I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m p u t er   Science   Vo l.   42 ,   No .   2 Ma y   20 26 ,   p p .   349 ~ 3 68   I SS N:  2 502 - 4 7 52 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ee cs .v 42. i 2 . p p 349 - 3 68          349     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs . ia esco r e. co m   Enha ncing  NICD   a nd NIM H   ba tt er ies cha rg ing  ef fici ency a   M SCCC s trategy   using  artificial i nt ellig ence c o nt ro l       So m e nd ra   B a nerj ee ,   Aw dh esh   K u m a r,   Vino d K u m a G i ri   D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   M a d a n   M o h a n   M a l a v i y a   U n i v e r si t y   o f   Te c h n o l o g y   ( M M M U T ) ,   G o r a k h p u r ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   3 ,   2 0 2 5   R ev i s ed   Ma r   1 9 ,   2 0 2 6   A cc ep ted   Ma y   2 6 ,   2 0 2 6       In   th e   a b o v e   e ss a y ,   a   s m a rt  m u lt i - sta g e   c o n sta n c u rre n c h a rg in g   ( M S CCC )   stra teg y   h a b e e n   p ro p o se d   w it h   a n   a d a p ti v e   n e u ro - f u z z y   in f e re n c e   s y ste m   (A NFIS to   im p ro v e   th e   c h a rg in g   e ff ici e n c y   o f   n ic k e m e tal  h y d rid e   (NiM H)  a n d   n ick e c a d m iu m   (NiCd t y p e   b a tt e ries .   T h e   su g g e ste d   c h a r g e u se a   b o o st   c o n v e rt e th a is  p o w e r - f a c to r - c o rre c ted   a n d   v a riab le cu rre n re g u latio n   a c c o rd in g   to   re a l - ti m e   fe e d b a c k   o f   v o lt a g e   a n d   sta te  o f   c h a rg e .   M AT LAB/S im u li n k   is  u se d   to   t e st  th e   s y ste m   w it h   a   2 4   V 2 3 . 5   A h   NiCd   p a c k   a n d   2 5 . 2   V4 9 . 4   A h   NiM p a c k .   Co m p a ra ti v e   si m u l a ti o n o c o n v e n ti o n a P I,   f u z z y ,   a n d   n e u ra c o n tro ll e rs  sh o w   th a A NFIS - M S CCC   a p p ro a c h   e n h a n c e sta te - of - c h a rg e   ( S o C )   re ten ti o n   b y   a b o u 5 - 8   p e rc e n t,   v o lt a g e   o v e rsh o o b y   a l m o st  2 0   p e rc e n a n d   tran siti o n b e tw e e n   c u rre n ts  a re   s m o o th e w h ich   re su lt in t o   lo w e e lec tri c a str e ss .   Be sid e s,  th e   su g g e ste d   a p p ro a c h   h a a   sh o rter  se tt li n g   ti m e ,   h ig h   c h a rg in g   sta b il i ty ,   a n d   s a fe   th e rm a c h a ra c teristics .   T h e se   f in d in g p ro v e   th a th e   A NFIS - a id e d   M S CCC   p ro v id e a   p o w e r f u a n d   re c o n f ig u ra b le  c h a rg in g   sy ste m   to   NiCd   a n d   NiM H   b a tt e ries ,   w h ich   is  a p p li c a b le  w it h in   th e   c o m p lex   b a tt e r y   m a n a g e m e n t   s y ste m s th a a re   a lrea d y   in   u se .   K ey w o r d s :   A d ap tiv n e u r o - f u zz y   i n f er e n ce   s y s te m   B atter y   m a n ag e m e n t s y s te m   C o n s tan t c u r r en t -   co n s tan t   NiC b atter y   NiMH   b atter y   State - of - ch ar g e   Vo ltag ( C C - C V)   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   So m e n d r B an er j ee   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   Ma d an   Mo h a n   Ma la v i y U n iv er s it y   o f   T ec h n o lo g y   ( MM MU T )   Go r ak h p u r ,   Uttar   P r ad esh ,   I n d ia   E m ail:  b an er j ee s o m e n d r a8 3 @ g m a il.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   B atter ies  th at   ca n   b r ec h ar g e d ,   lik n ic k el  ca d m iu m   ( Ni C d )   an d   n ic k el   m e tal  h y d r id e   ( Ni MH )   o n es,   in cl u d b ec o m i n g   m o r an d   m o r p o p u lar   in   a   n u m b er   o f   in d u s tr ie s .   A   NiMH   b atter y   ca n   p r o d u ce   th d en s it y   o f   en er g y   is   s i m ilar   to   lith i u m - io n   b atter y   ( L I B )   in   p er f o r m a n ce ,   an d   its   ca p ac it y   is   t w o   to   th r ee   ti m e s   h ig h er   t h a n   t h at  o f   NiC d   b at ter y   eq u al  i n   s ize.   De g r ad atio n s   al s o   o cc u r   d u to   v ar iet y   o f   f ac to r s ,   v ar y in g   in   p r o p o r tio n   to   ex ter n al  in te r ac tio n   an d   u s ag [ 1 ] .   On d is ad v an tag i s   th at  b atter y   ag ein g ,   w h ic h   o cc u r s   o v er   th b atter y 's  lif eti m e,   i m p air s   p er f o r m an ce .   T h f o u r   p r im ar y   co m p o n e n ts   o f   b atter y   lif an d   p er f o r m a n ce   ar te m p er at u r e,   r ec h ar g r ate,   d ep th   o f   d i s ch a r g e,   an d   c y clic  lif e.   B ef o r th b atter y   i s   p u t   o n   th m an u f ac t u r in g   li n e,   it  s h o u ld   b ch ec k ed   f o r   q u ali t y   f o r   th c u s to m er s .   As  r es u lt,  r e s ea r ch   i s   n ee d ed   to   id en ti f y   d ev ice s   th a ar d eter io r atin g ,   ex te n d   th e ir   c y clic  li f e,   an d   d eter m i n th b est  c h ar g in g   p r o ce d u r [ 2 ] [ 3 ] .   A d d itio n all y ,   cu s to m er s   n ee d   to   k n o w   ab o u ca p ac it y   lo s s ,   f aster   b atter y   ag i n g ,   an d   ev en   p o ten tial  b atter y   d am a g [ 4 ] [ 5 ] .   T y p icall y ,   th m a n u f ac t u r er   m a y   s u p p l y   th af o r e m e n tio n ed   in f o r m ati o n .   I co u ld   n o b ad eq u ate  o r   ce r tif ied   b ef o r t o   in s ta llatio n ,   n e v er th e less .   T h er ef o r e,   b atter y   q u alit y   m ea s u r e m e n r e s ea r ch   i s   an   ess e n tial a r ea   o f   s tu d y   f o r   b o th   b u s i n es s   an d   ac ad e m ia   On of   t h m o s i m p o r tan f ac to r s   in   ass e s s i n g   ce ll ' s   en er g y   e f f icie n c y   a n d   h ea lo s s   is   it s   in ter n al   r esis ta n ce .   B atter y   i n ter n al  r esis ta n ce   i s   i n ti m atel y   r elate d   to   b o th   th d eter io r atio n   r ate  alo n g   w it h   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  42 ,   No .   2 May   20 26 3 4 9 - 3 68   350   p er f o r m a n ce   e f f icien c y   o n   th e   b atter y   m o d u le s .   Fo r   in s tan ce ,   L I B ' s   r e s is ta n ce ,   w h ich   c h a n g e s   d ep en d in g   o n   th b atter y ' s   te m p er atu r e,   ch a r g lev el,   an d   o v er all  h ea lt h ,   co n tr o ls   its   p o w er   ca p ac it y   [ 6 ] [ 7 ] .   A s   r esu l t,   n u m er o u s   m ea s u r i n g   tech n iq u es  w er p u b lis h ed ,   in clu d i n g   h ea lo s s   tech n iq u e s ,   elec tr o ch e m ical  i m p ed an ce   s p ec tr o s co p y ,   an d   AC   tech n iq u es  [ 8 ] .   Var io u s   c u r r en lev el s   ar u s ed   to   ch ar g e   u s in g   th e   MS C C   c h ar g i n g   tec h n o lo g y .   T h t w o   m aj o r   ca teg o r ies  in to   w h ic h   th c u r r en lev el  tr an s itio n   cr iter ia  f all  ar b atter y   ter m i n al  v o lt ag an d   r e m ai n i n g   ca p ac it y   s ep ar ated   in   th l iter atu r e.   T h n ex s tag e 's  cu r r en m u s b lo w er   t h a n   th p r ev io u s   s tag e 's  cu r r en i n   o r d er   f o r   th is   to   w o r k .   