Метрологическое обеспечение зарядных станций электромобилей

В статье рассмотрены структура метрологического обеспечения ЭЗС, действующие нормативные требования, методы поверки зарядных станций и приборов учета, а также решения компании «Марс-Энерго» для поверки ЭЗС переменного и постоянного тока.

ООО «НПП Марс-Энерго», г. Санкт-Петербург

скачать pdf >>

Развитие электротранспорта невозможно без строительства зарядной инфраструктуры – густой се­ти зарядных станций (ЭЗС) публичного доступа. Большинство ЭЗС сегодня делятся на две основные категории: зарядные станции постоянного то­ка мощностью от 100 до 250 кВт (так называемые «быстрые») и ЭЗС переменного то­ка мощностью от 22 до 60 кВт («медленные»). Они не только обеспечивают передачу электроэнергии от се­ти в аккумулятор автомобиля, но и контролируют режимы зарядки, осуществляют обмен данными с биллинговыми платформами и, конечно, ведут учет электроэнергии, поставленной в электромобиль во время зарядной сессии, с помощью счетчиков постоянного или переменного то­ка в составе ЭЗС.

При этом режимы работы ЭЗС существенно отличаются от традиционных систем электропотребления: большие то­ки, широкий диапазон мощностей, применение как переменного, так и постоянного то­ка, использование различных протоколов обмена и типов измерительных модулей – все это создает дополнительные требования к средствам измерений и методам их поверки. Задачи метрологического обеспечения в РФ затрагивают вопросы создания нормативной ба­зы и обновления приборного парка.

Структура метрологического обеспечения ЭЗС

Объектом поверки может быть как ЭЗС целиком, так и прибор учета в ее составе (рис. 1).

Рис. 1. Объекты поверки: а – счетчик электроэнергии с измерительным преобразователем тока (шунтом); б – зарядная станция со встроенным измерительным модулем или счетчиком электроэнергии

Метрологическое обеспечение (МО) ЭЗС переменного и постоянного то­ка включает систему передачи единицы измерения приборам учета от первичных эталонов электрической мощности переменного и постоянного то­ка и рабочих эталонов 1 и 2 разряда (рис. 2).

Рис. 2. Структура передачи единицы измерения

Метрологическое обеспечение мощности переменного то­ка достаточно развито в Российской Федерации. Количество внесенных в Госреестр СИ и находящихся в эксплуатации в РФ рабочих эталонов 1 и 2 разряда составляет тысячи единиц, а количество счетчиков электроэнергии – миллионы единиц. Счетчики переменного то­ка в настоящее время применяются в бытовом секторе и промышленности. В составе ЭЗС это мелкосерийное применение для технологических целей.

Структура эталонной ба­зы мощности постоянного то­ка находится в стадии развития. Счетчики постоянного то­ка в настоящее время в основном применяются на подвижном электротранспорте и в составе тяговых подстанций. В составе ЭЗС – мелкосерийное применение для технологических целей.

В соответствии с приказом Минпромторга от 29 апреля 2022 го­да № 1776 и изменениями от 5 апреля 2024 го­да определены требования к погрешности измерения ЭЗС. Зарядная станция должна быть оснащена оборудованием, обеспечивающим возможность измерения количества электрической энергии, поставляемой зарядной станцией:
- с базовой погрешностью измерений, не превышающей 2 %, с 15 мая 2024 г.;
- с базовой погрешностью измерений, не превышающей 1 %, с 1 января 2025 г.

В табл. 1 указаны метрологические требования к счетчикам электроэнергии стандартов МЭК 62053-41 «Аппаратура для измерения электрической энергии. Частные требования. Часть 41. Статические счетчики для измерения электроэнергии постоянного то­ка (классов точности 0,5 и 1)» и МЭК 62052-11 «Аппаратура для измерения электрической энергии переменного то­ка. Общие требования. Испытания и условия испытаний. Часть 11. Счетчики электрической энергии». Требования Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ, OIML) указаны в табл. 2. Основные метрологические параметры ЭЗС в соответствии с JJG 1148-2018 (Китай) – в табл. 3.

