Medição de tensão e corrente da bateria Simples ou diferencial?

Estou tentando medir a corrente e a tensão da bateria para um projeto de monitoramento / carregamento da bateria. Eu li tudo sobre a detecção de corrente (incluindo detecção do lado alto e do lado baixo). E eu decidi usar resistores Shunt para medição de corrente, pois são precisos em comparação com outros dispositivos de medição de corrente. Minha bateria seria uma bateria de íon de lítio e a classificação máxima desse suporte de bateria seria (4,3V, 40A).

No entanto, estou confuso sobre como medir a tensão e a corrente usando um ADC, ou seja, se ele deve ser medido individualmente ou diferencialmente. Um esboço muito aproximado do meu circuito é dado abaixo. (Esse ADC seria conectado com um microcontrolador)

A bateria pode ser vista conectada a um conversor buck para fins de carregamento. E ADC também pode ser visto.

( Observe que meus esboços podem não ser precisos, mas quero dizer tudo o que escrevi aqui e nos diagramas )

O que eu acho é que, se eu tentar medir a tensão e a corrente da minha bateria dessa maneira (mostrada na imagem abaixo), minha tensão será diferencial (já que o terminal negativo da bateria não está diretamente aterrado, há uma derivação no meio), então eu precisa alimentá-lo com uma entrada diferencial ADC, enquanto a corrente deve ser medida individualmente, pois uma perna da derivação é aterrada.

E se eu tentar medir a tensão e a corrente da minha bateria dessa maneira (mostrada na imagem abaixo), minha tensão será de um único ponto (já que o terminal negativo da bateria está diretamente aterrado) e minha medição de corrente deverá ser feita de maneira diferente ( pois minha derivação é colocada entre meu suprimento e a bateria).

Agora, eu não sou especialista em ADCs, mas tanto quanto li sobre eles (também suas folhas de dados), se um ADC tiver entradas simples e diferenciais, podemos usá-lo como uma entrada simples ADC OU podemos usar como um diferencial final ADC de entrada. O que significa que não podemos usá-lo como entrada única e diferencial ao mesmo tempo.

O que me leva à minha pergunta. O que poderia ser uma solução para isso? Devo usar 2 ADCs diferentes, um para entrada de extremidade única e outro para entrada de extremidade diferencial? Ou posso medir a corrente e a tensão diferencialmente e alimentá-las em um único ADC configurado como um ADC de entrada com diferencial? PS: Não estou ansioso para usar um AMP com diferencial único, pois devo medir essas quantidades com a maior precisão possível, e a introdução desse AMP diminuiria a precisão de medição do meu sistema.

Portanto, deixa-se a questão: se posso medir as duas quantidades de maneira diferente? como mostrado na figura abaixo, que está apenas alimentando as conexões de medição de tensão nas entradas '+' e '-' de uma entrada com extremidade diferencial ADC. Como o terminal negativo da bateria, nesse caso, teria potencial de terra, ele pode ser alimentado ao terminal '-' de uma entrada diferencial ADC? (Como não tenho muito conhecimento no campo da eletrônica, não sei se seria possível ou não, ou o que estou perguntando aqui é totalmente estúpido)

Seus comentários espertos seriam realmente apreciados,

Obrigado.

Obrigado.

... até onde eu li sobre eles (também suas folhas de dados), se um ADC tiver entradas simples e diferenciais, podemos usá-lo como uma entrada simples ADC OU podemos usá-lo como uma entrada diferencial ADC . O que significa que não podemos usá-lo como entrada única e diferencial ao mesmo tempo.

Isto não é sempre verdade. Por exemplo, eu usei o ADS1015 em alguns projetos recentemente. Nesse chip, sempre que você alterna o canal que está sendo lido, você também tem a opção de alternar entre medição de extremidade única e medição diferencial. (Este não é um endosso deste chip para o seu projeto. Apenas um exemplo de um chip que não possui a limitação que você pensava ser universal)

Além disso, mesmo se você tivesse um dispositivo que tivesse que ser configurado como diferencial único ou diferencial para todos os canais ao mesmo tempo, nada impede que você use o terra como uma das entradas para um canal diferencial. Então você pode configurá-lo como diferencial e seguir em frente com seu design. A única coisa que você perderia é a oportunidade de usar o 4º pino de entrada para algum outro propósito.

Outra opção, se você planeja usar o condicionamento de sinal externo, pode fazer a conversão de diferencial em extremidade única no circuito de condicionamento de sinal, e o seu ADC nunca saberá que os sinais são apenas uma extremidade. Isso basicamente faz com que os amplificadores mostrados em seus diagramas sejam dispositivos externos em vez de internos ao chip ADC (e adicione alguma filtragem em suas redes de feedback para reduzir o ruído).

Penso que todas as suas soluções propostas são possíveis boas soluções.

Se implementado corretamente, acho que não importa muito se você optar por uma solução completa ou parcialmente parcial. Mas, em geral, os circuitos diferenciais são menos sensíveis a distúrbios externos.

Certifique-se de que os amplificadores (diferenciais) tenham o ganho de tensão correto, de forma que você esteja usando toda a faixa do ADC.

Outro problema em potencial, como você usará um conversor de comutação, haverá ruído de comutação na corrente e tensão medidas. Usar um filtro passa-baixo entre o resistor shunt / bateria e a entrada do amplificador pode ser suficiente para suprimir esse ruído o suficiente. Algumas médias dos valores medidos no ADC também podem ajudar e melhorar a precisão.

E o kudo é para fazer sua lição de casa e você já conhece muito mais do que muitos que buscam respostas neste fórum! :-)

Que valor você está usando para um resistor sensor? Muitos carregadores / monitores de bateria de 4.3V LiIon usam 10mOhm; em 40A, você geraria 400mV e queimaria 10mOhm * (40A) ^ 2 = 16W. Parece um grande desperdício, sem mencionar que será caro pagar por um resistor de precisão nessa classificação.

Consiga um resistor pequeno o suficiente para que a voltagem seja insignificante; então você pode medir a tensão da bateria e a corrente única terminada.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Você também pode calibrar a queda no resistor sensor com VBAT '= VBAT - IBAT * RSNS.