廣告
中汽研-電動(dòng)汽車充電樁電能計(jì)量中的問(wèn)題分析
2021-11-30 17:51:36· 來(lái)源：電動(dòng)學(xué)堂 作者：張相杰等
文章來(lái)源：中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司0引言當(dāng)前國(guó)家提倡低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念，各行各業(yè)都在積極利用綠色能源，控制污染物的排放量，汽車制造領(lǐng)域也加大了對(duì)新能
文章來(lái)源：中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司
0引言
當(dāng)前國(guó)家提倡低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念，各行各業(yè)都在積極利用綠色能源，控制污染物的排放量，汽車制造領(lǐng)域也加大了對(duì)新能源汽車的關(guān)注度，新能源汽車數(shù)量持續(xù)增加，與之相關(guān)的充電設(shè)施建設(shè)工作也得到落實(shí)，充分滿足現(xiàn)代人低碳出行的新需求?，F(xiàn)針對(duì)電動(dòng)汽車使用的充電樁在電能計(jì)量方面的問(wèn)題展開研究。
1電動(dòng)車充電樁概述
充電樁作為電動(dòng)汽車配套設(shè)施在各地的普及率不斷得到提升。充電樁的使用功能接近加油站中設(shè)置的加油機(jī)，可以結(jié)合具體需求將其固定到墻壁或者地面上，一般被安裝到充電站、停車場(chǎng)或者公共建筑附近，利用充電樁可給多種型號(hào)且電壓等級(jí)不同的電動(dòng)汽車充入其運(yùn)行所需的電能。交流電網(wǎng)與充電樁設(shè)備的輸入端相連，輸入端設(shè)置的充電插頭可在汽車充電過(guò)程中發(fā)揮作用。充電樁常用的充電方式包括快速充電與常規(guī)充電，汽車的使用者可通過(guò)充電卡實(shí)現(xiàn)刷卡，進(jìn)而使用充電樁，通過(guò)人機(jī)操作頁(yè)面可設(shè)置充電時(shí)間、選擇充電方式并打印相應(yīng)的費(fèi)用數(shù)據(jù)，顯示屏可全面地呈現(xiàn)出充電時(shí)間、費(fèi)用以及電量等信息。為了保障電能交易以公正公平的方式進(jìn)行，需要給充電樁使用有效的計(jì)量器具，以此準(zhǔn)確地計(jì)量充電樁的電能使用量，當(dāng)前可用的電能表分為直流與交流兩種類型,直流充電機(jī)的功率很大，約為100kW，充電時(shí)間相對(duì)比較短，體積偏大；交流充電樁的功率僅為10kW，比直流充電樁要小，需要的充電時(shí)間也更長(zhǎng)，但是體積小，不會(huì)過(guò)多地占用空間。
2電動(dòng)車充電樁中的主要電能計(jì)量問(wèn)題
2.1建設(shè)采集負(fù)荷波形所需的環(huán)境
為了確定充電樁在電能計(jì)量方面存在的具體問(wèn)題，需要先形成符合負(fù)荷波形采集要求的采集條件，需應(yīng)用波形記錄儀，這一設(shè)備的頻率參數(shù)為500kHz，能夠同時(shí)完成電流信號(hào)與電壓的雙重采集任務(wù)，可實(shí)現(xiàn)相位同步的使用功能，對(duì)電流與電壓各次諧波的相位與幅值進(jìn)行測(cè)量，能夠滿足多種測(cè)量需求。在現(xiàn)場(chǎng)使用波形記錄儀時(shí)，利用外接入型電壓探頭獲取與采集電壓數(shù)據(jù)，獲取電流數(shù)據(jù)時(shí)需要使用鉗式電流互感器，可選擇使用四相三線的接線方式，來(lái)連接各個(gè)電能計(jì)量點(diǎn)。波形記錄儀完成電流、電壓數(shù)據(jù)的采集后，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為MEM格式進(jìn)行保存，利用設(shè)備軟件即可讀取數(shù)據(jù)，再進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換可將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為TXT格式或者CSV格式，依靠Mataab軟件進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)。CSV格式的數(shù)據(jù)讀取速度比較慢，能夠有效顯示的數(shù)據(jù)范圍受限，在105萬(wàn)點(diǎn)左右，在處理數(shù)據(jù)時(shí)必須對(duì)Matlab進(jìn)行導(dǎo)入，難以進(jìn)行編輯且文件容量過(guò)大；TXT格式的數(shù)據(jù)讀取速度同樣也比較慢，數(shù)據(jù)處理效率低，一些處理行為難以實(shí)現(xiàn)；而Matlab數(shù)據(jù)格式相比另外兩種格式，讀取速度更快，能夠顯示的數(shù)據(jù)量也比較大，容易被便捷，處理數(shù)據(jù)的效率高。
