LMG600系列高精度功率分析仪应用：

电动汽车充电站v1.0

采用自动化、精确、可靠的能量测量为型式认证铺平道路

电动汽车数量的增加推动了配套基础设施的快速增长。欧盟绿色协议的目标是到2025年拥有100万个充电站。这些充电站必须根据欧洲议会关于部署替代燃料基础设施的2014/94/EU指令，除此之外，按照 Eichrecht法规的严格要求进行收费。该指令要求充电站集成直流电表进行精确的能量测量。为了确保遵守政府/欧盟对成品的要求，建议在研发过程中采取适当的方式来验证合规性，以便为强制性的型式认证做准备。

图1显示了电动汽车充电站与电网和电动汽车的连接以及充电时的能量流动。精密功率测量仪器如LMG600系列功率分析仪可以通过充电站制造商和认证机构集成到合规测试台中。它可以作为型式认证的可溯源标准，也是在出现问题时验证正确收费功能的首xua工具。

测量设置

充电站配备有类型2、CCS、CHAdeMO或其他类型的单个或多个充电插头，以提供交流和/或直流充电。每个充电插头集成认证的电能表测量整个充电过程所消耗的能量。仪表将其读数传送给系统后端，以便于计费。一个典型的组成如图2所示。

模块B，对应欧盟型式试验测试认证，规定通过将每个充电端口测量的能量与参考仪器测量的能量进行比较，来验证整个充电过程的准确性。参考仪器可以是一个精确的功率分析仪，如连接在电能表和电动汽车之间的LMG671。图3显示了使用LMG671功率分析仪作为参考仪器的可能的测量装置。

电压和电流信号通过接线盒输入到功率分析仪中。可能发生的电压降通常小得可以忽略不计。对于交流2型充电插头，电流不得超过32A，可以直接连接到功率分析仪的输入端1。对于特别快速的直流充电一般有几百安培的电流值，这需要一个非常精确的电流传感器，如带有及其杰出的通量门技术的PCT传感器。 此外，电能表的脉冲输出连接到LMG671过程信号接口(PSI)的开关量输入2，允许功率分析仪在整个充电过程中捕获脉冲，以确定充电站测量的能量。型式认证测试程序规定了对Z小值数字的Z小跳跃数的测量值，它对应于Z小脉冲数。这个数字取决于要充电的设备和所选择的操作点。充电功率越高，规定的Z小脉冲数就越高。否则，观测到的时间窗就会过短，内部时钟的不确定度就会对观测到的测量精度产生不当的影响。整体能量测量包括充电站的上升和下降的斜坡，如图4所示。

LMG671功率分析仪开关量输入以150kHz进行采样。标准化的电能表脉冲信号将被可靠地捕获和计数。根据充电功率水平和集成电能表的每千瓦时对应的特定脉冲数，快的测量周期时间为10ms(50Hz信号为20 ms)，可以几乎逐个计算捕获的脉冲。这对于确保能量积分期间捕获的脉冲数量的准确性非常重要。

LMG600系列功率分析仪提供高度精确的交流和直流功率和能量测量，以及各种功能，以对充电站进行合规性测试。根据EN50470-3和IEC61851-23等相关标准，型式检验试验中规定的所有要求的信号都将进行测量和处理。过程信号接口可以直接同时捕获安装在充电站的多个数字电能表的脉冲输出，以确定其测量的能量。快速和功能强大的千兆以太网接口确保了可靠地集成到测试台中，用于数据交换和数据后处理。我们为合规性测试提供了一个通用的python脚本。可以提供额外的软件工程支持来实现特 定的测试台需求。

1、电流在任何时候都不得明显高于32A。在其他情况下，建议使用外部电流传感器，如PCT200。 

2、在一个特定的应用程序（电能表认证）中，可以同步LMG671测量的电压、电流、功率、能量等测量周期。对仪表的脉冲， 实现仪表和功率分析仪之间的能量测量的相同时间间隔。详情见应用文章“ 使用LMG600测试直流数字电能表

试验台集成与评估

为了将LMG600功率分析仪完全集成到一个远程控制的测试台环境中，我们可以根据要求提供一个涵盖所描 述的自动化验证过程的通用脚本。它附带了一个现成的、文档记录良好的python类，包括打开和关闭接 口、写入、读取等其他的函数。我们可以根据您的具体设置和测试程序为定制提供软件工程支持，包括随 后的结果评估，导出为任何所需的通用格式(CSV导出已经实现)。可以实现以下自动化功能： 

