充電樁能力驗證對新能源領(lǐng)域檢驗檢測技術(shù)支撐的研究

任春香（中國合格評定認可中心，北京 100062）

引言

隨著全球汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外迎來了新能源汽車的時代。新能源汽車，是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。新能源汽車主要包括四大類型：混合動力電動汽車（HEV）、純電動汽車（BEV，包括太陽能汽車）、燃料電池電動汽車（FCEV）、其他新能源（如超級電容器、飛輪等高效儲能器）汽車等[1]。新能源汽車具有傳統(tǒng)汽車沒有的優(yōu)點，如節(jié)約燃油能源，減少廢氣排放，有效地保護環(huán)境，能源轉(zhuǎn)換效率高，噪聲低等。

新能源汽車已經(jīng)成為我國非常重要的新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，在整個發(fā)展過程中，國家高度重視汽車的基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，早在2016年國家就制訂了電動汽車的充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)范，對經(jīng)濟發(fā)達、車輛密度大的地區(qū)進行新能源汽車的試點工作，以此解決人們電動汽車的充電問題。2017年，有關(guān)單位出臺了針對電動車充電的要求，要求相關(guān)企業(yè)要積極推進新能源汽車充電設(shè)備，為企業(yè)員工提供更好的新能源汽車的充電體驗。隨著大量的充電樁的安裝使用，充電樁的安全問題尤為凸顯，為了保證新安裝的充電樁的安全性和在役充電樁持續(xù)保證安全，各級監(jiān)管部門和技術(shù)管理部門紛紛推出了各類安全監(jiān)管標準，其中，“充電樁的泄漏電流”作為安全共性指標得到了行業(yè)的一致共識。

能力驗證是檢驗檢測機構(gòu)質(zhì)量保證的技術(shù)手段，通過能力驗證活動，可以有效驗證參加者的技術(shù)能力，幫助能力驗證參加者發(fā)現(xiàn)實驗室內(nèi)存在的問題,幫助參加者改善技術(shù)和管理水平，增加客戶對其檢測結(jié)果的信任度。為了進一步加強檢驗檢測機構(gòu)資質(zhì)認定管理，規(guī)范檢驗檢測市場，國家認監(jiān)委2019年在社會重點關(guān)注的新能源檢驗檢測領(lǐng)域組織開展了國家級檢驗檢測能力驗證計劃，其中，“充電樁泄漏電流的測試” 為新能源領(lǐng)域首次開展的能力驗證項目。

1 能力驗證計劃方案的設(shè)計

當人體或動物接觸一個或多個裝置的或設(shè)備的可觸及零部件時，流過他們身體的電流即為泄漏電流。泄漏電流是電子電器產(chǎn)品安全性能的基本參數(shù)，是衡量被測電器絕緣性能好壞的主要指標之一。新能源汽車充電樁的泄漏電流是關(guān)系到人身安全的重要指標，經(jīng)過項目組專家前期研究，經(jīng)國家認監(jiān)委能力驗證專家確認，該能力驗證計劃測試項目選定為泄漏電流。

為了保障能力驗證計劃的順利實施，前期的能力驗證方案策劃和設(shè)計至關(guān)重要。

1.1 檢測標準的選擇

能力驗證計劃選擇的標準方法主要從標準適用性以及行業(yè)實驗室的主流測試方法兩方面綜合考慮。經(jīng)過項目組充分調(diào)研，充電樁泄漏電流測試依據(jù)的主要檢測標準如下：

① GB/T 18487.1-2015《電動汽車傳導充電系統(tǒng) 第1部分：通用要求》；

② NB/T 33008.2-2013《電動汽車充電設(shè)備檢驗試驗規(guī)范 第2部分：交流充電樁》；

③ NB/T 33002-2010《電動汽車交流充電樁技術(shù)條件》。

經(jīng)過在中國合格評定國家認可委員會（以下簡稱CNAS）官網(wǎng)查詢，有46家實驗室獲得GB/T 18487.1-2015標準認可、有67家實驗室獲得NB/T 33008.2-2013標準認可，56家實驗室獲得NB/T 33002-2010標準認可。