Таблица 1. Допустимые пределы погрешности счетчика в % из МЭК 62052-11:2020 п. 7.1 / МЭК 62053-41 п. 7.9

Таблица 2. Пример классификации класса точности ЭЗС по OIML (МОЗМ)

Таблица 3. Основные метрологические параметры ЭЗС в соответствии с JJG 1148-2018 (Китай). Погрешность измерения энергии/мощности

Методы поверки ЭЗС

Поверку ЭЗС можно проводить двумя способами: с помощью подсчета количества импульсов и путем измерения количества энергии.

- Поверка ЭЗС путем подсчета количества импульсов. Этот классический метод, применяемый при поверке счетчиков электроэнергии, обладает таким преимуществом, как универсальность. Он совместим с любыми типами приборов учета, поскольку импульсный выход имеется в каждом выпускаемом счетчике. Также любой эталонный прибор для поверки счетчика имеет импульсный вход для приема импульсов, пропорциональных измеряемой энергии/мощности от счетчика. Единственное условие для применения данного метода – конструкция ЭЗС должна предусматривать подключение фотосчитывающего устройства.

- Поверка ЭЗС путем измерения количества энергии. Если ЭЗС не имеет импульсного выхода для подключения фотосчитывающего устройства, в качестве альтернативы можно применить данный метод поверки. При этом информацию по измеряемым электроэнергетическим величинам от встроенного в ЭЗС прибора учета можно получить по цифровому интерфейсу.

В качестве плюса этого метода можно отметить расширение списка измеряемых и передаваемых параметров, включая энергию/мощность, профили то­ка, напряжения, гармоник. Для реализации данного метода в ви­де программного обеспечения необходима информация по протоколу обмена или формату данных, передаваемых от прибора учета в составе ЭЗС, если он не является стандартизированным.

Решения «НПП Марс-Энерго» для МО ЭЗС

Для поверки зарядных станций постоянного то­ка с номинальными токами 200/500 А потребовалось расширение диапазона измерения то­ка серийно выпускаемого эталонного счетчика с применением внешнего трансформатора то­ка ти­па ЭМТ-200/ЭМТ-500. По су­ти, это классический электронный ТТ с выходным сигналом в ви­де низкого напряжения, который подключается вместо токовых клещей в стандартный серийный прибор – эталонный счетчик электроэнергии кл. т. 0,1 или 0,05. Для обеспечения соединения эталонного счетчика и внешнего ТТ с коннекторами ЭЗС различных типов их приходится комплектовать устройствами подключения под каждый стандарт (рис. 3).

Рис. 3. Поддерживаемые стандарты подключения

В состав комплекта оборудования для МО ЭЗС может входить интеллектуальное нагрузочное устройство, имитирующее электромобиль. Нагрузочное устройство поддерживает различные протоколы обмена для обеспечения зарядной сессии. Наиболее распространенные резистивные нагрузки должны обеспечивать рассеивание реальной электрической мощности от поверяемой ЭЗС в соответствии с ее техническими условиями, вплоть до десятков и сотен киловатт.

Комплект оборудования для поверки ЭЗС постоянного и переменного то­ка. Эталонный счетчик электроэнергии «Энергомонитор-3.1КМ-А» в комплекте с электронным трансформатором то­ка ЭМТ-200/ЭМТ-500 обеспечивает поверку зарядных станций постоянного и переменного то­ка на местах эксплуатации как единого уст­рой­ст­ва или приборов учета из состава зарядной станции отдельно (рис. 4). В данном исполнении «Энергомонитора» диапазон измерения то­ка расширен до 200/500 А с помощью внешнего электронного трансформатора то­ка. Метрологические характеристики эталонного счетчика электроэнергии «Энергомонитор-3.1КМ-А» с трансформатором то­ка ЭМТ-200/500 приведены в табл. 4. На рис. 5 показано, как трансформатор то­ка ЭМТ-200/500 подключается к прибору «Энергомонитор 3.1КМ-А» в разных исполнениях в зависимости от класса точности эталонного счетчика.

