充电设施远程测量管理体系

按照JJG1148-2018《电动汽车交流充电桩检定规程》和JJG1149-2018《电动汽车非车载充电机检定规程》实施检定，初步测算两个熟练检定人员每检定一个充电桩至少需要0.5小时。然而，面对数万计的充电设施，法定计量检定机构的检定测试能力相形见绌，且管理难度大、费用高、效率低，为此我们探索出采用物联网技术和测量技术紧密结合，能够实现远程在线实时计量校准的系统。

一、远程在线校准原理

远程在线校准就是通过互联网远距离对被校对象进行实时在线校准，也就是远距离自动控制操作校准过程、远距离传输数据、远距离处理校准数据、远距离判断结果并出具证书等操作，即用户的被校准测量仪器或测量系统不再需要送到上级计量技术机构去校准，或是上级计量技术机构不需到现场对其进行校准，只需按照专门的规定、程序、标准和接口，通过网络与上级计量技术机构的远程校准系统控制平台连接来完成其全部校准任务。

进行远程校准应具备如下条件:首先进行远程校准的计量设备和被测量仪器、传感器必须是带有通信接口并能被计算机控制的；其次测量过程必须依赖于稳定的参考标准，而该标准可以稳定地在实验室计量设备和被校准的测量仪器、测量系统之间进行传递。

在线校准可以采取全程实时监测校准，尤其是对电动汽车充电过程，可以进行从大电流恒流充电到恒压小电流持续充电全程累计电能计费误差分析。

二、充电桩远程在线校准的实现

该系统包括硬件及相应的软件，硬件主要用于跟充电桩进行交互采集数据，软件具备完成业务逻辑、数据传输、数据处理以及数据管理和展示等功能。

1.硬件构成

充电设施目前大多数都采用电能表计量，然后通过单片机系统进行处理计算，显示用户充电电量、计费价格和结算值等。在线校准采用一个高精度计量模块串接在桩内充电桩输出口(见图1)，直接采集每次充电过程的电量输出值，通过电力载波的方式传输到数据集中器，再通过网络发送到在线校准监管云平台服务器。充电设施的结算值采取两种方式获取:一种是加装的计量采集模块直接通过R232接口与充电桩单片机通信获取；另一种方式是通过运营商服务平台实时发送。在线校准监管平台获取统一充电时间两种不同计量方式传输的结果并对其进行比较，在允许的误差范围内，视同有效，超差的采取现场检定方式确认超差原因。另，计量测试模块采用嵌入式快捷接口方式便于拆装，可定期拆卸到实验室进行计量检定。

充电桩在线校准模块由电压传感器、电流传感器、计量芯片、主控MCU、通信模块(高速电力载波)组成；模块安装于充电桩内部，通过传感器对电压、电流信号采样计量，并通过串口RS-232通信方式读取充电桩主控板内计量信息，将两者数据作比对，得到在线校准误差数据。同时，校准还具备高速电力载波通信功能，通过电力载波将计量校准数据和相关信息，包括充电设施唯一性代码、运营商或业主代码、充电起止时间、充电类型等，实时传输到充电场站内安装的电力载波数据集中器；数据集中器汇集场站内所有充电桩在线校准数据后，通过4G无线通信模块方式将数据上送到计量校准云平台，完成在线监测数据上传工作。

采集模块和充电桩主控板通信信息，或运营商管理平台和在线校准监管云平台通信报文，主要包含充电设施唯一性代码、运营商或业主代码、充电起止时间、充电类型、充电结算电量值等基本信息。上传到在线校准监管云平台服务器后，系统对同一充电设施、同一时间段充电量值进行比较，计算出某一次充电事件累计两者测试误差，从而实现超差报警、临界预警。

我们在环境实验室搭建一个实验模型，将一台交流充电桩接入采集模块，放在环境舱内，舱外接入功率分析仪。在不同温度下(-10℃、20℃、70℃)、不同负载模式下(工作点校准和全充电过程校准)，对交流充电桩、交流计量采集模块与20℃状态下功率分析仪示值误差进行比对后发现，交流充电桩结算电量值，在高温状态下充电桩计量误差超过2%，不符合相关标准，点校准和充电全过程校准误差也超过1%。

2.软件构架

根据目前的基础环境，可以得知该系统总体设施包括:充电站、充电设施、数据通信设备、远程无线网络，以及云服务平台上的远程服务。结合具体的业务应用，该系统架构图如图2所示。从图2可看出，该系统软件分成三部分:终端采集软件、远程数据服务、管理及展示系统。其软件逻辑结构如图3所示。

终端采集软件主要结合硬件，实现相关数据采集及通信功能，它在嵌入式系统基础上，使用C语言编程实现相关的功能。其完成的功能主要包括:(1)采集充电桩工作时的实时数据；(2)对采集到的部分实时数据进行相应处理；(3)实现与远程数据服务的相互通信功能。

远程数据服务主要侧重远程数据交互和数据业务处理功能，它是部署在云服务平台上的一个系统软件，具有对远程提供数据交互、对数据进行相关的分析统计、按照业务规则形成实验数据等功能。该远程数据服务通过Java语言结合MySql数据库，实现相关的具体功能，比如SSO服务、实时在线校准功能等。

管理及展示系统主要侧重人机交互功能，它所有具体功能的实现，都需要调用远程数据服务所对应的应用才能完成。其功能模块包括:用户/角色/权限管理、基础数据管理、充电站及设施管理、实时校准信息、业务报表管理及扩展服务应用。

三、远程在线校准优势分析

1.远程校准的过程高度自动化，可选择在任何时间实时校准，其结果可以在线复检，也可以随时终止，可以得到对下一级测量仪器的校准结果，必要时还可远程干涉，修正其校准参数，大大减少了校准时间和成本。

2.校准结果保存于数据库中，在以后的校准或核查时可以随时调用，可提供校准历史记录及核查档案。

3.校准模块设计测试准确度、重复性及可靠性可以满足充电设施室外使用的环境要求。

4.校准过程在线监视可发现并修复故障，仪器厂家可连接到系统访问测量仪器的使用情况，并提供相应的咨询服务或维护措施。

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