2.2分析負(fù)荷波形，確定電能計(jì)量問(wèn)題
選擇直流充電樁，在停機(jī)、充電、啟動(dòng)以及待機(jī)的全過(guò)程展開研究工作，針對(duì)工頻交流的輸入側(cè)的電流與電壓實(shí)時(shí)形成的波形曲線進(jìn)行采集，同時(shí)采集直流輸出側(cè)的電流與電壓的實(shí)時(shí)波形曲線，再通過(guò)專門的軟件分析測(cè)量數(shù)據(jù)。對(duì)不同時(shí)段的電流與電壓幅值進(jìn)行采集后，即可總結(jié)電流與電壓在充電樁的不同充電階段出現(xiàn)的實(shí)際波動(dòng)情況，計(jì)算32周波與單周波的具體電流幅值與電壓幅值，以此掌握多個(gè)時(shí)段中電流與電壓的具體狀態(tài)，了解諧波含量情況。結(jié)合諧波含量即可確定電能表所處的工作環(huán)境能否實(shí)現(xiàn)靜態(tài)計(jì)量方面的需求。
2.2.1分析交流輸入側(cè)
在分析負(fù)荷波形的同時(shí)，對(duì)電參量的暫態(tài)以及長(zhǎng)時(shí)全局細(xì)節(jié)所具有的特征進(jìn)行捕捉，選定32周波與單周波兩種不同形式，在充電狀態(tài)下分析電流幅值與電壓幅值的時(shí)變特性。分析后發(fā)現(xiàn)此狀態(tài)下電壓與電流信號(hào)都很穩(wěn)定，當(dāng)設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生的電流大約為7A，相對(duì)比較小，轉(zhuǎn)換為充電狀態(tài)時(shí)，電流持續(xù)增加，在啟動(dòng)過(guò)程中并未產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象，完全進(jìn)入充電狀態(tài)后，維持平穩(wěn)運(yùn)行；停止充電行為后，在1到2s的時(shí)間內(nèi)，電流從（97±1）A，降低到7A，仍舊維持平穩(wěn)狀態(tài)。針對(duì)每個(gè)周波的電流與電壓展開分析，選擇32周波進(jìn)行平均，電壓總諧波含量是0，最高達(dá)到33%，具體出現(xiàn)在停止與啟動(dòng)時(shí)刻的電流變化點(diǎn)，當(dāng)處于平穩(wěn)狀態(tài)時(shí)，總諧波含量在2%到4%。
2.2.2分析直流輸入側(cè)
交流輸入側(cè)與直流輸出側(cè)的電流、電壓的波形曲線存在一定的相似性，啟動(dòng)過(guò)程中，電流與電壓相對(duì)穩(wěn)定，其波形波紋并不大，在3%與0.5之內(nèi)。充電樁的負(fù)荷特性有以下幾種表現(xiàn)：當(dāng)處于充電狀態(tài)時(shí)，負(fù)荷電流形成最大值，在100A左右；停止與啟動(dòng)充電樁時(shí)，交流輸入側(cè)的諧波電流相對(duì)比較高，轉(zhuǎn)為充電狀態(tài)時(shí)，電流諧波含量降低到3%左右，相對(duì)比較小，整個(gè)過(guò)程基本沒(méi)有產(chǎn)生電流諧波；當(dāng)充電樁被調(diào)節(jié)成待機(jī)狀態(tài)時(shí)，功率因素極?。惶幱谥绷鬏敵鰝?cè)時(shí)，整個(gè)過(guò)程的諧波含量都比較小，并未形成影響。通過(guò)計(jì)量與分析可以確定充電樁的交流特性符合相應(yīng)的電能計(jì)量要求。直流輸出側(cè)運(yùn)行全過(guò)程的負(fù)荷波形圖見(jiàn)圖1。
2.3充電樁電能計(jì)量中的難點(diǎn)
電能計(jì)量的難點(diǎn)體現(xiàn)在技術(shù)與運(yùn)營(yíng)兩方面，直流充電樁的使用范圍更廣，很難直接忽視諧波帶來(lái)的影響，如果直流諧波過(guò)大，計(jì)量采集互感器將產(chǎn)生失真的情況；充電樁本身就屬于整體計(jì)量裝置，其功能包括計(jì)費(fèi)、計(jì)量功能；給充電樁應(yīng)用的計(jì)量電表在滿足基本計(jì)費(fèi)計(jì)量功能的同時(shí)，還需實(shí)現(xiàn)有序放電與充電控制的需求，應(yīng)從通訊技術(shù)與應(yīng)用安全方面對(duì)其加強(qiáng)；從運(yùn)營(yíng)的角度分析，電動(dòng)汽車?yán)贸潆姌哆M(jìn)行充電時(shí)，與日常的用電場(chǎng)景不同，在計(jì)費(fèi)時(shí)，必須要充分考慮供電公司、售電公司、車主、充電運(yùn)營(yíng)方與資產(chǎn)方等多個(gè)主體，確保在復(fù)雜的多邊交易場(chǎng)景中能夠最大化利用資源，形成可信交易，兼顧多方利益，科學(xué)計(jì)費(fèi)；在資產(chǎn)管理方面，將充電樁認(rèn)定為計(jì)量資產(chǎn)實(shí)施管理，應(yīng)選擇合適的檢定方式，同時(shí)關(guān)注壽命周期管理方面的事項(xiàng)。
