基于STM32的電動汽車道路緊急救援方案研究

沈鳳梅 許文靖 陳凡 張想

摘?要：本文給出了一種新能源電動汽車道路緊急救援的方案，該方案包括一個急救救援包。該急救包內包含一個基于STM32F103C8T6為主控芯片的3kW交流充電槍等部件，通過該急救救援包，可以實現電動車在道路上出現電量不足無法行駛，而附近又沒有充電站的情況下的緊急救援。通過本文所描述的道路緊急救援方案，可以為電動車車主解決電量不足的燃眉之急問題，能夠一定程度上解決目前充電基礎設施不充足的問題，在一定程度上能夠推動我國新能源電動車的發展。

關鍵詞：電動汽車;急救包;救援方案;STM32;充電槍

中圖分類號：U469.72;TM910.6??文獻標識碼：A

Research?on?road?emergency?rescue?scheme

of?electric?vehicle?based?on?STM32

Shen?Fengmei?Xu?Wenjing?Chen?Fan?Zhang?Xiang

Jiangmen?Ploytechnic?GuangdongJiangmen?529000

Abstract：This?paper?presents?a?new?energy?electric?vehicle?road?emergency?rescue?scheme，the?scheme?includes?an?emergency?rescue?package.The?emergency?rescue?package?contains?a?3kW?AC?charging?gun?based?on?STM32F103C8T6，through?the?emergency?rescue?package，can?realize?the?emergency?rescue?of?electric?vehicle?in?the?case?of insufficient?power?on?the?road，and?there?is?no?charging?station?nearby.Through?the?road?emergency?rescue?scheme?described?in?this?paper，it?can?solve?the?urgent?problem?of?insufficient?power?for?electric?vehicle?owners，solve?the?problem?of?insufficient?charging?infrastructure?to?a?certain?extent，and?promote?the?development?of?new?energy?electric?vehicles?in?China?to?a?certain?extent.

Keywords：electric?vehicle;First?aid?kit;Rescue?plan;STM32;AC?charging?gun

電動汽車具備顯著的節能減排和環保優勢，推廣應用電動汽車對于減少石油對外依賴，保障國家能源安全，實現經濟社會可持續發展具有重要意義[1]。國家政府高度重視以電動車為主的新能源汽車產業的發展，啟動了“十城千輛”和私人購買新能源汽車補貼試點工作，并將其列為我國七大戰略性新興產業之一和“十二五”期間促進我國經濟結構調整的重要戰略舉措[2]。但是與新能源汽車相配套的充電基礎設施的建設卻遠遠不夠，車樁比例嚴重不足，極大地影響了純電動汽車的銷量。這也是目前制約純電動汽車快速發展的關鍵瓶頸。目前對于電動車電量不足的救援方案也有一些研究，早在2011年，日本聆風率先在日本部署了首批移動式電動車救援系統，而國內電動車的救援主要由各汽車廠商的救援隊伍完成，提供的救援應急方式是拖車至最近的充電站進行補充[3]。而本文針對電動車在道路上出現電量不足的情況，通過電動車所攜帶的急救救援包給出了兩種不同的救援方案。

1?急救方案的具體實施辦法

通過該急救包可以從其他電動車上取出一部分電量，補充到需要急救的電動車上，使得該電動車能夠行駛到附近的充電站點進行更多的電量補充，如圖1所示。另外在沒有其他電動車輛的情況下，電動車車主只需尋找到16A的家用插座，便可使用急救包內的3kW交流充電槍，實現電動車電量補充的目的，如圖2所示。而且該急救包還有一個強大的功能，當我們出外遠行時，可以通過該急救包從電動車上取出一部分電量，用于我們的生活用電，比如說照明、煮飯等，實現VL的救援。如圖3所示。

2?急救包的設計

該急救包主要包括以下內容：一個急救包，一把3kW的交流充電樁，1個7孔到3孔的轉換插頭，與急救包合二為一的可伸縮路障，如圖4所示。并且該急救包與路障標通過拉鏈的方式結合在一起，可伸縮路障標同時也是急救包的裝飾，在出現緊急情況或者汽車沒電行駛不了的情況時，將路障標取下來放在距離車一定距離的地方，可以提醒路人或者別的車輛對自己車輛做相應避讓。該急救包內襯里有一層5mm厚的珍珠棉布，用于保護急救包內的充電槍以及轉換插頭，急救包外面采用600D牛津布材質，結實耐磨損，急救包四周內部還有鋼板結構支撐，能夠保證整個急救包的樣式并具有一定的抗沖擊特性，確保該急救包滿足隨意放置在電動汽車的行李箱內，可以跟隨電動車一起顛簸行駛的要求。

3?3kW交流充電槍的設計

本文所設計的急救包內的3kW交流充電槍，秉承小巧精致的原則，打破純電動汽車3kW交流充電樁原有的設計理念，真正做到了簡潔。將傳統的3kW交流充電樁的控制部分內置于充電槍的殼體內部，這樣充電槍在插在插座上充電的時候，就不會像傳統的便攜式充電樁一樣，16A的插座要承受充電線和控制盒的重量，現有市面上的3kW交流充電樁的控制部分距離插頭是50～100cm的距離，而我們一般的16A家用插座距離地面的高度會在130cm左右，這樣在充電樁進行充電時，3kW交流充電樁的控制部分就會被懸掛在空中，由于控制盒以及充電槍電纜自身的重量，會導致16A家用插座承受向下的拉扯力，對插座來說存在一定的安全隱患。本文所設計的急救包內的3kW交流充電樁簡潔到只有一個插頭和一把充電槍，就可有效避免上述所說的安全隱患問題，并且將控制部分和充電部分合為一個部件，也會減少整個充電槍的維護費用。并且對于制造商來說，這種簡潔的充電方案設計，也可以省去控制盒的防護部分以及組裝成本。

