電動汽車充電樁效率試驗能力驗證的研究

薄磊，羅梓才，陳宇軍，王珊珊，朱珈

（威凱檢測技術有限公司，廣州 510663）

引言

能力驗證根據預先確定的準則，通過實驗室間的比對來評估參與者的能力，是各領域實驗室為確保自身的設備能力、人員操作、內部質量控制等環節保持良好，圍繞檢測能力開展的一項重要技術質量活動。本文作者從事于合格評定領域，結合能力驗證活動與當前較為火熱的汽車充電樁行業，對電動汽車充電樁效率試驗能力驗證進行初步研究。

隨著我國新能源汽車市場的快速發展，直流充電機作為快充設施越來越普及，其充電效率既關系到充電機的工作時效，同時又影響汽車能量消耗率。考慮到大功率直流充電樁內部具有多個充電模塊，多路輸出之間的交叉調節率對電源模塊的可靠性提出了更高的要求。本文基于能力驗證實施規則和提高直流充電機可靠性，選擇單電源模塊的充電樁作為能力驗證物品，以充電效率作為能力驗證評價量，具有聚焦市場熱點、提升行業質量的意義。

1 樣品和測試

1.1 整體設計

本次電動汽車充電樁效率試驗能力驗證研究直流充電機的工作特性并設定電氣參數，考慮到目前行業普遍使用的直流充電機功率范圍為（20~120）kW，以及體積、重量和運輸要求，既要滿足能力驗證活動的需求，也要確保樣品的可靠性，樣品設計選擇額定功率20 kW直流充電機。同時，結合標準NB/T 33008.1-2018 的試驗方法，樣品應有恒壓、橫流工作模式，并且能夠在恒功率段運行。

1.2 技術參數

額定輸入電壓：交流380 V，輸入電壓頻率：50 Hz；

整機輸出電壓：直流200~1 000（額定1 000 V）；

整機輸出電流：直流（5~50）A（額定20 A）；

設備參數：20/1-AF；脈沖常數：100 imp/k。

樣品接入電壓為交流380 V，通過控制模塊輸入到充電模塊，輸出電壓范圍（200~1 000）V，輸出電流范圍（5~50）A。輸入輸出均為大功率供電，安全性屬于最高優先級，通過機械鎖、電子鎖以及安全監測模塊來保證電氣安全。樣品具有恒壓、恒流兩個工作模式，本次能力驗證計劃在連接測試時恒壓模式設定電壓為600 V，恒流模式設定電流為20 A。

1.3 試驗方法

本次試驗依據為NB/T 33008.1-2018《電動汽車充電設備檢驗試驗規范》、NB/T 33001-2018《電動汽車車載非傳導式充電機技術條件》適用標準，試驗步驟如下：

1）樣品預處理：將直流充電機放置在試驗環境溫度為（23±2）℃、相對濕度（45~75）%，無外界氣流和熱輻射作用的室內中（不通電），放置2 h，使其達到環境溫度。

2）將直流充電機連接試驗系統，設定直流充電機的輸出功率為35 %額定功率值即7 kW。將試驗設置在恒壓狀態運行，電壓設定為600 V；將試驗設置在恒流狀態運行，電流設定為20 A。分別測試充電效率，并記錄結果。

3）設定直流充電機的輸出功率為100 %額定功率值即20 kW。將試驗設置在恒壓狀態運行，電壓設定為600 V；將試驗設置在恒流狀態運行，電流設定為20 A。分別測試充電效率，并記錄結果。

注：①試驗電源條件請注意按照NB/T 33008.1-2018 第5.1.3 要求。

②在設置不同測試點時，請在參數狀態改變后第30 s 進行測量。

③重復測試時請至少間隔10 min，重新連接充電機與測試系統，并確認環境溫度、濕度等數據。

1.4 測試設計要點

1.4.1 功率點選取

依據NB/T 33008.1-2018 標準中對直流充電機效率試驗的要求，需要考核實際輸出功率與額定輸出功率的比值分別處于[20 %，50 %]和[50 %，100 %]兩個區間段的效率值。結合能力驗證活動的一致性要求以及充電樁實際運行工況，在[20 %，50 %]區間選取中位值點即35 %，在[50 %，100 %]區間選取額定功率輸出點即100 %。

1.4.1 恒壓恒流設置

本試驗所用的直流充電機樣品具備恒功率充電功能，在進行效率試驗時應考慮輸入和輸出電壓的設定值。根據測試標準的相關內容，恒壓模式時輸入電壓為額定值，輸出電壓選取最小與最大輸出電壓的中位值即600 V；恒流模式時設置輸出電流為額定電流值即20 A。在進行測試時，由于充電機與測試系統的交互特點，在恒壓模式運行時應把響應電流的設定值適當提高，避免充電機無法滿載運行的情況。

