公共類充電樁計(jì)量檢定升級(jí)改造技術(shù)要點(diǎn)分析

陳永強(qiáng)，呂國(guó)偉，邱巧丹

(1.中國(guó)電器科學(xué)研究院股份有限公司，廣東廣州 510663；2.威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣東廣州 510663)

0 引言

隨著電動(dòng)汽車的普及，駕駛員要求掌握電動(dòng)汽車的充電量和充電金額。2019年11月，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管總局關(guān)于發(fā)布《實(shí)施強(qiáng)制管理的計(jì)量器具目錄的公告》(2019年第48號(hào)公告)，正式將用于貿(mào)易結(jié)算的公共類充電樁納入實(shí)施強(qiáng)制管理的計(jì)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(duì)外營(yíng)運(yùn)。

截止2020年2月，全國(guó)公共類充電樁531 313臺(tái)，其中交流充電樁31.1萬臺(tái)(占比58.5%)、直流充電樁22.0萬臺(tái)(占比41.5%)。廣東的公共類充電樁為63 507臺(tái)，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(jīng)服役多年，設(shè)備老化導(dǎo)致計(jì)量收費(fèi)偏差較大。如何應(yīng)對(duì)強(qiáng)制性計(jì)量檢定要求并完成升級(jí)改造，是公共類充電樁制造商、運(yùn)營(yíng)商最為關(guān)注的問題。

公共類充電樁需要執(zhí)行的計(jì)量類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和強(qiáng)制性檢定規(guī)程見表1[1-9]。但是不同標(biāo)準(zhǔn)的要求是有差異的，為了滿足所有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程的要求，需要對(duì)公共類充電樁進(jìn)行必要的升級(jí)改造。

表1 公共類充電樁需要執(zhí)行的計(jì)量類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和強(qiáng)制性檢定規(guī)程

1 公共類充電樁需要升級(jí)改造的地方

1.1 公共類充電樁的銘牌內(nèi)容

銘牌是為了給公共類充電樁使用者一個(gè)明確的警示和提醒，同時(shí)也是公共類充電樁運(yùn)營(yíng)商管理產(chǎn)品一個(gè)重要的依據(jù)。銘牌內(nèi)容缺失或不齊全將會(huì)導(dǎo)致使用者誤用從而帶來風(fēng)險(xiǎn)。不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)交流充電樁、直流充電樁銘牌內(nèi)容的要求是有差異的，為了滿足所有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程的要求，建議制造商和運(yùn)營(yíng)商將銘牌內(nèi)容統(tǒng)一為圖1和圖2的內(nèi)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(guān)信息以便于貿(mào)易結(jié)算，公共類充電樁顯示信息的缺失將影響消費(fèi)者的知情權(quán)。但是不同標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于顯示信息的要求是有差異的。為了滿足所有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程的要求，建議制造商和運(yùn)營(yíng)商將顯示信息統(tǒng)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(jié)束顯示信息模板

為了滿足強(qiáng)制性檢定[4-5]規(guī)程“顯示位數(shù)應(yīng)不少于6位，至少含3位小數(shù)”的要求，公共類充電樁可以通過編程將電能量顯示小數(shù)位數(shù)調(diào)整為3位或者是更換3位小數(shù)位數(shù)的電能表。

1.3 一些特殊地方的升級(jí)改造

由于把公共類充電樁納入到強(qiáng)制性檢定監(jiān)管，為了防止篡改數(shù)據(jù)，就需要將交流充電樁的電流采樣交流互感器封印在計(jì)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(yīng)該至少具有3套費(fèi)率時(shí)間，如果只具有2套費(fèi)率時(shí)間，是不能滿足廣東地區(qū)的分時(shí)電費(fèi)要求的。根據(jù)廣東省物價(jià)局文件，將24 h分為用電高峰、用電平段、用電谷期3個(gè)時(shí)段。廣州市目前執(zhí)行的居民電價(jià)為0.62 元/度，則執(zhí)行峰谷分時(shí)電價(jià)后，峰段、平段、谷段的電價(jià)分別為：1.004 0、0.62、0.324 7 元/度。

考慮到全國(guó)實(shí)行的東八區(qū)(北京時(shí)間)和東六區(qū)(烏魯木齊時(shí)間)兩個(gè)時(shí)區(qū)，公共類充電樁應(yīng)該至少具有2個(gè)時(shí)區(qū)，可以將一天的24 h至少分為8個(gè)時(shí)段，最小間隔為15 min，可跨越凌晨零點(diǎn)，同時(shí)各自對(duì)應(yīng)不同費(fèi)率。

