直流充电机测量不确定度评定

直流充电机测量不确定度评定

王河 骆琳

内蒙古自治区计量测试研究院    内蒙古自治区    呼和浩特市    010000

摘要：本文旨在评定直流充电机的测量不确定度，通过分析影响测量准确性的关键因素，提出了一套系统的评定方法。研究结果有助于提高充电机的测量精度，确保充电过程的安全性和可靠性。

关键词：直流充电机；不确定度

引言：直流充电机作为电动汽车充电的关键设备，其测量准确性直接影响充电效率和电池寿命。随着电动汽车行业的快速发展，对直流充电机测量不确定度的评定显得尤为重要。本文将探讨如何有效评定直流充电机的测量不确定度，以提升充电系统的整体性能。

1.直流充电机的工作原理

直流充电机，作为现代电动汽车充电基础设施的关键组成部分，其工作原理基于电能的转换与传输。首先，充电机通过电网获取交流电能，这一过程涉及到电网的接入和电能的初步转换。随后，交流电能经过内部的整流器，被转换为直流电能，这是充电机工作原理中的核心环节。整流过程依赖于半导体器件，如二极管或晶闸管，它们能够确保电流仅沿一个方向流动，从而实现交流到直流的转换。转换后的直流电能接着被存储在充电机的电容器中，电容器的作用是平滑电能，减少电压波动，确保输出的直流电能稳定。这一步骤对于保护电动汽车的电池系统至关重要，因为不稳定的电能可能会对电池的寿命和性能造成损害。

2.测量不确定度的基本概念

检定依据：JJG1149-2022电动汽车非车载充电机检定规程（试行）。

环境条件：温度：-6℃，湿度：36％RH。

测量标准:非车载充电机检定装置型号

范围：电压:（100～1000）V；电流:（1～250）A等级：0.1级。

被测对象：电动汽车直流充电机（型号：EVQC33-160kW750V）

测量过程：非车载充电机检定装置与被检充电机都在连续工作的情况下，用被检充电机输出电能值与非车载充电机检定装置测量电能值进行直接比较确定被检充电机的工作误差。

3.影响直流充电机测量不确定度的因素

3.1环境因素

环境因素对直流充电机测量不确定度的影响不容忽视。首先，温度波动可能导致电子元件的性能变化，从而影响充电机的输出精度。例如，温度升高可能导致电阻值增大，进而影响电流的准确测量。其次，湿度变化也可能对充电机的内部电路造成影响，湿度过高可能导致电路板腐蚀，影响其电气性能。此外，电磁干扰也是一个重要的环境因素，它可能来自周围的电子设备或无线通信，这些干扰信号可能干扰充电机的正常工作，导致测量结果的偏差。因此，为了减少环境因素对测量不确定度的影响，需要在规程规定的环境条件且无电磁干扰的环境中进行测量。

3.2设备因素

设备因素是影响直流充电机测量不确定度的关键因素之一。首先，充电机本身的制造精度决定了其测量的基础准确度。如果充电机的内部元件精度不高，或者组装工艺存在缺陷，都可能导致测量结果的偏差。其次，充电机的校准状态也至关重要，未经定期校准的充电机可能因为元件老化或磨损而失去原有的精度。此外，充电机的使用寿命也会影响其测量不确定度，随着使用时间的增长，设备可能出现性能下降，导致测量误差增大。因此，确保充电机的制造质量，定期进行校准，并监控设备的使用寿命，是降低设备因素对测量不确定度影响的重要措施。

3.3操作因素

操作因素对直流充电机测量不确定度的影响同样显著。操作人员的专业技能和经验直接关系到测量过程的准确性。缺乏经验的操作人员可能在连接测试设备、设置参数或读取数据时出现错误，从而引入额外的测量不确定度。此外，操作过程中的不规范行为，如未按照操作手册进行操作，或者在测量过程中随意调整设备参数，都可能导致测量结果的不准确。因此，对操作人员进行专业培训，确保他们熟悉操作流程和注意事项，是减少操作因素对测量不确定度影响的关键。同时，建立严格的标准操作程序，并监督执行情况，也是提高测量准确性的有效手段。