L i u   et  a l.   [ 9 ] ,   [ 1 0 ]   m a k ter m in al  v o l tag t h cu to f f   f o r   ch ar g cu r r en tr an s itio n s .   T h ch an g d ep en d en o n   v o lta g w o u ld   b p r o b lem a tic  I f   t h b atter y   is   u n ab le  to   b co m p let el y   ch ar g ed .   Af ter   th last   s tag c h ar g e,   C m o d i s   f r eq u e n tl y   in cl u d ed   to   ad d r ess   th is   p r o b lem   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   W h ile  th f u l l   ch ar g ca n   b o b tain ed   in   th i s   m an n er ,   th co s i s   lo n g er   C T   an d   lo w er   C E .   T h s tate - of - c h ar g ( S o C )   is   u s ed   as  t h c u r r en tr a n s it io n   cr iter io n   [ 1 3 ] - [ 1 5 ] T h af o r e m en tio n ed   co n s tr ain t   d o es  n o t   ap p ly   to   t h p r esen t   w o r th   at  ea ch   le v el  o f   th is   s ta n d ar d   cr iter ia.   W h en   co m p ar ed   to   th p u ls ch ar g i n g   tec h n i q u an d   th C C - C V   m et h o d ,   th S o C - b ased   tr an s it io n   s tr ateg y   p r o v id es  lo w er   C T   an d   g r ea ter   C E .   T h an co l o n y   s y s te m   ( AC S)   [9 ] ,   B ay esia n   o p ti m izatio n   [ 1 2 ] ,   g en etic  al g o r ith m   ( G A )   [ 1 5 ] ,   P SO  [ 1 6 ],   cu ck o o   o p ti m izatio n   al g o r ith m   ( C O A )   [ 1 7 ] ,   GW [ 1 8 ] ,   an d   o th er   o p tim iza tio n   alg o r it h m s   ( OA s )   h a v b ee n   u s ed   in   r ec en y ea r s   to   ex p lo r th OC C P   o f   MS C C .   W h e n   c o m p ar ed   to   th C C - C V,   th O A   m a y   g r ea tl y   en h a n ce   th c h ar g in g   p er f o r m a n ce   b y   co n c u r r en tl y   tak i n g   in to   ac co u n s e v er al  ch ar g i n g   p er f o r m an ce   i n d icato r s   an d   i m p r o v in g   ca p ab ilit y   f o r   s ea r ch i n g   f o r   b est  s o lu tio n s   th at  m ee s e v er al  o b j ec tiv es.  Ho w e v er ,   th ese  ap p r o ac h es  n ec e s s itate  ex p er i m en ta l   v alid atio n   f o r   p o ten tial  p atter n s   o f   ch ar g i n g ,   w h ich   r eq u ir es  ex ten s i v test i n g   an d   r aises   t h ti m an d   ex p en s e   o f   d eter m i n i n g   th b e s o p tio n .   F u r th er m o r e,   Kh a n   a n d   C h o [ 1 9 ]   s u g g e s ted   f o r m u la  c alcu latio n   ap p r o ac h   ( r ef er r ed   to   as th FC   m e th o d   in   t h is   r esear c h )   to   ascer tain   t h OC C P   o f   MS C C   b ased   o n   t h s i m p li f ied   E C M.   T h cu r r en v al u o f   ea c h   s te p   is   d eter m in ed   u s i n g   s er ie s   o f   s tr ai g h tf o r w ar d   f o r m u la s .   T h is   m et h o d o lo g y   d o esn 't  tak as  m u c h   ti m o r   ex ten s iv e x p er i m e n tatio n   as   th p r ev io u s l y   d escr ib ed   w a y s .   Ne v er th ele s s ,   it   ig n o r es  t h E L   a n d   T R   an d   is   s o le l y   f o c u s ed   o n   en h an c in g   th C T .   A ll  t h in g s   co n s id er ed ,   th e   ch ar g c u r r en t   in   th C H C ,   C T ,   an d   E L   th at  ea ch   s tag co n tr ib u te s   to   is   th m ai n   f ac to r   ass es s ed   b y   t h MSC C   ch ar g i n g   m et h o d .   C o n s eq u e n tl y ,   MSC C   ca n n o p r o ce ed   w it h o u f ir s lo ca tin g   th O C C P . W h ile  r ec en in v es tig a tio n s   h av e x a m in ed   ar tif ic ial  in telli g e n ce   ( A I ) - aid ed   m u lt i - s ta g co n s tan c u r r en c h ar g i n g   ( MSC C C )   m et h o d o lo g ies,  th p r ep o n d e r an ce   o f   p u b lis h ed   r esear ch   f o cu s s es  o n   lit h iu m - io n   b att er ies.  Nick el - b ased   ch e m is tr ie s ,   in c lu d i n g   NiC d   an d   NiMH ,   h av e   r ec eiv ed   co m p ar at iv el y   le s s   s cr u t in y ,   n o t w i th s ta n d in g   t h eir   p er s is ten t   ap p licatio n   i n   p o w er   to o ls ,   b ac k u p   s y s te m s ,   an d   in d u s tr ial   s ett in g s .   Fu r th er m o r e,   cu r r en t   NiC d /NiMH  c h ar g in g   tec h n i q u es  g e n er all y   e m p lo y   f i x ed   P I   o r   r u le - b ased   f u zz y   co n tr o ller s ,   w h ich   ar e   in h er e n tl y   li m ited   i n   th eir   ca p ac it y   to   ac co m m o d ate  t h n o n lin ea r   d y n a m ics  o f   b atter ies.  C o n s eq u e n tl y ,   a   s ig n i f ica n r esear ch   v o id   ex i s ts   i n   t h f o r m u latio n   o f   ad ap tiv e,   A I - d r iv e n   M SC C C   s tr ateg ies  e x p licitl y   d esig n ed   f o r   NiC d   an d   NiMH   b atter ies.   T h f o llo w i n g   i s   an   o v er v ie w   o f   th m ai n   p o in ts   m ad b y   th i s   w o r k :     Dev elo p in g   c h ar g i n g   s y s te m   f o r   MSC C C   w it h   A NFI co n tr o f o r   th s o le  p u r p o s o f   ch ar g in g   t h NiC d   an d   NiMH   t y p o f   b atte r ies.     Desig n   o f   s m ar t P FC   b o o s t - co n v er ter   b ased   ch ar g er   w i th   ad a p tiv cu r r en t c o n tr o l.     P er f o r m a n ce   ass e s s m e n t u n d e r   th s a m o p er atin g   co n d itio n s   as P I ,   Fu zz y ,   an d   Ne u r al  co n tr o ller s .     De m o n s tr ate  th at  A N FIS  co n tr o led   to   b etter   S o C   s tab ilit y ,   lo w er   v o ltag o v er s h o o t,  an d   m o r g r ac ef u l c u r r e n t r esp o n s e.     T h p r o p o s ed   ch ar g in g   s tr ate g y   h as   b ee n   v alid ated   w it h   th h elp   o f   2 - n ick el - b ased   c h e m is tr ies  w it h   s i m u lat io n s   d o n i n   M A T L AB /Si m u li n k   s o f t w ar e.       2.   B ACK G RO UND   2 . 1 .     M ulti - s t a g co ns t a nt  cu rr ent   cha rg ing   ( M SCCC)   Fas c h ar g i n g   h as  e m er g ed   a s   an   es s e n tial  m et h o d   o f   g etti n g   r o u n d   t h p er f o r m an ce   a n d   u s ab ilit y   li m ita tio n s   o f   NiC d   an d   NiMH   b atter ies,  in   h ig h - p er f o r m a n ce   ap p licatio n s   s u c h   as  p o w er   to o ls ,   in   h y b r id   elec tr ic  v e h icles,   an d   a s   b ac k u p   s y s te m .   B es id es  o f f e r in g   th e   u s er   g r ea ter   co n v e n ien ce ,   cr ea tin g   a n   in g e n io u s   a n d   ad ap tab le  s y s te m   o f   c h ar g i n g   is   v ital  i n   o f f e r in g   h i g h er   e n er g y   ef f icie n c y ,   r ed u cin g   th to tal   ti m o f   ch ar g i n g ,   r ed u cin g   th er m al  s tr ess ,   an d   en h a n ci n g   th c y clic  lif o f   n ic k el - b ased   b atter y   ch e m i s tr ies.   On o f   t h m o s t e f f ec ti v m et h o d s   o f   f u l f illi n g   th e s d e m a n d s   is   d y n a m ic  M SC C C   m et h o d .   I n   th M SC C C   ap p r o ac h ,   th e   co n v e n tio n al  C C   ch ar g in g   s t ag is   d i v id ed   in to   n u m b er   o f   p h ase,   w h ic h   o p er ate  at   g r ad u all y   d ec r ea s in g   cu r r en t s ,   o r   C - r ates.  