電動汽車充電樁電能計量問題分析

關鍵詞：電動汽車，充電樁，電能計量

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2025.03.037

0 引言

電動汽車充電樁是為電動汽車提供電能補給的充電設備，是電動汽車基礎設施的重要組成部分，包括交流充電樁和直流充電樁兩種類型。目前電動汽車充電樁在電能計量方面還存在一些問題，其技術發展還需要不斷進步，開發更加智能化、網絡化、更強環境適應性與安全性的充電樁，為電動汽車用戶提供更加便捷的充電體驗。

1 電動汽車充電樁電能計量原理和關鍵技術

1.1 電動汽車充電樁電能計量原理

電動汽車充電樁中電能計量是指對充電過程中傳輸給電動汽車電池的電能進行精確測量。電能計量系統主要由以下幾個部分組成，分別是電流傳感器、電壓傳感器、計量芯片、顯示屏與通信模塊。其中電流傳感器被用于測量充電電流的大?。浑妷簜鞲衅鞅挥糜跍y量充電電壓大小；計量芯片用于處理傳感器采集的數據，計算電能消耗；顯示屏用于顯示計量結果；通信模塊用于數據傳輸。采樣是指將連續的模擬信號轉換為離散的數字信號的過程。電能計量的計算原理基于電功率的概念，即電能是電壓和電流相互作用的結果。在充電樁中，計算電能消耗量通常涉及以下兩個主要步驟：第一，通過實時采樣的電壓和電流數據計算瞬時功率。第二，通過對瞬時功率進行時間積分來計算在特定時間段內的電能消耗。瞬時功率計算公式為p （t ）=u （t ）i （t ），其中u （t ）、i （t ）分別指代瞬時電壓和瞬時電流。電能累計通過對瞬時功率隨時間的積分來計算，積分則一般通過數值積分來實現，如梯形法則或辛普森法則。

1.2 電動汽車充電樁電能計量關鍵技術

電動汽車充電樁電能計量關鍵技術是實現精確、高效電能測量的核心，主要有電流電壓采樣技術、AD轉換技術、數據處理與校準技術以及通信與接口技術。電流電壓采樣技術通過傳感器實現，常見電流傳感器有霍爾效應傳感器、CT、羅格夫斯基線圈等，其精度和線性度會對電能計量準確性產生直接影響，高精度的傳感器能夠在更寬的電流范圍內提供穩定輸出。為了提高安全性，電壓傳感器通常需要進行電氣隔離以防止過高電壓對計量系統的影響。AD轉換是從模擬量到數字量的轉變，在選擇轉換器時要注意AD轉換器采樣率要滿足奎斯特定理，避免混疊現象出現。

數據處理與校準技術主要是應用數字濾波器來去除采樣信號中的噪聲和干擾，再通過軟件算法對傳感器和AD轉換器的系統誤差進行補償。并通過離散傅里葉變換或快速傅里葉變換來計算有功功率、無功功率和視在功率。校準是通過標準信號源對整個計量系統進行校準，以確保測量結果的準確性。通信與接口技術主要是通信協議與用戶接口，充電樁需要支持多種通信協議才能便利充電網絡和用戶界面進行數據交換。

2 電動汽車充電樁電動計量存在問題

2.1 采樣精度低

影響采樣精度的主要因素有傳感器、信號調理電路、A D轉換器性能、采樣頻率以及環境因素。傳感器可能本身存在一定的制造誤差，或輸入與輸出不成正比，溫度變化也會影響傳感器的輸出。信號調理電路則可能來源于放大器的增益誤差和偏置誤差，或濾波器的截止頻率選擇不當，可能導致有用信號成分丟失或噪聲過濾不充分。AD轉換器有時存在離散化誤差，其線性度、非線性誤差也會影響采樣準確性。采樣精度低首先會導致電能計量結果偏差大，影響充電樁的運營商與用戶利益，其次會使得充電效率降低，長期的采樣精度低還可能會導致充電樁整體性能下降，增加運營維護成本。

2.2 線損與漏電

電流通過非預期路徑流向地面或其他回路的現象為漏電，除了會導致電能浪費外，還容易引起觸電、火災等安全事故。線損可能由傳輸線路的電阻損耗造成，也可能是在高頻電流傳輸時，電流集中在導線表面導致有效截面積減少，電阻增加，產生集膚效應造成。此外，接觸電阻和線路老化也會導致線損。漏電主要由外部原因造成。線損會造成部分電能無法被有效利用，增加能源消耗，還會導致額外的電費支出，造成運營經濟損失，由線損而產生的熱量會導致充電設備過熱，影響設備使用壽命。漏電有可能引發觸電事故，對人身安全構成威脅，持續的漏電會損壞充電樁內部電路，縮短設備壽命。

