一种Led指示型汽车电瓶健康检测仪的制作方法

本实用新型涉及一种汽车蓄电电池健康监测技术，尤其一种基于对数刻度显示的Led指示型汽车电瓶健康检测仪，该产品不但具有数字型检测仪的抗震性，还具有指针型检测仪的连续性、直观性。

背景技术：

虽然环保的镍氢或锂电池在众多领域大行其道，但鉴于较大的容量、较高的性价比以及较好安全性，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。

随着车载产品越来越丰富，加装音箱、加装冰箱、车载吸尘、车载充气、车载照明、野外郊游用电......摩托车友改装喇叭、改大灯、加音箱、用电暖手套......大家在用电的同时总是担心，电瓶会不会亏电，会不会有一天突然发动不了车。这个涉及到了电瓶的健康状况的检测，目前电商平台已经有许多类型的相似产品在销售，但这些产品或多或少有一些缺点，不能准确诊断一个电瓶的健康状况。

设计一个led指示型汽车蓄电池健康检测仪，该产品不但具有数字型检测仪的抗震性，还具有指针型检测仪的连续性、直观性，可以将该设计电路集成到仪表盘里，就像某些车型的油量指示表或水温指示表一样使用；也可以像点烟器一样单独制成一个产品，将其插在点烟器插座上，可以实时显示蓄电池电压的变化情况，便于驾驶者观察判断。

也就是说不需要别人辅助、只要驾驶者个人就可以通过该产品判断爱车所使用蓄电池的健康状况，实际上它和电商销售的指针型检测仪共属于模拟型检测仪，但摒弃了后者的不抗震的缺点。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、造价低廉、使用可靠、能使驾驶者自己独立监测汽车启动电瓶健康情况的设备，产品不但具有数字型检测仪的抗震性，还具有指针型检测仪的连续性、直观性。

为实现上述目的，本实用新型提供一种基于对数刻度显示的Led指示型汽车电瓶健康检测仪，其包括一个比较器正相端基准电压产生电路、一个比较器反相端输入电压（采样电压）产生电路、一个比较器电路、一个发光二极管显示电路；所述比较器正相端基准电压产生电路产生的基准电压、与所述比较器反相端输入电压产生电路产生的采样电压、通过所述比较器电路进行电压比较，比较器输出信号驱动所述发光二极管显示电路的LED发光，以此作为蓄电池的电压值指示。

所述的比较器正相端基准电压产生电路，由集成电路IC1(TL431CLP)提供比较电路用基准电压V_RE=2.5V，该电压分别连接到由10个1K精密电阻和1个20K精密电阻组成的分压器上，这11个精密电阻经过串联分配2.5V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。

所述的比较器反相端采样电压产生电路，由电阻R₃ 、R₄组成的采样电路对蓄电池电压V_i采样，得到的采样电压作为10个比较电路的反相输入端信号。

所述的比较器电路，集成电路TA7612P内部有10个电压比较电路，用它可以测量10.5V～15V蓄电池电压。

所述的发光二极管显示电路，集成电路TA7612AP构成一个10点共阳极型对数显示驱动电路，由10个共阳极LED（D₀₁～D₁₀）显示蓄电池电压，其范围为10.5V～15V，灵敏度为0.5V,其中发光二极管D₀₀常亮，作为电池电压输出指示灯，颜色为红色，简单介绍如下。

附图说明

附图1、附图2、附图3、附图4用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，附图1 是汽车启动过程蓄电池电压变化情况示意图，附图2是本实用新型Led指示型汽车蓄电池健康检测仪电气原理图，附图3是本实用新型Led指示型汽车蓄电池健康检测仪电气原理辅助图，附图4是点烟器插座与插头比较示意图。

具体实施方式

附图2是本实用新型Led指示型汽车蓄电池健康检测仪电气原理图，其包括一个比较器正相端基准电压产生电路、一个比较器反相端输入电压（采样电压）产生电路、一个比较器电路、一个发光二极管显示电路，下面详细介绍本实用新型。

现有检测产品如何确诊汽车蓄电池的健康状况：一个铅酸蓄电池的健康状况，主要取决于电池内部的活性离子丰富与否，也就是电瓶两极的结晶情况严重与否，电瓶由于长期的充放电或长期不合理使用，必然导致两极结晶日益严重，结晶情况到一定程度即是电瓶的寿终之日，这是一定的。换句话说，绝大部分电瓶的被淘汰是由于其两极结晶，而导致电瓶输出瞬时大电流的能力急剧降低，不能胜任启动汽车的工作，汽车起动机发动需要很大的瞬时电流（100～300A）。