Рис. 4. Комплект оборудования для поверки ЭЗС постоянного и переменного тока

Таблица 4. Метрологические характеристики ЭМ-3.1КМ-А + ЭМТ-200/500

Рис. 5. Подключение трансформатора тока ЭМТ-200/500 к эталонным счетчикам энергии «Энергомонитор 3.1КМ-А»: а – класса точности 0,05; б – класса точности 0,1

Поверка счетчика постоянного то­ка совместно с шунтом на установке УППУ-МЭ-DC. На поверочной установке УППУ-МЭ-DC счетчик постоянного то­ка поверяется совместно с токовым шунтом в соответствии с требованиями на поверку счетчиков электроэнергии прямого включения (по МЭК 62053-41) (рис. 6).

Рис. 6. Подключение счетчика постоянного тока с шунтом к установке УППУ-МЭ-DC

Если необходимо поверить счетчик совместно с шунтом, нужно обеспечить выдачу и измерение постоянного то­ка до 200/500 А в зависимости от номинального то­ка применяемого токового шунта. Поэтому в составе установки имеется источник то­ка и эталонный счетчик с внешним трансформатором то­ка (рис. 7).

Рис. 7. Схема поверки счетчика DC с шунтом на установке УППУ-МЭ-DC

УППУ-МОНО-DC – переносная поверочная установка для поверки счетчиков постоянного то­ка (кл. т. 0,1) с имитацией сигнала от шунта. Наиболее простой и доступный способ поверки счетчика постоянного то­ка – имитация сигнала от шунта с помощью калибратора низковольтных сигналов с Uвых.ном 75 или 150 мВ, как показано на рис. 8. Кроме счетчиков постоянного то­ка, с помощью установки УППУ-МОНО-DC поверяются вольтметры постоянного то­ка. Характеристики установки приведены в табл. 5.

Рис. 8. Схема поверки счетчиков постоянного тока на установке УППУ-МОНО-DC с имитацией сигнала от шунта

Таблица 5. Характеристики установки УППУ-МОНО-DC

Литература

1. ГОСТ IEC 62752-2021. Кабельный блок управления и защиты для зарядки электромобилей в режиме 2 (IC-CPD).
2. ГОСТ Р МЭК 62196-2-2013. Вилки, штепсельные розетки, соединители и вводы для транспортных средств. Кондуктивная зарядка для электромобилей. Часть 2. Требования размерной совместимости и взаимозаменяемости для штыревых разъемов и арматуры се­ти переменного тока.
3. ГОСТ IEC 62196-3-2018. Вилки, штепсельные розетки, переносные розетки и вводы транспортных средств. Проводная зарядка электрических транспортных средств. Часть 3. Требования к совместимости и взаимозаменяемости размеров соединительных устройств постоянного то­ка и переменного/постоянного то­ка со штырями и контактными гнездами для транспортных средств.
4. National Metrology Verification Regu­lations of the People’s Republic of China. JJG 1149-2022. Off-board Chargers for Electric Vehicles (for Trial Implementation). Release 2022-06-28.
5. National Metrology Verification Re­gulations of the People’s Republic of China. JJG 1148-2018. AC Charging Spot for Electric Vehicles. Release 2018-02-27.
6. Organisation Internationale de Metrologie Legale (OIML). Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE): – Metrological and technical requirements; – Metrological controls and performance tests. Edition 2022.
7. Министерство промышленности и торговли Российской Федерации. Приказ от 5 апреля 2024 го­да № 1478 О внесении изменений в технические характеристики оборудования стационарной автомобильной зарядной станции публичного доступа, обеспечивающей возможность быстрой зарядки электрического автомобильного транспорта, утвержденные приказом Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 29 апреля 2022 г. № 1776.
8. Гублер Г. Б. К вопросу о метрологическом обеспечении зарядных станций для электротранспорта // Главный метролог. 2024. № 2.

Опубликовано в журнале «ИСУП» № 3(123)_2026

И. А. Гиниятуллин, директор,
ООО «НПП Марс-Энерго»,
г. Санкт-Петербург,
тел.: +7 (812) 327-2111, 8 (800) 333-1051,
эл. почта: mail@mars-energo.ru

Иллюстрации предоставлены ООО «НПП Марс-Энерго»