充電電路采用Buck型拓撲結構，C1、L1、C2構成π型濾波器可以濾除直流電壓中的高頻分量，其中L1是差模電感。

　　經(jīng)濾波輸出后，PV為Buck變換器輸入電源，同時也是單片機控制系統(tǒng)的前級輸入電源。L2是輸出濾波電感、C5是輸出濾波電容、Q3為功率開關管、D3為續(xù)流二極管。充電電路輸入電壓范圍Ui=20~28 V，輸出電壓范圍U0=3~18 V，負載輸出電流I0=0~3.5 A，開關頻率fs=20kHz，紋波電壓小于1%即△U0/U0≤1%，當負載電流I0在0~0.4 A時，Buck電路工作在電感電流不連續(xù)模式；當負載電流I0在0.4~3.5 A時，電路工作在電感電流連續(xù)模式。

　　3.3 負脈沖放電電路

　　鎳鎘電池具有記憶效應，在對鎳鎘電池充電前先對其放電，消除記憶效應。同時，在鎳鎘電池的快速充電過程中，為了消除電池極化的影響，引入間歇負脈沖的放電，系統(tǒng)中設計了放電電路。放電電路由4個5Ω/3 W功率電阻（瞬間短時間放電）和4個控制開關組成。

　　3.4 電流檢測及保護電路

　　電流檢測及過流保護電路如圖4所示。電流采樣輸入端接電池組負端（BAT-），BAT-與地之間為功率開關管IRF7805和康銅絲采樣電阻RS（29 mΩ），開關管導通時漏源極之間導通電阻RDS（on）為11 mΩ，利用RS+RDS（on）端的壓降來檢測電流。

　　圖4 電流檢測及過流保護電路

　　過流時（電流超過4 A），經(jīng)比較器U2A輸出低電平過流信號（FAULT），該信號送入XC164CM的中斷陷阱引腳觸發(fā)單片機硬件中斷，此外，當FAULT為低電平時，經(jīng)比較器U2B，輸出低電平信號，也迫使PWM輸出為低電平，強行關閉開關管Q3，確保系統(tǒng)安全。

　　4 軟件設計

　　智能充電器的軟件設計，主要包括系統(tǒng)主程序、鎳鎘電池快速充電子程序、ANFIS預測電流子程序和故障報警程序等，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單片機特殊功能寄存器SFR的設置在START_V2.A66中使用匯編語言文件，而整個充電系統(tǒng)的控制程序采用C語言文件。

　　系統(tǒng)上電后進入初始化，讀取E2PROM中的參數(shù)，完成各中斷寄存器和I/O口的功能設置，給相應單元賦初始值。完成后進入待機等待狀態(tài)。充電開始，先檢測是否有電池連接，若檢測到有電池接入，則進入電池的快速充電過程，其流程圖如圖5所示。ANFIS預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周期中斷實現(xiàn)ANFIS預測電流和充電電流的控制，由T3周期中斷實現(xiàn)充電控制和去極化子程序控制，以及由CCU6硬件陷阱中斷實現(xiàn)供電過流/短路保護。

　　對于鎳鎘電池的快速充電階段，采用自適應跟蹤電池可接受電流變化和負脈沖充電相結合的方法。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預測下一時刻電池的可接受電流ick，直到預測結果滿足要求才輸出ick，送給微處理器作為實際的充電電流大小，通過單片機控制調(diào)整充電電路的輸出電壓，給電池提供ick的電流進行恒流充電。在A-B段，采用間歇負脈沖消除極化效應。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極化，放電終止5 ms后充電電流重新啟動。

　　當電池充入85%的電量時，接近充足電；此后，電池的極化現(xiàn)象嚴重，這時，即使加入負脈沖去極化后，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)用負脈沖去極化子程序。

　　5 試驗結果

　　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，在2.65小時電壓升至17.6 V，充電電流減少為400 mA（約為0.1 C的電流），當檢測到100 mV的電壓跌落后，終止充電，充滿指示燈亮，共計充電時間2.85小時，在整個充電過程中，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；而在充電時間為100分鐘時充電電流約為1 A（為0.22 C），這時充入的電量為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時的負脈沖

　　6 結論

　　通過對鎳鎘電池的充電特性進行深入研究，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)新地提出應用神經(jīng)網(wǎng)絡的預測功能和模糊控制的決策規(guī)則對電池的可接受電流進行預測，并利用英飛凌的單片機設計相關的硬件電路。所設計的充電器在速充電過程中引入模糊神經(jīng)網(wǎng)