2 影響因素分析

2.1 公共類充電樁的工作誤差和負(fù)載測(cè)試點(diǎn)的選擇

表2為不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)交流充電樁工作誤差的要求，表3為不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)直流充電樁工作誤差的要求。

表2 不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)交流充電樁工作誤差的要求

表3 不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)直流充電樁工作誤差的要求

對(duì)比了交流充電樁和直流充電機(jī)不同標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量限定值，不難發(fā)現(xiàn)國(guó)家強(qiáng)制性檢定要求制定的指標(biāo)符合目前充電樁技術(shù)水平的現(xiàn)狀。合理的指標(biāo)不僅能推動(dòng)正常的貿(mào)易結(jié)算，也能調(diào)動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈的積極性，但是不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工作誤差負(fù)載測(cè)試點(diǎn)的選擇卻存在差異(表4、表5)。

表4 不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)交流充電樁工作誤差負(fù)載測(cè)試點(diǎn)的選擇

表5 不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)直流充電樁工作誤差負(fù)載測(cè)試點(diǎn)的選擇

2.2 絕緣電阻測(cè)試時(shí)的影響

看似不同標(biāo)準(zhǔn)中絕緣電阻測(cè)試的測(cè)試電壓、測(cè)試部位和限值要求都是一致的。但是仔細(xì)比對(duì)發(fā)現(xiàn)GB/T 18487.1—2015、NB/T 33001—2018、NB/T 33002—2018標(biāo)準(zhǔn)中依據(jù)是額定絕緣電壓Ui；JJG 1148—2018依據(jù)是交流充電樁正常工作時(shí)的標(biāo)稱電壓U1；JJG 1149—2018依據(jù)是直流充電機(jī)正常工作時(shí)的最大輸出電壓U1。

交流充電樁輸出電壓也就是標(biāo)稱電壓通常是單相220 V，三相380 V；直流充電機(jī)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(xiàn)場(chǎng)直流充電機(jī)的銘牌只標(biāo)示額定輸出電壓時(shí)，除了銘牌內(nèi)容不符合強(qiáng)制性檢定規(guī)程要求外，在進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試前，必須搞清楚該直流充電機(jī)的最大輸出電壓，才能正確地選擇絕緣電阻的測(cè)試電壓。

根據(jù)GB/T 2900.18《電工術(shù)語 低壓電器》對(duì)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(guān)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(shí)的接法影響

當(dāng)被檢充電樁的內(nèi)阻值遠(yuǎn)大于電壓表的內(nèi)阻值，采用電流表內(nèi)接法；當(dāng)被檢充電樁的內(nèi)阻值遠(yuǎn)小于電壓表的內(nèi)阻值，采用電流表外接法，如圖5所示。但是在實(shí)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(nèi)阻值完全未知時(shí)，可以嘗試采用內(nèi)外接試觸法，如圖6所示。

圖5 外接法和內(nèi)接法電路

圖6 內(nèi)外接試觸法電路

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

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

即電流相對(duì)變化大，說明電壓表的分流作用顯著，應(yīng)將電壓表K端切換到c端，選擇內(nèi)接法。

2.4 環(huán)境濕度的影響

根據(jù)1980年蔣洪富翻譯的《濕度對(duì)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(nèi)部的潮氣對(duì)絕緣材料的介電性能產(chǎn)生劣化影響，導(dǎo)致介電特性變壞，特別是介質(zhì)損耗因數(shù)、介電常數(shù)和擊穿強(qiáng)度這3個(gè)指標(biāo)。

由表7可知，GB/T 28569規(guī)定的是交流充電樁在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)參比的環(huán)境條件，而JJG 1148—2018規(guī)定的則是交流充電樁安裝在現(xiàn)場(chǎng)后的檢定環(huán)境條件。GB/T 29318規(guī)定的是直流充電樁在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)參比的環(huán)境條件，而JJG 1149—2018規(guī)定的則是直流充電樁安裝在現(xiàn)場(chǎng)后的檢定環(huán)境條件。