R ed u cin g   th r ate  o f   h y d r o g en   ev o l u tio n   an d   in ter n a p r ess u r i n cr ea s t h at  is   w id esp r ea d   w it h   NiM an d   NiC d   ce lls   u n d er   co n s tan h i g h - c u r r en c h ar g in g   th is   f alli n g   cu r r en m et h o d   also   r ed u ce s   th lo ad   o n   th b atter y   elec tr o d es  s ig n i f ica n tl y .   Mo r eo v er ,   s in ce   it  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       E n h a n ci n g   N I C a n d   N I MH b a tter ies ch a r g in g   efficien cy :   a   MS C C C   s t r a teg …  ( S o men d r a   B a n erjee)   351   d o es  n o h av to   u s co n s ta n v o ltag s ta g e,   th MS C C C   m et h o d   d o es  n o o v er ch ar g e   ce lls   an d   r ed u ce s   te m p er atu r r is a n d   p r ess u r e   ac cu m u latio n   t w o   ef f ec t s   th a r ed u ce   th li f eti m o f   s ea led   NiC d /NiMH  ce ll s   co m p ar ed   to   o ld er   m et h o d s   s u ch   as  CC   co n s tan v o lta g ( C C - C V) .   T h MSC C C   ap p r o ac h   h as b e en   v er y   p o p u lar   d u e   to   its   s i m p licit y ,   t h p o s s ib il it y   o f   co n n ec tio n   w it h   r ea ti m co n tr o s y s te m s   an d   th ab ilit y   to   s tr ik b alan ce   b et w ee n   s p ee d   an d   s af et y .   T h er ar m an y   MSC C C   f r a m e w o r k s   t h at  h av b ee n   r esear ch ed   in   th e   liter a tu r e;  t h f r a m e w o r k s   t y p icall y   co m p r is b et w ee n   th r ee   an d   ten   s tep s .   E ac h   p h ase   h a s   d is s i m ilar   tr an s it io n   cr iter ia  d ep en d in g   o n   te m p er atu r tr ac k ,   S o C   esti m atio n s ,   o r   v o ltag lev el s .   T h cu r r en lev els  o f   ea c h   s t ag ar also   v ar ied   as  p er   th t y p o f   th b atter y ,   th r eq u ir e m e n t s   o f   t h ap p licatio n   as  w ell  as d es ir ed   p er f o r m an ce .   T h f o llo w i n g   p er f o r m an ce   m etr ics  ar u s u all y   ex a m i n ed   in   o r d er   t o   ass ess   h o w   w e ll  th e   MSC C C   ap p r o ac h   w o r k s   f o r   NiC d   an d   NiMH   b atter ies,      T im s p en t c h ar g in g     E f f icien c y   o f   c h ar g i n g     R eten tio n   o f   c h ar g e/d i s ch ar g ca p ac it y     te m p er atu r i n cr ea s w h ile  ch ar g in g   B y   e n ab li n g   a d ap ti v co n tr o o v er   s tag c u r r en t s   a n d   s w itc h in g   cr iter ia  in   r ea l ti m e,   A I   s u ch   as  f u zz y   co n tr o ller   an d   P I m o d elli n g   ca n   f u r t h er   i m p r o v MS C C C   an d   p r o d u ce   o p tim al  p er f o r m a n ce   th a is   s u ited   to   b atter y   s tate  an d   u s a g co n d iti o n s .   T h p r im ar y   f ac to r   in f l u e n ci n g   t h ch ar g i n g   ti m o f   Ni C d   an d   NiMH   b atter ies  is   th C - r ate  o f   ch ar g e;  r ap id   ch ar g in g   is   ac h i ev ed   w it h   g r ea ter   C - r ate.   I is ,   h o w e v er ,   p o s s ib le  th at  th cy cle  li f m a y   b e   af f ec ted   if   h i g h   C   r ate  is   u s ed   d u r in g   ch ar g in g   i n   ter m s   o f   th er m al  s tab ili t y   a n d   ch ar g i n g   e f f icien c y .   I is   w o r th   n o ti n g   t h at  h ig h   c u r r en ch ar g i n g   f o r   lo n g   d u r atio n   m a y   b th r ea t in   t h m id d le  an d   h ig h   S o C   le v els h o w ev er ,   Ni C d   an d   NiMH   ar less   af f ec ted   b y   h ig h   c u r r en t c h ar g i n g   co m p ar ed   to   lith iu m - i o n   b atter ies.   T h in cr ea s ed   r ate  o f   cu r r en m a y   b f u ll y   s u p p o r ted   b y   t h b atter y   w it h o u an y   ad v er s ef f ec ts ,   esp ec iall y   d u r in g   t h ea r l y   s ta g es  o f   ch ar g in g   w h e n   t h S o C   lev els  ar le s s   t h a n   4 0 %.  T h is   is   t h s tag w h e n   elec tr o ch e m ical  ac tio n   i s   m o s ef f ec ti v w it h o u an y   p r o s p ec t s   f o r   o v er p r ess u r o r   th e r m al  s tr es s .   O n   th e   o th er   h an d ,   in ter n al  r esi s tan c in cr ea s es  an d   th d an g er   o f   p o lar izatio n   ef f ec ts   in te n s i f i es  as  th S o C   r is es   ab o v 5 0 %.  T h is   f r eq u en tl y   s h o w s   u p   in   NiMH   ce lls   a s   th p r o d u ctio n   o f   o x y g e n   g as  at  th p o s itiv e   ele ctr o d e,   w h ich ,   i f   i m p r o p er l y   r ec o m b in ed   o r   v en ted ,   ca n   r aise  in ter n al  p r ess u r e.   I c an   d ec r ea s ch ar g ac ce p tan ce   an d   w o r s e n   t h m e m o r y   ef f ec f o r   NiC d   [ 2 0 ] .   On o f   t h i m p o r tan m etr ic s   f o r   th L I B   ch ar g i n g   p r o ce s s   is   h o w   e f f icien tl y   it  ch a r g es.  T h e   ch ar g i n g   ef f icie n c y   o f   L I B   is   its   ab ilit y   to   d is s ip ate  en er g y   w h ile  ch ar g i n g   d i v id ed   b y   it s   ca p ac it y   to   ch ar g e .   T o   ca lcu late  th c h ar g i n g   ef f ic ien c y ,   o n u s e s   th f o llo w i n g   ( 1 ) .       ( % ) = × × = 1 × 100   ( 1 )     I n   ( 1 ) ,   n ,   I d ,   td ,   I c,   an d   tc  s tan d   f o r   t h n u m b er   o f   s tag e s ,   d is ch ar g i n g   cu r r en t,  d is ch ar g in g   ti m e,   ch ar g i n g   cu r r en t,  as  w ell  as  c h ar g i n g   ti m s i m u lta n eo u s l y .   A   h ig h er   C - r ate  r esu lt s   in   g r ea ter   ca p ac ity   lo s s   w h e n   ch ar g in g   u s i n g   t h C C C m eth o d .   Fo r   lar g er   cr ates ,   th MS C C   c h ar g m e th o d   is   b ase d   o n   th s a m e   p r in cip le.   T h is   m et h o d   d if f er s   f r o m   t h C C C tec h n iq u i n   th at  it  u s e s   v ar iab le  n u m b er   o f   ch ar g in g   p h a s es   to   r ed u ce   en er g y   lo s s .   C h ar g in g   ef f icie n c y   m a y   b i m p r o v ed   b y   r ed u ci n g   e n er g y   lo s s .   E n er g y   lo s s   a n d   ch ar g i n g   ti m m i g h b at  o d d s   w it h   o n a n o th er   at   ti m es   [ 2 1 ] A lt h o u g h   t h e n er g y   e f f ici en c y   h a s   d ec r ea s ed   b y   0 . 6 %,  t h ch ar g in g   ti m i s   d ec r ea s ed   b y   3 4 w h e n   co m p ar ed   to   C C C u tili zi n g   th S o C - b ased   f o u r   s tep   ch ar g i n g   tec h n iq u e   [ 1 4 ] .   E n er g y   ef f icie n c y   i s   i m p r o v ed   w it h   t h b est   p o s s ib le  c h ar g p att er n   w h en   u s in g   th e   MSC C   ch ar g in g   m et h o d   th at  i n co r p o r ates v o ltag cu t - o f f   tr a n s it io n   cr iter ia  [ 2 2 ] .   T h ch ar g e/d is ch ar g ca p ac it y   is   cr u cial  p er f o r m an ce   m etr ic  f o r   ass ess i n g   NiC d   an d   NiMH   b atter y   ch ar g i n g   s tr ateg ie s .   T h b atter y 's  ch ar g in g   ca p ac it y   is   t h to tal  am o u n o f   ch ar g ( m ea s u r e d   in   A h )   th at  it  ca n   s to r w h ile  b ei n g   c h ar g ed .   A   m ea s u r f o r   d eter m i n i n g   w h et h er   ch ar g in g   i s   co m p lete,   t h cu r r en co n s u m ed   at   th last   e n d ,   an d   th a m b ien t   te m p er atu r is   s o m o f   t h o p er atio n al  ele m e n t s   th at  a f f ec th is   ca p ab ilit y .   