4.测量不确定度的评定方法

4.1统计方法

在直流充电机测量不确定度的评定中，统计方法是一种基础且广泛应用的技术。该方法依赖于对测量数据的重复观测，通过概率统计理论来评估测量结果的不确定度。具体而言，统计方法涉及对一系列测量值进行分析，计算其平均值、标准偏差等统计量，以此来量化测量结果的分散程度。例如，通过对直流充电机的输出电压进行多次测量，可以得到一个测量值的集合。假设进行了100次独立的测量，得到的电压值分别为V1,V2,...,V100。首先，计算这些值的算术平均值V_mean=(V1+V2+...+V100)/100。随后，计算标准偏差σ，其公式为σ=sqrt[Σ(Vi-V_mean)^2/(N-1)]，其中Σ表示求和，N为测量次数。标准偏差σ反映了测量值的离散程度，是测量不确定度的一个重要组成部分。此外，统计方法还可以通过置信区间来进一步评估测量结果的可靠性，例如计算95%置信区间，以表明在重复测量中，有95%的概率测量值会落在此区间内。

4.2模型方法

模型方法在直流充电机测量不确定度的评定中扮演着关键角色，它通过构建数学模型来模拟测量过程，进而评估不确定度。这种方法特别适用于那些难以直接通过实验重复测量的情况。模型方法的核心在于建立一个能够准确描述测量过程的数学模型，该模型需包含所有可能影响测量结果的因素。例如，在直流充电机的测量中，可能需要考虑的因素包括电源稳定性、温度变化、电缆电阻等。通过将这些因素量化并纳入模型中，可以计算出它们对最终测量结果的影响。模型的建立通常需要依赖于物理定律和实验数据，通过最小二乘法等统计技术来优化模型参数，确保模型的预测与实际测量数据尽可能吻合。模型方法的优点在于能够考虑到所有相关因素，从而提供一个全面的不确定度评估。然而，其挑战在于模型的复杂性和参数的不确定性，这要求模型必须经过严格的验证和校准。

4.3经验方法

经验方法在直流充电机测量不确定度的评定中是一种基于过往经验和专家判断的方法。这种方法不依赖于复杂的数学模型或大量的统计数据，而是通过总结历史测量数据和专家的经验来评估不确定度。经验方法通常适用于那些难以用统计或模型方法精确评估的情况，或者在缺乏足够数据支持的情况下。例如，在直流充电机的测量中，如果缺乏足够的重复测量数据来应用统计方法，或者难以建立一个全面的数学模型，经验方法就显得尤为重要。专家可能会根据以往的测量经验，结合对设备性能、环境条件和操作过程的了解，来估计测量结果的可能范围。这种方法的关键在于专家的经验和判断力，需要专家对测量过程有深入的理解和丰富的实践经验。虽然经验方法可能不如统计或模型方法精确，但在实际应用中，它提供了一种快速且实用的不确定度评估手段。

5.合成标准不确定度的评定

5.1标准不确定度u（）的计算

标准不确定度u（）根据公式计算求得：

u(γw)=

=

=0.029%

5.2合成标准不确定度uC（γ）的估算

合成标准不确定度uC（γ）根据公式计算求得：

u（γ）=c2u2（）uc（γ）=u（）=1×0.029%=0.029%

结束语：通过对直流充电机测量不确定度的深入分析和评定，本文提供了一套实用的方法和建议。这些成果不仅有助于提升充电机的测量精度，也为电动汽车充电技术的发展提供了重要的理论支持和实践指导。未来研究应继续关注充电技术的创新，以满足日益增长的电动汽车市场需求。

参考文献：

[1]JJGJJG1149-2018电动汽车非车载充电机检定规程.

[2]JJF1059-2012测量不确定度评定与表示技术规范.

[3]陈宁健.电能计量装置中测量不确定度分析与计算[J].科技信息，2009

(16):312-313.