充电设施在线检定系统及模块的研制_吴晓燕.pdf

/2023.05基金项目:安徽省科技厅2021 年重点研究与开发计划项目“新能源汽车通用型充换电技术标准体系研究及应用”(202104h04020031)。充电设施在线检定系统及模块的研制吴晓燕1，2张玉梅1，2吴名功1，2潘宗岭1，2(1.安徽省计量科学研究院2.国家市场监管技术创新中心(电动汽车充换电设施)摘要:充电设施作为售电服务贸易结算工具，已被列入强制检定计量器具目录。但由于现场检定存在耗时长、人力物力投入巨大等问题，目前对数量庞大的充电设施执行强制检定存在较大难度。为解决此问题研制了一套由充电设施在线检定模块和监管平台组成的在线检定系统，介绍了在线检定模块的工作原理、性能参数和在线检定平台的组成与功能。测试结果表明该系统的计量性能、电磁兼容性能与环境适应性能够满足执行充电设施在线检定工作的需求。关键词:充电设施;在线检定系统;直流在线检定模块;示值误差0引言新能源汽车作为国家战略性新兴产业，健全完善的充电设施体系是其大规模推广应用的重要保障。充电设施作为售电服务贸易结算工具已被列入强制检定计量器具目录。但目前充电设施现场检定存在检定示值误差耗时长、需要投入大量人力物力等问题。充电设施强制检定已于 2023 年 1 月 1 日开始实行，鼓励各地方对其具体检定方式予以探索。目前各地正在积极探索利用大数据监管或研发新型检测设备用来提高检测效率1。基于物联网技术的远程在线计量检定监管技术，是可行性很强的解决海量充电设施监管问题的方法2-4。本文提出了一种基于在线检定模块的系统，可实现充电设施检定系统的网络化和智能化。利用在线检定模块实时采集充电设施的电流、电压和电能值数据，再与充电运营商后台数据一同上传到充电设施在线检定监管平台，进行数据分析得到示值误差。该系统可将现场点校准模式升级为覆盖日常工作的全程计量校准模式，显著提高了充电设施检定校准工作的效率。1设计方案直流在线检定模块由采样单元、计量芯片、存储模块、无线模块和485 模块组成。基于 STM32F103 芯片为主控 MCU，通过计量芯片和采样单元实现直流充电桩中电气量的采集和计算。再通过 485 模块接入到直流桩中的桩体 485 总线，从而实现检定模块与桩体的数据交互。通过无线模块实现现场采集数据与后台数据分析平台之间的交互，存储模块实现模块中关键信息的掉电存储。检定模块结构如图 1 所示。图 1检定模块结构框图1.1无线仪表设计无线模块选择通用 GPS 模块实现，具有 4G 数据传输功能，模块通过 SIM 数据卡，与平台端通过4G 连接，模块工作时，通过该通道与平台进行数据交互，将检定所需的关键数据传输到平台的后台。电源电路为仪表采集系统的 A/D 转换模块、数据处理模块、通信模块等供电。1.2A/D 转换电路设计模块通过计量芯片实现检定所需的电气量采集，充电设施的电流、电压模拟信号通过分压电阻进行调整，将电平调整到合适的水平输入到检定模块，模块采集电气量计算出检定所需的电气量，反馈给单片机。84电气技术与经济/研究与开发2023.05/1.3系统主体程序设计系统通过与检定模块之间的报文交互实现在线校准。检定模块空闲时发送链路心跳报文维护与系统之间的通信信道，工作时发送充电记录报文到系统实现充电数据校准，系统收到报文后读取报文中的模块编码，对比系统内设备数据库，检查该模块是否有效。如果设备有效则读取报文类型，判断报文类型为链路心跳后，系统进行链路心跳确认，判断为充电记录上报后。系统读取报文数据域中充电数据，生成充电订单记录存入数据库。程序执行流程如图 2 所示。图 2程序执行流程图2实验结果与分析2.1计量性能针对直流在线检定模块的计量特性进行了验证。采用多功能标准源对其电流、电压进行了测试，均达到了设计要求的 0.2 级准确度。利用电池模拟器和电子负载连成通路实现电流电压控制，将高精度直流标准表和直流在线检定模块串在电池模拟器和电子负载的连接线上，进行模块电能测量准确度的在线试验。根据 JJG 1149-2018 电动汽车非车载充电机检定规程，在不同电流电压下，测量同一次充电过程中的高精度直流标准表和直流在线检定模块读取的电能量值，结果显示直流在线检定模块的电能准确度达到设计要求的 0.5 级。下表给出了模块电能准确度数据。表模块电能准确度数据设定电压值/V设定电流值/A标准电能值/kWh实测电能值/kWh误差/%700102.22492.2220.1303700205.23185.2340.04217002005.79275.7960.05707002406.58126.5860.072920011010.395510.4010.05292801105.12095.1210.00207501105.97815.9810.04857701101.64731.6480.04254001205.40125.4040.05187501606.43246.4370.071594电气技术与经济/研究与开发/2023.052.2电磁兼容性能和环境适应性能经测试，直流在线检定模块的电磁兼容性能部分达到非车载充电机的要 求，所 检项 目 符 合 GB/T17626.2-2018 静电放电抗扰度试验等级 4a 类、GB/T17626.4-2018 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验等级 3a类、GB/T 17626.5-2019 浪涌(冲击)抗扰度试验等级 3a 类、GB/T 17626.8-2006 工频磁场抗扰度试验等级 5a 类和 GB/T 17626.29-2006 直流电源输入端口电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验等级30%UT、60%UT 和 100%UT b 类的要求。直流在线检定模块的环境适应性能部分达到直流电能表的要求，按照 JJF 1779-2019 直流电能表型式评价大纲进行户外式电能表的高温试验、低温试验、交变湿热、冲击试验后，直流在线检定模块功能正常。3在线检定平台充电设施在线检定系统由在线检定模块和在线检定监管平台组成，通过在线检定模块实时采集充电设施的电流电压和电能值数据，与充电运营商后台数据一同上传到充电设施在线检定平台中进行数据分析得到示值误差。搭建的充电设施在线检定监管平台是整个在线检定系统主要的人机交互窗口，由安徽省充电设施计量监管服务平台和国家储供能产业中心监管平台两部分组成，具备充电站及设施管理功能，采用地图坐标标注其安装地理位置，实时显示被测充电设施的工作状态和充电过程误差情况，提供数据交换端口与新能源汽车运行数据监管平台融合。目前该平台已经部署在互联网上，地址分别为:http:/ 和 http:/ 1李乾，孙健，赵成，等 基于大数据的电能计量两级监控系统开发与应用 J 电气技术与经济，2021(4):6 2纪红刚，周凌 新能源汽车充电设施直流计量装置远程校验方法的研究 J 计量与测试技术，2017(6):69-71 3吴名功，吴晓燕 充电设施工作误差在线检定方法探讨 J 工业计量，2021(6):1-2，6 4吴名功，吴晓燕 运营充电设施电能值误差检测方法探讨 J 科学与生活，2021(18):47-49(收稿日期:2023-04-07)05电气技术与经济/研究与开发