A t   lo w   te m p er atu r es   ( s u c h   a s   0 ° C   o r   lo w er ) ,   Ni C d   an d   NiM b atter ies,  f o r   ex a m p le,   u s u all y   s h o w   d ec r ea s ed   ch ar g u p tak e,   w h ich   r es u lt s   i n   u n d er ch ar g i n g   ev e n   w h en   t h ch ar g er   is   p r o v id in g   cu r r e n t.   A d d itio n al l y ,   t h to tal  a m o u n t   o f   u s ea b le  en er g y   e x tr ac ted   f r o m   t h b atter y   th r o u g h o u d is ch ar g is   k n o w n   a s   th d is ch ar g in g   ca p ac it y .   T h d is ch ar g p er f o r m an ce   m a y   b in f lu e n ce d   b y   d if f er en f ac to r s   lik e   in ter n a l r esis ta n ce ,   SOH,   a n d   m e m o r y   ef f ec t s .   T h last   o n i s   ch ar ac ter is tic  f o r   NiC d   b atte r ies.     =   ( 2 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  42 ,   No .   2 May   20 26 3 4 9 - 3 68   352     =    ( 3 )     W h er e,       : A ct u al  c h ar g s to r ed   d u r in g   t h ch ar g in g   p r o ce s s   ( A h )       :   A ct u al  e n er g y   ex tr ac ted   d u r i n g   d is c h ar g in g   ( A h )     : N o m in a l ( r ated )   ca p ac ity   o f   t h b atter y   ( A h )   T h ese  n o r m al ized   v alu e s   ca n   b u s ed   f o r   co m p ar in g   th p e r f o r m an ce   o f   th c h ar g i n g   s tr ateg ies,  as   w ell   as   th e   b atter y   t y p es.  T h i s   co m p ar is o n   ca n   b p ar ticu l ar l y   u s e f u w h en   co n s id er in g   th i m p ac t   o f   A I - o p tim ized   MSC C C   al g o r ith m s   u n d er   v ar io u s   en v ir o n m e n tal  co n d itio n s .   T h p e r f o r m a n ce   o f   th NiC d   an d   NiMH   ty p es  o f   b atter ies  is   d ir ec tly   af f ec ted   b y   th e   in cr ea s ed   te m p er atu r d u r in g   c h ar g i n g .   Si m i lar   to   li th i u m - io n   t y p es   o f   b atter ies,  h ea t   is   p r o d u ce d   in ter n a ll y   d u r i n g   ch ar g i n g .   T h is   h ea i s   p r o d u ce d   d u to   o v er p o ten tial   ef f ec t s ,   as  w e ll  as   o h m ic  lo s s es.  Su ch   h ea p r o d u ctio n   o cc u r s   p ar ticu lar l y   w h en   th e   b atter y   is   c h ar g ed   q u ick l y .   co n s id er ab le  a m o u n t   o f   h ea t   ca n   b p r o d u ce d   d u r in g   MSC C C   ch ar g in g .   T h is   is   p ar ticu lar l y   tr u w h en   i n c r ea s ed   lev els  o f   c u r r en ar u s ed   d u r in g   t h in it ial   s tag e s   o f   c h ar g i n g .   T h h ea i s   p r o d u ce d   d u to   J o u le  h ea t.  T h J o u le  h ea ca n   b m at h e m atica ll y   e x p r ess ed   as f o llo w s     2 int o h m ic R M S Q I R t   ( 4 )     W h er e,       : H ea t g en er ated   d u to   i n ter n al  r esis ta n ce   ( J o u les)      2 : Ro o m ea n s   s q u ar v alu o f   ch ar g i n g   cu r r en t ( A )     : I n ter n al  r esi s ta n ce   o f   th b att er y   ( Ω )     t : Ch ar g i n g   ti m ( s )   T h in cr ea s i n g   ch ar g in g   c u r r e n ts   d u r in g   th in i tial  s tag e s   o f   MSC C C   lead   to   an   ex p o n e n ti al  in cr ea s e   in   t h r ate  o f   h ea g e n er atio n ,   w h ic h   r esu lts   i n   d eg r ad atio n   o f   th e lectr o l y te,   i n cr ea s ed   p r ess u r es,  an d   v e n ti n g   is s u es  i n   s ea led   NiC d /Ni MH   b atter ies.  T h te m p er atu r p r o b lem s   ar h i g h   in   NiMH   b atter ies  d u to   t h ex o th er m ic  r ea ctio n s   th at  o cc u r   d u r in g   o v er ch ar g i n g .   T h is   lead s   to   ca p ac ity   f ad i n g ,   s w e l lin g ,   an d   r u p tu r o f   th b atter y .   I n   o r d er   to   av o id   te m p er atu r p r o b le m s   d u r i n g   t h ch ar g i n g   p r o ce s s ,   t h A I   c o n tr o in co r p o r ated   in   th MSC C C   tech n iq u h elp s   in   m o n ito r in g   te m p er atu r e - r elate d   ch ar g in g   cu r r e n ts   f o r   m ai n tai n i n g   te m p er atu r le v els d u r i n g   th ch ar g i n g   p r o ce s s .   T h is   en s u r es   th ef f icie n c y   o f   t h ch ar g in g   p r o ce s s .     2 . 2 .     Ada ptiv neuro - f uzzy   i nfe re nce  s y s t e m   ( ANF I S)   An   in ter n atio n a l   f u zz y   s y s te m   a n d   esti m ato r   ca lled   A NFI w as  s u g g e s ted   b y   J . S.  R o g er   J an g   in   1 9 9 3 .   I w as   b ased   o n   t h T ak ag i - S u g e n o   f u zz y   m o d el  [ 2 3 ].   Usi n g   a   co n s tan t   ter m   a n d   li n ea r   co m b i n atio n   o f   in p u t   p ar a m eter s ,   t h i s   m o d el   cr ea tes  r u le   o u tp u ts   a s   T y p e   3   f u zz y   i n f er e n ce   s y s te m .   Fi n al  r e s u l ts   ar e   o b tain ed   b y   s u m m i n g   to g et h er   th w e ig h ted   r es u lt s   o f   ea ch   r u le   [ 2 4 ] .   B y   co m b in in g   t h b est   f ea t u r es   o f   ar tif icial   n e u r al  n et w o r k s   w it h   f u zz y   in f er en ce   s y s te m s ,   ANFI cr ea tes   u n i f ied   a n d   p o w er f u s o lu tio n   to   co m p le x   e n g in ee r i n g   p r o b lem s   [ 2 5 ] [ 2 6 ] Fig u r 1   i s   s c h e m atic  r ep r ese n tatio n   o f   t h ANFI S a r ch i tectu r e.   I t   s h o w s   h o w   th e   s y s te m   u s es  n e u r al  n et w o r k   lear n i n g   an d   f u z z y   lo g ic  to   m i m ic  t h in p u t - o u tp u i n ter ac tio n s   o f   ac tu al  s y s te m s .             Fig u r 1 .   Sch e m atic  d iag r a m   o f   th s tr u ct u r o f   A NFI [ 2 7 ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       E n h a n ci n g   N I C a n d   N I MH b a tter ies ch a r g in g   efficien cy :   a   MS C C C   s t r a teg …  ( S o men d r a   B a n erjee)   353   W ith   t w o   in p u ts   ( x 1   an d   x 2 )   an d   o n o u tp u ( y ) ,   t h b asi id ea   o f   A N FIS  m a y   b ex p r ess ed   as   f o llo w s .     R u le  1 : i f   x 1   is   A 1   a n d   x 2   is   B 1 ,   th en   y 1 =p 1   x 1 +q 1   x 2 +r 1   R u le  2 : i f   x 1   is   A 2   a n d   x 2   is   B 2 ,   th en   y 2 =p 2   x 1 +q 2   x 2 +r 2   T h e   f u zz y   s et  p ar a m eter s   f o r   e ac h   in p u t i n   p ar t - i f   ( p er m is s i v p o r tio n )   ar A j   an d   B j ,   w h ile   th li n ea r   f o r   p ar th e n   ( th s u cc ee d in g   p ar t) ,   th p ar a m eter s   ar p j ,   q j ,   an d   r j .   T h er ar f iv e   d is tin c le v els  i n   t h e   A N FIS  ar ch itec tu r f o r   n et w o r k s   w it h   o n o u tp u a n d   t w o   i n p u t s ,   t h o u tp u t   is   co m p u ted   at  th f u zz y i f icatio n   la y er ,   w h er ea ch   n o d j   ac ts   a s   an   ad ap tab le  n o d e   [2 8 ] .     1 = ( 1 ) ,  = 1   ( 5 )     1 =  = 3 , 4   ( 6 )     I n   th I m p licat io n   L a y er ,   t h s tatic  n o d es  d en o ted   b y   π,   f u n c tio n   as  b asic  m u lt ip lier s .   