充电桩电能表计量准确度研讨:分体式误差解析与一体式保障机制浏览数:172

随着新能源汽车超快充技术普及,双枪直流充电桩成为公共充电场景的主流配置,其核心计量单元 —— 直流电能表的准确度,直接关系到车主、运营商及电网的三方利益。

电动汽车充电站

目前直流充电桩电能表主要分为两类:分体式(采用外接分流器,电表与分流器接线距离约 1 米)一体式(分流器、采样模块与电表集成设计)。其中分体式因技术门槛低,制造成本低,一度被广泛应用,如今也有较高占有率。

但分体式直流表带来的计量偏差问题频发;一体式则通过结构与技术革新,成为解决计量失准的核心方案。

分体式电能表对比一体式直流电能表

本文聚焦双回路场景,深入剖析分体式外接分流器的固有误差与干扰,系统阐述一体式电能表的准确度保障机制,为充电桩计量方案选型提供技术依据。

分体式直流电能表对比一体式直流电能表
01
连接线的电阻,是否影响分流器电压采样结果?

假设电表与分流器(分流器采用300A/75mv规格)的连接线为长度1米的1mm²的铜线。

  • 等效电路:将分流器视为一个理想电压源(V_shunt = 75 mV),每根连接线的电阻为 R_probe = 0.0175 Ω,因此两根接线电阻为 R_probe_total = 2 × 0.0175 Ω = 0.035 Ω。

分体式直流电能表外接分流器图片演示

  • 电流计算:由于电表输入阻抗为无穷大,流过电路的电流 I ≈ 0。

  • 电压降计算

    • 连接线上的电压降:V_drop = I × R_probe_total = 0 × 0.035 Ω = 0 V。

    • 因此,电能表输入端子的电压等于分流器电压:V_measured = V_shunt - V_drop = 75 mV - 0 mV = 75 mV。

公式总结:

给分流器计算电压误差1.png

其中:

  • Vshunt=75mV(分流器电压),

  • Rin是电能表输入阻抗(理想情况下为 ∞),

  • Rshunt是分流器自身电阻(未提供,但即使考虑,也因 Rin极大而忽略),

  • Rprobe total=0.035Ω(总探针电阻)。

由于 Rin为无穷大,分式简化为:

给分流器计算电压误差2.png

结论:电能表与分流器的连接线,几乎不用考虑采用什么规格的导线,因为连接线那点电阻值对分流器电压采样上,影响几乎可以忽略不计。

分体式直流电能表安装案例

那么,分流器外接的主要误差/不稳定因数来源是什么?

02
长接线电磁干扰:动态误差的主要诱因

充电桩环境存在变频器、整流器等强干扰源,1 米长的电压采样导线相当于 “高频信号接收天线”,当测量引线在变化的磁场中会形成一个闭合回路,变化的磁通量会在这个回路中感应出噪声电压(也称为环路感应电压),易导致毫伏级采样信号被干扰叠加,严重时甚至会使测量值完全失真。

检查充电桩内的电能表

根据测试数据,分体式电能表的外接线缆在充电桩环境中,电压采样波动可达 5-10mV,这种波动并非随机噪声,而是与充电功率变化同步的动态干扰,会导致瞬时功率计算值频繁跳变,长期积分后电能误差可达 ±2%。

03
理解温漂及其对75mV分流器的影响

温漂,简单说就是分流器的电阻值随温度变化而发生变化。分流器本质上是一个精密电阻,其核心原理是欧姆定律(I = V / R)。当电流(I)流过时,测量其两端产生的电压降(V,例如75mV),再除以已知的标称电阻值(R),即可得到电流值。

分体式直流电能表采用的分流器.jpg

理想情况下,电阻值R应恒定。但现实中,分流器材料的电阻会随温度变化,这个特性用电阻温度系数(TCR) 表示,单位通常是 ppm/℃(百万分之一每摄氏度)

例如,常见的低价位分流器TCR约为 200 ppm/℃。这意味着温度每变化1℃,其阻值大约变化0.02%。

温漂引入的误差可以通过以下方式估算:

