基于對數(shù)顯示驅動電路的汽車電瓶健康檢測儀

崔建國，寧永香

(山西工程技術學院，山西 陽泉 045000)

0 引言

雖然環(huán)保的鎳氫或鋰電池在眾多領域大行其道，但鉛酸蓄電池(俗稱電瓶)在汽車發(fā)動應用領域仍具有絕對的占有率，這必然涉及到了電瓶健康狀況的檢測。

汽車起動機發(fā)動需要很大的瞬時電流(100 A～300 A)，當電瓶兩極結晶時，導致電瓶輸出瞬時大電流的能力急劇降低，使電瓶不能勝任起動汽車的工作，因而被淘汰。所以，通過檢測汽車電瓶的瞬時啟動電流可以很直觀地體現(xiàn)電瓶的健康情況[1]。

駕駛者獨自檢測電瓶的瞬時啟動電流比較難，但檢測其啟動電壓比較容易，因此目前產(chǎn)品通過點煙器接口連接檢測儀或通過直接連接電瓶來觀察啟動電壓從而近似得出啟動電流是否正常，從側面診斷電瓶的健康狀況。這些靜態(tài)參數(shù)對電瓶健康的診斷雖然有些參考價值，但沒有實質性的確診證據(jù)，因為大部分已經(jīng)被拋棄的電瓶經(jīng)過充分充電后測量其靜態(tài)電壓仍然是標準的12 V。

為此，本文介紹了一種模擬式電壓指示器——對數(shù)刻度顯示的LED指示型電瓶健康檢測儀。

1 模擬式電壓表和數(shù)字式電壓表的比較

市場上檢測汽車啟動電壓的產(chǎn)品本質上就是一塊電壓表，包括模擬式電壓表和數(shù)字式電壓表。

模擬式電壓表一般用指針顯示，不易讀取，易受震動影響，其顯示是連續(xù)的，通過指針電表可以很直觀、很精確地觀察到汽車啟動瞬間電瓶電壓的變化過程，其中瞬間啟動電壓可以充分反映蓄電池的健康情況，故模擬式電表在這種情況下的表現(xiàn)是可以肯定的，這是數(shù)字式萬用電表所不可比的。

數(shù)字式電壓表一般用數(shù)碼管、液晶屏等顯示，顯示速度受制于數(shù)字式電壓表所用芯片的A/D轉換速度，所以數(shù)字式電壓表的精度非常高但顯示是不連續(xù)的，這種特性用在測量靜態(tài)參數(shù)時有無可比擬的優(yōu)勢，但用于測量電容的充放電過程以及電瓶啟動汽車的電壓變化過程是不能勝任的，加上數(shù)碼管或液晶的余光效應，它不可能實時反映電瓶的啟動瞬間電壓[2]。

2 LED指示型汽車蓄電池健康檢測儀

LED指示型汽車蓄電池健康檢測儀電路原理圖如圖1所示，包括比較器正相端基準電壓產(chǎn)生電路、比較器反相端輸入電壓(采樣電壓)產(chǎn)生電路、比較器電路、發(fā)光二極管顯示電路[3]。

圖1 LED指示型汽車蓄電池健康檢測儀電氣原理圖

利用集成電路TA7612AP作為汽車蓄電池檢測裝置，TA7612AP構成一個10點共陽極型對數(shù)顯示驅動電路，此電路輸入信號為汽車電瓶電壓輸入，對數(shù)刻度顯示。本設計由10個共陽極LED(D1～D10)顯示蓄電池電壓，其范圍為10.5 V～15 V，靈敏度為0.5 V,其中發(fā)光二極管D0常亮，作為電池電壓輸出指示燈，顏色為紅色。

發(fā)光二極管D10～D1被點亮時，說明此時蓄電池電壓為15 V;D9～D1被點亮時，此時蓄電池電壓為14.5 V，……，以此類推；D1被點亮時，說明此時蓄電池電壓為10.5 V，對應情況如圖1所示。圖1中，15 V～12 V對應LED(D10～D4)為綠色，說明蓄電池電壓正常；11.5 V～11 V對應LED(D3～D2)為黃色，說明蓄電池處于警戒狀態(tài)；10.5 V對應LED(D1)為紅色，說明蓄電池可能接近報廢，最好將電池換新。

