無損快速智能充電器的設(shè)計(jì)方法

　　智能充電器的軟件設(shè)計(jì)，主要包括系統(tǒng)主程序、鎳鎘電池快速充電子程序、ANFIS預(yù)測電流子程序和故障報(bào)警程序等，使用C語言和匯編語言混合編程，在Keil C166軟件開發(fā)平臺上完成。系統(tǒng)軟件對XC164單片機(jī)特殊功能寄存器SFR的設(shè)置在START_V2.A66中使用匯編語言文件，而整個(gè)充電系統(tǒng)的控制程序采用C語言文件。

　　系統(tǒng)上電后進(jìn)入初始化，讀取E2PROM中的參數(shù)，完成各中斷寄存器和I/O口的功能設(shè)置，給相應(yīng)單元賦初始值。完成后進(jìn)入待機(jī)等待狀態(tài)。充電開始，先檢測是否有電池連接，若檢測到有電池接入，則進(jìn)入電池的快速充電過程，其流程圖如圖5所示。ANFIS預(yù)測可接受電流子程序如圖6所示。

圖5 單節(jié)鎳鎘電池智能充電流程圖

圖6 ANFIS預(yù)測可接受電流子程序圖

　　所有的控制程序都由通過中斷完成，包括由T12周期中斷實(shí)現(xiàn)ANFIS預(yù)測電流和充電電流的控制，由T3周期中斷實(shí)現(xiàn)充電控制和去極化子程序控制，以及由CCU6硬件陷阱中斷實(shí)現(xiàn)供電過流/短路保護(hù)。

　　對于鎳鎘電池的快速充電階段，采用自適應(yīng)跟蹤電池可接受電流變化和負(fù)脈沖充電相結(jié)合的方法。在A-C段，每2分鐘檢測電池的電壓和電流信息，作為ANFIS模型的輸入數(shù)據(jù)，通過ANFIS預(yù)測下一時(shí)刻電池的可接受電流ick,直到預(yù)測結(jié)果滿足要求才輸出ick,送給微處理器作為實(shí)際的充電電流大小，通過單片機(jī)控制調(diào)整充電電路的輸出電壓，給電池提供ick的電流進(jìn)行恒流充電。在A-B段，采用間歇負(fù)脈沖消除極化效應(yīng)。開始停充2 ms消除歐姆極化，之后采用大小約為充電電流的2.5倍的放電電流放電3 ms,有效的消除濃度差極化和電化學(xué)極化，放電終止5 ms后充電電流重新啟動。

　　當(dāng)電池充入85%的電量時(shí)，接近充足電；此后，電池的極化現(xiàn)象嚴(yán)重，這時(shí)，即使加入負(fù)脈沖去極化后，蓄電池可接受的充電電流仍然很小。因此，在檢測到充電電流ic≤I0/10后，停止調(diào)用負(fù)脈沖去極化子程序。

　　5 試驗(yàn)結(jié)果

　　鎳鎘電池的智能充電過程，電池的最大充電電流約為8.75 A,約經(jīng)過2.3小時(shí)，在2.65小時(shí)電壓升至17.6 V,充電電流減少為400 mA（約為0.1 C的電流），當(dāng)檢測到100 mV的電壓跌落后，終止充電，充滿指示燈亮，共計(jì)充電時(shí)間2.85小時(shí)，在整個(gè)充電過程中，充電前期電流較大，前50分鐘的充電電流大于2 A,能較快的給電池充入電量；而在充電時(shí)間為100分鐘時(shí)充電電流約為1 A（為0.22 C），這時(shí)充入的電量為65%C;而充電后期電流下降至很低，完全符合電池自身的充電特性。期間由于負(fù)脈沖的引入，大大減小極化的影響，消除了由于極化現(xiàn)象引起的溫度升高和氣泡的產(chǎn)生，所以，整個(gè)充電過程電池最高溫度為38.5℃。充電電流曲線如圖7所示。負(fù)脈沖波形如圖8所示。

圖7 充電電流曲線

圖8 充電電流為2.2A時(shí)的負(fù)脈沖

　　6 結(jié)論

　　通過對鎳鎘電池的充電特性進(jìn)行深入研究，得出電池在某種荷電狀態(tài)下的充電接受率是一定的，文中創(chuàng)新地提出應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測功能和模糊控制的決策規(guī)則對電池的可接受電流進(jìn)行預(yù)測，并利用英飛凌的單片機(jī)設(shè)計(jì)相關(guān)的硬件電路。所設(shè)計(jì)的充電器在速充電過程中引入模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANFIS預(yù)測電池的可接受電流，保證充電電流逼近電池的可接受電流，電池在理想的狀態(tài)下充電，充電效率高，實(shí)現(xiàn)了安全快速無損充電，充電品質(zhì)高，解決了快速充電和電池的使用壽命之間的矛盾。