阻值变化量 (ΔR) ≈ R₀ × TCR × ΔT

其中R₀是初始电阻,ΔT是温度变化量。

相应的电流测量误差百分比大致为:误差% ≈ |TCR × ΔT| × 100%

举例来说,一个TCR为200 ppm/℃ (0.02%/℃) 的分流器:

  • 若温升ΔT为40℃,误差约0.8%。这误差就已经很大了。

  • 但若温升ΔT达到100℃(大电流下可能发生),误差达到2%,假设分体式直流表误差1%,那么整体误差就达到3%了。

在直流充电桩等应用中,电流动态范围大,环境温度也可能变化,分流器可能无法始终处于热平衡状态,这会增加计量不确定性。

分体式与一体式直流电能表对比
04
一体式直流电能表的计量准确度保障机制

一体式直流电能表通过 “分流器 - 采样模块 - 计量芯片 - MCU” 的集成设计,从结构、硬件、软件三方面针对性解决分体式的固有痛点,尤其针对双回路场景强化了隔离与同步设计,其准确度保障可概括为五大核心机制。

一体式直流电能表接线原理图

一体化集成:根除接线相关的系统误差

一体式电能表将分流器直接嵌入电表内部( “低温漂锰铜基板分流器 + 板载直连” 设计),采样线长度缩短至厘米级,消除分流器长接线带来的电磁干扰误差。


双回路独立隔离:解决回路间耦合干扰

针对双回路场景,一体式电能表采用 “多路独立隔离模块” 设计,实现电压、电流采样及回路间的全隔离,消除小信号干扰。


高精度元器件:奠定计量精度基础

一体式电能表选用高等级核心元器件,从源头降低温漂与量化误差,适配大动态范围的计量需求。

一体式直流电能表内部构造图


 强化抗干扰与环境适应性:保障复杂场景精度

一体式电能表通过结构屏蔽与电路优化,提升抗干扰能力,同时拓宽工作温度范围,适应充电桩极端环境,减少环境因素导致的误差。


全链路校准与防篡改:确保数据可靠

一体式电能表在出厂前完成 “分流器 - ADC - 计量模块” 的整体校准,并通过物理与电子防篡改设计,避免后期误差偏移与人为干预。

DJZ1226直流电能表
    05
    双回路分体式与一体式电能表计量性能对比

    为直观展现两类电能表的准确度差异,结合瑞银电子一体化直流电能表,从核心计量指标进行对比:

    对比维度双回路分体式(外接分流器,1 米接线)双回路一体式(集成分流器)准确度提升幅度

    计量精度等级

    ±1%(1 级下限)

    0.5 级(误差≤0.5%)

    50%

    双回路误差一致性

    ≤0.5%

    ≤0.1%

    80%

    抗干扰电压波动

    5-10mV

    ≤0.1mV

    98%

    温漂误差(90℃)

    ≥0.45%

    ≤0.09%

    80%

    年故障率

    3‰/ 年

    0.5‰/ 年

    83%

    06
    结论

    双回路直流电能表的计量准确度,本质上由 “采样链路的稳定性” 决定。

    瑞银电子一体式直流电能表的准确度为0.5级(误差±0.5%),而双回路直流电能表外接分流器,其中直流表准确度以1.0级(误差±1%)为主,其外接的分流器的误差以0.5%算(假设买到的分流器是真实不虚假的准确度),则总误差达到±1.5%。

    分体式与一体式直流电能表在充电桩内安装的区别

      如此计算,瑞银一体式直流电能表整体误差<±0.5%,分体式直流表整体误差<±1.5%,可见瑞银一体式准确度明显更好。

    兆瓦超充桩电能表

     并且综上所述,由于瑞银采用低温漂锰铜分流器,发热少/功耗低,而且瑞银一体式直流表抗干扰性更强,安装更简便,准确度和稳定性更好,已被众多大品牌直流充电桩企使用,在充电桩等直流电能计量场景中,发挥着重要的作用。



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