电动汽车充电桩计量检定的研究

发表时间:2020/7/31   来源:《中国电业》2020年3月第7期   作者:李宸 金磊 朱嘉宁
[导读] 传统燃油汽车由于污染环境、消耗化石燃料等缺点在当下节能减排的大背景下势必会逐步被新能源汽车所代替。
        摘要:传统燃油汽车由于污染环境、消耗化石燃料等缺点在当下节能减排的大背景下势必会逐步被新能源汽车所代替。而众多新能源汽车中电动汽车目前的发展最为成熟。而作为电动汽车主要供能设备的充电桩建设数量也在与日俱增,因此充电桩是否安全可靠对电动汽车的推广和发展至关重要。在充分分析充电桩工作原理的基础上,探讨充电桩现场检测方法,可以为充电桩验收和运维提供技术支撑,保障电动汽车的充电安全。
        关键词:电动汽车充电桩;检测方法;探讨
        前言
        新能源汽车作为绿色交通代表,它与传统燃油车相比,具有节约能源,环保清洁的众多优点,在新能源汽车高速发展的当代,新能源汽车上最重要的充电桩也成为不可缺少的部分。近年来我国新能源汽车也在政府的大力推动下,获得了迅速发展。但是在这个过程中也出现了一定的问题,充电桩的发展滞后,严重地制约了新能源汽车的发展,因此当前对新能源汽车的充电桩选型和安装研究有重要意义。
        1充电桩的类型
        1.1交流充电桩
        交流充电桩通常安装在指定充电场地或固定安装在地下车库的墙壁上,位于电动汽车外,通过连接交流供电网提供交流电源为具有车载充电机的电动汽车充电。单相充电桩的最大额定功率为7kW,主要为小型汽车充电。包括纯电动汽车或可插电混合动力电动汽车,依据每台车辆具体的电池配置容量,一般需要3h~8h就可以充满电。
        1.2直流充电桩
        直流充电桩通常固定安装在指定充电场地,位于电动汽车外,是一种为非车载电动汽车动力电池提供直流电源的供电装置。直流充电桩与交流电网连接,一般采用三相四线AC380V±15%作为输入电压,频率为50Hz,输出电流为可调直流电,可以为电动汽车的动力电池直接充电。由于直流充电桩供电方式为三相四线制,提供的功率足够大,输出的电压和电流较交流充电桩调整范围更大,可以实现现阶段对电动汽车快充的要求。
        1.3直流充电桩与交流充电桩两者的区别
        简单来说,交流充电桩需要额外借助搭载于电动汽车上的车载充电机来充电,直流快速充电桩可以直接为电动汽车输出直流电源。在充电速度上,一般来说一辆电动汽车将蓄电池内的电量完全用光后通过交流充电桩充满需要8h左右的时间,而通过直流快速充电桩仅需要1h~2h。交流充电桩是通过给电动汽车上搭载的车载充电机提供电力输入来实现充电功能的,由于现阶段使用车载充电机的功率并不大,无法实现快速充电,充电速度较慢。直流快速充电桩不需要为车载充电机提供电力输入,可以直接为非车载电动汽车的动力电池提供直流电源,直流充电桩的功率较交流充电桩大很多,输出的电压和电流调整范围也更大,因此可以满足为电动汽车快充的要求。
        2电动汽车充电桩现场检测方法
        2.1一般检查
        目测充电桩外壳是否平整,有无明显凹凸痕、划伤、变形等缺陷;表面涂层是否均匀;零部件是否紧固牢靠,有无锈蚀、毛刺、裂纹等缺陷和损伤。打开充电桩内部,目测检查充电桩的基本构造,桩体应包含主电源回路、控制单元、人机交互界面和计量计费单元等。
        2.2主要功能检查
        通信功能:检查在充电过程中,充电桩应能按照约定的协议要求进行通信。显示功能:分别模拟待机状态、充电状态、故障或告警状态等,检查充电桩的显示信息稳定性。

