基于模型的設(shè)計(jì)有助于促進(jìn)BMS嵌入式軟件開發(fā)

由于電池的非線性特性和內(nèi)部環(huán)境評(píng)估，估算電池荷電狀態(tài)（SoC）既困難又復(fù)雜。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和恩智浦的基于模型的設(shè)計(jì)工具箱（MBDT）有助于簡化估算電池SoC算法的開發(fā)。

現(xiàn)代電池管理系統(tǒng)（BMS）確保電池組在電動(dòng)汽車、電源、智能手機(jī)、MP3播放器和大多數(shù)電池驅(qū)動(dòng)設(shè)備的各種解決方案中安全高效地運(yùn)行。計(jì)算電池的荷電狀態(tài)（SoC）是現(xiàn)代電池管理系統(tǒng)最關(guān)鍵的一個(gè)功能，該系統(tǒng)評(píng)估電池荷電狀態(tài)，就像手機(jī)中顯示的電池百分比一樣。準(zhǔn)確估算SoC可保護(hù)電池，防止放電/過充電并提高其壽命；它還允許解決方案執(zhí)行節(jié)能控制策略。

傳統(tǒng)上，工程師需要建立一個(gè)非常精確的電池模型才能得到合理的估算，但這往往很難描述。這個(gè)問題促使人們尋找一種替代方案，人工智能在其中發(fā)揮了作用。電池電源管理開發(fā)人員開始使用自適應(yīng)系統(tǒng)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（相當(dāng)簡單的網(wǎng)絡(luò)），來創(chuàng)建電池的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型，并評(píng)估電壓、電流和環(huán)境溫度的歷史記錄，使用這些模型來獲得非常準(zhǔn)確的SoC估算。

基于模型的救援

估算電池SoC具有挑戰(zhàn)性和復(fù)雜性，因?yàn)殡姵嘏渲檬欠蔷€性的（很難正確建模），而且內(nèi)部環(huán)境很難評(píng)估（類比實(shí)驗(yàn)室條件和現(xiàn)實(shí)世界條件），因此增加了電池的不穩(wěn)定性。基于模型的算法是目前估算鋰離子電池SoC研究最多的技術(shù)。工程師們在基于模型的研究中發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)和部署穩(wěn)健解決方案的范式發(fā)生了變化?；谀Ｐ偷脑O(shè)計(jì)（MBD）意味著將實(shí)現(xiàn)特定功能的圖形元素放在一起，以設(shè)計(jì)應(yīng)用。使用MBD構(gòu)建解決方案相對(duì)簡單，應(yīng)用邏輯圖被轉(zhuǎn)錄到基于模型的軟件環(huán)境中，可實(shí)現(xiàn)控制算法。

在基于模型的軟件環(huán)境（MathWorks®提供的Simulink®）上，通過攝像頭輸入及其轉(zhuǎn)換算法控制汽車的示例圖

在這些MBD環(huán)境中開發(fā)應(yīng)用有助于實(shí)現(xiàn)以下功能：

模擬：在與硬件交互之前驗(yàn)證算法可以節(jié)省時(shí)間和金錢

自動(dòng)生成代碼：避免許多手寫代碼問題，同時(shí)提高設(shè)計(jì)穩(wěn)定性/誤差穩(wěn)健性

重用：一旦模型準(zhǔn)備就緒并經(jīng)過徹底測試，就可以在任何其他模型中重用該功能

聚焦應(yīng)用本身：查看表示應(yīng)用（算法、邏輯…）的圖表，而不是研究大量代碼行，搜索嵌入的注釋以理解其含義——不糾纏于次要細(xì)節(jié)，而是以應(yīng)用/模型為中心

使用MBD觀點(diǎn)有助于彌補(bǔ)現(xiàn)代應(yīng)用日益增加的復(fù)雜性。它還利用了嵌入式設(shè)計(jì)開發(fā)中常用的軟件抽象層（硬件優(yōu)化的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，加上實(shí)現(xiàn)特定功能的中間件和庫），同時(shí)增強(qiáng)了驅(qū)動(dòng)程序的代碼優(yōu)化和可重用性。

典型的開發(fā)工作流程是編寫（C代碼）應(yīng)用算法，并將其與特定硬件函數(shù)調(diào)用集成，與之相比，代碼是在MBD開發(fā)中從模型自動(dòng)生成的。此外，它還可以與必要的硬件專用軟件配合使用，將編程轉(zhuǎn)換為模塊參數(shù)配置。

MATLAB和基于模型的設(shè)計(jì)工具箱

此外，我們提供?S32 Design Studio IDE，在該IDE中，通過構(gòu)建、調(diào)試和配置嵌入式工具執(zhí)行編程（允許以圖形化方式設(shè)置和初始化設(shè)計(jì)中使用的驅(qū)動(dòng)程序、中間件和庫）。除了經(jīng)典的調(diào)試器選項(xiàng)外，我們還提供FreeMASTER，這是恩智浦的數(shù)據(jù)可視化工具，支持實(shí)時(shí)應(yīng)用調(diào)試，可驗(yàn)證系統(tǒng)行為是否具有強(qiáng)制性能。FreeMASTER的功能包括寫入和讀取變量、內(nèi)存位置以及監(jiān)控嵌入式目標(biāo)上的所需信號(hào)等選項(xiàng)。

