基于STM32的电动汽车道路紧急救援方案研究

沈凤梅 许文靖 陈凡 张想

摘 要：本文给出了一种新能源电动汽车道路紧急救援的方案，该方案包括一个急救救援包。该急救包内包含一个基于STM32F103C8T6为主控芯片的3kW交流充电枪等部件，通过该急救救援包，可以实现电动车在道路上出现电量不足无法行驶，而附近又没有充电站的情况下的紧急救援。通过本文所描述的道路紧急救援方案，可以为电动车车主解决电量不足的燃眉之急问题，能够一定程度上解决目前充电基础设施不充足的问题，在一定程度上能够推动我国新能源电动车的发展。

关键词：电动汽车;急救包;救援方案;STM32;充电枪

中图分类号：U469.72;TM910.6  文献标识码：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

電动汽车具备显著的节能减排和环保优势，推广应用电动汽车对于减少石油对外依赖，保障国家能源安全，实现经济社会可持续发展具有重要意义[1]。国家政府高度重视以电动车为主的新能源汽车产业的发展，启动了“十城千辆”和私人购买新能源汽车补贴试点工作，并将其列为我国七大战略性新兴产业之一和“十二五”期间促进我国经济结构调整的重要战略举措[2]。但是与新能源汽车相配套的充电基础设施的建设却远远不够，车桩比例严重不足，极大地影响了纯电动汽车的销量。这也是目前制约纯电动汽车快速发展的关键瓶颈。目前对于电动车电量不足的救援方案也有一些研究，早在2011年，日本聆风率先在日本部署了首批移动式电动车救援系统，而国内电动车的救援主要由各汽车厂商的救援队伍完成，提供的救援应急方式是拖车至最近的充电站进行补充[3]。而本文针对电动车在道路上出现电量不足的情况，通过电动车所携带的急救救援包给出了两种不同的救援方案。

1 急救方案的具体实施办法

通过该急救包可以从其他电动车上取出一部分电量，补充到需要急救的电动车上，使得该电动车能够行驶到附近的充电站点进行更多的电量补充，如图1所示。另外在没有其他电动车辆的情况下，电动车车主只需寻找到16A的家用插座，便可使用急救包内的3kW交流充电枪，实现电动车电量补充的目的，如图2所示。而且该急救包还有一个强大的功能，当我们出外远行时，可以通过该急救包从电动车上取出一部分电量，用于我们的生活用电，比如说照明、煮饭等，实现VL的救援。如图3所示。

2 急救包的设计

该急救包主要包括以下内容：一个急救包，一把3kW的交流充电桩，1个7孔到3孔的转换插头，与急救包合二为一的可伸缩路障，如图4所示。并且该急救包与路障标通过拉链的方式结合在一起，可伸缩路障标同时也是急救包的装饰，在出现紧急情况或者汽车没电行驶不了的情况时，将路障标取下来放在距离车一定距离的地方，可以提醒路人或者别的车辆对自己车辆做相应避让。该急救包内衬里有一层5mm厚的珍珠棉布，用于保护急救包内的充电枪以及转换插头，急救包外面采用600D牛津布材质，结实耐磨损，急救包四周内部还有钢板结构支撑，能够保证整个急救包的样式并具有一定的抗冲击特性，确保该急救包满足随意放置在电动汽车的行李箱内，可以跟随电动车一起颠簸行驶的要求。

3 3kW交流充电枪的设计

本文所设计的急救包内的3kW交流充电枪，秉承小巧精致的原则，打破纯电动汽车3kW交流充电桩原有的设计理念，真正做到了简洁。将传统的3kW交流充电桩的控制部分内置于充电枪的壳体内部，这样充电枪在插在插座上充电的时候，就不会像传统的便携式充电桩一样，16A的插座要承受充电线和控制盒的重量，现有市面上的3kW交流充电桩的控制部分距离插头是50～100cm的距离，而我们一般的16A家用插座距离地面的高度会在130cm左右，这样在充电桩进行充电时，3kW交流充电桩的控制部分就会被悬挂在空中，由于控制盒以及充电枪电缆自身的重量，会导致16A家用插座承受向下的拉扯力，对插座来说存在一定的安全隐患。本文所设計的急救包内的3kW交流充电桩简洁到只有一个插头和一把充电枪，就可有效避免上述所说的安全隐患问题，并且将控制部分和充电部分合为一个部件，也会减少整个充电枪的维护费用。并且对于制造商来说，这种简洁的充电方案设计，也可以省去控制盒的防护部分以及组装成本。