数据交换：从LMG600传输所有相关读数和脉冲计数到测试台主软件。 

评估：在整个充电过程中，将功率分析仪测量的能量与充电站电能表测量的能量进行比较和评 估。 

测量不确定度计算：对于每个测量周期，包括Z后一个测量周期，都可以计算出测量不确定度， 以进行Z终和相关的偏差评估。 

导出结果：将测量和评估结果导出为通用格式。

LMG600的快速和功能强大的千兆以太网接口确保了可靠地集成到测试台的数据交换和数据后处理。我们为法规遵从性检查提供了一个通用的python脚本。可以提供额外的软件工程支持来实现特定的测试台需求。

测量不确定度

所使用的功率分析仪和电流传感器的组合精度必须非常高，否则两者所引入的误差就主导了充电站计量能量的总体测量偏差。Z终要检查的总体偏差的计算方法为： 

偏差 = 偏差 + 测量不确定度 

整体 电能表 功率分析仪+电流传感器 

在充电过程中，即使对每个测量点和测量周期，也可以计算出这种测量不确定度。虽然现代的功率分析仪可以帮助选择测量量程（自动量程），但这种支持的自动选择并不总是有益的。在快速和连续续变化的测量点，如图4所示的上升和下降阶段，自动量程会导致频繁的量程变化，这由于切换量程所需的时间反过来导致测量的间隙。因此，许多测量周期无法完成，因此数据必须被丢弃。在实践中使用的补救措施是手 动切换到具有足够的波峰因数的测量量程，该量程适合目标工作点。

这避免了量程的不断切换，并且可以无间隙地进行测量。然而，对于上升阶段开始时（或下降阶段结束时） 的测量点，这意味着一个很高的指定误差，对要评估的整个充电站的偏差有相当大的影响，因为功率分析仪的精度规格经常被描述为例如: 

功率误差容忍度=±（功率读数的%+功率量程的%）

在确定测量周期中的测量不确定度时，必须考虑到此影响。这同样也适用于下降阶段。因此，应在整个充 电过程及其持续期间优化以下参数： 

斜坡陡度：上升和下降阶段越陡，它们各自占总充电过程持续时间的比例就越小。 

测量持续时间：与上升和下降阶段相比，要评估的Z小脉冲数越高，稳态运行的份额就越大。

标准IEC61851-23规定了直流电动汽车(EV)充电站的要求，包括有关上升阶段Z小陡度的某些规定，以使其 尽可能短，以便在整个测量持续期间上升、下降和稳态阶段之间有合理的时间权重。

LMG600系列的高端功率通道A和S模块提供高精度的直流测量。该设备交付时提供可追溯至PTB（德国联邦物理技术研究院，国家计量研究院）的校准证书，或根据要求提供DAkkS的校准证书。

带宽：DC，0.05Hz~10MHz 

直流功率精度（佳）：±（读数的0.032%+范围的0.06%）S模块： 

交流功率精度（45Hz~65Hz)：±（读数范围的0.015%，+量程的0.01%） 

时间精度：±50ppm 

电压输入：300 mV~1000Vrms直接输入（使用HST高压分压器扩展量程） 

电流输入：500µA~32Arms直接输入（使用精确的外部传感器如PCT扩展量程） 

在计算能量测量的潜在误差时，重要的是要了解仪器如何计算功率和能量，即测量的确切开始和结束位置，测量值中包含哪些样本，哪些样本不包含。只有这样，才能判断功率分析仪读数背后的值是否与电能表评估的间隔足够匹配3.并非所有制造商都对此类信息透明，即使他们透明，他们也可能不提供确保功率 分析仪和电能表查看完全相同的时间段和时间偏差非常低的方法用于比较。我们上面提到的通用Python脚本正是这样做的，并确保LMG600可以实现的大精度进行测量和评估。

为了扩展LMG600功率分析仪的测量量程，PCT系列的传感器，如图6所示，提供高的精度，并进一步支持既插既测量 功能，例如自动设置变比和量程，传感器由LMG600直接供电。由于其好的直流精度为±0.0035%，LMG600的 额外电流误差非常低。具有既插既测量功能的PCT传感器有200Arms（300A峰值或DC ）至2000Arms（3000A 峰值或DC）型号选择，甚至更高。

参考系统每个构件模块(LMG600功率分析仪+A/S通道+PCT磁通门传感器)的大精度为电动汽车充电站内的能量计量测试和认证提供了坚实的基础。通过对LMG600的复杂控制，在适用标准的有效框架内，减少或完全避免了对测量不确定度的系统性和条理性影响。对于关于测试台集成和型式认证审核程序的具体问题，我们的应用专家可以凭借他们的专业知识为您提供支持。