电动汽车充电桩电能计量相关问题研究

电动汽车充电桩电能计量相关问题研究

赵峰   ,崔磊   ,李宁

德州市产品质量标准计量研究院  山东省德州市  253034

摘要：伴随着各项战略的实施，包括：低碳绿色交通、国家能源绿色转型等，我国新能源汽车保有量已经超过千万量，但是充电设施总量仅不到其的一半。现阶段，中央逐渐加快实施“新基建”决策，七大领域得到了快速发展，其中便包括电动汽车充电桩。新能源汽车充电桩建设的大力推动，将带动国家经济的蓬勃发展，能源安全全新战略与新能源汽车产业发展能够更好地符合现代化人们绿色低碳实际出行情况需要。基于此，本次研究针对于电动汽车充电桩电能计量相关问题进行了深入分析与探讨，以此为相关学者以及从业人员提供有价值的参考依据。

关键词：电动汽车；充电桩；电能计量；问题

充电桩作为强制管理实施的计量器具，其精准的计量能够确保电能交易的公正性和公平性，现阶段相关人员需要深入研究和分析常规的直流或者是交流电能表是否与国家的计量标准相吻合、是否符合电动汽车充电工况下的电能计量需求。本文将从电动车充电桩中的主要电能计量问题、充电桩计量检定受到的影响两大方面来进行深入剖析。

一、电动车充电桩中的主要电能计量问题

（一）分析负荷波形，确定电能计量问题

直流充电桩选择后，需要深入研究其全过程，包括：待机、停机、启动、充电，采集工频交流输入侧电压与电流实时形成的波形曲线，与此同时，对直流输出侧的电压与电流形成的波形曲线进行采集，而后借助于专业软件的应用，对测量数据进行分析和研究。采集不同时段的电压与电流幅值后，就可以在充电桩的不同充电阶段中总结电压与电流出现的波动实际状况，对单周波与三十二周波的具体电压幅值与电流幅值进行计算，从而在多个时段中了解和掌握电压与电流的实际状态，熟悉谐波含量状况。通过谐波含量的结合，能够明确静态计算方面的需要与电能表所处的工作环境之间是否相互吻合[1]。

1. 分析直流输入侧

直流输出侧的电压、电流波形曲线与交流输入侧有着一定的相似性，电压与电流在启动期间较为稳定，并且其波形波纹在3%与 0.5之中。充电桩的负荷特性的具体表现情况为：负荷电流在充电条件下为100A左右，形成最大值，交流输入侧的谐波电流在充电桩启动与停止期间相对较高，将其朝着充电状态转化时，降低电流谐波含量到百分之三左右，没有电流谐波产生于整个经过之中；当调节充电桩为待机模式时，涉及到极小的功率因素；当充电桩位于直流输出侧时，全经过都存在着较小的谐波含量，而且并未产生影响。经过分析和计算后可以得知，相关的电能计算要求与充电桩的交流特性相吻合，图一为运行直流输出侧全经过的负荷波形[2]。

图一

2. 分析交流输入侧

在负荷波形分析期间，捕捉长时全局细节所拥有的特征以及电参量的暂态，选取两种不同形式，即单周波与32周波，分析充电条件下电压幅值与电流幅值的时变特性。经过研究与分析发现电流信号与电压信号在此状态下都具有一定的稳定性和可靠性，在待机状态下，7A为设备产生的电流值，相对来说电流值较低，当将状态调整为充电模式时，逐渐增加电流，并未存在冲击情况于启动期间，当状态完全步入充电模式后，运行保持稳定；充电行为停止后，电流在一到两秒的时间中电流逐渐降低，从开始的（97±1）A到7A，状态依旧保持平稳。分析每个周波的电压与电流，平均32周波，0为电压总谐波含量，百分之三十三为最高达到的水平，总谐波含量在处于平稳状态时在百分之二至百分之四之间[3]。

