电量计 -- BatterySimerKit DFCC仿真环境架构

电量计
,

概述

BatterySimerKit2.0 是一套 PC 端电量计仿真环境，用于 77561 系列燃料计芯片的 DFCC（Dynamic Fuel Gauge Compensation）离线调参和算法验证。

为什么需要仿真环境：

(1) 离线调参：无需反复烧录固件，直接在 PC 上修改 DFCC 表和参数，快速迭代
(2) 对比验证：将仿真输出（simer）与芯片实际输出（cobra）和循环仪期望值（cycle）三条曲线对比，量化误差
(3) 算法一致性：仿真环境使用与固件完全相同的 C 算法库，确保仿真结果可信

三层架构：

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┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│  C# WinForms GUI (BatterySimer)                         │
│  - SharpGL 绘图引擎                                      │
│  - 参数/表格编辑对话框                                    │
│  - COBRA日志加载 & 循环仪数据加载                         │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│  C DLL (SOCLib77561.dll)          ← P/Invoke 调用       │
│  - 电量计核心算法 (lib_fg)                               │
│  - COBRA日志解析 (main.c)                                │
│  - 查找表: OCV, RC, DFCC, Temperature                   │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│  Python 工具 (auto_update_table.py)                     │
│  - OCV/RC 表自动同步 (TableMaker → table.c)             │
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工程目录结构

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BatterySimerKit2.0/
├── BatterySimer.sln              # VS解决方案（含两个项目）
├── SOCLib77561/                   # C DLL - 电量计算法库
│   ├── lib/                      # 核心FG算法
│   │   ├── lib_fg.h              #   API定义、数据结构
│   │   ├── lib_fg.c              #   算法实现
│   │   └── lib_pg.c             #   Pack级多电芯管理
│   ├── user/                     # DLL接口层
│   │   ├── main.h               #   DLL导出函数声明
│   │   ├── main.c               #   COBRA解析、FG初始化、接口实现
│   │   └── parameter.c          #   电池参数（按DATA_TYPE区分）
│   ├── table/                    # 查找表数据
│   │   ├── table.h              #   DATA_TYPE宏、维度定义
│   │   ├── table.c              #   OCV/RC/DFCC表数据
│   │   └── dfcc_debug.c         #   DFCC调试打印
│   ├── ckf/                      # 卡尔曼滤波模块
│   └── vnn/                      # 神经网络SOC估算模块
├── BatterySimer/                  # C# WinForms GUI
│   ├── Form1.cs                  # 主界面、DllImport、仿真循环、绘图
│   ├── FormModifyOCV.cs          # OCV表编辑
│   ├── FormModifyRC.cs           # RC表编辑
│   └── FormModifyParameters.cs   # 参数编辑
└── auto_update_table.py           # Python表同步工具

仿真输入数据详解

COBRA CSV 日志格式

COBRA 工具通过 I2C/SBS 总线实时采集电量计芯片的寄存器数据，导出为 CSV 格式。日志包含 28 列：

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enum CobraHeader {
    Time_Enum = 0,
    BatteryMode_Enum,
    BatteryVolt_Enum,
    CellMV01_Enum,        // 电芯1电压 (mV)
    CellMV02_Enum,        // 电芯2电压 (mV)
    CellVoltMV01_Enum,    // 兼容列名
    CellVoltMV02_Enum,
    BatteryCurr_Enum,     // 电池电流 (mA)
    AvgCurr_Enum,
    OrigCurr_Enum,
    ETHM_Enum,            // 外部温度 (°C)
    ITHM_Enum,            // 内部温度
    RSOC_Enum,            // 芯片输出SOC (%)
    RC_Enum,              // 剩余容量 (mAh)
    RCA_Enum,
    CCMAH_Enum,           // 库仑计累计 (mAh)
    RSOC1_Enum,
    RC1_Enum,
    CCmAhr_Enum,
    GGMEM0_Enum ~ GGMEM6_Enum,  // 芯片内部状态 (hex)
    CycleCount_Enum,
    SOH_Enum,
};