3充電樁計(jì)量檢定受到的影響
解決充電樁存在的計(jì)量問(wèn)題時(shí)，可以從檢定環(huán)節(jié)入手，但是要考慮到會(huì)檢定過(guò)程與檢定結(jié)果造成影響的因素，盡量減少檢定誤差，更為真實(shí)地反映充電樁的實(shí)際計(jì)量情況。
3.1檢定方法
檢定充電樁的系統(tǒng)組成部分包括功率負(fù)載、功率源以及標(biāo)準(zhǔn)電能表，聯(lián)系化可調(diào)節(jié)式電子負(fù)載與電動(dòng)汽車，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流充電的有效模擬。將交流充電槍插入到電動(dòng)汽車上，充電樁借助電池BMS與充電接口實(shí)現(xiàn)握手通信，電池BMS依照充電樁具有的特性與動(dòng)力電池情況將發(fā)電請(qǐng)求發(fā)出，交流式充電樁自動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)，形成最合適的充電電流。進(jìn)行充電時(shí)，計(jì)量模塊對(duì)實(shí)際輸出的電能進(jìn)行計(jì)量，計(jì)量模塊還會(huì)將電池狀態(tài)、充電時(shí)間以及電參數(shù)等信息借助系統(tǒng)的通信模塊向采集交互模塊與計(jì)費(fèi)模塊傳遞，電池被充滿之后，BMS會(huì)通知充電樁將電源切斷，完成一次充電。在充電期間，充電樁產(chǎn)生的輸出參數(shù)會(huì)因時(shí)間變化而產(chǎn)生波動(dòng)。啟動(dòng)充電樁之后與充滿電池之前形成的充電功率并不是恒定的，如果利用瓦秒法進(jìn)行測(cè)量，容易產(chǎn)生誤差。充電樁必須連續(xù)地開展數(shù)據(jù)交換、采集以及通訊活動(dòng)，在此過(guò)程中會(huì)增加耗電量。如果選擇對(duì)電子負(fù)荷進(jìn)行模擬來(lái)檢定，當(dāng)發(fā)熱量增加后，阻值將會(huì)降低。因此在這種充電樁應(yīng)用情況下，通過(guò)脈沖檢定法能夠形成最佳檢定結(jié)果。
3.2環(huán)境溫濕度
當(dāng)溫度出現(xiàn)變化后，交流充電樁形成的具體示值誤差也隨之產(chǎn)生變化。在同一個(gè)充電樁中，當(dāng)輸出電流產(chǎn)生變化后，示值誤差并不會(huì)隨之產(chǎn)生變化；當(dāng)濕度變化時(shí)，示值誤差同樣不會(huì)出現(xiàn)明顯變化。交流充電樁中設(shè)置的內(nèi)部元件在所處的環(huán)境出現(xiàn)溫度變化時(shí)，會(huì)出現(xiàn)溫度漂移的情況，金屬膜電阻器、穩(wěn)壓管以及計(jì)量芯片等元器件均存在這種情況；充電樁內(nèi)部產(chǎn)生的晶振頻率屬于溫度敏感量，當(dāng)系統(tǒng)疊加過(guò)多誤差后，示值誤差產(chǎn)生波動(dòng)，電壓和電流的累積量構(gòu)成充電電量。當(dāng)形成不同溫度條件后，電流、電壓將產(chǎn)生非線性誤差；環(huán)境濕度變化并不會(huì)給被安裝到充電樁的晶振電路構(gòu)成影響，因此只需要關(guān)注溫度因素，不需要關(guān)注濕度因素。
4結(jié)論
直流與交流電表都可以滿足當(dāng)前充電樁的電能計(jì)量應(yīng)用需求，精準(zhǔn)地計(jì)量電能數(shù)值，使電能交易以公正公平的方式展開，進(jìn)而給新基建活動(dòng)提供支持，滿足電動(dòng)汽車的充電需求。電動(dòng)汽車獲得更好的充電條件后，可以被推廣到更多區(qū)域，進(jìn)而推動(dòng)其所在新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，響應(yīng)建設(shè)綠色經(jīng)濟(jì)的號(hào)召，滿足現(xiàn)代人低碳出行的環(huán)保需求，減輕汽車行業(yè)給環(huán)境的污染。相關(guān)技術(shù)人員需繼續(xù)優(yōu)化改進(jìn)充電樁，提升充電效率與安全性。
點(diǎn)贊 0 反對(duì) 0 舉報(bào) 0
收藏 0
評(píng)論 0 分享 64
廣告 編輯推薦
最新資訊
-
開年豪擲1.8億搶用戶，又一車企加入“價(jià)格
2026-03-04 16:05
-
聯(lián)合國(guó)法規(guī)R60對(duì)兩輪車操縱件與指示裝置的
2026-03-04 12:08
-
標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)|《汽車異種材料鉚接接頭拉伸性能
2026-03-04 11:40
-
“汽車大角度座椅 第1部分：通用要求”將有
2026-03-04 11:39
-
“汽車大角度座椅 第2部分：可靠性要求”將
2026-03-04 11:39