（二）建设采集负荷波形所需的环境

在电能计量方面，为了确定充电桩存在的实际问题，首先要形成与负荷波形采集要求相符合的采集条件，要借助于波形记录仪的使用，500kHz为这一设备的频率参数，与此同时，能够同步完成双重采集电压与电流信号的任务，达成同步相位的应用功能，测量电压与电流各次谐波的幅值与相位，以此可以充分满足多样化的测量需要。在实际应用波形记录仪期间，通过外接入型电压探头的应用，能够实现电压数据的采集与获取，电流数据获取期间，需要借助于钳式电流互感器的使用，并通过四相三线的接线方式，来对各个电能计量点进行连接。通过应用波形记录仪完成采集电压数据和电流数据后，转化数据为MEM 格式，而后展开保存，在设备软件应用的基础之上，便可以对数据进行读取，在将数据进行格式转换，可转化为CSV 格式或者是TXT格式，借助于Mataab 软件的使用，可以对数据进行进一步的分析与研究[4]。读取CSV 格式的数据存在着较慢速度的问题，同时数据范围在105万点左右，有效显示有着一定的局限性，在数据处理时，需要导入Matlab，文件有着较大的容量，并且无法展开编辑；读取TXT 格式的数据同样也存在着较慢的速度，难以实现部分处理行为，处理数据效率低下；相较于另外两种格式来说，读取Matlab 数据格式速度较快，能够显示较大的数据量，操作简单、方便，数据处理时有着较高的效率。

二、充电桩计量检定受到的影响

（一）检定方法

充电桩的系统检定组成部分包括三部分，分别是标准电能表、功率源、功率负载，可调节式联系化电动汽车与电子负载，以此有效模拟交流充电。在电动汽车上，插入交流充电枪，通过电池BMS的使用，充电桩可以连接通信充电接口，按照动力电池状况与充电桩拥有的特性，电池BMS将发出发电请求，自动调节交流式充电桩参数，使充电电流形成具有合理性。在实际展开计算的过程中，计量模块需要计量输出的实际电能，计量模块还会将多种信息依托于系统的通信模块传递于计费模块与采集交互模块，其中包括：电参数、电池状态、充电时间等，充满电池后，充电桩在BMS的通知下会切断电源，以此实现充电[5]。

（二）环境温湿度

交流充电桩形成的具体示值误差会随着温度的变化而变化。若是输出电流在同一个充电桩发生变化后，不会改变示值误差；当存在变化的湿度情况后，也不会明显改变示值误差。在所处的环境，当交流充电桩中设置的内部元件存在变化的温度情况时，就会产生漂移温度的状况，各种元器件都涉及到此种状况，包括：计量芯片、金属膜电阻器、稳压管等；在充电桩的内部之中，晶振频率的产生属于敏感温度量，当系统多次叠加产生差值后，会导致示值误差发生改变，累积电流量和累积电压量形成充电量。当不同温度条件形成后，电压和电流会产生非线性误差；湿度和环境的改变不会影响被安装到充电桩的晶振电路，为此，可以忽略不计湿度因素，但是需要高度重视温度因素[6]。

结束语：

总而言之，无论是交流电表，还是直流电表，都可以对现阶段充电桩的电能计量实际需要进行充分满足，对电能数值进行准确的计量，以公平公开的方式展开电能交易，从而更好的适应与满足现代化电动汽车的实际充电需要。

参考文献：

[1]苏新,李广凯,韩帅,等. 电动汽车交流充电桩多功能电能表通信的设计与实现[J]. 电工技术,2011(12):17-18.

[2]孙可慧,刘国鹏,李少雄,等. 基于实测数据的电动汽车充电站电能质量分析方法[J]. 电力系统保护与控制,2021,49(2):74-88.

[3]徐子立,李前,胡浩亮,等. 电动汽车充电桩直流电能表检定装置的研制[J]. 电测与仪表,2011(12):65-69.

[4]应鸿,於国芳,姜涛,等. 基于串联拓扑结构的电动汽车快速充电桩设计[J]. 陕西科技大学学报,2020,38(4):147-151.

[5]周娟,任国影,魏琛,等. 电动汽车交流充电桩谐波分析及谐波抑制研究[J]. 电力系统保护与控制,2017,45(5):18-25.

[6]纪红刚,周凌. 电动汽车充电桩直流计量装置远程校验方法的研究[J]. 计量与测试技术,2017,44(6):69-71.