德勤 2020 年的一份報告預測，電動汽車總銷量將從 2020 年的 250 萬輛增長到 2025 年的 1120 萬輛，到 2030 年達到 3110 萬輛，這十年的復合年增長率為 29%。這意味著電動汽車將占據新車銷售總市場份額的近三分之一。這將需要對充電站進行巨額投資，消費者將要求直流測量的準確性和可靠性——這將調節他們必須支付的金額——受到嚴格的監管和控制。德國領先的電力儀表公司 Zes Zimmer 正與丹麥電流傳感傳感器公司 Danisense 合作，提供精密直流計量解決方案。

隨著電動汽車的普及，電動汽車充電站正在激增。在德國，城鎮有許多充電站，工作場所也越來越多。已經有可提供高達 350 kW 的充電站。客戶需要能夠依賴傳輸的直流能量測量的準確性，因為消耗的能量與計費之間存在直接聯系。

2020 年初，德國標準組織 VDE 與功率分析領域的技術領導者之一 Zes Zimmer 進行了接洽，該組織致力于確保對電動汽車充電站中使用的直流電表進行適當的驗證、校準和認證。 Zes Zimmer 已經提供了可精確測量高達 32 A 的儀器，但對于范圍為數百千瓦的大型裝置，要求測量更大的電流，在幾百安培的范圍內。這需要使用外部電流傳感器。

圖 1：使用 Zes Zimmer LMG641 功率分析儀的測量設置

圖 1 顯示了使用 Zes Zimmer LMG641 功率分析儀和 Danisense 的外部 DS600 電流檢測傳感器的測量設置。為了校準直流電表，電源由精密 PSU 生成，并同時饋入電表和參考功率分析儀。此外，電能表的脈沖輸出連接到 LMG600 的外部周期輸入，允許分析儀將電壓、電流、功率和能量的測量周期與電能表的脈沖同步。由于外部周期輸入以超過 5 MHz 的頻率進行采樣，因此將可靠且精確地捕獲脈沖。

一旦脈沖間隔與功率分析儀的測量周期同步，就可以記錄它們的長度。結合使用高度穩定和準確的直流電源，可以簡單地驗證間隔的準確性，從而簡單地驗證計算的能量。Zes Zimmer 的 LMG600 功率分析儀允許定制 GUI 以模擬特定應用。該 GUI 可以從內置腳本編輯器中獲取值，并僅顯示與應用程序相關的參數。圖 2 顯示了一個示例。

圖 2：圖形用戶界面示例

就其本身而言，LMG600 系列可在 500 μA 至 32 Arms 的電流輸入范圍內提供準確的直流測量。為了擴展這個電流輸入范圍，Zes Zimmer 與 Danisense 合作。基于零通量原理，Danisense 電流傳感器可提供低至 1 ppm 的測量精度，Zes Zimmer LMG600 功率分析儀和 Danisense DS600 的組合形成了一個高精度且易于使用的校準測試系統。

有許多不同類型的電流測量技術，從基本的分流器和霍爾效應器件到更復雜的系統。決定因素通常是所需的精度，簡單的設備無法提供高精度。Danisense 專有磁通門是一種閉環補償技術，具有固定勵磁頻率和二次諧波零磁通檢測 ［A1］（圖 3）。它將復雜的磁性能與先進的信號處理相結合，通過使用二次諧波，可以提取信號以提供對導體中電流的測量，并將其直流電流值測量到極高的水平，非常可重復。此外，Danisense 采用雙平衡磁通門結構，該結構將兩個磁芯對置，在概念上類似于惠斯通電橋。這提供了自然補償，消除了溫度等環境條件造成的任何漂移的影響。如果在傳感器升溫時驅動幾百安培的直流電流一段時間，這一點很重要。因此，溫度穩定性至關重要。

圖 3：具有固定勵磁頻率和二次諧波零磁通檢測的閉環補償技術 ［A2］

Zes Zimmer 提供具有內置智能功能的電纜，以方便 Danisense 電流傳感器的簡單設置，例如圖 4 中所示的 DS600，Zes Zimmer 以 Plug‘n’Measure PCT600 銷售，它可以自動識別連接的傳感器類型和LMG600電流輸入的配置。功率分析儀將自動讀取和使用每個重要參數，例如精確比例因子、延遲補償變量、最后校準日期和傳感器類型。此外，傳感器通過 LMG600 主動供電，因此不需要單獨的電源。Danisense 提供一系列產品，可將電流測量擴展到 2，000 Arms（3，000 A 峰值或直流）甚至更高。

Zes Zimmer 功率分析儀與 Danisense 傳感器相結合，正被 VDE 等機構用于現場測試安裝在 EV 充電站的直流電表是否符合 Eichrecht 一致性等標準。E-VDE-AR-E 2418-3-100。直流電表制造商也使用它們進行預合規性測試，然后再將它們送去進行獨立認證，以確保它們獲得積極的結果。因此，通過 Zes Zimmer 和 Danisense 之間的合作，不需要額外的設備并且所有設置都得到了簡化和匹配，這一事實非常有用。

直流微電網

另一個需要類似方法的應用是 1，500V 直流微電網。例如，在風能或太陽能發電的應用中，為什么要轉換為交流電？為什么不直接使用直流電源？據預測，未來的房屋將在 DC 上運行，從而帶來顯著的效率優勢。如果車輛在一夜之間在車庫中充電，這可能特別有價值。這導致了一個稱為直流微電網的系統。高壓交流電網仍然存在，但在它旁邊，一個直流電箱連接到直流發電機，主要是可再生能源發電機和消費產品。同樣，此類系統的測試、校準和認證需要高精度、穩定的直流電流測量。

建立客戶對電動汽車充電站和其他能源系統中使用的直流電表高度準確并定期校準的信任和信心至關重要。Zes Zimmer 功率分析儀和 Danisense 電流檢測傳感器的組合提供了精確、穩定、可重復且易于使用的測量。這就是 VDE 等知名機構使用這種方法的原因。

作者：Loic Moreau 和 Patrick Fuchs