能力驗證計劃方案在策劃階段應盡量避開非實驗室日常使用檢測方法，選取新能源交流充電樁檢測實驗室日常使用的標準方法，因此，具備上述三類檢測標準資質(zhì)認定或認可的實驗室都可以參加本次能力驗證計劃。

1.2 測試樣品的選擇

為了更好地還原實驗室真實測試場景，本次能力驗證棄用模擬樣品，選擇真實樣品。在選擇具體測試樣品的規(guī)格時，考慮到充電樁樣品一般體積相對較大，不論購買還是定制的費用都比較高，還需保證樣品穩(wěn)定性較好，相對易于運輸， 因此項目組一致決定選擇交流充電樁，且由行業(yè)內(nèi)實力雄厚的充電樁生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)（圖1為測試樣品外觀圖）。

能力驗證組織方對測試樣品實施了100 %全檢，以保證參加者收到的樣品之間沒有顯著差異，從而確保樣品間的均勻性。同時，通過精心挑選的測試樣品選型，其材料選擇及內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計可通過穩(wěn)定性檢驗，保證測試樣品不會受到快遞運輸或搬運振動沖擊、環(huán)境溫度濕度變化等因素影響，確保樣品穩(wěn)定性。

圖1 測試樣品外觀圖

1.3 樣品均勻性和穩(wěn)定性的評價方法

考慮到充電樁的泄漏電流為國內(nèi)首次開發(fā)和實施的項目，根據(jù)CNAS-GL003《能力驗證樣品均勻性和穩(wěn)定性評價指南》，沒有預先知道的能力驗證評定標準差，故選擇了“單因子方差分析法（F檢驗法）”進行樣品的均勻性評價。樣品發(fā)出前，利用F檢驗法對樣品進行均勻性檢驗，待全部樣品返回后，再利用Ss≤0.3 σ準則對樣品均勻性進行再次驗證。

同理，根據(jù)CNAS-GL003《能力驗證樣品均勻性和穩(wěn)定性評價指南》，選擇“t檢驗法”進行樣品的穩(wěn)定性評價。樣品發(fā)出前，利用t檢驗法對全部樣品進行穩(wěn)定性檢驗，待全部樣品返回后，再次利用0.3 σ對樣品穩(wěn)定性進行驗證。

1.4 統(tǒng)計設(shè)計及能力評價準則

依據(jù)GB/T 27043《合格評定 能力驗證的通用要求》和CNAS-GL002《能力驗證結(jié)果的統(tǒng)計處理和能力評價指南》，使用基于穩(wěn)健統(tǒng)計量的Z比分數(shù)，對各實驗室的試驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析，得出各自的Z比分數(shù)，按照Z比分數(shù)的評價準則對實驗室的能力進行評價。

2 典型問題分析及技術(shù)研究

對參加實驗室反饋的測試結(jié)果進行統(tǒng)計分析，過半數(shù)參加實驗室的測試結(jié)果為不滿意，通過對不滿意實驗室提交的原始資料逐個分析，發(fā)現(xiàn)實驗室主要出現(xiàn)不滿意的共性原因如下：

2.1 對泄漏電流的定義理解存在偏差（如圖2）

GB/T 18487.1-2015《電動汽車傳導充電系統(tǒng) 第1部分：通用要求》中對泄漏電流的定義還是來自于泄漏電流的方法標準GB/T 12113-2003 （idt IEC 60990:1999），即：當人或動物接觸到設(shè)備上的可觸及部件時候，流經(jīng)人體或動物身體的電流。需要注意：持續(xù)時間小于1 s的電流或者頻率低于15 Hz的交流電流是不屬于泄漏電流的研究范圍[2]。