插头锁止功能:通过检查电子锁反馈信号变化和机械锁是否能操作,确定电子锁止装置与机械锁止装置的连锁效果。输入功能:在充电过程中,模拟启停操作,观察充电桩的响应及时性。绝缘功能:施加直流电压,检测充电桩绝缘电阻大小;施加工频交流电压,检测充电桩泄漏电流值,观察实验部位是否出现绝缘击穿或闪络现象。点击防护功能:检查交流充电桩在充电前,不使用工具打开充电桩的盖子或门,充电桩应无法启动充电,将充电桩连接试验系统设置在额定负载状态下运行,不使用工具打开充电桩盖子或门,充电桩是否可切断交流供电回路,控制导引电路保持通电。接地功能:通过电桥、接地电阻试验仪或数字式低电阻试验仪测量充电桩内任意应接地点至总接地之间的电阻。计量功能:根据该充电桩准确度等级,分别检测其工作误差、示值误差、付费金额误差和时钟示值误差是否在允许范围内。
        2.3安全性检测
        主要检测项目有控制导引检测、互操作性协议一致测试、电能质量检测、能效检测和电磁兼容检测。
        控制导引检测通过切断交流供电回路,持续输出PWM信号,通过计算其持续输出PWM信号的时间检查充电桩导通交流供电回路,进而判断充电桩连接状态。
        互操作性协议测试由测试仿真设备系统根据已设置好的测试序列发出测试指令;通讯网络可为以太网、CAN网、串行网络等;记录整个测试过程并分析过程中出现的问题;测试仿真终端接收被测设备的控制指令,并将结果反馈到测试仿真设备系统。分别测试系统不使用传输协议功能发送报文、使用传输协议功能发送报文和停止发送报文。
        充电桩作为非线性负载,当大量接入电网时,会对整个电网运行产生严重影响。因此,需检测充电桩接入电网后负荷端电压、频率、谐波等对电能质量的影响,增加电能计量准确度。电能质量检测首先需在充电桩交流端进行测量点的布置,在实际测量之前先确保充电柱输入侧电源开关断开,将电压和电流信号准确接入电能质量分析设备。后闭合充电桩输入侧电源开关,将充电桩枪头通过交直流负载控制箱与测试负载连接,布置完毕之后结合充电桩的额定电压、电流、功率确定充电参数。在工况较为稳定的时候进行连续测试、记录原始数据。
        在电网电能由充电桩转输至电动汽车蓄电池内这一过程,电能会经配电线路传输、变压器传输、电池充电等一系列损耗。故充电桩能效检测尤为重要,先将非车载充电机和负载相连接,并将其设置在恒压状态下,输入额定电压,控制输出电压上限,对其负载电流调节至额定输出电流的0.5~1倍。测量非车载充电机的输入和输出功率;待电流稳定,输入额定电压,设定输出电流整定值为额定值,在上、下限范围内改变输出电压整定值,再次测量充电机的输入和输出功率。最后把输出功率与输入功率的比值和设计值做比较,判定充电桩的能效。
        交流充电桩常有电磁干扰现象。电磁不兼容会导致交流充电桩工作故障,甚至造成硬件损坏。所以,需对充电桩进行电磁兼容检测,保护充电桩正常运行。在工作状态下,分别对充电桩进行静电放电抗扰度测试、射频电磁场辐射抗扰度测试、电快速瞬变脉冲群抗扰度测试、浪涌抗扰度测试和电压暂降断抗扰度测试。观察测试过程中和测试后交流充电桩是否工作正常,有无损毁、死机或记录不准确的情形。现新投入的交流充电桩多加装大容量滤波器。对外部产生的电磁干扰能够有效阻隔,且可降低内部产生的电磁干扰对外部电网的影响。
        结束语
        综上所述,充电桩作为电动汽车能源供应的主要来源,为进一步保证电动汽车充电桩使用的便捷和安全性,需建立完善的监管和验收制度,对涉及重要功能和安全性方面的参数进行检测,可尽可能找出已建设充电桩中存在的问题,并采取有效措施对其进行解决。本文分析了电动汽车充电桩的构造并对现场检测方法进行了探讨,望尽快出台系统的充电桩现场检测规范,让电动汽车能够更加快速健康发展。
参考文献:
[1]王仕卿,王梓瑞,杨紫怡,etal.基于新能源拓展利用的电动汽车充电设施规划布局研究——以北京市为例[C]//对接京津——改革开放,协同发展.2018.
[2]游力,甘依依,刘曼佳,严屏.电动汽车充电桩现场检测技术研究探讨[J]湖北电力.2016(10):36-46.
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