引言

隨著新能源汽車的進(jìn)一步普及,新能源汽車充電樁也在我們的生活里變得越來越常見。新能源汽車充電樁測試儀(以下簡稱充電樁測試儀)作為一款多功能且集成度較高的儀器,主要用于對新能源汽車充電樁進(jìn)行校準(zhǔn)。除了提供常規(guī)的充電相關(guān)參數(shù)校準(zhǔn)以外,現(xiàn)在新推出的充電樁測試儀增加了時(shí)間校準(zhǔn)的功能。本文基于國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目“空間導(dǎo)航與定位NOI技術(shù)集成及應(yīng)用示范”,討論了時(shí)間溯源在充電樁測試儀計(jì)量中的應(yīng)用。

1、時(shí)間源系統(tǒng)的搭建及工作原理

時(shí)間溯源系統(tǒng)由可被UTC(NIM)實(shí)時(shí)馴服、實(shí)時(shí)溯源的銣原子振蕩器結(jié)合GNSS共視技術(shù)組成，使區(qū)域時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)同步和溯源至UTC(NIM)。

GNSS共視法時(shí)間頻率傳遞技術(shù)是目前時(shí)間頻率遠(yuǎn)距離高精度量值傳遞的主要方法之一利用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System, GNSS)進(jìn)行時(shí)間頻率傳遞?；竟ぷ髟硎窃谝活wGNSS衛(wèi)星的視角內(nèi),地球上任意兩個(gè)地點(diǎn)的原子鐘可以利用同一時(shí)刻收到的同一顆衛(wèi)星的時(shí)間信號進(jìn)行時(shí)間頻率比對,工作原理如圖1所示。

圖1工作原理

Fig.1 Working principle

接收機(jī)內(nèi)置的時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器測量GNSS秒脈沖信號與本地原子鐘秒脈沖信號的時(shí)差Δt^AGNSS和 Δt^BGNSS,兩地通過數(shù)據(jù)交互得到傳遞雙方參考時(shí)間及頻率之差。設(shè)地點(diǎn)A、B的原子鐘時(shí)間分別為 t^A和t^B,GNSS時(shí)間為t^GNSS,A、B兩地時(shí)差為Δt^AB,則有式(1)(2)和(3)。

經(jīng)過多次測量后可得到一系列的ΔtAB,由此可算出兩臺原子鐘在一段時(shí)間內(nèi)相對平均頻率差為式(4)。

式中,fA和fB為兩臺原子鐘的頻率;τ為平均時(shí)間間隔。

2、充電樁測試儀的時(shí)間溯源

常見的新能源汽車充電樁測試儀內(nèi)置了時(shí)鐘模塊，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的時(shí)鐘顯示通常顯示為XX時(shí) XX分XX秒。根據(jù)JJG1148-2018《電動(dòng)汽車交流充電樁檢定規(guī)程》和JJG1149-2018《電動(dòng)汽車非車載充電機(jī)檢定規(guī)程》首次檢定時(shí),充電樁的時(shí)鐘示值誤差應(yīng)不超過5s;后續(xù)檢定時(shí),應(yīng)不超過3min。

對充電樁進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)方法是:確認(rèn)充電樁測試儀已接收GNSS衛(wèi)星信號并且測試儀經(jīng)過充分的預(yù)熱后等待其時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)在同一時(shí)間對測試儀和充電樁進(jìn)行對時(shí)根據(jù)對時(shí)的結(jié)果設(shè)置充電樁的時(shí)間,使兩者的時(shí)間基本達(dá)到一致。

根據(jù)上文,充電樁的時(shí)鐘示值誤差應(yīng)不超過5s因此充電樁測試儀的時(shí)鐘誤差為±167s時(shí),即可滿足對充電樁進(jìn)行計(jì)量的要求。

鑒于大部分的充電樁測試儀和配備的時(shí)間頻率遠(yuǎn)程溯源系統(tǒng)(以下簡稱溯源系統(tǒng))的顯示屏均只顯示到秒位測試儀時(shí)間溯源的方法可分為兩種，一種是針對兩者時(shí)間差≥1s的另一種是針對兩者時(shí)間差<1s的。

2.1時(shí)間差≥1s的溯源方法

時(shí)間差≥1s的時(shí)候溯源方法較為簡單，因?yàn)閼{借人眼就能分辨出顯示屏上時(shí)間的差別。如果溯源的準(zhǔn)確度只需要達(dá)到秒級別,那么只需通過讀數(shù)或者是拍照的方式記錄下測試儀和溯源系統(tǒng)的時(shí)間信息，兩者直接對比就能得出其時(shí)間差。

2.2時(shí)間差<1s的溯源方法

時(shí)間差<1s或溯源準(zhǔn)確度高于秒級別的時(shí)候.只靠人眼讀數(shù)或者是拍照的方法是無法得出兩者的時(shí)間差的此時(shí)需要配合使用深存儲(chǔ)示波器進(jìn)行校準(zhǔn)。

2.2.1 測量系統(tǒng)搭建

此方法借助充電樁測試儀與溯源系統(tǒng)的目測對時(shí)快速判斷兩者的快慢及時(shí)間差是否超過1s.同時(shí)利用深存儲(chǔ)示波器的光標(biāo)測量功能快速定位兩者的秒脈沖并測量時(shí)間差的數(shù)值。

測量系統(tǒng)搭建如圖2所示。

圖 2測量系統(tǒng)搭建

Fig.2 Construction of measurement system

分別從溯源系統(tǒng)的秒分配放大器輸出端和充電樁測試儀的秒脈沖輸出端引出一路信號接到示波器的任意一個(gè)通道。測量原理圖如圖3所示。

圖 3測量原理圖

Fig3 Measurement schematic diagram

2.2.2時(shí)間差的測量