接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)監(jiān)控控制盒外表面和盒內(nèi)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(chǎn)生的測量不確定度。監(jiān)控?zé)犭娕挤謩e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(nèi)進行，設(shè)定條件一致，因此環(huán)境條件的影響可忽略。

3 測量數(shù)值的采集

重復(fù)進行10次試驗，記錄負載電流突變點時溫箱顯示儀的讀數(shù)，以及監(jiān)控數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的溫度數(shù)值，見表2。

4 建立數(shù)學(xué)模型

過溫保護點不確定度數(shù)學(xué)模型為：

式中：Δt——溫箱讀數(shù)偏差；tA——溫箱示值重復(fù)性偏差；tB——溫箱引起的偏差；tC——外接測量設(shè)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(shù)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(jīng)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(shù)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)引入的不確定度

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) （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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(jié)果的表示

溫箱示值平均值為85.09℃，經(jīng)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(jié)

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）