输入字段到 FG_PARAM_T 的映射

DLL 的 soc_process_77561() 函数逐行解析 COBRA CSV，提取以下字段送入算法库：

COBRA 列 FG_PARAM_T 字段 转换逻辑
CellMV01 / CellMV02 volt_hi_mv / volt_lo_mv 比较两个电芯电压，取高/低值
BatteryCurr current_ma atoi(record) / CURR_DIV，CURR_DIV 为并联电芯数
ETHM cellthm atof(record) * 10，转为 0.1°C 单位
CCmAh delta_mah 差分计算 + slope 校正（见下文）
GGMEM2 byte[28-31] imode -1=放电, 0=空闲, 1=充电
GGMEM3 byte[0-3] delta_ms 相邻采样点时间差(s) × 1000 → ms

delta_mah 计算（库仑计差分 + slope 校正）

COBRA 日志的 CCmAh 列是芯片库仑计的累计值，仿真需要计算相邻两个采样点的差分，并用 slope 系数校正 ADC 非线性：

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// 差分计算
int diff_cc_uah = (CCmAh_now - CCmAh_last) * 1000;  // mAh → µAh

// slope 校正（补偿充放电 ADC 非线性）
if (diff_cc_uah > 0)       // 充电
    diff_uah = diff_cc_uah * 10000 / chgslope;
else if (diff_cc_uah < 0)  // 放电
    diff_uah = diff_cc_uah * 10000 / dsgslope;

// 并联电芯分流
diff_uah = diff_uah / CURR_DIV;

// 累加（保留小数部分避免截断误差）
delta_uah += diff_uah;
gg_input.delta_mah = delta_uah / 1000;   // 送入算法的 mAh 值
delta_uah = delta_uah % 1000;            // 余数留到下次累加

其中 chgslope 和 dsgslope 默认值为 10000（即无校正），实际项目中根据芯片 CADC trim 值调整。

Cycle Tester _Detail.csv 输入

循环仪（如新威、蓝电）导出的 _Detail.csv 文件提供 ground truth 数据，关键列：

列 含义
CC(mAh) 循环仪库仑计累计值
I(mA) 实测电流
U(mV) 实测电压
mode 1=充电, -1=放电, 0=静置
time 时间戳

仿真输出与三条 SOC 曲线

FG_RESULT_T 输出结构

每次调用 fg_update() 后，算法库返回以下结果：

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typedef struct {
    signed int   rsoc;    // 相对电量百分比 (0-10000 表示 0-100.00%)
    signed int   fcc;     // 满充容量 (mAh)
    signed int   rc;      // 剩余容量 (mAh)
    unsigned int dsgcap;  // 累计放电量 (mAh)
    unsigned int chgcap;  // 累计充电量 (mAh)
    unsigned int status;  // 状态标志位 (32-bit)
    signed int   soh;     // 健康度 (10000 = 100%)
    unsigned int tte;     // 预估剩余时间 (min)
} FG_RESULT_T;

三条 SOC 曲线

BatterySimer GUI 同时显示三条 SOC 曲线，用于对比分析：

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d2f.yy[0] = cycle SOC   (期望值/ground truth)
d2f.yy[1] = cobra SOC   (芯片实际输出)
d2f.yy[2] = simer SOC   (仿真输出)
d2f.yy[3] = |cycle - cobra|   (芯片误差)
d2f.yy[4] = |cycle - simer|   (仿真误差)
d2f.yy[5] = |cobra - simer|   (一致性误差)
d2f.yy[6] = SOH

cycle（期望值 / ground truth）

来源：循环仪 _Detail.csv 的库仑计数据。

计算公式：

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SOC = (cc_mah - cycle_min_cc) / (cycle_max_cc - cycle_min_cc) × 100