T h r u le  f ir in g   s tr en g th ,   d en o ted   as  w j   a n d   co m p u ted   f r o m   th i n p u t si g n a ls   as f o llo w s ,       2 = = ( 1 ) 2 ( 2 ) ,  = 1 , 2   ( 7 )     T h n o r m aliza tio n   la y er   as s i g n s   f i x ed   n o d e,   N,   to   ea ch   n o d in   th n et w o r k .   A   s i g n al  is   p r o d u ce d   b y   d iv id in g   th j th   r u le ' s   f ir in g   i n t en s it y   b y   t h to tal  f ir in g   i n ten s ities   o f   all  r u les.  w j   f o r   th j th   n o d e,       3 = ̅ = 1 + 2  = 1 ,   ( 8 )     Def u zz if icatio n   la y er I n   t h i s   l a y er ,   ea ch   ad ap ti v n o d j   in cl u d es  t h ar g u m e n ts   ( p j ,   q j ,   r j ,   an d   w j )   i n   it s   n o d f u n ctio n .   P r esen ted   b elo w   is   t h f ir i n g   s tr en g t h   n o r m alize d   v alu e,       4 = ̅ = ̅ ( + + ) ,  = 1 , 2   ( 9 )     C o m b i n atio n   la y er T h er is   ju s o n f i x ed   n o d in   th ter m in al  la y er ,   d en o ted   as  ∑,  I c o m p u te s   th to tal  en d   o u tp u t b y   ad d in g   to g et h er   all  i n p u t s ig n al s .       5 = = ( ̅ ) = ( )   ( 1 0 )       3.   DE S I G AP P RO ACH   T h d esig n   o f   t h i n telli g e n ch ar g i n g   s y s te m   i n v o l v es  f o u r   m aj o r   s tep s p o w er   co n v er s io n ,   b o o s co n v er ter   r eg u lat io n ,   ad ap tiv e   co n tr o ller   d esig n ,   an d   MSC C C   alg o r ith m   d e v elo p m e n t.  First,  th AC   in p u i s   r ec tif ied   an d   f ed   to   t h P FC   b o o s co n v er ter .   Seco n d ,   t h b o o s co n v er ter   r e g u la tes  t h D C   o u tp u w i th   an   L C   f ilter   to   p r o v id lo w   r ip p le.   T h ir d ,   th A NFI co n tr o ller   d y n a m icall y   ch a n g e s   t h d u t y   c y cle  ac co r d in g   to   th e   v o ltag er r o r   an d   s y s te m   f ee d b ac k .   Fin all y ,   th M SC C C   al g o r ith m   co n tr o ls   t h m u l ti - s ta g c u r r en tr an s itio n s   b ased   o n   th b atter y 's  cu r r en t   ch ar g e as  illu s tr ated   in   Fig u r 2 .   T h ch ar g in g   s y s te m 's  m o d u lar   ar ch itect u r e   en ab les  t h co o r d in ated   o p er atio n   o f   t h p o w er   s tag a n d   th in te lli g en co n tr o s ta g to   p r o v id s tab le  v o ltag r e g u la tio n ,   s m o o th   c u r r en t s u p p l y ,   an d   ad ap tiv ch ar g in g   f o r   NiC d   an d   NiMH   b att er ies.             Fig u r 2 .   C ir cu it a n d   co n tr o l a r ch itect u r e       3 . 1 .     B a t t er y   s pecif ica t io ns   T h r esear ch   in v esti g ate s   NiC d   an d   NiMH   b atter y   ch e m is tr ies  o f ten   u s ed   in   h i g h - d e m a n d   p o r tab le   an d   au to m o ti v ap p licatio n s .   T h s p ec if ied   2 3 . 5   A h   o f   ca p ac it y   an d   n o m i n al  v o lta g o f   2 4 ar f ea s ib le  f o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  42 ,   No .   2 May   20 26 3 4 9 - 3 68   354   NiC d   b atter y   p ac k   u s ed   in   r ig o r o u s   ap p licatio n .   T h 4 9 . 4   Ah   ca p ac it y   an d   2 5 . 2 n o m i n al  v o ltag ar al s o   ap p r o p r iate  f o r   NiMH   b atter y   p ac k   [ 2 9 ] .   A ll  th ele m e n ts   o f   th co n tr o f r a m e w o r k   an d   th ch ar g er   d esig n   ar s elec ted   to   co n f o r m   to   th e s ch ar ac ter is tics .     3 . 2 .     Use c a s e   T h aim   is   to   cr ea te  an   in t ellig en MS C C C   ch ar g er   ar ch itectu r th at  u ti lizes  AI   tech n o l o g y   an d   i s   o p tim ized   f o r   b etter   ch ar g in g   ef f icie n c y ,   te m p er atu r r is e,   an d   b atter y   li f e.   T h ch ar g er   n ee d s   to   b ab le   to   ad ap to   d y n a m ic  ch a n g e s   in   th lo ad s   an d   b e   co m p atib le  w it h   b o th   NiC d   an d   NiMH   b atter ies.  T h c o n tr o l   m o d el  is   s i m u lated   u s i n g   MA T L A B   Si m u li n k ,   an d   s in g le - in p u s i n g le - o u tp u ( SIS O)   ad ap tiv A NFI S   co n tr o ller   is   ex ec u ted   to   en h a n ce   co n tr o l o p er atio n s   in   r ea l - ti m e.     3 . 3 .     Alt er na t i v es   a nd   t ra deo f f s   A lt h o u g h   t h tr ad itio n al  P I   an d   f u zz y   co n tr o ller s   h a s   th b en e f it s   o f   ea s o f   u s e   an d   litt le   co m p u tatio n al  co m p lex it y   ar e   b ased   o n   f ix ed   p ar am eter s   a n d   r u les,  w h ic h   ar n o ad a p t ab le  to   th d y n a m ic   co n d itio n s   o f   t h b atter y .   T h A NFI co n tr o ller   ad d s   m o r co m p lex i t y   to   th co m p u t atio n s ,   b u th is   is   co m p e n s ated   f o r   b y   it s   ab ilit y   to   p r o v id b etter   v o ltag r eg u la tio n ,   s m o o th er   cu r r e n tr an s it io n s ,   a n d   b etter   S o C   r eten tio n .   T h p r o p o s ed   m et h o d   d o es  n o ad d   to   th co m p le x it y   o f   t h h ar d w ar s i n ce   th ANFI i s   a th co n tr o l le v e l.     3 . 4 .     F un da m ent a l ba t t er y   c ha rg ing   circ uit   T h s u g g ested   ch ar g i n g   m et h o d   em p lo y s   s i n g le - p h ase  AC   s o u r ce   w h er d io d b r i d g r ec tif ies   th v o lta g to   g en er ate  DC   i n p u f o llo w in g   is   lo w er ed   b y   tr an s f o r m er .   A   p o w er   f ac t o r   co r r ec tio n   b o o s co n v er ter ,   w h ic h   co n tr o ls   t h e   ch ar g i n g   v o lta g an d   r aises   t h in p u p o w er   f ac to r ,   is   s u p p lied   b y   th is   d ir ec t   cu r r en v o lta g e.   T h co n v er ter   is   co n tr o lled   b y   co n tr o ller   t h at  in c lu d es  a n   A NFI i n   ac c o r d an ce   w it h   in p u p ar am eter s   ( v o ltag e,   f r eq u e n c y ,   an d   p h ase)   a n d   o u tp u t p ar am eter s   ( b atter y   v o ltag e,   So C ).   T h ch ar g i n g   m ec h a n is m   u s ed   b y   th e   s y s te m   is   ca l led   t h M C C C   al g o r ith m .   T h is   e n s u r es  t h ch ar g i n g   h ap p en s   i n   s p ec if i cu r r en s tag e.   T h p r o p o s ed   m o d el  u s es  an   ad ap tiv n e u r o   f u zz y   s y s te m   to   r eg u l ate  th d u t y   c y cle  o f   th b o o s co n v er ter   to   o p ti m iz th le v els  o f   v o lta g a n d   cu r r en i n   r ea l - ti m e   ac co r d in g   to   t h S o C   o f   t h b atter y .   T h is   e n s u r es   th e   e f f ic ie n tr a n s m i s s io n   o f   p o w er   w i th o u o v er h ea ti n g   th e   b atter y .   T h co n tr o ller   ca n   s w i tch   lev e ls   o f   c u r r en t to   m a in ta i n   th h ea lt h   o f   t h b atter y .       4.   DE S I G SPEC I F I C AT I O N S   I n   Fi g u r e   3 ,   th p r o p o s ed   in te llig e n M SC C C - b ased   c h ar g i n g   s y s te m   f o r   Ni C d   a n d   NiMH   b atter ies   is   d esi g n ed   to   en s u r h i g h   ef f i cien c y   in   c h ar g in g   t h b atter ie s   w it h   m in i m u m   lo s s   o f   e n er g y ,   r ed u ce d   r ip p le  ef f ec t,  s af p o w er   co n v er s io n ,   an d   h ig h   ef f icie n c y .   T h d e s ig n   p ar a m eter s   f o r   th b atter y   ar p r esen ted   in   T ab les  1   an d   2 .   