当时的快速充电器不能遵从蓄电池本身的特性进行快速充电，致使析气多，温升大，缩短电池的运用寿数。针对上述问题，立异性地提出运用ANFIS对电池的可承受电流进行猜测，保证电池在最佳充电速率下快速无损充电。具体介绍以单片机XC164CM为中心，完结新式快速无损智能充电器的规划，具有电流检测和操控等功用。样机测验标明，充电进程中析气少，温升低，充电功率高，处理了充电速率与电池寿数之间的对立。
依据马斯定理，对电池进行快速无损充电，充电电流应等于或挨近于当时电池所能承受的电流巨细，以保证析气率最低，削减快速充电进程中对电池的危害。近来，先进的智能操控技能被引进到快速充电技能中，用于停充电操控或充电形式挑选，进步操控精度和充电功率；但没有考虑电池本身的充电特性，缺少自适应才能，不能盯梢电池充电特性的改动而动态调理充电电流，导致充电电流大于电池能承受的电流，致使温升过高对电池形成危害。为此，需求规划一种新式的智能充电器，能对电池进行安全、无损、快速充电。
深入研讨快速充电理论，从镍镉电池特性动身，立异性地提出引进自适应含糊神经网络（ANFIS）对电池在不同荷电状况下的可承受电流进行猜测，然后调整实践充电电流；一同，充电中参加负脉冲去极化。在此基础上，选用英飞凌公司的单片机XC164CM及外围接口电路提出一种新式的快速无损智能充电器的规划方案。
镍镉电池充电进程特性研讨
单节镍镉电池的充电曲线如图1所示。整个充电进程大致可分为4个阶段。
图1镍镉电池充电特性曲线
当电池的端电压低于1.2V到达A点时，应立即中止放电，放电过深将导致温升大。在充电进程中，首要的充电阶段是A-B段，整个电池70%以上的能量都在这个阶段充入，电压上升速率慢。一同，在A-B段电化学反应以必定的速率氧气，氧气又以相同的速率与氢气复合，所以，电池内部的温升和气体压力都较低。这段时间适合选用大电流快速充电，但其充电电流有必要小于电池的可承受电流，否则将发生很多析气，下降充电功率，温升过高，致使危害电池。而在B-C段电池的端电压上升很快，这时电池内阻抗添加，适合减小充电电流。在C-D段则进入停充阶段，留意及时进行停充检测并阶段进行，在O-A阶段选用小电流预充电；当到达A点时，进入快速充电阶段，这儿选用大电流脉冲智能充电；在B-C段小电流弥补充电，最后到C-D段停充检测。
快速无损充电战略
文献中说到蓄电池能够简略的看作一个超大阻容器，电池的充电进程就能够看作一个RC电路的充电进程，当时间常数τ表征了充电的快慢，也就相当于马斯曲线中的衰减比α，则有τ=1/α。充电中电池的可承受电流的巨细只与初始电流I0有关，当t=3τ后，电池的可承受充电电流约为I0/20；当充电到t=5τ时，当时电池的可承受电流现已很小。
由此，提出运用自适应含糊神经网络ANFIS猜测电池的可承受电流。在电池的快速充电进程中，依据电池的荷电状况猜测其可承受电流，保证充电电流契合马斯的最佳充电曲线，析气率低，对电池无危害。ANFIS猜测电池的可承受电流基本思想是：在充电进程中，动态检测电池的状况参数作为ANFIS猜测模型的输入，经过含糊推理得出当时的可承受电流ick，当猜测值ick与期望值icp的差错不满足要求时，自适应含糊操控器发生操控呼应，经过神经网络的自学习才能，自适应地批改隐含层的输出成果，更新各层之间的衔接权值，优化含糊参数，从头核算输出成果，直至差错满足要求才输出猜测成果，然后改动当时的充电电流，使实践的充电电一直迫临或等于可承受电流。一同，引进负脉冲充电消除极化效应。
硬件规划
体系硬件电路首要包含电源电路、充电/放电电路、电流检测和维护操控电路的三部分。
1、电源电路
为了缩小体积，进步体系的功率密度，选用PowerIntegrations公司出产的TOPSwitch-Ⅱ系列TOP224Y规划电源电路。该系列开关电源芯片是将PWM操控电路、维护电路和功率开关集成到同一芯片上，具有集成度高、作业功率高和外围电路规划简略的特色，十分方便于150W以下的反激型开关电源规划。电源电路如图2所示。
图224V/40W电源电路
规划的性能指标如下：
1）输入电压：Uac=220（1±20%）V；2）输入电压频率：f=50（1±5%）Hz；3）输出电压/最大输出功率：24V/40W；4）开关电源功率：η≥80%.
