崔建國(guó)，寧永香

(山西工程技術(shù)學(xué)院，山西 陽(yáng)泉 045000)

0 引言

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

汽車起動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)需要很大的瞬時(shí)電流(100 A～300 A)，當(dāng)電瓶?jī)蓸O結(jié)晶時(shí)，導(dǎo)致電瓶輸出瞬時(shí)大電流的能力急劇降低，使電瓶不能勝任起動(dòng)汽車的工作，因而被淘汰。所以，通過(guò)檢測(cè)汽車電瓶的瞬時(shí)啟動(dòng)電流可以很直觀地體現(xiàn)電瓶的健康情況[1]。

駕駛者獨(dú)自檢測(cè)電瓶的瞬時(shí)啟動(dòng)電流比較難，但檢測(cè)其啟動(dòng)電壓比較容易，因此目前產(chǎn)品通過(guò)點(diǎn)煙器接口連接檢測(cè)儀或通過(guò)直接連接電瓶來(lái)觀察啟動(dòng)電壓從而近似得出啟動(dòng)電流是否正常，從側(cè)面診斷電瓶的健康狀況。這些靜態(tài)參數(shù)對(duì)電瓶健康的診斷雖然有些參考價(jià)值，但沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的確診證據(jù)，因?yàn)榇蟛糠忠呀?jīng)被拋棄的電瓶經(jīng)過(guò)充分充電后測(cè)量其靜態(tài)電壓仍然是標(biāo)準(zhǔn)的12 V。

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

1 模擬式電壓表和數(shù)字式電壓表的比較

市場(chǎng)上檢測(cè)汽車啟動(dòng)電壓的產(chǎn)品本質(zhì)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(dòng)影響，其顯示是連續(xù)的，通過(guò)指針電表可以很直觀、很精確地觀察到汽車啟動(dòng)瞬間電瓶電壓的變化過(guò)程，其中瞬間啟動(dòng)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(wàn)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(zhuǎn)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(cè)量靜態(tài)參數(shù)時(shí)有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，但用于測(cè)量電容的充放電過(guò)程以及電瓶啟動(dòng)汽車的電壓變化過(guò)程是不能勝任的，加上數(shù)碼管或液晶的余光效應(yīng)，它不可能實(shí)時(shí)反映電瓶的啟動(dòng)瞬間電壓[2]。

2 LED指示型汽車蓄電池健康檢測(cè)儀

LED指示型汽車蓄電池健康檢測(cè)儀電路原理圖如圖1所示，包括比較器正相端基準(zhǔn)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(cè)儀電氣原理圖

利用集成電路TA7612AP作為汽車蓄電池檢測(cè)裝置，TA7612AP構(gòu)成一個(gè)10點(diǎn)共陽(yáng)極型對(duì)數(shù)顯示驅(qū)動(dòng)電路，此電路輸入信號(hào)為汽車電瓶電壓輸入，對(duì)數(shù)刻度顯示。本設(shè)計(jì)由10個(gè)共陽(yáng)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(diǎn)亮?xí)r，說(shuō)明此時(shí)蓄電池電壓為15 V;D9～D1被點(diǎn)亮?xí)r，此時(shí)蓄電池電壓為14.5 V，……，以此類推；D1被點(diǎn)亮?xí)r，說(shuō)明此時(shí)蓄電池電壓為10.5 V，對(duì)應(yīng)情況如圖1所示。圖1中，15 V～12 V對(duì)應(yīng)LED(D10～D4)為綠色，說(shuō)明蓄電池電壓正常；11.5 V～11 V對(duì)應(yīng)LED(D3～D2)為黃色，說(shuō)明蓄電池處于警戒狀態(tài)；10.5 V對(duì)應(yīng)LED(D1)為紅色，說(shuō)明蓄電池可能接近報(bào)廢，最好將電池?fù)Q新。

這種以LED指示電壓值的方式實(shí)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(dòng)的缺點(diǎn)，又比數(shù)字式電壓表反應(yīng)靈敏、快速得多。

