引言

隨著新能源汽車的進一步普及,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行校準。除了提供常規的充電相關參數校準以外,現在新推出的充電樁測試儀增加了時間校準的功能。本文基于國家重點研發計劃重點專項項目“空間導航與定位NOI技術集成及應用示范”,討論了時間溯源在充電樁測試儀計量中的應用。

1、時間源系統的搭建及工作原理

時間溯源系統由可被UTC(NIM)實時馴服、實時溯源的銣原子振蕩器結合GNSS共視技術組成，使區域時間頻率標準實時同步和溯源至UTC(NIM)。

GNSS共視法時間頻率傳遞技術是目前時間頻率遠距離高精度量值傳遞的主要方法之一利用全球衛星導航系統(Global Navigation Satellite System, GNSS)進行時間頻率傳遞。基本工作原理是在一顆GNSS衛星的視角內,地球上任意兩個地點的原子鐘可以利用同一時刻收到的同一顆衛星的時間信號進行時間頻率比對,工作原理如圖1所示。

圖1工作原理

Fig.1 Working principle

接收機內置的時間間隔計數器測量GNSS秒脈沖信號與本地原子鐘秒脈沖信號的時差Δt^AGNSS和 Δt^BGNSS,兩地通過數據交互得到傳遞雙方參考時間及頻率之差。設地點A、B的原子鐘時間分別為 t^A和t^B,GNSS時間為t^GNSS,A、B兩地時差為Δt^AB,則有式(1)(2)和(3)。

經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間內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為平均時間間隔。

2、充電樁測試儀的時間溯源

常見的新能源汽車充電樁測試儀內置了時鐘模塊，能實現實時的時鐘顯示通常顯示為XX時 XX分XX秒。根據JJG1148-2018《電動汽車交流充電樁檢定規程》和JJG1149-2018《電動汽車非車載充電機檢定規程》首次檢定時,充電樁的時鐘示值誤差應不超過5s;后續檢定時,應不超過3min。

對充電樁進行時間校準的實現方法是:確認充電樁測試儀已接收GNSS衛星信號并且測試儀經過充分的預熱后等待其時間達到穩定的狀態在同一時間對測試儀和充電樁進行對時根據對時的結果設置充電樁的時間,使兩者的時間基本達到一致。

根據上文,充電樁的時鐘示值誤差應不超過5s因此充電樁測試儀的時鐘誤差為±167s時,即可滿足對充電樁進行計量的要求。

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

2.1時間差≥1s的溯源方法

時間差≥1s的時候溯源方法較為簡單，因為憑借人眼就能分辨出顯示屏上時間的差別。如果溯源的準確度只需要達到秒級別,那么只需通過讀數或者是拍照的方式記錄下測試儀和溯源系統的時間信息，兩者直接對比就能得出其時間差。

2.2時間差<1s的溯源方法

時間差<1s或溯源準確度高于秒級別的時候.只靠人眼讀數或者是拍照的方法是無法得出兩者的時間差的此時需要配合使用深存儲示波器進行校準。

2.2.1 測量系統搭建

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

測量系統搭建如圖2所示。

圖 2測量系統搭建

Fig.2 Construction of measurement system

分別從溯源系統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時間差的測量