3.1?充電槍材料的選擇

充電槍頭與車輛插座接觸充電時，端子相互接觸部分因接觸電阻的存在而發熱，特別是使用一段時間后的充電槍，因為車輛插座部分的扭簧端子會產生輕微的變形，充電槍頭內的端子由于溫度以及不平行的插拔也會發生變形，充電槍頭端子部分自身也會發生氧化，這幾部分的原因結合在一起，會引起接觸電阻的增大，進而引起充電時該部分溫度的升高。為了減小接觸電阻，充電槍頭的插針采用高導電材料的H62黃銅，外部再經過電鍍處理。該款充電槍的槍頭部分采用耐高溫且具有一定自潤滑特性的尼龍PA66材料，能夠滿足充電槍充電時的插拔摩擦而不損壞。另外為了滿足便于注塑的需要，充電槍的槍身采用具有UL94V0級阻燃要求的PC（碳酸聚酯）材料，PC材料作為五大工程塑料之一，綜合性能優越，能夠滿足充電樁的耐絕緣性能以及車輛的碾壓測試。充電槍的尾部采用軟質特性并且能夠滿足長時間戶外使用的硅橡膠，采用硅橡膠材料還可以滿足保護電纜的作用，不至于充電槍在頻繁使用時引起內部線纜出現接觸不良的現象，降低故障率。

3.2?充電槍控制系統的硬件設計

本文所設計的急救包內的充電槍控制系統由于集中于充電槍內部，空間有限，為了更好地確保該充電槍的安全性，該充電槍控制系統采用模塊化設計思想[4]，其中主控芯片采用意法半導體公司的一款基于ARM的32位微處理器STM32F103C8T6，工作頻率為72MHz，工作速度高，滿足該系統的要求，該控制系統主要包括以下幾個方面。

（1）電源模塊，該模塊是一個反激勵式開關電源，主要降220V轉化±12V與+5V，±12V主要為CC，CP等運放供電，5V在經過LM117，LDO芯片轉換為3.3V，為主控芯片提供工作的電源。

（2）電氣安全防護模塊，為了保證設備與人員的安全，該模塊包括PE接地檢測，過欠壓檢測，漏電檢測以及L/N相序檢測，該檢測均使用ARM自帶的AD轉換模塊等。

（3）CC充電連接確認模塊，該模塊主要用來檢測我們的充電槍插入電動汽車充電插座內是否安全可靠，充電槍槍頭處的掛鉤是否已經鎖住充電插座的溝槽，確保充電過程中槍頭不會意外脫落，避免因接觸不良導致充電端子過熱。同時為了提高CC連接信號采集的可靠性與抗干擾能力，中間均采用光耦隔離芯片進線隔離。

（4）控制導引模塊，按照GB/T?18487.1國標，完成CC充電連接確認，CP控制引導的輸出，監控充電樁充電過程的各種狀態[5]，因為該部分內容國標介紹的相當詳細，在此就不再做詳細的說明。

3.3?充電槍控制系統的軟件設計

在已有硬件電路的基礎上，軟件也采用模塊化的設計思路，在Keil?uVision5，C語言編譯器上完成控制系統軟件的開發[6]。軟件的設計思想是在保證車輛充電安全的前提下進行充電，首先MCU上電進行系統初始化，其次完成ADC、I/O、定時器、看門狗等模塊的配置，然后進入while主循環，在主循環中首先進行L、N、PE檢測，過欠壓等安全防護類的檢測，在檢測通過的情況下再進行CC、CP車輛鏈接確認信號的檢測，在與車載充電機匹配成功的前提下進行開始充電，充電過程中繼續上述主循環中的各類保護、狀態的檢測，等待充電結束或者槍頭被拔掉，充電結束。

結語

本文根據目前充電基礎設施欠缺的情況，給出一種用于道路緊急救援的急救包的設計，該急救包給出了純電動車輛在出現電量不足無法行駛的情況時，實現自救的兩種方式，從而使缺電的電動車能夠行駛到就近的充電站點，進行更多電量的補充，從而避免出現電動車原地靜靜等待拖車救援的局面。另外，對于出外旅行出現需要緊急用電的情況，VL救援方案也可滿足我們的需求。新能源純電動車如果配備有本文所設計的急救包，就能夠很大程度上做到出現緊急情況而滿足自救的狀況。

參考文獻：

[1]張程林，高速公路電動汽車應急救援方案研究[D].山東大學，2019：15.

[2]王相勤，當前我國電動汽車發展的瓶頸問題及對策[J].能源技術經濟，2011，23（3）：12.

[3]李建祥，車長明，韓元凱，等.高速公路電動汽車應急充電救援方案綜述[J].山東大學學報，2017，47（6）：121122.

[4]鐘勁松，劉衛新，李寧，等.電動汽車直流充電樁檢定系統研制[J].電測與儀表，2018，55（S1）：9497.

[5]GB/T?18487.12015，電動汽車傳導充電系統第1部分：通用要求[S].

[6]盛杰，郭春林，楊洪旺.基于STM32的三相交流充電樁控制系統設計[J].電測與儀表，2020，55（16）：125129.

基金項目：本文系2021年江門市基礎與理論科學研究類科技計劃項目“電動汽車道路緊急救援措施研究”（編號：2021030100370004965）研究成果

作者簡介：沈鳳梅（1987—?），女，中級工程師，助教，研究方向：新能源研究。