保时捷工程为电动车提供智能计量解决方案

热爱驾驶跑车的人，都不希望在加油时耗费太长时间。只需等待约四分钟的时间，驾驶者就可以为保时捷 Taycan 电动跑车按照新欧洲行驶循环（NEDC）工况的标准充够足以行驶 100 公里的电量。此外，电动车的购买者期望能够使用用于快速充电的基础设施。

目前在德国绝大部分公开可用的电动汽车充电桩提供交流电，并仅提供相对较低的充电功率。使用这些充电桩，汽车电池充满电往往需要耗费数个小时。而充电功率最高可达 350 千瓦的直流充电桩速度要快得多，这就是所谓的“大功率充电”（High Power Charging）。使用直流充电桩时，像Taycan 这样的电动跑车实际可以在短短几分钟之内为接下来的 100 公里行程充好电。

此外：直到最近还未出现经过批准并且符合德国《测量和校准法》、能够结算充电期间电流消耗的测量技术。为此需要德国联邦物理技术研究院（PTB）的确认性评价与批准。该研究院负责考核这项技术是否符合《测量和校准法》（MessEG）以及《测量和校准条例》（MessEV）的要求。由于目前没有经过认证的大功率直流电充电设施，并且在保时捷 Taycan 发售之时尚不确定相关设施能否投入使用，故而保时捷工程集团的专家们开发出一套独有的系统：保时捷直流能量计（Porsche DC Energy Meter）是首款经过认证的直流充电站电表，功率高达 350 千瓦。这款能量计为在保时捷 Taycan 进入市场之前建好快速充电基础设施提供了技术前提。

专业项目经理亚历山大· 施耐德- 夏普（Alexander Schneider-Schaper）解释道：“我们面临的挑战在于开发一套系统——但却不完全了解它需要满足的要求。”在去年秋天还只有一件事是确定的：每个充电桩用户都有权明确知道自己在哪个时间点充了多少电量。尽管许多事情还不明确，保时捷工程师也必须开始保时捷直流能量计的研发。德国电气工程电子信息技术委员会（DKE）作为德国标准化研究所（DIN）和德国电气工程师协会（VDE）的一个机构，在项目开始时便为相关准则提出了许多建议。这些准则还将由规则调查委员会（REA）重新评估并递交给校准主管部门。

在充电点或充电桩对电流消耗进行测量并不是一件普通的小事。在一般家庭中，用户通常是固定的，并且一般只需要每年读取一次电表，而电动汽车公共充电点的消费者不断在变换。每一名公共充电点的用户都有权获知准确透明的结算信息。由此，保时捷推出了针对保时捷直流能量计研发的要求列表：它必须能够识别用户、记录充电时刻，并测量充电期间的电流、电压和时间，由此能够以千瓦时为单位计算电量。之后，所有这些数据必须通过后端安全地传输给提供商，客户将可从提供商处获得详细的账单。

另一项重大挑战是充电桩的狭窄安装空间。这里的大部分空间都需要用来安装接线、带集成冷却的充电电缆以及充电控制单元。为了能够放置额外的技术部件，工程师开发了一个由两个部分组成的系统，包括直流能量计和用于电流和电压测量的传感器单元。传感器单元，它被放置在用电车辆和充电桩之间的电流路径中，可以测量最高500 安培的电流和最高 1000 伏的电压。

传感器将测量值传输到实际的直流能量表，而能量表的体积不能大于一个 0.5 升饮料罐。能量表会记录数据、计算出传输的能量数量、将其分类到相应的客户数据中，并将整个数据包绑定到一个已签名的元组上——这个数据包无法进行任何更改。数据包之后可供后端操作员使用，操作员可以在此基础上为用户提供账单。用户可以通过一个透明软件——例如某个应用程序——要求后端操作员调阅数据、查看自己的充电地点以及已充电量。用户在充电时也可以通过保时捷工程集团研发的液晶显示器读取这些信息。

“在系统开发期间还需要防止恶意篡改行为。”施耐德-夏普说道。为了确保没有人能擅自打开传感器或直流电能表，保时捷已经开发出严格密封和铅封的外壳。2019 年，目前电动汽车应用领域唯一的合格评定机构、德国联邦物理技术研究院（PTB）的许可将在确定项目批准的评估标准后实行。除此之外，该研究院还研究了相关设计和功能、环境兼容性以及充电桩与软件在符合《测量与校准法》前提下的运转。

如此一来，再没有任何事物能够阻碍这项技术的推出。“尽管仍缺乏相关法规与规范，但目前的当务之急是在各地扩建基础设施。”施耐德-夏普解释道，“在这一点上，德国可以把握机遇发挥先锋作用，从而在本国建立起经过认证和批准的技术。”

本文首次发表于《保时捷工程杂志》2019年第1期。

作者：Monika Weiner
摄影：Verena Müller

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