2 數據評定與統計分析

在進行能力驗證方案策劃時，需要注意的要點有樣品測試數據的均勻性和穩定性評定、參加者結果數據處理和能力評價的統計分析。

2.1 均勻性和穩定性評定

2.1.1 均勻性評定

樣品發出前的評價方法：。若樣品在單因子方差分析法下，測試數據的F 小于自由度（f1，f2）在顯著性水平α下（通常α取值0.05）的臨界值αF（f1，f2），則表明被測樣品在組內和組間無顯著性差異，此時認為能力驗證樣品是均勻的。

樣品回收后的評價方法使用樣品經過流轉返回后，若，則認為能力驗證計劃中使用的樣品是均勻的，符合能力驗證活動的實施要求。式中為樣本間標準差，是本次能力驗證計劃中能力評價標準偏差的目標值。

2.1.2 穩定性評定

樣品發出前使用t 檢驗法對樣品進行穩定性評價。若測試數據的t 小于自由度為且在顯著性水平α（通常α取值0.05）的臨界值，則表明被測樣品在組內和組間無顯著性差異，此時認為能力驗證樣品是穩定的。

樣品回收后利用準則法分析樣品的穩定性，是樣品均勻性檢驗數據的算術平均值，是樣品回收后再次進行穩定性檢驗的算術平均值，是本次能力驗證計劃中能力評價標準偏差的目標值。

2.2 數據處理與結果評價

依據CNAS-GL 002:2018《能力驗證結果的統計處理和能力評價指南》，對所有參加者的試驗結果使用算法A 進行統計分析，經過收斂的迭代運算獲得能力評價的數據值，并通過Z 比分數或Z′比分數計算方法得到每個參加者的結果值。

2.2.1 指定值及其標準不確定度的確定

依據前述算法A 對實驗室測試結果進行統計分析，以參加實驗室測試結果的穩健平均值x*作為指定值。指定值的標準不確定度由式（1）確定：

式中：

u(xpt)—本次能力驗證計劃評價目標的指定值的標準不確定度；

s*—經過算法A 獲得的穩健標準差；

p—本次能力驗證計劃的參加者數量。

2.2.2 結果評價

依據GB/T 28043-2019《利用實驗室間比對進行能力驗證的統計方法》，對于超過18 家實驗室（含18 家）提交結果，按照Z 比分數的判定原則進行判定。

|Z|≤2 為滿意結果；2<|Z|<3 為有問題結果；|Z|≥3為不滿意的結果。

對于少于18 家實驗室提交結果，按照Z′比分數的判定原則進行判定。

|Z′|≤2 為滿意結果；2<|Z′|<3 為有問題結果；|Z′|≥3 為不滿意的結果

本次項目采用Z′比分數的判定原則，如式（2）所示。

式中：

x—參加實驗室的結果；

xpt—指定值；

σpt—能力評定標準差；

u(xpt)—指定值的標準不確定度。

3 結果不滿意原因分析

3.1 試驗設置

直流充電機的正常啟動需要與測試設備通過通訊協議一致檢查，如果試驗使用的直流充電機測試設備沒有嚴格按照標準設定測試模式，會導致直流充電機無法正常進行試驗，應定期對測試設備進行計量校準，確保設備能夠按照標準程序進行試驗。

另外，直流充電機測試設備配套的功率分析儀測量電流的互感器，如果量程選擇不對，會導致參數偏差較大。本次樣品測量功率相對較低，應避免檢測設備按大功率配置導致小功率測試時數據出現較大偏差的情況。

3.2 線路損耗

測試使用的電纜長度是對本次計劃結果產生影響的一個因素，直流充電機負載電流較大，充分評估試驗使用的電纜是否會造成明顯線路損耗很有必要，應避免線路上的功率損耗影響功率測量結果，進而造成充電效率結果出現較大偏差。測試時，應盡量減小線路上的功率損耗。

3.3 試驗環境

本次計劃對參加者的試驗環境溫度均有明確要求，并且環境溫度變化對樣品的充電效率會有一定影響，在布置試驗時，切勿隨意選取場所，需要確保樣品所處試驗環境具有較好的溫度穩定性。進行重復試驗時，應考慮功率模塊的散熱情況，給樣機留足充分的冷卻時間。

4 結論

本文結合能力驗證活動的要求，通過確定樣品技術參數、設置試驗方法步驟、分析測試數據的均勻性穩定性并對試驗結果進行能力評定，實現了對參加者電動汽車充電樁效率試驗進行能力評價的考核目標。分析匯總試驗不滿意結果的原因并提出技術建議，輔助參加實驗室對其試驗裝置和測試操作進行改良，幫助參加者提升相應的試驗能力，為提升行業測試水平起到積極作用。