汽车用启动电池性能检测设备分析*

申彩英左凯王益春李妮

（1.辽宁工业大学；2.辽宁省锦州市庄河渔港监督）

随着人们生活水平的提高，汽车保有量呈现快速增长趋势，截止2016年末，我国民用汽车保有量为19 440万辆（包括三轮汽车和低速货车881万辆）[1]。伴随着汽车的普及，用户需要对汽车的结构及参数有一定的了解，并对汽车的一些参数进行测试来判断其性能，以确保汽车的正常使用。汽车涉及的参数较多，如发动机冷却水温度、启动电池电压、发动机转速及车速等，有些参数（如发动机水温）即使是专业人员，也不能在事故现场由普通设备检测，需要专业的故障诊断仪来进行检测[2-3]。而汽车中出现故障最多的就是启动电池欠压导致的汽车不能正常启动，专业的设备如万用表需要具有一定技术储备的人才能正确使用，而且价格高。文章设计了一款汽车用启动电池信息采集设备，用于测量汽车启动铅酸电池的电压，判断其性能，具有成本低且使用简单的特点，达到了方便用户使用的目的，为提高汽车电池的性能分析提供了有效的手段。

1 总体设计

为了测试汽车启动电池性能，设计一款汽车用启动电池信息检测设备，该设备采用英飞凌的8位微处理器芯片XC886，该芯片内含1个带有八路模拟输入选择的高性能10位模数转换器，提供了4个16位定时器，可以满足使用要求。汽车用启动电池性能检测设备电路组成框图，如图1所示。其中复位电路、晶振电路及电源电路组成单片机工作最小系统，电压测量电路用于测量汽车启动用铅酸电池的电压，保护、放大及滤波电路用于将检测的电池电压变换成满足单片机的电压等级。超限报警电路的功能是当电池电压欠压或者过压时进行报警，提醒驾驶员注意。

图1 汽车用启动电池性能检测设备电路组成框图

2 电压测量原理及采集电路

2.1 测量原理

家庭用汽车启动电池额定电压一般为12 V或者24 V，因此本设计可以满足2种电压等级测试要求。

电压测量采用的是分压原理，其测量原理，如图2所示。其中，Ui为输入，即被测的直流电压，通过读取对应的电压值（如0.1Ui，0.01Ui，0.001Ui，0.000 1Ui）即可以求出Ui，前提是需要事先匹配好电阻值。

图2 电压的测量电路原理图

2.2 采集电路

电压采集电路，如图3所示，测量端子1用于测量电压等级为12 V的汽车，测量端子2用于测量电压等级为24 V的汽车。所需检测的电压经过一定阻值的电阻分压,再通过稳压二极管IN4733A阴极接到电阻一端，阳极接地，起到保护电路的作用。利用一个电阻电容（RC）电路降低放大器的带宽，LM358运算放大器作为缓冲电路使用，提高输入阻抗，减小前级负载，提高输出驱动能力。再经过一个RC滤波电路输出电压（V1），两节电池电压之和（V2）的测量原理与V1相同。

图3 电压采集电路原理图

3 欠压和过压检测报警电路

过电压和欠电压检测报警电路，如图4所示。

图4 过压和欠压检测报警电路原理图

采用LM393N型比较器作为过压和欠压输出。当电池电压在正常范围内时，该电路输出高电平，报警灯LED0不亮；若过压或者欠压则输出低电平，检测结果送XC886外部中断1，同时报警灯LED0亮，提醒驾驶员。

通过调节滑动变阻器R36和R56的值改变比较器的输入给定值，如果LM393N比较器正相输入大于反相输入，则输出高电平；若正相输入小于反相输入，则输出低电平。

4 显示电路

检测的电压值送1602液晶显示，其电路原理，如图5所示，数据口DB0-7接XC886的P3口，作为主控芯片与液晶显示器数据交换的双向数据线。寄存器选择端口RS接P0.4，使能端口E接P0.5。

图5 液晶显示器连接电路原理图

5 结论

设计一款汽车用启动电池性能检测设备，它包括电压采集、过压欠压检测、报警及显示电路，通过它可以检测出汽车电池的电压值，并具有欠压和过压报警功能，用于驾驶员判断启动电池的性能优劣。本设计具有成本低、操作简单及适合于普通驾驶员的特点，该测试设备可以为相关产品设计与研发提供参考并具有较好的应用前景。