這種以LED指示電壓值的方式實際上也屬于前面所述的模擬型電壓表。這種顯示方式既克服了指針式電壓表不抗震動的缺點，又比數(shù)字式電壓表反應靈敏、快速得多。

2.1 比較器基準電壓

圖2為集成電路TA7612AP的內部電路與外圍電路的連接，集成塊內部有10個電壓比較電路，用它可以測量10.5 V～15 V電壓。

圖2 TA7612AP的內部電路與外圍電路的連接

集成電路TL431提供比較電路用基準電壓URE=2.5 V，該電壓分別連接到由10個1 kΩ精密電阻和1個20 kΩ精密電阻組成的分壓器上，如圖2所示，這11個精密電阻經(jīng)過串聯(lián)分配2.5 V的基準電壓，經(jīng)過分壓后的電壓分別作為相應比較電路的基準電壓，每個比較電路正相輸入端作為基準電壓輸入端，該比較電路假如輸出低電平則可以點亮相對應的發(fā)光二極管，發(fā)光二極管正極電壓由點煙器插座提供。

由于IC2內部比較器運放電路的“虛斷”(輸入高阻)特性，被點亮的各個發(fā)光二極管所對應的比較電路的基準電壓由下式計算：

URE-DN=URE×{[(N-1)×R0+R6+R5]}/[(9R0+R6+R5)].

其中：URE=2.5 V；URE-DN為第N個LED所對應的基準電壓；R0為比較器輸入端電阻，R0=1 kΩ。電池電壓從15 V～10.5 V時對應的比較器基準電壓，即URE-DN值，如表1所示。

2.2 比較器反相端輸入電壓(采樣電壓)

由R3、R4組成的采樣電路對蓄電池電壓UⅠ采樣，得到的采樣電壓作為10個比較電路的反相輸入信號。同樣由于比較器運放電路的“虛斷”(輸入高阻)特性，被點亮的各個發(fā)光二極管所對應的比較電路的采樣電壓由下式計算：

UⅠ-Ⅵ=UⅠ×[R4/(R4+R3)].

其中：UⅠ為當前電池的實時電壓，簡稱電池電壓；UⅠ-Ⅵ為電池電壓為當前電壓UⅠ時所對應的各個比較電路的采樣電壓，如UⅠ-14.5表示電池電壓為14.5 V(這里對應D9發(fā)光二極管)時對應的比較器的采樣電壓，以此類推，可以分別求出電池電壓從15 V～10.5 V時對應的比較器的反相端輸入信號電壓值，即UⅠ-Ⅵ值，如表1所示。

表1 電池電壓、采樣電壓、基準電壓對照表

綜合以上資料以及表1的數(shù)據(jù)，可以得出這樣的結論：從點煙器插口輸入的蓄電池電壓，經(jīng)過集成電路TA7612AP內部的比較器電路，當正相端輸入信號(基準電壓)大于反相端輸入電壓(蓄電池采樣電壓)，LED不發(fā)光；反之，采樣電壓大于基準電壓時，LED發(fā)光，發(fā)光規(guī)律與某些汽車或摩托車儀表板油量指示或水溫指示相似。綠色發(fā)光管為正常區(qū)域，黃色發(fā)光管為警戒區(qū)域，紅色發(fā)光管為危險區(qū)域[4]。

檢測儀工作指示燈電源也取自被測蓄電池電源，無需另加電源，如圖2之“ON”發(fā)光二極管。

點煙器插座旁邊的兩個穩(wěn)壓二極管D1、D2能在汽車發(fā)電機電壓過高時對集成塊起保護作用，電阻R1(2 Ω)作為熔斷器使用。

3 制作及注意事項

電路板制作完成后，與點煙器插頭集成到一起或集成到汽車儀表板內部。點煙器插座與汽車蓄電池的正負極相連，電路板加裝外殼后處于點煙器插頭的手柄位置，代替手柄，去掉插頭的電熱圈。

電池經(jīng)過足夠時間的正常充電后，特別要注意汽車啟動瞬間LED的點亮位置，如果處于綠色區(qū)域，說明電池性能良好；如果啟動瞬間LED點亮位置處于黃色區(qū)域，就要引起注意；如果啟動瞬間LED點亮位置處于紅色區(qū)域，應盡早將這塊電池拋棄換新。

4 結語

本設計取長補短，盡管有精確度不足的缺點，但仍較完美地解決了當前駕駛員急需了解自己愛車蓄電池健康的問題，且完全不需要第三者幫助，駕車者自己即可完成這些診斷工作，使用十分簡單，準確度較高，值得市場推廣。