故通过检测电瓶的瞬时启动电流可以很直观的体现电瓶的健康情况，这个理论也是非常正确的。

驾驶者希望独自检测电瓶的瞬时启动电流不是很容易，但检测其启动电压却不难，电商平台已经有很多产品在售，这些产品大多通过点烟器接口连接检测仪或直接连接电瓶，来观察启动电压近似得出启动电流正常与否，从侧面诊断电瓶的健康状况，总结如下：

什么样的电压是健康电压:12V～14.5V是健康电压。

汽车通电未发动，是电瓶的电压，正常数值为12～12.8V,低于11.6V就要注意了，尽快关闭车上电器并即刻发动发动机充电，数值低于10V就可能会无法发动。

汽车发动以后，是发电机电压，正常数值为13.5～14.8V，低于13.5V就无法对电瓶充电，检查发电机皮带与车用电器的不正常负荷，高于14V就是发电量过大会损害电瓶与车上电器，检查发电机稳压器。

发现了什么没有！我们需要的是电瓶启动汽车瞬间的启动电流，但商家总结的是电瓶的静态电压比较，这些静态参数对电瓶健康的诊断虽然有些许参考价值，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12V。

上文已经讲到由于电瓶内部活性离子的急剧降低或结晶情况严重，导致其输出瞬时启动大电流能力不足，这是电瓶老化被抛弃的根本原因，我们只要观察汽车启动瞬间电瓶的瞬时电压是否大于10.5V,即可近似确诊这块电池目前能否胜任汽车启动工作，一块充电时间足够、性能良好的电瓶其启动瞬时电压仍然是稳定的12V；如果低于12V，寿命已打折；如果一块电池经过足够时间充电，其启动电压仍然低于10.5V，即使这次能侥幸启动汽车，建议还是更换电池，没准那一天将你扔在荒郊野外。

模拟式电压表和数字式电压表有什么区别：市场上这些检测汽车启动电压的产品，本质上就是一块电压表，可以概括为两种：模拟式电压表和数字式电压表，前者是磁电式、电磁式，用电荷的排斥力、电流通过导线在磁场中的偏转斥力产生指针或光点的偏转；后者是经过数字量化变换。

一般地说，模拟式电压表精度低、稳定、反应快；数字式电压表精度高，反映速度取决于A/D芯片的速度，一般反应比较慢。

模拟式电压表一般用指针显示，不易读取，易受震动影响，但它的显示是连续的，显示连续、反应敏捷这是模拟式电压表的长处，为什么老一代电工师傅喜欢用指针式万用电表是有原因的，比如对一个电容的测量，没有充放电过程的电容一定不是优良电容，用指针式万用电表测量电容可以观察到电容的整个充放电过程，故利用指针式万用电表基本可以诊断一个电容的好坏；又比如，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，如附图1。假如附图1所示蓄电池已经过足够时间充电，仍然显示图1的工作曲线，那么这块蓄电池即将失去使用价值，为了安全应该更换。

瞬间启动电压一般小于静态电压，充电电压一定大于静态电压，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，但无论再快的A/D转换速度，也不如没有A/D转换过程的模拟式电压表快捷，所以数字式电压表它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，它不可能实时放映电瓶的启动瞬间电压。

所以电商销售的数字式电瓶健康检测仪只能检测电瓶的静态电压，用它来检测电瓶健康与否看来是不靠谱的；那么电商销售的模拟式电表的一种：指针式电瓶健康检测仪没有缺点吗！上文提到不能防震动是指针式电表不可忽视的缺点之一，普通驾驶员都知道，汽车点火瞬间车身不可避免是会发生震动的，这时候的指针式电表所指示的电压值其精确性是要受到质疑的。那么有没有一种方法可以较为精确反映电瓶的瞬间启动电压呢！下面介绍另一种模拟式电压指示器，对数显示的Led指示型电瓶健康检测仪。

Led指示型汽车蓄电池健康检测仪：本检测仪电路原理图如图2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。

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（D₀₁～D₁₀）（发光二极管）显示蓄电池电压，其范围为10.5V～15V，灵敏度为0.5V,其中发光二极管D₀₀常亮，作为电池电压输出指示灯，颜色为红色。