2.3 環境適應性差

電動汽車的充電樁環境適應性較差，在不同的環境條件下無法保持穩定運行和計量的準確性。溫度是對其影響最大的因素之一，過高和過低溫度都會對電子元件的可靠性與壽命造成影響，溫度的快速波動變化則會導致傳感器、電路板等部件性能的不穩定性。過高濕度會導致絕緣材料受潮，降低絕緣性能從而引起漏電，溫度變化時可能會導致冷凝效應，空中水蒸氣可能在設備內部凝結，影響電路的正常運行。細小顆粒帶來的空氣污染容易在設備內部引起腐蝕短路，強電磁場和無線信號都會對充電樁的正常工作造成干擾，影響充電樁的數據傳輸。此外還有車輛行駛、風力等引起的充電樁振動問題，可能會影響內部電子元件的穩定性。

3 電動汽車充電樁電能計量改進措施

3.1 提高采樣精度

提高采樣精度確保電動汽車充電樁電能計量的準確性。由充電諧波造成污染、沖擊脈沖、直流分量影響導致的誤差可以通過完善采集負荷波形、分析負荷波形規律來解決。當充電樁電能計量系統進入工作狀態后，同步啟動波形記錄儀，實時采集電流與電壓信息[1]。由于傳感器精度不足造成的問題，可以選用更高精度、低飄逸的傳感器，減少傳感器本身誤差。其次要優化信號調理電路，設計穩定性較高的信號調理電路，確保濾波器能夠有效去除噪聲，同時保留有用的信號成分。放大器要能夠準確地放大信號，避免引入額外誤差。優化電路布局和布線，以減少噪聲干擾。第三要根據信號特性來選擇合適的采樣頻率，保持采樣頻率的穩定性。第四，對傳感器和AD轉換器進行一定的溫度補償，以減少溫度變化對采樣精度的影響。最后要采取屏蔽、濾波等措施來減少電磁干擾對采樣信號的影響。提高采樣精度對充電樁的可靠運行和用戶滿意度具有重要意義[2]。

3.2 降低線損漏電

一是要選擇低電阻、高導電率的傳輸材料，減少電阻損耗以提高傳輸效率，二是要確保線路連接點接觸良好，減少接觸電阻，需要定期對線路進行維護和檢查，特別是連接點處。三是要加強絕緣措施，使用高質量絕緣材料，提高線路絕緣性能減少漏電風險。此外需在充電樁中安裝漏電保護裝置，檢測到漏電后迅速切斷電源，防止事故發生，要使用專業儀器定期檢測線路的絕緣狀態和漏電情況，及時發現并處理問題。

3.3 提高環境適應性

根據設備投放環境選擇寬溫范圍的電子元件，以確保設備在極端溫度下的正常運轉，提高設備的防護等級，采用相應密封設計，防止水汽和污染物進入設備。在材料使用上盡量選擇耐高溫、抗腐蝕、防潮的材料，提高設備在惡劣環境下的適應能力，增強其耐用性。使用具有良好絕緣性能的材料，減少濕度對設備的影響。應加強對設備周邊環境的監測與控制，在充電樁附近安裝環境監測系統，實時對溫度、濕度等環境參數進行檢測，并結合人工智能使得其能夠采取措施進行自我調節。使用屏蔽、濾波器等措施來減少電磁干擾[3]。在極個別極端環境情況下，也可以給充電樁安裝加熱或冷卻系統，保持設備內部溫度處于正常運行范圍內。

4 結語

綜上所述，本文通過對電動汽車充電樁電能計量原理及關鍵技術的分析，指出了目前充電樁電能計量存在的問題，并提出了相應的改進措施。這些措施有助于提高電動汽車充電樁電能計量的準確性和可靠性，為電動汽車的普及和發展提供有力支持。在今后的工作中，還需進一步研究和優化電能計量技術，以適應不斷變化的市場需求。

作者簡介

鄧戎榮，本科，工程師，研究方向為計量檢定。

（責任編輯：張瑞洋）