一体化直流电能表解决方案

一、前言

直流表的出现随着供给侧新型绿色能源的推广，对其能量计量、结算的需求应运而生。与此同时，在应用侧激增的新能源电动车的市场保有量逐年递增，与其配套的充电装置遍地开花，为保障消费者权益，实现市场监督管理要求的合理性、可行性、高效性而提出的一种一体化直流电能表的解决方案。目前该方案在现场试点应用及部分地区推广取得了一定的效果。在此，与大家做个分享，希望更多、更好的解决方案能够推陈出新，为表计行业的发展群策群力，添砖加瓦。

二、国内直流电能表现状

我国目前现场投入使用的充电机，因为在设计之初没有考虑强制检定的需求，缺少方便检定的接口；而应用于快充桩的直流电能表多为间接式接入，电压经分压器转换为100V，电流经外部分流器转换为75mV 后的信号接入电能表。这些都给现场检定带来了很大的困难：

• 现场检定要打开桩接线；

• 由于间接接入的方式，分压器和分流器分别被安装于充电机内不同位置，没有整体铅封，不符合检定规范；

• 根据各厂家桩的设计不同，分流器采样信号线走线长短不一，现场极易受到干扰，对计量的准确性检定带来很大的不确定度，影响现场检定结果评定；

• 能量寄存器分辨率低，不符合检定规范；

• 检定只能通过实负荷进行，检测设备笨重，检定耗时长，效率低，能耗大。以嘉兴某场站的现场检定为例：

• 协调现场检定涉及到多部门合作，需要联系充电机现场运维部门、充电机厂家、电能表厂家、现场检定设备厂家；

• 停电、停运检定；

• 充电机要开舱，将检定设备的负载回路接入桩回路，检测点连接到检定设备，接线时间约1小时；

• 根据检定规程的要求，检定一个桩需要20 度电，检定时间约0.5 小时。

三、一体化直流电能表解决方案

以上问题也是导致国家市场监管总局的强检要求不能即刻得以实施的主要原因。

一体化直流电能表的解决方案为了解决检定实施过程中的这些问题，我们提出了一体化直流电能表的解决方案。

首先考虑改造方便，成本低，新的一体化直流电能表的设计，采用直接替换原设计上的分流器，达到在充电机不需要改造的基础上，实现采样计量一体化（图1），计量部分可被整体铅封从而满足检定规程的目的；

其次，电压电流采样信号直接接入计量芯片，距离近，不容易引起干扰，确保了现场检定的可重复性；

另外，由于原有规范要求，分流器设计输出信号量为75mV，信号量大，对大功率桩来说发热量大。以可输出300A 负荷的充电机为例，因为电流采样信号规范的要求，单单在分流器上的消耗就高达22.5W。这不仅造成了能耗的浪费，而且这部分能耗转换为桩内的温升，又反作用于采样器件，通过温漂影响，造成计量不准的问题。

而新的设计将分流器和传感电路一体化，大幅度降低了分流器阻值，使得发热量得以控制，既节省了能耗，也降低了桩内的发热，减少了自热引起的火灾隐患，对温度敏感的采样信号也保证了准确度。

图1 一体化直流电能表替换示意图

为了最大限度的降低采样信号量，减少发热，同时又能保证采样得准确性，设计了高精度、高共模抑制比，低零漂的国产自研传感器芯片，应用于该一体化直流电能表上。

现有的设计能够保证在300A 大负荷工作条件下，长时间带载温升不超过20℃，大幅地降低了桩内因采样计量而造成的设备自热温升。在解决了降低采样信号量，减少发热的基础上，为了最大限度的保护消费者权益，现有的一体化直流电能表设计还扩展了枪端采样、线损计算的功能，与车内的充电管理计量模块采样点保持了一致，做到与国际标准对标。

以下是针对现场运行的直流充电机进行了一体化直流电能表改造后的现场测试数据：

表1 不同充电机改造后检测数据

表2 充电机实负荷、虚负荷检测数据

在解决了法制计量可靠性，测量重复性和准确度可管控的主要问题之后，一体化直流电能表在设计上还进一步考虑了依托大数据分析，物联网平台开展大数据学习、算法建模、优化、迭代来进行远程数据比对，以达到远程误差监控的功能。

降低运维和检测人员跑现场的频次，减少因现场检测的误操作带来的人为不确定因素，大大提升检测效率，减少检测成本。

一体化直流表增加专用高速数据传输通道，保证在原有功能的基础上，将现场更丰富的数据快速传输到物联网平台。同时，为数据的远程传输提供信息安全保证，提供数据加密，计费结算账单签名等可配置功能做扩展，兼容现有充电机的同时，为今后的扩展功能提供了可能性。

从而实现了直流电能表- 充电机- 检定仪- 平台信号互联互通、数据加密、授权解锁并保留使用记录，防止篡改、非授权使用，支持数据回溯验证。打破传统线下检定概念，响应新形势、新技术支撑的数字化平台的要求，通过运行日志采集上报、告警异常运营策略配置、工单巡检联动机制达到大幅减少派工单即可完成检定任务的目标。

图2 充电桩计量数据监测系统

四、发展趋势

2020 年12 月17 日国家市场监管总局下发了《关于浙江省市场监管局开展电动汽车充电桩检定新模式试点的批复》（国市监计量函〔2020〕502 号），同意杭州市开展电动汽车充电桩检定新模式试点，探索电动汽车充电桩远程实时在线监测等检定新模式，为全国正式实施电动汽车充电桩强制检定提供经验。结合数字中国建设，围绕数字技术赋能能源转型；通过大数据、软件化、相融合的方案规划；推进行业数字化转型，提升行业的信息化、数字化水平。

目前该试点方案正在进一步向全国范围内推广并取得了一定的效果，为现场充电机的检定工作能在2023 年顺利开展提供了可行方案。

依托在杭州试点的工作积累，为国内在非车载充电机的检定规程修订提供了具体数据、实施方法及测试结果评定的依据。

充电机的检测及检定工作不仅是国内也是国际上面临的新业态、新产业，亟待国际化的统一规范和需求。恰逢2021 年5月OIML（国际计量组织）在历经五年（从2016 年始）的充电桩、充电机检定问题上的讨论未果，迫于市场和监管机构的需求紧迫性，决定为这个项目成立一个专门的工作组开展工作。

该工作组于 2021 年 10 月成立，并于2021 年12 月底就完成了充电桩、充电机国际指南的草稿版V020。这份独立的 OIML出版物允许对电动汽车充电的独特方面进行特定的处理、例如交易的直接销售性质、传递测量结果的方式以及电流随时间变化的典型负荷。而该项工作，在杭州试点的项目上已经得到了很好的应用与实际操作经验。

2022 年2 月在中国计量院的牵头带领下，把一体化直流电能表的经验反馈到这份国际指南上，得到了国际计量组织的认可和采纳。经过半年的讨论、修改指南G22 版本于2022 年9 月中旬正式发布。这也意味着我国对充电桩在检测和检定方面经验得到了国际社会的普遍认可，设计可以对标国际化要求，为该产业在全球的推广奠定了基础。

▌文章内容技术支持：孟娟，现担任浙江瑞银电子有限公司总工程师。长期从事电能检测及计量的相关开发及研究工作。

审核编辑 黄宇