2.1 比較器基準(zhǔn)電壓

圖2為集成電路TA7612AP的內(nèi)部電路與外圍電路的連接，集成塊內(nèi)部有10個(gè)電壓比較電路，用它可以測(cè)量10.5 V～15 V電壓。

圖2 TA7612AP的內(nèi)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(zhǔn)電壓URE=2.5 V，該電壓分別連接到由10個(gè)1 kΩ精密電阻和1個(gè)20 kΩ精密電阻組成的分壓器上，如圖2所示，這11個(gè)精密電阻經(jīng)過(guò)串聯(lián)分配2.5 V的基準(zhǔn)電壓，經(jīng)過(guò)分壓后的電壓分別作為相應(yīng)比較電路的基準(zhǔn)電壓，每個(gè)比較電路正相輸入端作為基準(zhǔn)電壓輸入端，該比較電路假如輸出低電平則可以點(diǎn)亮相對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管，發(fā)光二極管正極電壓由點(diǎn)煙器插座提供。

由于IC2內(nèi)部比較器運(yùn)放電路的“虛斷”(輸入高阻)特性，被點(diǎn)亮的各個(gè)發(fā)光二極管所對(duì)應(yīng)的比較電路的基準(zhǔn)電壓由下式計(jì)算：

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

其中：URE=2.5 V；URE-DN為第N個(gè)LED所對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)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(shí)對(duì)應(yīng)的比較器基準(zhǔn)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(duì)蓄電池電壓UⅠ采樣，得到的采樣電壓作為10個(gè)比較電路的反相輸入信號(hào)。同樣由于比較器運(yùn)放電路的“虛斷”(輸入高阻)特性，被點(diǎn)亮的各個(gè)發(fā)光二極管所對(duì)應(yīng)的比較電路的采樣電壓由下式計(jì)算：

UⅠ-Ⅵ=UⅠ×[R4/(R4+R3)].

其中：UⅠ為當(dāng)前電池的實(shí)時(shí)電壓，簡(jiǎn)稱電池電壓；UⅠ-Ⅵ為電池電壓為當(dāng)前電壓UⅠ時(shí)所對(duì)應(yīng)的各個(gè)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(duì)應(yīng)D9發(fā)光二極管)時(shí)對(duì)應(yīng)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(shí)對(duì)應(yīng)的比較器的反相端輸入信號(hào)電壓值，即UⅠ-Ⅵ值，如表1所示。

表1 電池電壓、采樣電壓、基準(zhǔn)電壓對(duì)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(jié)論：從點(diǎn)煙器插口輸入的蓄電池電壓，經(jīng)過(guò)集成電路TA7612AP內(nèi)部的比較器電路，當(dāng)正相端輸入信號(hào)(基準(zhǔn)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(zhǔn)電壓時(shí)，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(xiǎn)區(qū)域[4]。

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

點(diǎn)煙器插座旁邊的兩個(gè)穩(wěn)壓二極管D1、D2能在汽車發(fā)電機(jī)電壓過(guò)高時(shí)對(duì)集成塊起保護(hù)作用，電阻R1(2 Ω)作為熔斷器使用。

3 制作及注意事項(xiàng)

電路板制作完成后，與點(diǎn)煙器插頭集成到一起或集成到汽車儀表板內(nèi)部。點(diǎn)煙器插座與汽車蓄電池的正負(fù)極相連，電路板加裝外殼后處于點(diǎn)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(guò)足夠時(shí)間的正常充電后，特別要注意汽車啟動(dòng)瞬間LED的點(diǎn)亮位置，如果處于綠色區(qū)域，說(shuō)明電池性能良好；如果啟動(dòng)瞬間LED點(diǎn)亮位置處于黃色區(qū)域，就要引起注意；如果啟動(dòng)瞬間LED點(diǎn)亮位置處于紅色區(qū)域，應(yīng)盡早將這塊電池拋棄換新。

4 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)取長(zhǎng)補(bǔ)短，盡管有精確度不足的缺點(diǎn)，但仍較完美地解決了當(dāng)前駕駛員急需了解自己愛(ài)車蓄電池健康的問(wèn)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(jiǎn)單，準(zhǔn)確度較高，值得市場(chǎng)推廣。