T h in p u v o ltag r ec ti f ied   is   r ep r ese n ted   as  Vi n ,   t h v o ltag e   ac r o s s   t h ter m in a ls   o f   t h b atter y   i s   r ep r esen ted   as  VB ,   th i n d u cto r   cu r r en o f   th b o o s co n v er ter   is   r ep r esen ted   as   I L ,   an d   th S o C   is   th s tate  o f   th c h ar g o f   th b atter y .   T h p r o p o s ed   ch ar g in g   s y s te m   is   d esi g n ed   to   e n s u r th d y n a m ic   ch ar g i n g   r eq u ir e m e n ts   o f   t h b atter y   w i th   t h h elp   o f   th m u ltis t ag c u r r en p r o f ile  ch a r g in g .   T h p r o p o s ed   ch ar g i n g   s y s te m   is   r ep r ese n t ed   as  th e   P o w er   Facto r   C o r r ec tio n   tr an s f o r m er   w it h   a d j u s tab le  tap s ,   th e   p h o to elec tr ic  r ec tif ier   ( P FC )   b o o s co n v er ter ,   an d   th L C   o u tp u f il ter .   T h b asic  ch ar g i n g   c ir cu it   co n f i g u r ati o n   f o r   th p r o p o s ed   ch ar g i n g   s y s te m   f o r   th Ni C d   an d   NiMH   b atter ie s   is   r ep r esen ted   i n   Fi g u r 4 .   T h b o o s t c o n v er ter   is   d esi g n e d   to   en s u r th elec tr ical  r eq u i r e m en t s   o f   t h NiC d   a n d   th N iMH  b atter ies .             Fig u r 3 .   B lo ck   d iag r a m   o f   t h p r o p o s ed   NiC d   an d   NiMH   b atter y   ch ar g er   w ith   M SC C C   al g o r ith m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       E n h a n ci n g   N I C a n d   N I MH b a tter ies ch a r g in g   efficien cy :   a   MS C C C   s t r a teg …  ( S o men d r a   B a n erjee)   355   T ab le   1 .   NiMH   P a r am eter s   T ab le  2.   NiC p ar am eter s   P a r a me t e r s   V a l u e s   S o u r c e   V o l t a g e   48V   S w i t c h i n g   f r e q u e n c y   f s   1 0 e 3   B a t t e r y   sp e c i f i c a t i o n s   N o mi n a l   v o l t a g e   2 5 . 2   V   R a t e d   c a p a c i t y   4 9 . 4   A h   F u l l y   c h a r g e d   v o l t a g e   2 9 . 6     P a r a me t e r s   V a l u e s   S o u r c e   V o l t a g e   4 8   V   S w i t c h i n g   f r e q u e n c y   f s   1 0 e 3   B a t t e r y   sp e c i f i c a t i o n s   N o mi n a l   v o l t a g e   2 4   V   R a t e d   c a p a c i t y   4 9 . 4   A h   F u l l y   c h a r g e d   v o l t a g e   2 8 . 8             Fig u r 4 .   B asic c h ar g i n g   cir c u it  w i th   P FC   b o o s t c o n v er ter       4. 1 .     C o n v e r t e r   d e s i g n   T h P FC   b o o s co n v er ter   is   o f   p r i m ar y   i m p o r ta n ce   in   co n tr o llin g   t h o u tp u v o ltag an d   in p u t   cu r r en s h ap in   o r d er   to   attain   h i g h   p o w er   f ac to r .   An   a d d itio n al  L C   f i lter   is   also   p r o v id ed   in   t h o u tp u t   s ec tio n   in   o r d er   to   elim i n ate  t h h i gh - f r eq u e n c y   r ip p le  p r esen in   t h o u tp u d u to   P W s w i tch i n g .   T h is   is   n o t o n l y   f o r   v o lta g r eg u latio n   b u t a ls o   f o r   b atter y   p r o tectio n   an d   r eg u lar it y   i n   ch ar g in g .   T h o u tp u v o lta g o f   t h b o o s co n v er ter ,   d en o ted   b y   V B ,   is   g i v en   b y   t h f o llo w in g   ex p r ess i o n   b ased   o n   th d u t y   c y cle  D ( 1 1 ) ,       =  1   ( 1 1 )     W er e,      : I n p u t v o lta g a f ter   r ec tif icat i o n     D:  Du t y   r atio   o f   th P W s ig n al   T o   d esig n   t h in d u cto r ,   th v al u o f   L in   is   d eter m in ed   u s i n g      =  . .   ( 1 2 )     W er e,     f s : S w i tch i n g   f r eq u e n c y   o f   t h co n v er ter     : P ea k - to - p ea k   r ip p le  cu r r en t i n   th i n d u cto r   T h m a x i m u m   i n d u c to r   cu r r en t,  I p k ,   is   co m p u ted   as      = 2 .   ( m in )   ( 1 3 )     W h er e     P in : I n p u t p o w er     V in(min) : M i n i m u m   i n p u v o ltag lev el   T o   en s u r o u tp u t v o lta g s tab i lit y ,   t h m i n i m u m   r eq u ir ed   ca p ac itan ce   C o   at  th o u tp u t i s   g iv en   b y     ( m i n ) =  ( m ax ) . .     ( 1 4 )     W h er e     I OUT  (m ax) : M a x i m u m   o u tp u t c u r r en t     Δ VB A llo w ab le  o u tp u v o ltag r ip p le   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  42 ,   No .   2 May   20 26 3 4 9 - 3 68   356   T h e   v alu e s   o f   th e s co m p o n e n ts   ar v er y   i m p o r tan f o r   t h e   p r o p er   f u n ctio n in g   o f   t h s y s te m   i n   al l   p h ases   o f   th M SC C C   m et h o d   w it h   th r ed u c tio n   o f   s w itc h in g   lo s s   a n d   th er m al  s tr es s   w h ile  m ai n tai n i n g   t h r eq u ir ed   v o ltag an d   cu r r en p r o f iles .   A cc u r ate  ad j u s t m en o f   th ese  p ar a m eter s   g u ar an tees  o p ti m u m   p er f o r m a n c d u r i n g   t h A N FIS - r e g u lated   d y n a m ic  ch ar g i n g   o f   b o th   NiC d   an d   NiMH   b atte r ies.     4 . 2 .     Co ntr o ller  de s ig n   A   s m ar MS C C C - b ased   ch ar g in g   ar ch itect u r r elies   o n   co n tr o ller   to   d y n a m ical l y   r e g u lat ch ar g i n g   cu r r en t,  o u tp u v o ltag e,   a n d   p o w er   f ac to r   o f   th e   in p u AC   s u p p l y .   I i n co r p o r ates  an   A N FIS,   o r   ad ap tiv e   n eu r o - f u zz y   i n f er en ce   s y s te m ,   allo w s   f o r   d ec is io n s   to   b m ad in   r ea l - ti m b ased   o n   s y s te m   f ee d b ac k   an d   b atter y   s tat u s .   T h co n tr o ller   g u ar a n tees  o p ti m u m   p er f o r m an ce   a n d   s a f et y   b y   ad j u s tin g   to   f lu c tu ati n g   cir cu m s ta n ce s   d u r i n g   ea c h   p h ase  o f   th M C C C   p r o ce s s .   T h co n tr o ller   d ep en d s   o n   th r ee   ess e n tial  m etr ics  f o p r o p er   o p e r atio n :     B atter y   o u tp u v o ltag ( V B ) c o n tin u o u s l y   m o n ito r ed   to   m ai n tai n   it  at  th d esire d   r ef er e n c v alu Vr e f i n   ea ch   s ta g o f   ch ar g i n g .     AC   i n p u v o ltag ( V in ) m o n it o r ed   o n   th tr an s f o r m er ' s   s ec o n d ar y   s id to   co o r d in ate  th c u r r en t h r o u g h   th e   in d u cto r   an d   k ee p   th p h as es a lig n ed   f o r   P FC .     Av er ag in d u cto r   cu r r en ( I L )   m o n ito r ed   o n   th tr an s f o r m e r ' s   s ec o n d ar y   s id to   co o r d in ate  th cu r r en t   th r o u g h   t h i n d u cto r   an d   k ee p   th p h ase s   ali g n ed   f o r   P FC .     4 . 2 . 1 .   Vo lt a g co ntr o l lo o p   T h o u ter   lo o p   co n tr o ls   v o ltag at  th ter m i n als  o f   th b att er y .   I co m p ar es  th ac tu al  v o ltag o f   th e   b atter ies  w it h   th s p ec if ied   r ef er en ce   v o lta g ( V ref ) ,   w h ic h   is   estab lis h ed   ac co r d in g   to   th cu r r en ch ar g i n g   s tag ( I 1 ,   I 2 ,   I 3 )   an d   th b atter y 's  S o C .   