3.1 充电枪材料的选择

充电枪头与车辆插座接触充电时，端子相互接触部分因接触电阻的存在而发热，特别是使用一段时间后的充电枪，因为车辆插座部分的扭簧端子会产生轻微的变形，充电枪头内的端子由于温度以及不平行的插拔也会发生变形，充电枪头端子部分自身也会发生氧化，这几部分的原因结合在一起，会引起接触电阻的增大，进而引起充电时该部分温度的升高。为了减小接触电阻，充电枪头的插针采用高导电材料的H62黄铜，外部再经过电镀处理。该款充电枪的枪头部分采用耐高温且具有一定自润滑特性的尼龙PA66材料，能够满足充电枪充电时的插拔摩擦而不损坏。另外为了满足便于注塑的需要，充电枪的枪身采用具有UL94V0级阻燃要求的PC（碳酸聚酯）材料，PC材料作为五大工程塑料之一，综合性能优越，能够满足充电桩的耐绝缘性能以及车辆的碾压测试。充电枪的尾部采用软质特性并且能够满足长时间户外使用的硅橡胶，采用硅橡胶材料还可以满足保护电缆的作用，不至于充电枪在频繁使用时引起内部线缆出现接触不良的现象，降低故障率。

3.2 充电枪控制系统的硬件设计

本文所设计的急救包内的充电枪控制系统由于集中于充电枪内部，空间有限，为了更好地确保该充电枪的安全性，该充电枪控制系统采用模块化设计思想[4]，其中主控芯片采用意法半导体公司的一款基于ARM的32位微处理器STM32F103C8T6，工作频率为72MHz，工作速度高，满足该系统的要求，该控制系统主要包括以下几个方面。

（1）电源模块，该模块是一个反激励式开关电源，主要降220V转化±12V与+5V，±12V主要为CC，CP等运放供电，5V在经过LM117，LDO芯片转换为3.3V，为主控芯片提供工作的电源。

（2）电气安全防护模块，为了保证设备与人员的安全，该模块包括PE接地检测，过欠压检测，漏电检测以及L/N相序检测，该检测均使用ARM自带的AD转换模块等。

（3）CC充电连接确认模块，该模块主要用来检测我们的充电枪插入电动汽车充电插座内是否安全可靠，充电枪枪头处的挂钩是否已经锁住充电插座的沟槽，确保充电过程中枪头不会意外脱落，避免因接触不良导致充电端子过热。同时为了提高CC连接信号采集的可靠性与抗干扰能力，中间均采用光耦隔离芯片进线隔离。

（4）控制导引模块，按照GB/T 18487.1国标，完成CC充电连接确认，CP控制引导的输出，监控充电桩充电过程的各种状态[5]，因为该部分内容国标介绍的相当详细，在此就不再做详细的说明。

3.3 充电枪控制系统的软件设计

在已有硬件电路的基础上，软件也采用模块化的设计思路，在Keil uVision5，C语言编译器上完成控制系统软件的开发[6]。软件的设计思想是在保证车辆充电安全的前提下进行充电，首先MCU上电进行系统初始化，其次完成ADC、I/O、定时器、看门狗等模块的配置，然后进入while主循环，在主循环中首先进行L、N、PE检测，过欠压等安全防护类的检测，在检测通过的情况下再进行CC、CP车辆链接确认信号的检测，在与车载充电机匹配成功的前提下进行开始充电，充电过程中继续上述主循环中的各类保护、状态的检测，等待充电结束或者枪头被拔掉，充电结束。

结语

本文根据目前充电基础设施欠缺的情况，给出一种用于道路紧急救援的急救包的设计，该急救包给出了纯电动车辆在出现电量不足无法行驶的情况时，实现自救的两种方式，从而使缺电的电动车能够行驶到就近的充电站点，进行更多电量的补充，从而避免出现电动车原地静静等待拖车救援的局面。另外，对于出外旅行出现需要紧急用电的情况，VL救援方案也可满足我们的需求。新能源纯电动车如果配备有本文所设计的急救包，就能够很大程度上做到出现紧急情况而满足自救的状况。

参考文献：

[1]张程林，高速公路电动汽车应急救援方案研究[D].山东大学，2019：15.

[2]王相勤，当前我国电动汽车发展的瓶颈问题及对策[J].能源技术经济，2011，23（3）：12.

[3]李建祥，车长明，韩元凯，等.高速公路电动汽车应急充电救援方案综述[J].山东大学学报，2017，47（6）：121122.

[4]钟劲松，刘卫新，李宁，等.电动汽车直流充电桩检定系统研制[J].电测与仪表，2018，55（S1）：9497.

[5]GB/T 18487.12015，电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求[S].

[6]盛杰，郭春林，杨洪旺.基于STM32的三相交流充电桩控制系统设计[J].电测与仪表，2020，55（16）：125129.

基金项目：本文系2021年江门市基础与理论科学研究类科技计划项目“电动汽车道路紧急救援措施研究”（编号：2021030100370004965）研究成果

作者简介：沈凤梅（1987— ），女，中级工程师，助教，研究方向：新能源研究。