沟通输入电压Uac经过压敏电阻R1滤除沟通电压中的尖峰脉冲后，经电磁搅扰（EMI）滤波器（C1，L1）滤除差模和共模搅扰。之后经过BR全波整流及C2滤波后发生直流高压，给高频变压器的初级绕组供电。P6KE200（瞬态电压抑制器）和BYV26C（超快康复二极管）构成钳位电路，用于吸收在TOP224Y关断时由高频漏感发生的尖峰电压，并能衰减振铃电压，对漏极起到维护效果。次级电路经过VD3、C3、L2和C4整流滤波输出24V的电压U0.由TL431A构成的外部差错放大器完结U0的动态稳压，当输出电压发生动摇，经R4、R5分压后得到取样电压，就与TL431A内的基准电压（2.5V）进行比较发生一个外部操控信号，再经过线性光耦合器PC817A改动TOP224Y操控电流，从而调理占空比使U0趋于安稳。C7滤除加在操控端的尖峰电压，还与R2、R5一同对操控回路进行补偿。R3为最小输出负载，用于进步轻载时的电压安稳度。
2、充电电路
充电电路如图3所示。
图3充电电路原理图
充电电路选用Buck型拓扑结构，C1、L1、C2构成π型滤波器能够滤除直流电压中的高频重量，其间L1是差模电感。
经滤波输出后，PV为Buck变换器输入电源，一同也是单片机操控体系的前级输入电源。L2是输出滤波电感、C5是输出滤波%&&&&&%、Q3为功率开关管、D3为续流二极管。充电电路输入电压规模Ui=20~28V，输出电压规模U0=3~18V，负载输出电流I0=0~3.5A，开关频率fs=20kHz，纹波电压小于1%即△U0/U0≤1%，当负载电流I0在0~0.4A时，Buck电路作业在电感电流不接连形式；当负载电流I0在0.4~3.5A时，电路作业在电感电流接连形式。
3、负脉冲放电电路
镍镉电池具有回忆效应，在对镍镉电池充电前先对其放电，消除回忆效应。一同，在镍镉电池的快速充电进程中，为了消除电池极化的影响，引进间歇负脉冲的放电，体系中规划了放电电路。放电电路由4个5Ω/3W功率电阻（瞬间短时间放电）和4个操控开关组成。
4、电流检测及维护电路
电流检测及过流维护电路如图4所示。电流采样输入端接电池组负端（BAT-），BAT-与地之间为功率开关管IRF7805和康铜丝采样电阻RS（29mΩ），开关管导通时漏源极之间导通电阻RDS（on）为11mΩ，运用RS+RDS（on）端的压降来检测电流。
图4电流检测及过流维护电路
过流时（电流超越4A），经比较器U2A输出低电平过流信号（FAULT），该信号送入XC164CM的中止圈套引脚
触发单片机硬件中止，此外，当FAULT为低电平时，经比较器U2B，输出低电平信号，也迫使PWM输出为低电平，强行封闭开关管Q3，保证体系安全。
软件规划
智能充电器的软件规划，首要包含体系主程序、镍镉电池快速充电子程序、ANFIS猜测电流子程序和毛病报警程序等，运用C言语和汇编言语混合编程，在KeilC166软件开发平台上完结。体系软件对XC164单片机特别功用寄存器SFR的设置在START_V2.A66中运用汇编言语文件，而整个充电体系的操控程序选用C言语文件。
体系上电后进入初始化，读取E2PROM中的参数，完结各中止寄存器和I/O口的功用设置，给相应单元赋初始值。完结后进入待机等候状况。充电开端，先检测是否有电池衔接，若检测到有电池接入，则进入电池的快速充电进程，其流程图如图5所示。ANFIS猜测可承受电流子程序如图6所示。
图5单节镍镉电池智能充电流程图
图6ANFIS猜测可承受电流子程序图
一切的操控程序都由经过中止完结，包含由T12周期中止完结ANFIS猜测电流和充电电流的操控，由T3周期中止完结充电操控和去极化子程序操控，以及由CCU6硬件圈套中止完结供电过流/短路维护。
关于镍镉电池的快速充电阶段，选用自适应盯梢电池可承受电流改变和负脉冲充电相结合的办法。在A-C段，每2分钟检测电池的电压和电流信息，作为ANFIS模型的输入数据，经过ANFIS猜测下一时间电池的可承受电流ick，直到猜测成果满足要求才输出ick，送给微处理器作为实践的充电电流巨细，经过单片机操控调整充电电路的输出电压，给电池供给ick的电流进行恒流充电。在A-B段，选用间歇负脉冲消除极化效应。开端停充2ms消除欧姆极化，之后选用巨细约为充电电流的2.5倍的放电电流放电3ms，有用的消除浓度差极化和电化学极化，放电中止5ms后充电电流从头启动。
当电池充入85%的电量时，挨近足够电；尔后，电池的极化现象严峻，这时，即便参加负脉冲去极化后，蓄电池可承受的充电电流依然很小。因而，在检测到充电电流ic≤I0/10后，中止调用负脉冲去极化子程序。
实验成果
镍镉电池的智能充电进程，电池的最大充电电流