其中：

  • cycle_min_cc：该放电段起点的 CC 值
  • cycle_max_cc：电压降到 EOD（End of Discharge，如 3200mV）时的 CC 值

关键理解：cycle SOC 是基于实际放出容量的线性归一化，不是电压线性插值。 循环仪精确测量了电池从满电到 EOD 实际放出的总容量，以此为基准将每个时刻的已放容量映射到 0-100%。

cobra（芯片实际输出）

来源：COBRA 日志的 RSOC 列，直接读取芯片寄存器值。

这是芯片内部 FG 算法的实时输出，反映固件在真实硬件上的运行结果。

simer（仿真输出）

来源：DLL soc_process_77561() 返回的 rsoc 字段。

使用与固件相同的 C 算法库，输入相同的电压/电流/温度数据，在 PC 上重新计算 SOC。

调参目标

  • cyc-sim 误差（yy[4]）全程 < 3%
  • 误差曲线在 GUI 中 ×10 放大显示，便于观察细微偏差

SOCLib77561 DLL 层

DLL 导出接口

main.h 声明了所有 DLL 导出函数，供 C# GUI 通过 P/Invoke 调用：

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// 初始化与处理
__declspec(dllexport) char* soc_init_77561(char* line);      // 用COBRA首行初始化
__declspec(dllexport) char* soc_process_77561(char* line);   // 逐行处理，返回结果

// OCV 表读写
__declspec(dllexport) char* get_ocv_table_77561(int index);
__declspec(dllexport) void  set_ocv_table_77561(int index, int x, int y);

// RC 表读写（三维）
__declspec(dllexport) char* get_rc_table_77561(int index1, int index2);
__declspec(dllexport) void  set_rc_table_77561(int index1, int index2, int x);

// RC 轴数据
__declspec(dllexport) char* get_x_table_77561(int index);    // 电压轴
__declspec(dllexport) char* get_y_table_77561(int index);    // 电流轴
__declspec(dllexport) char* get_z_table_77561(int index);    // 温度轴

// 温度表
__declspec(dllexport) char* get_temp_table_77561(int index);
__declspec(dllexport) void  set_temp_table_77561(int index, int x, int y);

// 参数管理
__declspec(dllexport) char* get_parameters_77561();
__declspec(dllexport) void  set_parameters_77561(char* line);

// DFCC 相关
__declspec(dllexport) char* get_dfcc_ratio_77561();
__declspec(dllexport) void  set_dfcc_ratio_77561(int v1, int v2, int v3, int v4, int v5, int v6, int v7);

// COBRA 列头解析
__declspec(dllexport) void  set_cobratable_header_77561(char* line, int logformat);

// FCC 初始值
__declspec(dllexport) char* get_init_fcc_77561();
__declspec(dllexport) void  set_init_fcc_77561(int value1, int value2);

FG 库初始化流程

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soc_init_77561(first_line)
    │
    ├── 解析 GGMEM0-6 → 恢复芯片内部状态
    ├── fg_setup(ram, devlst, num) → 分配句柄
    ├── fg_init(handle, cfg, lut, seo) → 绑定配置和查找表
    │       ├── cfg: FG_CONFIG_T (dsncap, eocmv, eodmv, sysim...)
    │       ├── lut: FG_LUT_T (OCV表, RC表, DFCC表, 温度表)
    │       └── seo: FG_AUTO_SEO_T (自学习参数)
    └── soc_sync_status_77561() → 同步初始SOC状态

FG_PARAM_T 输入结构

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typedef struct {
    signed int delta_ms;     // 调用间隔 (ms)
    signed int imode;        // 电池状态: -1放电, 0空闲, 1充电
    signed int current_ma;   // 电流 (mA)
    signed int cellthm;      // 电芯温度 (0.1°C)
    signed int delta_mah;    // 库仑计增量 (mAh)
    signed int volt_hi_mv;   // 最高电芯电压 (mV)
    signed int volt_lo_mv;   // 最低电芯电压 (mV)
    signed int chgr_state;   // 充电器状态: 0无, 1接入, -1断开, 3满充
} FG_PARAM_T;