A   p r o p o r tio n al - in teg r al  ( P I )   co n tr o ller   m an a g es  th r esu ltin g   v o lta g e   er r o r   an d   g en er ates  r ef er en ce   cu r r en s i g n al.   T h is   in s tr u ctio n   is   s e n to   th i n n er   lo o p   to   d y n a m icall y   co n f i g u r th e   ch ar g in g   p r o f i le.   T h A N FIS  co n tr o ller   i m p r o v es  t h p er f o r m an ce   o f   t h P I   ac tio n   b y   ad ap tiv el y   m o d i f y i n g   t h p ar am eter s   b ased   o n   t h b atter y   b eh av io r   t h at  h a s   b ee n   lear n t     4 . 2 . 2 .   I nn er - curr ent   lo o p   An   i n d u cto r ' s   c u r r en i s   g u ar a n teed   b y   t h i n n er   lo o p   to   b b o o s co n v er ter ,    ,   clo s el y   a d h er es  th a t   th o u ter   lo o p   g en er ate s   as  a   r ef er en ce   c u r r en t.  v o ltag e   w a v e f o r m   t h at   is   i n p u tted   is   n o r m alize d   to   u n i t   m ag n it u d an d   m u ltip lied   b y   th r ef er e n ce   cu r r en to   p r o d u ce   m o d u lated   c u r r en s i g n al.   T h s i g n al  i s   j u x tap o s ed   u s in g   t h ac tu al   in d u cto r   cu r r en  ,   an d   a n o th er   P I   co n tr o ller   h an d le s   t h r es u ltin g   m i s tak e.   T h i s   P I   co n tr o ller ' s   o u tp u ca lc u lat es  th P W d u t y   c y cle  ,   w h ich   is   t h e n   s e n to   th p u ls g en er ato r   to   ac tiv ate   th P FC   b o o s t   co n v er ter ' s   s w i tch .   T h is   co n tr o en s u r es  t h at  th i n p u c u r r en is   s y n c h r o n i s ed   w it h   t h in p u t   v o ltag e,   o b tain in g   n ea r - u n it y   p o w er   f ac to r   an d   o p ti m iz in g   ef f ic ien c y .   A NFI f u r t h er   o p ti m izes  th s y s te m   b y   p er s i s ten tl y   ad j u s ti n g   th e   co n tr o s u r f ac i n   r esp o n s e   to   r ea l - ti m o p er atio n al  cir c u m s ta n ce s ,   i n ter n a l   r esis ta n ce   ch a n g e s ,   an d   So C   v ar iatio n s   o f   t h Ni C d   an d   NiM b atter ies.       5.   ST A T E   F L O CO NT RO L   AL G O RI T H M   Fig u r 5   s h o w s   th at  th co n tr o ller   co n s is ts   o f   p r im ar y   cu r r en t - co n tr o lo o p   an d   s ec o n d ar y   v o ltag e - co n tr o lo o p .   T h s tan d ar d   CC - C ap p r o ac h   is   co m p ar ed   to   th m u l tis ta g ch ar g i n g   p r o ce s s   is   f aster   an d   m o r e f f ec t iv e.   I e m p lo y s   th r ee - s tep   c h ar g i n g   p r o ce s s ,   w h er eb y   ea c h   s ta g u tili ze s   d is ti n ct  c u r r en t   v alu e s .   Up o n   in i tiatio n   o f   c h a r g in g ,   t h m a x i m u m   c u r r en t   i s   d eliv er ed   u p   u n til   t h p o in w h e n   t h v o ltag o f   th b atter y   h it s   its   p ea k ,   af te r   w h ic h   it  is   d r asti ca ll y   lo wer ed   w it h   its   s ec o n d ar y   s tag v alu d u to   th r ed u ctio n   in   c u r r en t.             Fig u r 5 .   B lo ck   d iag r a m   o f   t h ch ar g co n tr o ller       W h en   th cu r r en is   lo w er ed   ag ain ,   t h v o ltag r is es  to   its   m ax i m u m .   Mu lti s ta g ch ar g i n g   w o r k s   in   th is   w a y .   T h r ee   d if f er e n v alu es f o r   th c h ar g i n g   cu r r en t a r ch o s en   f o r   th t h r ee   p h ase s .   I n   C C   m o d e,   t h f ir s t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       E n h a n ci n g   N I C a n d   N I MH b a tter ies ch a r g in g   efficien cy :   a   MS C C C   s t r a teg …  ( S o men d r a   B a n erjee)   357   s tep   is   to   m ain ta in   co n s is te n v alu f o r   th b atter y ' s   m ax i m u m   allo w ab le  cu r r e n ( I 1 ) .   T h f in al  s tag c u r r en t   (I 3 )   is   n o w   th o n l y   f ac to r   th at  d eter m i n es  t h ch ar g ed   AH  ca p ac ity .   T h ch ar g ed   ca p ac it y   in cr ea s es  as  th e   v alu o f   I 3   d ec r ea s es.  A n o w ,   th ti m r eq u ir ed   to   ch ar g i s   d eter m i n ed   b y   s elec ti n g   b o th   I 1   an d   I 3 is   s o lel y   d ep en d en u p o n   I 2 .   C o n s eq u en tl y ,   v ar y i n g   v al u es  o f   I 2   w ill  p r o v id d if f er en ch ar g in g   d u r atio n s n e v er th e less ,   th a m p er e - h o u r   ca p ac it y   ch ar g ed   w ill b n ea r l y   eq u iv a len t t o   th at  o f   I 3 .   T h o p tim al  v alu o f   I 2   is   d eter m i n ed   b y   m ea n s   o f   t h f o llo w in g   eq u atio n :     2 = 1 × 3   ( 1 5 )     T h co n tr o ller   r ec eiv es  v o ltag r ef er en ce   f r o m   t h is   co n tr o cir cu itr y   a n d   u s e s   b o o s P FC   to   m a n a g th b atter y   cu r r en t.  Fig u r 6   s h o w s   th c h ar g i n g   ti m a s   f u n ct io n   o f   t h ch ar g i n g   cu r r en I 2 ,   w h ich   lead s   to   th o p ti m a v al u o f   I 2 .   W h en   I 3   is   m i n i m is e d ,   th e   o v er all   ch ar g i n g   ti m T   is   m a x i m ize d   is   d eter m i n ed   b y   ( 3 ) ,   an d   th b est  v alu is   n o i n f lu e n ce d   b y   R eq   an d   C eq ,   b u r ath er   r elies  o n   th v alu es  o f   I 1   an d   I 3 .   Du r in g   th co m p u ta tio n   o f   I 2 ,   th v alu es  o f   I 1   an d   I 3   a r h eld   co n s ta n t.  A cc o r d in g   to   th at  eq u atio n ,   th s h o r test   a m o u n o f   ti m to   ch ar g is   eq u al  to   th v alu o f   I 2 .   Her w g o   in to   m o r d etail  o n   t h th o r o u g h   MS C C   f o r m u latio n ,   w h ic h   ca n   b s ee n   in   Fig u r 7 .           Fig u r 6 .   R elatio n s h ip   b et w ee n   ch ar g in g   ti m ( T )   an d   ch ar g i n g   c u r r en t ( I 2 )           F ig u r 7 .   State  f lo w   co n tr o l lo g ic  o f   t h m u lt is ta g cu r r en t c o n tr o l c h ar g i n g   al g o r it h m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  42 ,   No .   2 May   20 26 3 4 9 - 3 68   358   5 . 1 .     St a t f lo w   cha r t   de m o n s t ra t io n   T h p r o p o s ed   A NFI S - b ased   MSC C C   c h ar g in g   s y s te m   f o r   NiC d   an d   N iMH  b atter ies  e m p lo y s   s ta te   f lo w   a lg o r it h m   t h at  s tar t s   ch a r g in g   in   t h f ir s s tag w i th   t h m a x i m u m   co n s tan cu r r en t   1 ,   estab lis h i n g   a   v o ltag r ef er e n ce   o f   r o u g h l y   3 5   V.   A   d elay   o f   0 . 4   s ec o n d s   is   i m p le m e n ted   u ti lis i n g   t w o   co n s ec u tiv lo g ic  b lo ck s   to   av er th p r e m atu r ac tiv atio n   o f   f u t u r s tag e s   ca u s ed   b y   t h f ir s v o lta g s p i k e.   I n   th s ec o n d   s ta g e,   th r ef er en ce   c u r r en d i m i n i s h es  to   I 2 ,   d u r in g   w h ic h   th b atter y   v o ltag escala tes  an d   n ea r s   its   m a x i m u m   v alu e   o f   ar o u n d   2 9 . 3 3   V.   Up o n   th f u l f il m e n o f   th r eq u i r e m en t       ≤   ,   th e   s y s t e m   ad v a n ce s   to   th i s   p h ase  w it h   an   u p d ated   r ef er en ce   v o ltag o f   2 8 . 