表7 不同標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于環(huán)境條件的要求

根據(jù)2018年廣東農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒資料顯示：2018年粵西北8月的平均相對(duì)濕度為91%；粵西8月的平均相對(duì)濕度為90%；粵北6月平均相對(duì)濕度為87%、粵西北6月平均相對(duì)濕度為88%，粵中8月平均相對(duì)濕度為87%；粵西3月平均相對(duì)濕度為87%、4月平均相對(duì)濕度為88%、7月平均相對(duì)濕度為89%；8月平均相對(duì)濕度為90%；9月和12月平均相對(duì)濕度為88%。

表8為2018年廣州市某充電站場(chǎng)的相對(duì)濕度記錄。根據(jù)廣州市某充電站場(chǎng)的環(huán)境記錄(相關(guān)環(huán)境記錄設(shè)備有校準(zhǔn)并處于校準(zhǔn)有效期內(nèi))顯示：2018年該充電站場(chǎng)的相對(duì)濕度超過90%的小時(shí)數(shù)為1 963.97 h，全年占比22.4%；按照天數(shù)超過相對(duì)濕度90%的天數(shù)為242天，全年占比66.3%。

由表9可知，2019年該充電站場(chǎng)的相對(duì)濕度超過90%的小時(shí)數(shù)為2 522.1 h，全年占比28.8%；按照天數(shù)超過相對(duì)濕度90%的天數(shù)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(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)都是可以滿足相對(duì)濕度5%～95%要求的，而檢定規(guī)程規(guī)定相對(duì)濕度不超過90%[4-5]。根據(jù)廣東高溫高濕的氣候特點(diǎn)，在廣東地區(qū)充電樁現(xiàn)場(chǎng)檢定工作中，特別需要關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)檢定環(huán)境濕度的變化情況，防止現(xiàn)場(chǎng)檢定環(huán)境濕度超過檢定文件規(guī)定的相對(duì)濕度上限。

另外JJG 1148—2018 和JJG 1149—2018也都規(guī)定了：環(huán)境溫度應(yīng)分別在被測(cè)充電機(jī)的2個(gè)正交截面進(jìn)行測(cè)量，并使溫度計(jì)貼近被測(cè)充電機(jī)的非出風(fēng)口位置。取被測(cè)充電機(jī)不同位置溫度測(cè)量值的平均值作為環(huán)境溫度值。

而且從《國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程編寫規(guī)則》(JJF 1002—2010)第5.11.1.1條“檢定條件”和《國(guó)際計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則》(JJF 1071—2010)第5.10.1“環(huán)境條件”的內(nèi)容解釋，這個(gè)環(huán)境溫濕度應(yīng)該是計(jì)量器具、配套負(fù)載和被檢定充電樁都正常工作都處于的空間環(huán)境條件，而不是指被檢定充電樁內(nèi)部的環(huán)境條件。

關(guān)注充電樁的工作誤差和負(fù)載測(cè)試點(diǎn)的選擇、絕緣電阻、示值誤差檢定時(shí)采用的接法方式，以及環(huán)境濕度都是為了保證現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量檢定數(shù)據(jù)和結(jié)論的科學(xué)性和可復(fù)現(xiàn)性。

3 結(jié)束語

文中以提高充電服務(wù)體驗(yàn)、提升充電服務(wù)質(zhì)量、保障充電安全為目標(biāo)，分析了充電技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，并提出了相關(guān)措施。縮短充電時(shí)間需要大力發(fā)展大功率充電技術(shù)；無感充電體驗(yàn)、簡(jiǎn)化統(tǒng)一充電接口需要發(fā)展無線充電技術(shù)、小功率充電技術(shù)；實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)充電需要建立充電漫游互聯(lián)互通技術(shù)體系；安全可靠充電，需要加強(qiáng)充電電氣安全和信息安全等技術(shù)。更加快捷、更加便捷、更加智能的充電體驗(yàn)將是下一步充電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

同時(shí)將公共類充電樁與智能汽車發(fā)展、智慧交通和智慧城市建設(shè)結(jié)合起來。充電作為電動(dòng)汽車的電能供應(yīng)方，需要和汽車的電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化和智能化發(fā)展趨勢(shì)結(jié)合起來，當(dāng)電動(dòng)汽車已經(jīng)能夠自動(dòng)駕駛時(shí)，自動(dòng)充電也將成為一種標(biāo)配。公共類充電樁作為城市的能源體系的一部分，也應(yīng)在智慧城市的建設(shè)發(fā)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(shè)施建設(shè)、電網(wǎng)設(shè)施建設(shè)、城市規(guī)劃更加緊密結(jié)合起來，統(tǒng)籌車流、人流、停車、充電需求，科學(xué)合理布局公共類充電樁。