DFCC 表结构

三维查找表定义

DFCC 是一个三维查找表，用于在不同工况下补偿 RC（剩余容量）估算的偏差：

轴 含义 默认维度 单位
X 轴 SOC 区间 DFCC_X = 11 %
Y 轴 电流区间 DFCC_Y = 2~4（按项目） mA
Z 轴 温度区间 DFCC_Z = 4 0.1°C

存储格式：short DFCC_table[DFCC_Y * DFCC_Z][DFCC_X]

维度由 DATA_TYPE 宏控制

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// table.h 中按项目定义不同维度
#if (DATA_TYPE == 1027)
    #define DFCC_Y  1   // 电流区间：1档
    #define DFCC_Z  4   // 温度区间：4档
#elif (DATA_TYPE == 1028)
    #define DFCC_Y  2   // 电流区间：2档
    #define DFCC_Z  4   // 温度区间：4档
#endif

#ifndef DFCC_X
    #define DFCC_X  11  // SOC区间：固定11档
#endif

DFCC 补偿原理

DFCC 表中的值为权重百分比：

  • 值 = 100：无补偿（RC 估算准确）
  • 值 > 100：实际容量比 RC 表估算值大，需上调
  • 值 < 100：实际容量比 RC 表估算值小，需下调

算法在放电过程中，根据当前 SOC、电流、温度三个维度查 DFCC 表，得到补偿系数，修正 RC 表的输出值。

DLL 访问接口

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// 读取 DFCC 轴数据
__declspec(dllexport) short get_dfcc_xdata_77561(int index);  // SOC 断点
__declspec(dllexport) short get_dfcc_ydata_77561(int index);  // 电流断点
__declspec(dllexport) short get_dfcc_zdata_77561(int index);  // 温度断点

// 读写 DFCC 表值
__declspec(dllexport) short get_dfcc_table_77561(int index1, int index2);
__declspec(dllexport) void  set_dfcc_table_77561(int index1, int index2, short value);

C# GUI 层（BatterySimer）

P/Invoke 调用模式

C# 通过 DllImport 调用 C DLL，所有字符串返回值使用 IntPtr + Marshal.PtrToStringAnsi() 模式：

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[DllImport(@"SOCLib77561.dll", CharSet = CharSet.Ansi, CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
public static extern IntPtr soc_init_77561(string line);

[DllImport(@"SOCLib77561.dll", CharSet = CharSet.Ansi, CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
public static extern IntPtr soc_process_77561(string line);

// 调用示例
IntPtr ptr = soc_process_77561(csv_line);
string result = Marshal.PtrToStringAnsi(ptr);  // "rsoc,fcc,rc,dsgcap,chgcap,status,soh,tte"

仿真主循环

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// 1. 初始化：用COBRA日志第一行数据初始化FG库
soc_init_77561(lines[1]);

// 2. 逐行处理
for (int i = 2; i < lines.Length; i++)
{
    IntPtr ptr = soc_process_77561(lines[i]);
    string result = Marshal.PtrToStringAnsi(ptr);
    // 解析结果: rsoc, fcc, rc, dsgcap, chgcap, status, soh, tte
    // 存入 d2f.yy[2] (simer SOC)
}

SharpGL 绘图数据结构

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struct d2f {
    public float xx;            // X轴：数据点索引
    public List<float> yy;      // Y轴数组：
    // yy[0] = cycle SOC (期望值)
    // yy[1] = cobra SOC (芯片输出)
    // yy[2] = simer SOC (仿真输出)
    // yy[3] = |cycle - cobra| × 10
    // yy[4] = |cycle - simer| × 10
    // yy[5] = |cobra - simer| × 10
    // yy[6] = SOH
}

