摘要：在新能源汽车传导式充电系统的教学与实训过程中，由于涉及到充电设备供电、装配、交直流电传输控制、弱电信号控制等较多内容，学生系统地掌握难度较大。为便于学生加深对充电系统知识理解，设计了针对新能源汽车便携式充电枪的充电控制系统。该系统涵盖充电控制框架、远程App控制功能、硬件充电控制终端、终端装配等方面的分析。通过对该系统的硬件充电控制终端装配、系统测试及应用实训，不仅可以提高学生的实践能力，也为学生对后续交流充电桩、直流充电桩等传导式充电系统的分析奠定基础。
关键词：传导式充电系统；便携式充电枪；充电控制系统；控制终端
0引言
传导式充电方式是当前新能源汽车比较常用的充电方式［1］。主要的传导式充电设备包含交流充电桩、直流充电桩、便携式充电枪等，是新能源汽车产业发展中主要的后市场分支之一［2－3］。在新能源汽车类专业课程设置中，电动汽车充电技术及系统作为一门核心课程，其内容综合性较强。传导式充电方式涉及到充电设备供电、装配、交直流电控制、弱电信号控制等较多内容，学生系统性掌握难度较大。为便于学生加深对充电系统知识理解，设计针对新能源汽车便携式充电枪的充电控制系统，该系统包含充电控制框架、远程App控制功能、以STM32F103单片机为核心所设计的硬件充电控制终端、控制终端装配等方面的分析。通过对该系统的硬件充电控制终端装配、系统测试及应用实训，不仅可以提高学生的实践能力，也为学生对后续交流充电桩、直流充电桩等传导式充电系统的分析奠定基础。
1控制系统整体结构分析
控制系统主要包含手机App远程控制端，以STM32－F103单片机为核心所设计的硬件充电控制终端，与硬件充电控制终端连接的便携式充电枪等。App远程控制端主要是设置相关的分时预约控制、实时控制等功能，硬件控制终端主要接收App远程控制端的信号，控制便携式充电枪供电通断，同时在硬件控制终端上也设计手动设置相关功能的按键，便于现场功能的设置，其控制系统整体结构图如图1所示。
2远程App控制功能设计
App远程控制开发平台采用AndroidStudio，适用于A－ndriod操作系统的手机客户端［4－5］。远程App控制功能主要包含硬件充电控制终端状态获取，预约定时功能设定、实时控制功能设定，为便于App远程控制多个硬件充电控制终端，扩展对多个纯电动汽车充电的控制，设置添加终端功能，添加终端功能是以硬件充电控制终端内SIM卡的号码作为终端号，利用App控制界面选择不同的终端号，实现对对应硬件充电终端控制，其功能界面如图2所示。
3硬件充电控制终端设计
硬件充电控制终端的设计涵盖交流电传输线路设计、以STM32F103单片机为核心的控制电路板设计、控制终端装配分析等内容。通过与App远程控制界面通信或者自身设计的手动功能按键实现分时预约控制、实时控制等功能，在实现弱电信号控制交流电传输控制的同时，需要保证整个终端的装配满足电工布线要求，实现实际应用过程中的防水、散热要求。
3.1硬件控制终端结构框图
硬件控制终端设计主要包含控制电路板设计、交流电传输线路设计两部分，其中控制电路板是以STM32F103单片机为核心，结合显示模块、通信模块、功能按键模块、交流接触器驱动模块等。交流电传输线路主要包括空气断路器、浪涌保护器、漏电保护器、交流接触器等，交流电传输驱动控制模块主要是由继电器与电路组成，负责接收执行指令，控制交流接触器通断，硬件控制终端结构框图如图3所示。
3.2硬件控制终端控制电路板设计
3.2.1STM32F103单片机最小系统该最小系统主要是由STM32F103单片机、滤波电路、复位电路、晶振电路等组成，具备低功耗、实用性较强等特点［6－8］。满足该设计的控制需求，其最小系统电路图如图4所示。
3.2.2通信模块选取
在通信模块选取过程中，由于硬件充电控制终端内部体积小，考虑到交流电传输线路、控制电路板均放置于该终端内，两者会存在相互干扰，所以采用抗静电干扰性能较强的SIM800A模块作为通信模块。SIM800A模块是基于MT6261芯片平台设计的新一代GSM／GPRS工业模块，该模块提供双串口、PCM音频接口、USB接口等多功能接口，在低功耗和抗静电干扰性能方面，较SIM900A有更好的提升［9－11］。其电路图如图5所示。
3.2.3显示模块与按键设计选择
显示模块用于实时显示控制终端当前状态和设定状态，需要具备亮度高、低功耗、响应速度快、使用寿命长等特点，相对于普通液晶显示屏，OLED显示屏满足需求［12］。按键是为满足手动功能设置所设计。两者的布局设计应紧促、合理。自行设计的薄膜面板包含4×4矩阵型按键区域、显示模块放置区域、App二维码区域，薄膜面板如图6所示。为便于安装使用，显示模块选择带边框的OLED显示屏，如图7所示。
3.3装配硬件控制终端的分析及要求
实训过程中，学生在保证满足实操条件基础上，硬件控制终端装配按照箱体设计、内部布线等进行分析和实施。
3.3.1终端箱体设计
终端箱体采用合页型防水布线箱，箱体上部布置薄膜面板和尼龙塑料拉手，便于携带该终端，同时也便于用户对薄膜面板的操作；箱体底部采用调节脚座，便于箱体放置；箱体正面合页开启部分采用橡胶密封圈进行密封，起到防水、防老化作用；箱体背面采用Z型角码连接件，可以将箱体进行挂置、输入线路的缠放，在系统工作时也起到一定的散热作用。箱体的侧面分别为交流电输入端和输出端，输入端与插座连接，输出端与便携式充电枪连接，输入端与输出端分别做防水处理，分别如图8—图11所示。
3.3.2终端内部设计
终端内部交流输电线路所涉及的空气断路器、浪涌保护器、漏电保护器、交流接触器均采用德力西品牌，按照电工布线要求，交流输电线路布置在箱体内部背侧，用导轨固定，控制电路板固定放置于箱体内部底侧，交直流电源转换器放置于箱体内部侧面，分别如图12、图13所示。
4实验验证过程
按照上述装配过程进行实训实操，在断电状态下测试线路的连接状况，在保障线路连接无问题时，再进行通电测试和应用实践，实现远程控制、手动设置控制，实现分时实施充电、预约充电功能的测试及应用。其测试步骤及应用获取数据如下。（1）远程控制实现相关分时实时充电、预约充电功能的工作步骤及获取数据分别如图14、图15所示。
5总结
将该系统的硬件控制终端装配、系统测试及应用分析作为设计过程中的实操训练内容，在分析整个系统设计、功能的基础上，提高学生动手实践能力和分析问题的能力，便于对后续交流充电桩、直流充电桩等传导式充电方式的理解和分析。同时，其装配、测试后的系统也作为实训基地新能源汽车便携式充电控制系统使用。
作者：郭三华 曹丽娟 董艳艳 邹德伟 单位：烟台汽车工程职业学院