模型在環(huán)（MiL）

MBD應(yīng)用可以在Simulink生態(tài)體系中使用其模擬功能進(jìn)行驗(yàn)證，而測試和驗(yàn)證可以從需求定義階段開始執(zhí)行，也可以設(shè)計(jì)和模擬簡單的模型來驗(yàn)證算法的高級(jí)行為。之后，人們可以在更詳細(xì)的水平上對(duì)設(shè)計(jì)的某些功能和子系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立建模、測試和模擬；還可以顯示和分析結(jié)果——所有這些都可以在支持PC的環(huán)境中檢查此想法的可行性。

軟件在環(huán)（SiL）

在模擬結(jié)果滿足所施加的系統(tǒng)行為后，可以在主機(jī)PC上生成和執(zhí)行代碼，進(jìn)行設(shè)計(jì)。SiL提供了將實(shí)現(xiàn)的邏輯轉(zhuǎn)錄成代碼的想法，應(yīng)用在目標(biāo)系統(tǒng)上運(yùn)行之前，為代碼優(yōu)化和效率改進(jìn)創(chuàng)建背景。

處理器在環(huán)（PiL）

應(yīng)用的各種模型或部分部件可以直接在目標(biāo)上進(jìn)行測試。PiL提供與所選硬件運(yùn)行開發(fā)的應(yīng)用邏輯的能力相關(guān)的信息。工程師可以比較在所有這些階段獲得的結(jié)果，支持在每個(gè)開發(fā)階段測試設(shè)計(jì)。

MCU最終應(yīng)用

MBDT簡化了從先前測試和驗(yàn)證的模塊構(gòu)建應(yīng)用，并將其部署為最終解決方案。工程師可在任何階段使用MBDT來利用其功能：數(shù)學(xué)函數(shù)模擬、代碼生成和MCU驅(qū)動(dòng)器配置與控制。

MATLAB和基于模型的設(shè)計(jì)工具箱

除了強(qiáng)大的MBDT功能和特性，我們的MBDT團(tuán)隊(duì)還提供了一個(gè)廣泛的在線工程支持網(wǎng)絡(luò)社區(qū)，其中包含代碼示例、論壇答案、快速入門指南、101個(gè)教程和更多資源，用于開始設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和部署嵌入式應(yīng)用：MBDT網(wǎng)絡(luò)社區(qū)。他們還開發(fā)了一系列在線研討會(huì)，從初級(jí)到高級(jí)，展示電機(jī)控制?（指導(dǎo)如何從頭開始構(gòu)建PMSM或BLDC應(yīng)用程序，逐步完成開發(fā)過程）或電池管理系統(tǒng)應(yīng)用（包括使用MathWorks將基于深度學(xué)習(xí)的荷電狀態(tài)估算算法部署到NXP S32K3 MCU培訓(xùn)中）

使用基于模型的設(shè)計(jì)工具箱（MBDT）可以簡化電池荷電狀態(tài)（SoC）估算算法的開發(fā)，有助于電池管理系統(tǒng)（BMS）的嵌入式軟件開發(fā)。MBDT利用軟件抽象層從SoC算法模型自動(dòng)生成代碼，輕松地將編程轉(zhuǎn)換為模塊參數(shù)配置。

電動(dòng)汽車鋰離子電池荷電狀態(tài)（SoC）估算的當(dāng)前趨勢

各種電流模式下基于模型的電荷狀態(tài)估算算法

作者：

Irina Costachescu和Razvan Chivu

恩智浦半導(dǎo)體基于模型的設(shè)計(jì)工具箱（MBDT）團(tuán)隊(duì)

Irina是基于模型的設(shè)計(jì)工具箱（MBDT）團(tuán)隊(duì)的軟件工程師。Irina參與了從框架設(shè)計(jì)到外設(shè)支持等所有MBDT開發(fā)階段。Irina還為MBDT創(chuàng)設(shè)了相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)、視頻和培訓(xùn)課程。Irina擁有羅馬尼亞布加勒斯特理工大學(xué)自動(dòng)控制和系統(tǒng)工程學(xué)士學(xué)位和復(fù)雜系統(tǒng)碩士學(xué)位。

Razvan一直在半導(dǎo)體行業(yè)工作，其工作重點(diǎn)是汽車工具。他目前是羅馬尼亞布加勒斯特基于模型的設(shè)計(jì)工具箱（MBDT）團(tuán)隊(duì)的工程經(jīng)理。Razvan擁有布加勒斯特理工大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)士學(xué)位和工程碩士學(xué)位。