按照GB/T 18487.1-2015《電動汽車傳導充電系統(tǒng)第1部分：通用要求》11.2條的規(guī)定，泄漏電流測試方法引用標準IEC 62477-1:2011的5.2.3.7條；而5.2.3.7條泄漏電流測試方法引用標準IEC 60990: 1999，即充電樁泄漏電流的測量網(wǎng)絡(luò)應選擇GB/T12113-2003（等同采用IEC 60990:1999）中5.1 中的圖4網(wǎng)絡(luò)也即是本文的圖3。

綜上所述，交流充電樁泄漏電流測試網(wǎng)絡(luò)應使用：加權(quán)接觸電流（感知電流或反應電流）的測量網(wǎng)絡(luò)。

在實際測試中，高頻的泄漏電流對人體是沒有低頻的泄漏電流危害大的。隨著流經(jīng)人體的電流頻率增加，人體的阻抗是降低的，電流對人體的傷害就下降，因此人體的電流效應閾值是隨著頻率增加而增加的。當頻率增加到100 kHz時候，感知電流的閾值上升到100 mA。人體對高頻電流有著較強的耐受能力。目前測試設(shè)備（泄漏電流儀）針對高頻測試會在測試電路中增加MD電路， MD電路使頻率為1 kHz 以下的電流順暢通過，1 kHz 以上的電流頻率衰減為1 kHz 的電流，MD電路圖如圖4所示。1 kHz以下，S開關(guān)放在1檔位。當頻率超過1 kHz時候，S放在2檔位。

圖2 泄漏電流定義

圖3 加權(quán)接觸電流（感知電流或反應電流）的測量網(wǎng)絡(luò)

從一些參加者的結(jié)果資料中發(fā)現(xiàn)，接觸電流測試設(shè)備的選擇對交流充電樁接觸電流測試結(jié)果有差異，究其原因，以部分泄漏電流儀為例，測量連續(xù)頻率的接觸電流設(shè)置上述的S開關(guān)對測試結(jié)果影響較大。綜上所述，測試過程中應該考慮到高頻MD電路對于測量結(jié)果的影響。

2.2 控制導引電路

控制導引電路作為充電樁與新能源車的通訊保障，是充電樁產(chǎn)品的特點之一。本次計劃指導書要求充電樁在1.1倍的額定輸入電壓條件下正常工作，期間，控制導引電路需要保持對地的正常電壓，如果電壓異常，充電樁將自動斷開輸出。因此，控制導引電路正常工作才能保證充電樁正常工作，從而獲得準確的泄漏電流測試結(jié)果。

3 技術(shù)建議

1）重視交流充電樁泄漏電流標準中測試網(wǎng)絡(luò)的選擇，建議實驗室檢測人員加強標準理解的培訓，深入理解基本概念和標準要求，尤其是對于多層引用標準的正確選擇。

2）在今后實際樣品測試中要關(guān)注接地對泄漏電流測試的影響。建議實驗室在日常工作中，多研究相關(guān)接地對泄漏電流測試影響的文獻資料。

3）交流充電樁泄漏電流需要考慮高頻響應，不是所有的泄漏電流儀都能滿足充電樁泄漏電流的測試。

綜上，交流充電樁泄漏電流試驗能力驗證項目主要是考核實驗室對交流充電樁泄漏電流的基本定義、控制導引電路、測試設(shè)備（泄漏電流儀）的差異等因素對交流充電樁泄漏電流試驗的影響。通過本次計劃，參加實驗室可以了解自身檢測能力以及整個行業(yè)的整體檢測水平。

除了新能源，建議國家相關(guān)監(jiān)管部門在5G、新能源汽車、人工智能和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新領(lǐng)域方面多組織類似的能力驗證活動，為支撐國家質(zhì)量提升提供更多的合格評定技術(shù)支撐，提高國家整體質(zhì)量和科技水平。