GUI 支持：

  • 各曲线独立显示/隐藏
  • 鼠标缩放和平移
  • 实时数据 tooltip
  • OCV/RC/DFCC/温度表的可视化编辑

端到端数据流

从电池测试到 DFCC 调参完成的完整链路：

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(1) 电池循环测试
    循环仪按指定温度/电流执行充放电
    输出: _Detail.csv (CC, I, U, mode, time)

(2) COBRA 实时采集
    COBRA工具通过I2C读取芯片寄存器
    输出: COBRA_xxx.csv (28列, 含GGMEM状态)

(3) BatterySimer 加载数据
    ├── 加载 COBRA CSV → 解析列头 → set_cobratable_header_77561()
    └── 自动关联 _Detail.csv → 计算 cycle SOC

(4) DLL 仿真处理
    soc_init_77561(line[1])  → 初始化FG库
    for each line:
        soc_process_77561(line[i]) → fg_update() → 返回 rsoc/fcc/rc/soh

(5) 三曲线对比
    cycle SOC vs cobra SOC vs simer SOC
    误差曲线: cyc-sim 是否 < 3%?

(6) DFCC 调整
    ├── 误差大 → 修改 DFCC 表值 → 重新仿真
    └── 误差小 → 调参完成 → 同步到固件

关键点：步骤 (4)-(6) 可以反复迭代，无需重新测试电池，这就是仿真环境的核心价值。

Python 自动化工具

auto_update_table.py 用于将 TableMaker 生成的 OCV/RC 数据自动同步到仿真代码：

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# 使用示例
# BatterySimerKit2.0> python auto_update_table.py
# 请输入 table.c 中待替换区域的 DATA_TYPE 值: 1024
# 请输入 table.c 文件的路径: .\SOCLib77561\table\table.c
# 请输入 OCV.txt 文件的路径: .\OCV_PS_805769_5140mAhr_4400mV_3000mV_V007.txt
# 请输入 RC.txt 文件的路径: .\RC_PS_805769_5140mAhr_4400mV_3000mV_V002.txt

工具流程：
(1) 解析 OCV.txt → 提取 65 个 (电压, SOC) 数据点
(2) 解析 RC.txt → 提取三维数据（X轴 80点, Y轴 5点, Z轴 5点）
(3) 用正则表达式定位 table.c 中对应 DATA_TYPE 的代码块
(4) 替换 OCV 和 RC 数组数据

注意事项：

  • 此脚本不更新 DFCC 表，DFCC 需要根据客户定义的温度/电流测试条件手动配置 table.h 的 DFCC_Y/DFCC_Z 维度
  • 更新后需人工确认 table.c 是否与 FW PRJ 一致
  • parameter.c 的电池参数需手动与固件同步

多项目支持与仿真-固件关系

DATA_TYPE 系统

单代码库通过 DATA_TYPE 宏支持 20+ 不同电池项目，每个项目定义独立的：

配置项 说明 示例
XAxis / YAxis / ZAxis RC 表维度 80 / 5 / 5
DFCC_Y / DFCC_Z DFCC 表维度 2 / 4
CURR_DIV 并联电芯数（电流分流比） 1（单芯）或 6（6并）
dsncap 设计容量 (mAh) 5000
eocmv / eodmv 满充/截止电压 (mV) 4400 / 3200

切换项目只需修改 table.h 中的 #define DATA_TYPE 值，重新编译 DLL 即可。

仿真与固件的一致性要求

仿真结果可信的前提是算法代码与固件完全一致：

(1) lib_fg.c 必须与固件版本相同（用 WinMerge 对比确认）
(2) table.c / table.h 的 OCV、RC、DFCC 数据必须与固件 PRJ 匹配
(3) parameter.c 的电池参数（dsncap, eocmv, eodmv, sysim, slope）必须与固件一致

如果 cobra 曲线与 simer 曲线存在系统性偏差（而非局部 DFCC 误差），通常说明算法代码或参数不同步，需要先排查一致性问题再进行 DFCC 调参。