2 5   V.   in   o r d er   to   m a n ag tr a n s ie n d ela y s   d u r in g   th v o ltag e,   d ec r ea s an d   p r ev en s ta g o m is s io n ,   1 - s ec o n d   d ela y   i s   s i m ilar l y   i n clu d ed   u t ilizi n g   d u a lo g ic  b lo ck s .   Up o n   attain i n g   t h p ea k   v o lta g i n   th t h ir d   s ta g e,   t h r e f er en ce   cu r r en d ec r ea s e s   to   3 ,   an d   ch ar g i n g   p r o ce ed s   u n d er   r eg u lated   cir cu m s ta n ce s .   Up o n   r ea ch in g   an d   m ai n tai n in g   t h p ea k   v o ltag e,   t h s y s te m   co n c lu d es  t h e   ch ar g i n g   p r o ce s s   b y   lo w er i n g   th r ef er e n ce   v o lta g to   0   V,   t h er ef o r ce asi n g   th c u r r en t d eliv er y   a n d   as s u r i n g   th s a f d is co n n ec tio n   o f   th b atter y   f r o m   th c h ar g i n g   s o u r c e.         6.   SI M UL AT I O R E S UL T AND  DIS CUSS I O N   T h ese  f in d in g s   s h o w   th r es u lts   o f   ex ten s iv s i m u latio n s   th at  w er r u n   to   ev alu a te  h o w   w e ll  M SC C C F   s tr ateg y   a u g m e n te d   w i th   AI   tech n iq u es  to   en h a n ce   th ch ar g in g   ef f icie n c y   o f   NiMH   an d   NiC d   b atter ies.  I n   ad d itio n   to   th at,   s im u latio n   s tu d y   w a s   also   p er f o r m ed   to   co m p ar th p er f o r m an ce   o f   co n v e n tio n al  c h ar g i n g   co n tr o ller s   w it h   th p r o p o s ed   MS C C C   in co r p o r atin g   A I   tech n o lo g y   f o r   i m p o r tan t   p ar am eter s   li k d u r atio n   o f   c h ar g i n g   ti m e,   th er m al  s tab ilit y ,   r eten tio n ,   an d   v o ltag r e g u latio n   u n d er   v ar io u s   o p er atin g   co n d itio n s .   T h is   s im u latio n   f in d i n g s   to   ev alu a te   th ef f icien c y   o f   th s u g g e s t ed   MSC C C   b atter y   c h ar g er   b ased   o n   th ANFI s tan d ar d   f o r   u s w ith   NiC d   as   w ell  a s   NiMH   b atter ies.  T h e   s h o w   is   co m p ar ed   w it h   th co n v e n tio n al  P I ,   Fu zz y ,   an d   Neu r al  co n tr o ller s   b ased   o n   im p o r tan p ar a m eter s   s u c h   as  ch ar g i n g   d y n a m ics,  S o C   r ete n tio n ,   v o lt ag r eg u la tio n ,   an d   cu r r en s t ab ilit y .   T h s i m u latio n   r es u lt s   clea r ly   s h o w   th at   A N FIS  p r o v id es  a   S o C   r ete n t io n   v a lu th at   is   5 - 8 h i g h er   an d   v o ltag o v er s h o o v al u e   th at  is   ab o u t   2 0 %   lo w er   th a n   t h P I   co n tr o ller .     6 . 1 .     Si m ula t io r esu lt s   f o NICD   T h F ig u r 8   illu s tr ates  an   A d ap tiv SI SO  s y s te m   th a is   u s ed   to   en h a n ce   th A N FI tr ain i n g   tech n iq u e,   w h ic h   s ta n d s   f o r   Neu r o - F u zz y   I n f er en ce   S y s te m ,   ch ar g i n g   e f f icie n c y   o f   Ni C d   b atter ies.  T w o   v ar iab les,  er r o r   an d   ac tu al  p la n o u tp u t,  ar in p u to   th AN FIS  s y s te m ,   a n d   o n v ar iab le,   ad j u s t m e n to   th P I   co n tr o ller ,   is   o u tp u t.  T en   iter atio n s   o f   tr ai n i n g   ar p er f o r m ed   u n t il c o n v er g e n ce   is   ac h iev ed .   T h tr ain in g   h a s   th r ee   p h a s es:   in p u t1   = - 1 5 . 3 ,   in p u 2   - 2 4 . 6 ,   an d   o u tp u - 1 7 2 .   I n   th f i r s p ar t,  w e   s ee   1 2   m e m b er s h ip   f u n c tio n s   f o r   th p r im ar y   in p u v ar iab le,   s h o w n   as  i n d iv id u al  lin e s .   Fo llo w i n g   th i s ,   y o u ' ll   s ee   d escr ip tio n   o f   t h 1 1   m e m b er s h ip   f u n ct io n s   u s ed   b y   t h s ec o n d   i n p u v ar iab le;  MA T L A B ' s   A NFI S   ed ito r   m a k es   th e s ad j u s t m en ts   au to m atica l l y .   I n   t h t h ir d   s tag e,   t h ANFI s y s te m ' s   f u zz y   s et  i s   s h o w n .   E ac h   p lo i n   t h tr ai n i n g   tech n iq u d ep ict s   d i f f er e n p h a s i n   t h ed u ca t io n al  p r o ce s s .   T h in p u d ata  i s   s h o w n   o n   t h x - a x is ,   w h ile  t h co r r esp o n d in g   o u tp u v al u es   ar r ep r esen ted   o n   th y - a x is .   Yo u   ca n   s ee   h o w   th tr ai n in g   p r o ce s s   a f f ec ted   th o u tp u v al u e s   an d   m e m b er s h ip   f u n ctio n s   i n   t h ch ar t s .   T h s u r f ac to p o lo g y   in d icate s   s p ec i f ic  ar ea s   o f   co n tr o in ten s it y ,   i llu s tr ati n g   t h s y s te m 's  ad ap ti v b eh av io r   ac r o s s   th i n p u s p ac e .   T h is   v i s u aliza tio n   d e m o n s tr at es  th at   th ANFI m o d el   h a s   s u cc e s s f u ll y   ac q u ir ed   th ca p ab ilit y   to   p r o v id in telli g e n co n tr o o u tp u t s ,   h en ce   i m p r o v in g   Ni C d   b atter y   c h ar g i n g   p er f o r m an ce   i n s id th MS C C C   f r a m e w o r k .   T h s i m u latio n   o u tco m es o f   Ni C ar d ep icted   in   b elo w   g i v en   f i g u r es.   Fig u r e   9   in d icate s   th c h an g in   th S o C   o f   th Ni C d   b atter y   d u r in g   2 0   s   s i m u latio n   c y cle  o f   f o u r   co n tr o ller s ,   i.e .   A NFI S,  Neu r al,   FUZZ an d   P I .   E v er y   co n tr o ller   s ee k s   to   m ai n tai n   S o C   at  co n s tan t,  alth o u g h   th P I   co n tr o ller   d ec ay s   f a s ter   an d   th en   r ec o v er s   s lo w er .   ANFI is   ab le  to   m ai n tai n   s o m e w h at  h i g h er   S o C   th r o u g h ,   w h ic h   m ea n s   g r ea ter   ef f ic ien c y   a n d   ch ar g r ete n t io n .   FU Z Z a n d   Neu r al  lie  o n   th m id d le  g r o u n d   b et w ee n   th e s ex tr e m es  w i th   FUZZ g i v i n g   s m o o th er   tr a n s it io n   an d   Ne u r al  g i v i n g   l ittl s h ar p er   o n e.   Fig u r e   1 0   w il s h o w   th p r o f ile  o f   b atter y   an d   s u p p l y   cu r r en u n d er   th s a m co n t r o ller s .   PI  co n tr o ller   g en er ate s   h u g ab r u p cu r r en s w i n g s   w h en   r e s p o n d in g   to   ch a n g e s   in   lo ad s ,   an d   A NFI S,  Ne u r al,   an d   FUZZ g e n er ate  m o r co n tr o lled   cu r r en tr ac es.  A NFI S   is   th m o s g r ad u al  o f   t h in t ellig e n co n tr o ller s   an d   h as lo w   o v er s h o o t,  w h ic h   i m p lies   b etter   d a m p i n g   a n d   les s   elec tr ical  s tr es s .   C o m p ar is o n   o f   v o lta g o u tp u ts   is   m ad in   F ig u r 1 1 .   T h P I   c o n tr o ller   d is p lay s   h u g u n ex p ec ted   p ea k s   an d   d ip s   in d icati n g   r ed u ce d   s tab ilit y   in   v o ltag e.   C o m p ar at iv el y ,   A NFI a n d   FU Z Z h a v s m aller   an d   m o r s tab le  v o ltag b a n d   w ith   les s er   o v er s h o o t.  A NFI d e m o n s tr ates   t h m o s f a v o r ab le  d am p i n g   an d   f le x ib ilit y   an d   o f f er s   b etter   co n s i s te n c y   i n   r eg u latio n   o f   v o lt ag in   t h p r o ce s s   o f   ch a n g es.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.