发光二极管D₁₀～D₀₁被点亮时，说明此时蓄电池电压为15V; D₀₉～D₀₁被点亮时，此时蓄电池电压为14.5V……，以此类推，D₀₁被点亮时，说明此时蓄电池电压为10.5V，对应情况如附图2，其中15V～12V对应LED（D₁₀～D₀₄）为绿色，说明蓄电池电压正常；11.5V～11V对应LED（D₀₃～D₀₂）为黄色，蓄电池处于警戒状态；10.5V对应LED（D₀₁）为红色，说明蓄电池可能接近报废，最好将电池换新，以防被撂在半路上。

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的不抗震动的缺点，又比数字式电压表反映灵敏、快速得多，针对汽车启动时蓄电池的瞬时变化值完全可以及时反映。虽然指示精度甚至还远远不如指针式电压表，但用来指示汽车启动瞬间的瞬时电压值恰好合适。

注意是指示而不是精确测量，就像某些汽车仪表板油量指示表用LED指示一样，这种情形并不需要精确测量汽车启动瞬间蓄电池的准确电压数值，只要能实时体现电池在这个变化过程中电压的波动情况足已，比如启动瞬间电压最低下探到多少伏，静态电压多少伏，发电机对电瓶充电时电压多少伏。通过了解这些参数，完全可以判断一个电瓶的健康状况。

比较器基准电压：附图3为集成电路TA7612P的内部电路与外围电路的连接展示图，集成块内部有10个电压比较电路，用它可以测量10.5V～15V电压。

集成电路IC1(TL431CLP)提供比较电路用基准电压V_RE=2.5V，该电压分别连接到由10个1K精密电阻和1个20K精密电阻组成的分压器上，如图3，这11个精密电阻经过串联分配2.5V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。

例如电池电压为14.5V时，由于IC₂内部比较器运放电路的“虚断”（输入高阻）特性，被点亮的发光二极管D₉所对应的比较电路的基准电压由下式计算：

V_RE-14.5=V_RE*[（8*1k+R₆+R₅）]/ [（9*1k+R₆+R₅）]=2.5V*(29/30)=2.42V

其中V_RE-14.5表示电池电压为14.5V时对应的比较器的基准电压值，以此类推，可以分别求出电池电压从15V～10.5V时对应的比较器基准电压，如表1所示。

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V_i采样，得到的采样电压作为10个比较电路的输入信号，输入信号从比较电路反相端输入，例如电池电压为14.5V时，同样由于比较器运放电路的“虚断”（输入高阻）特性，采样电压V_IR可以由下式计算：

V_IR-14.5=V_i*[R₄/(R₄+R₃)]=14.5*(2/12)=2.42V

其中V_IR-14.5表示电池电压为14.5V时对应的比较器的输入信号电压值，以此类推，可以分别求出电池电压从15V～10.5V时对应的比较器的输入信号电压值，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TA7612P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，如图2所示，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。

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（2Ω）作为熔断器使用。

制作及注意事项：D₁、D₂可选用两只9V、0.5W的稳压二极管，也可选用一只18V、1W的稳压二极管；发光二极管最好选用同一公司系列产品，以保证亮度的一致性。

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。下图4为点烟器插座与插头比较示意图，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。注意绝缘处理、加强安全意识。

若接线无误，制作便告完成。将检测仪的插头插入点烟器插座，就会显示出蓄电池的电压。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的点亮最高位置，如果最高点亮位置处于绿色区域，说明电池性能良好；如果启动瞬间LED点亮最高位置处于黄色区域，就要引起注意；如果启动瞬间LED点亮位最高置处于红色区域，趁早将这块电池抛弃换新，以免造成不必要的麻烦。

本文首先指出，诊断一块电池是否健康的唯一标准是汽车启动瞬间电池电压是否为稳定的12V，然后通过与市场上正在销售的其它汽车蓄电池检测仪器，比较详尽地作了一番比较，指出其它产品的不足之处。而且详细介绍了我们设计的产品的工作原理，证明本文介绍的Led指示型汽车蓄电池健康检测仪，既包含了数字型检测仪的抗震优点和指针型检测仪的快捷、灵敏、连续测量优点；又摒弃数字型检测仪的反应较慢的缺点和指针型检测仪的不抗震缺点。

本设计取长补短，尽管有精确度不足的缺点，仍较完美地解决了当前驾驶员急需了解自己爱车蓄电池的健康诊断问题，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。