直流充电桩的电量计量【科普系列之十四】
2023-08-14
450
汪进进

带有计费功能的运营充电桩要接受政府市场监督管理局的监管,因为要向消费者收取电费和充电服务费。在2023年之前,充电桩作为新生事物,还处在“民不举,官不究”状态。2023年开始,市场监督管理局已开始主动出击,抽检一些运营充电桩了。行政执法的依据是两个标准《JJG 1149-2022、电动汽车非车载充电机检定规程》、《JJG 1148-2022、电动汽车交流充电桩检定规程》。对充电桩进行检定,是一种行政执法。“就像超市里的电子秤,不能缺斤少量。” “就像油站的加油枪,要准”。检定合格的充电桩,必须要将电能表或计量模块的位置加以封印,分流器也加以封印。

交流充电桩的计费基于交流电量,直流充电桩的计费基于直流电量。给电池充电要用直流电,因此,直流充电桩对于消费者来说,交流电转换为直流电的电能损耗费用是由运营商承担的。

准确度等级的定义及不用专门的计量单元的可能性

按JJG标准中,实负荷检定法的方法二“准确等级”的定义如下。如果不考虑修正的系统误差,意思就是:(充电桩显示的电能值之差 — 用于计量检定的高精度电能表显示的电能值)/  用于计量检定的高精度电能表显示的电能值 *100%。


假如不使用电表或计量芯片、计量模块,直接用充电模块的输出值进行举例:

假如:输出电压450V,误差+1%,输出电流20A,误差-0.5%,时间计量误差为0,那么,准确度是:

[(450+450*1%)*(20+20*(-0.5%))—  450*20]/450*20

= (454.5*19.9 - 450*20 )/450*20

= 0.495%

这个计算结果表明,不使用电能表或 “计量模块”,甚至不用计量芯片开发板载的计量电路,基于充电模块的出厂校准,输出电压和输出电流符合NB/T 33001标准的要求,也即输出电压误差+/-1%,输出电流误差+/-0.5%,如果充电模块的出厂校准是合格的, 准确度等级就能满足1级。

但是,对充电模块来说,小电流时,无法通过恒定频率的PWM来控制,要采取“打嗝”的方式,就是一会儿有PWM,一会儿没有PWM,间隔很长时间才发出一束PWM,输出电压和输出电流的误差很难控制,因此在NB/T 33001标准里定义了小于30A的电流误差,只要满足+/-0.3A即可。举例来看,假如输出电压450V,误差+1%,输出电流5A,误差-0.3A,时间计量误差为0,那么,准确度是,

[(450+450*1%)*(5-0.3) —  450*5]/450*5

= (454.5*4.7 - 450*5 )/450*5

= -5.06%

并不能满足准确度等级1级或2级的要求。

对于大电流来说,符合准确度等级1级不难。难在小电流。在铭牌上需要标识清楚1级或2级准确度等级的电流范围。对于小电流,要采用专用的计量芯片或计量模块或专用的电能表。

很多人对充电桩的电量计量存在一个误区,以为一定是要有“电能表”,但实际上标准上只要求充电桩能显示出准确的电能值。标准上的描述是:“计量模块完成直流电能的计量,并将测得量输出到显示界面或数据传统接口”。计量的结果是,要确认充电桩厂家标识的准确度等级是1级或者2级是否真实。在JJG标准中,用词是准确度,在我们习惯中,将准确度等级写成精度等级。准确度和精度在计量领域是两个不同定义,在此不作展开。

实负荷检定法的方法二

JJG检定规程包括外观及功能检查、工作误差、时钟时刻误差。工作误差就是“准确度等级”,是最受关注的。

准确度等级的检定,通俗地说,就是电量计量,实质是:在一个规定的时间内,通过高精度的计量检定装置测量连续带载工作中的充电桩的输出直流电压和直流电流,计算出在规定时间内的电能值(W=V*I*t),将这个电能值和检定终止时刻、起始时刻的电能值之差进行比较计算。根据上述公式,严格地说,要加上检定装置的已定系统误差,才是准确度等级的结果

JJG给出的检定方法一,是基于传统的机械电能表的脉冲常数法。如果没有背景知识,不好理解。现在主流的检定方法一般是采用实负荷检定法的方法二。有供应商设计了一种检定装置,如图1所示。


图1   直流充电桩电能计量检定装置

JJG标准指出,“负载可采用电动汽车、动力电池组、直流电子负载或电阻负载。”  使用动力电池组显得不太好实现。使用直流电阻负载或电阻负载,都需要用到BMS模拟器。用电子汽车的测试,实施起来最简单。三种负载的测试环境如图2所示。


图2

关于电量计量,有以下一些话题可以讨论。

负载点的选择

2018版的JJG标准中测试负载点为6个,这就意味着我们在测试时需要在恒压充电和恒流充电两种充电模式下进行共6次测试。2022版标准中测试负载点由6个改为1个。在表5中任意选择一个。

有2个问题:

1.  这对于电动汽车作为负载是做不多的,在充电过程中,电压和电流可能是变化的。

2.  如果用电子负载,选择很小的电流作为负载,对充电桩厂家是个挑战。微弱电流的采样,是一个永恒的难题。小信号、悬浮测量,精度是很难保证的——最终只能是依赖某种仪器设备。“即使这个仪器设备是错的,也是对的,因为计量机构使用它。”  但是,在实际充电过程中,电流不可能一直那么小。市场监管部门要搞事,就专挑小电流来计量。如果充电桩在很小电流时的精度没法保证,就干脆在铭牌上标识清楚最小电流。2022版标准中特别说明,2023年之前的充电桩,如果没有标注最小电流,就按最大电流5A来计量。没有标准准确度等级,就按2级来计量。



计量过程持续的时间

在讨论电量计量时,计量一次要让充电桩持续工作多久。JJG标准中没有明确规定。我们在在某家检定机构测试时,他们将1级精度检测的时长定义为要求充电桩累计电能≥1度电(kWh),2级精度检测要求充电桩累计电能≥2度电(kWh)。

显示位数

充电桩最小电能计量变量应为0.001kWh,显示位数最少6位(至少含3位小数),即电能累计显示值至少要满足大于100kwh的计量需求,且显示数值需精确到小数点后3位,如2.674kWh、56.234kWh、123.456kWh。

对于具有分时计费功能的充电桩,其时钟时刻显示分辨率不大于1S,即时钟时刻至少要精确显示至秒级;时钟时刻误差首次检定时不大于5S,后续检定时不大于3min。

准确度精度的修正

在准确度等级的公式中有一个y0作为修正值。这是一个冷门的知识点。这个修正值在计量的环境温度-20度到-10度或+40度到+50度时要考虑。在这样的环境温度下,市场监督管理局也不太愿意出去工作。


就是要理解表1中的下面这段说明以及表2。



假设环境温度为-15度,准确度等级的修订值为:

假设按1级计量:

C=0.05,delt = 5 ,  y0= 0.05*5=0.25

假设按2级计量:

C=0.1,delt = 5 ,  y0= 0.1*5=0.5




返回上一级