崔建国，宁永香

(山西工程技术学院，山西 阳泉 045000)

0 引言

虽然环保的镍氢或锂电池在众多领域大行其道，但铅酸蓄电池(俗称电瓶)在汽车发动应用领域仍具有绝对的占有率，这必然涉及到了电瓶健康状况的检测。

汽车起动机发动需要很大的瞬时电流(100 A～300 A)，当电瓶两极结晶时，导致电瓶输出瞬时大电流的能力急剧降低，使电瓶不能胜任起动汽车的工作，因而被淘汰。所以，通过检测汽车电瓶的瞬时启动电流可以很直观地体现电瓶的健康情况[1]。

驾驶者独自检测电瓶的瞬时启动电流比较难，但检测其启动电压比较容易，因此目前产品通过点烟器接口连接检测仪或通过直接连接电瓶来观察启动电压从而近似得出启动电流是否正常，从侧面诊断电瓶的健康状况。这些静态参数对电瓶健康的诊断虽然有些参考价值，但没有实质性的确诊证据，因为大部分已经被抛弃的电瓶经过充分充电后测量其静态电压仍然是标准的12 V。

为此，本文介绍了一种模拟式电压指示器——对数刻度显示的LED指示型电瓶健康检测仪。

1 模拟式电压表和数字式电压表的比较

市场上检测汽车启动电压的产品本质上就是一块电压表，包括模拟式电压表和数字式电压表。

模拟式电压表一般用指针显示，不易读取，易受震动影响，其显示是连续的，通过指针电表可以很直观、很精确地观察到汽车启动瞬间电瓶电压的变化过程，其中瞬间启动电压可以充分反映蓄电池的健康情况，故模拟式电表在这种情况下的表现是可以肯定的，这是数字式万用电表所不可比的。

数字式电压表一般用数码管、液晶屏等显示，显示速度受制于数字式电压表所用芯片的A/D转换速度，所以数字式电压表的精度非常高但显示是不连续的，这种特性用在测量静态参数时有无可比拟的优势，但用于测量电容的充放电过程以及电瓶启动汽车的电压变化过程是不能胜任的，加上数码管或液晶的余光效应，它不可能实时反映电瓶的启动瞬间电压[2]。

2 LED指示型汽车蓄电池健康检测仪

LED指示型汽车蓄电池健康检测仪电路原理图如图1所示，包括比较器正相端基准电压产生电路、比较器反相端输入电压(采样电压)产生电路、比较器电路、发光二极管显示电路[3]。

图1 LED指示型汽车蓄电池健康检测仪电气原理图

利用集成电路TA7612AP作为汽车蓄电池检测装置，TA7612AP构成一个10点共阳极型对数显示驱动电路，此电路输入信号为汽车电瓶电压输入，对数刻度显示。本设计由10个共阳极LED(D1～D10)显示蓄电池电压，其范围为10.5 V～15 V，灵敏度为0.5 V,其中发光二极管D0常亮，作为电池电压输出指示灯，颜色为红色。

发光二极管D10～D1被点亮时，说明此时蓄电池电压为15 V;D9～D1被点亮时，此时蓄电池电压为14.5 V，……，以此类推；D1被点亮时，说明此时蓄电池电压为10.5 V，对应情况如图1所示。图1中，15 V～12 V对应LED(D10～D4)为绿色，说明蓄电池电压正常；11.5 V～11 V对应LED(D3～D2)为黄色，说明蓄电池处于警戒状态；10.5 V对应LED(D1)为红色，说明蓄电池可能接近报废，最好将电池换新。

这种以LED指示电压值的方式实际上也属于前面所述的模拟型电压表。这种显示方式既克服了指针式电压表不抗震动的缺点，又比数字式电压表反应灵敏、快速得多。

2.1 比较器基准电压

图2为集成电路TA7612AP的内部电路与外围电路的连接，集成块内部有10个电压比较电路，用它可以测量10.5 V～15 V电压。

图2 TA7612AP的内部电路与外围电路的连接

集成电路TL431提供比较电路用基准电压URE=2.5 V，该电压分别连接到由10个1 kΩ精密电阻和1个20 kΩ精密电阻组成的分压器上，如图2所示，这11个精密电阻经过串联分配2.5 V的基准电压，经过分压后的电压分别作为相应比较电路的基准电压，每个比较电路正相输入端作为基准电压输入端，该比较电路假如输出低电平则可以点亮相对应的发光二极管，发光二极管正极电压由点烟器插座提供。

由于IC2内部比较器运放电路的“虚断”(输入高阻)特性，被点亮的各个发光二极管所对应的比较电路的基准电压由下式计算：

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

其中：URE=2.5 V；URE-DN为第N个LED所对应的基准电压；R0为比较器输入端电阻，R0=1 kΩ。电池电压从15 V～10.5 V时对应的比较器基准电压，即URE-DN值，如表1所示。

2.2 比较器反相端输入电压(采样电压)

由R3、R4组成的采样电路对蓄电池电压UⅠ采样，得到的采样电压作为10个比较电路的反相输入信号。同样由于比较器运放电路的“虚断”(输入高阻)特性，被点亮的各个发光二极管所对应的比较电路的采样电压由下式计算：

UⅠ-Ⅵ=UⅠ×[R4/(R4+R3)].

其中：UⅠ为当前电池的实时电压，简称电池电压；UⅠ-Ⅵ为电池电压为当前电压UⅠ时所对应的各个比较电路的采样电压，如UⅠ-14.5表示电池电压为14.5 V(这里对应D9发光二极管)时对应的比较器的采样电压，以此类推，可以分别求出电池电压从15 V～10.5 V时对应的比较器的反相端输入信号电压值，即UⅠ-Ⅵ值，如表1所示。

表1 电池电压、采样电压、基准电压对照表

综合以上资料以及表1的数据，可以得出这样的结论：从点烟器插口输入的蓄电池电压，经过集成电路TA7612AP内部的比较器电路，当正相端输入信号(基准电压)大于反相端输入电压(蓄电池采样电压)，LED不发光；反之，采样电压大于基准电压时，LED发光，发光规律与某些汽车或摩托车仪表板油量指示或水温指示相似。绿色发光管为正常区域，黄色发光管为警戒区域，红色发光管为危险区域[4]。

检测仪工作指示灯电源也取自被测蓄电池电源，无需另加电源，如图2之“ON”发光二极管。

点烟器插座旁边的两个稳压二极管D1、D2能在汽车发电机电压过高时对集成块起保护作用，电阻R1(2 Ω)作为熔断器使用。

3 制作及注意事项

电路板制作完成后，与点烟器插头集成到一起或集成到汽车仪表板内部。点烟器插座与汽车蓄电池的正负极相连，电路板加装外壳后处于点烟器插头的手柄位置，代替手柄，去掉插头的电热圈。

电池经过足够时间的正常充电后，特别要注意汽车启动瞬间LED的点亮位置，如果处于绿色区域，说明电池性能良好；如果启动瞬间LED点亮位置处于黄色区域，就要引起注意；如果启动瞬间LED点亮位置处于红色区域，应尽早将这块电池抛弃换新。

4 结语

本设计取长补短，尽管有精确度不足的缺点，但仍较完美地解决了当前驾驶员急需了解自己爱车蓄电池健康的问题，且完全不需要第三者帮助，驾车者自己即可完成这些诊断工作，使用十分简单，准确度较高，值得市场推广。