Medición de voltaje y corriente de la batería ¿Extremo único o diferencial?

Estoy tratando de medir la corriente y el voltaje de la batería para un proyecto de carga / monitoreo de la batería. He leído todo sobre la detección actual (incluida la detección del lado alto y del lado bajo). Y he decidido usar resistencias Shunt para la medición de corriente, ya que son precisas en comparación con otros dispositivos de medición de corriente. Mi batería sería una batería de iones de litio, y la clasificación máxima de este soporte de batería sería (4.3V, 40A).

Sin embargo, estoy confundido sobre cómo medir el voltaje y la corriente usando un ADC, es decir, si debe medirse de forma individual o diferencial. Un bosquejo muy aproximado de mi circuito se da a continuación. (Este ADC estaría en interfaz con un microcontrolador)

La batería se puede ver conectada a un convertidor buck para la carga. Y también se puede ver ADC.

( Tenga en cuenta que mis bocetos pueden no ser precisos, pero me refiero a todo lo que he escrito aquí y en los diagramas )

Lo que creo es que, si trato de medir el voltaje y la corriente de mi batería de esta manera (como se muestra en la imagen a continuación), mi voltaje sería diferencial (dado que el terminal negativo de la batería no está conectado a tierra directamente, hay una derivación en el medio), así que tiene que alimentarlo a un ADC de entrada diferencial, mientras que la corriente debe medirse de manera continua, ya que una parte de la derivación está conectada a tierra.

Y si trato de medir el voltaje y la corriente de mi batería de esta manera (como se muestra en la imagen a continuación), mi voltaje estaría terminado sin interrupciones (ya que el terminal negativo de la batería está conectado a tierra directamente), y mi medición de corriente tendría que hacerse de manera diferencial ( ya que mi derivación se coloca entre mi suministro y la batería).

Ahora, no soy un experto en ADC, pero por lo que he leído sobre ellos (también sus hojas de datos), si un ADC tiene entradas finales simples y diferenciales, podemos usarlo como un ADC de entrada única O podemos usar como un diferencial de entrada terminada ADC. Lo que significa que no podemos usarlo como entrada única y diferencial al mismo tiempo.

Lo cual me lleva a mi pregunta. ¿Qué podría ser una solución para esto? ¿Debo usar 2 ADC diferentes, uno para entrada de un solo extremo y el otro para entrada de extremo diferencial? ¿O puedo medir la corriente y el voltaje diferencialmente y alimentarlos a un solo ADC configurado como un ADC de entrada con final diferencial? PD: no tengo ganas de usar un AMP de extremo único a diferencial, ya que se supone que mido estas cantidades con la mayor precisión posible, y la introducción de dicho AMP disminuiría la precisión de medición de mi sistema.

Entonces deja la pregunta, ¿si puedo medir ambas cantidades de manera diferencial? como se muestra en la imagen a continuación, que solo alimenta las conexiones de medición de voltaje a la entrada '+' y '-' de un ADC de entrada con final diferencial. Como el terminal negativo de la batería en este caso estaría en el potencial de tierra, ¿se puede alimentar al terminal '-' de un ADC de entrada diferencial? (Como no tengo mucho conocimiento en el campo de la electrónica, no sé si sería posible o no, o lo que pregunto aquí es totalmente estúpido)

Sus comentarios sinceros serían muy apreciados,

Gracias.

Gracias.

... por lo que he leído sobre ellos (también sus hojas de datos), si un ADC tiene entradas finales simples y diferenciales, podemos usarlo como un ADC de entrada única O podemos usarlo como un ADC de entrada diferencial . Lo que significa que no podemos usarlo como entrada única y diferencial al mismo tiempo.

Esto no siempre es cierto. Por ejemplo, recientemente he usado ADS1015 en un par de proyectos. En este chip, cada vez que cambia el canal que se está leyendo, también tiene la opción de cambiar entre medición diferencial y de un solo extremo. (Esto no es un respaldo de este chip para su proyecto. Solo un ejemplo de un chip que no tiene la limitación que creía que era universal)

Además, incluso si tuviera un dispositivo que tuviera que configurarse como unipolar o diferencial para todos los canales al mismo tiempo, nada le impide usar tierra como una de las entradas a un canal diferencial. Por lo tanto, puede configurarlo como diferencial y continuar con su diseño. Lo único que perdería es la oportunidad de usar el 4to pin de entrada para algún otro propósito.

Otra opción, si planea usar acondicionamiento de señal externo, puede hacer una conversión diferencial a un solo extremo en el circuito de acondicionamiento de señal, y su ADC nunca sabrá que las señales son algo más que un solo extremo. Esto esencialmente hace que los amplificadores que se muestran en sus diagramas sean dispositivos externos en lugar de internos al chip ADC (y agregue algo de filtrado en sus redes de retroalimentación para reducir el ruido).

Creo que todas sus soluciones propuestas son posibles buenas soluciones.

Si se implementa correctamente, creo que no importa mucho si optas por una solución diferencial completa o parcialmente unilateral. Pero, en general, los circuitos diferenciales son menos sensibles a las perturbaciones externas.

Asegúrese de que los amplificadores (diferenciales) tengan la ganancia de voltaje correcta de modo que esté utilizando el rango completo del ADC.

Otro problema potencial, ya que usará un convertidor de conmutación, habrá ruido de conmutación en la corriente y el voltaje medidos. El uso de un filtro de paso bajo entre la resistencia de derivación / batería y la entrada del amplificador podría ser suficiente para suprimir este ruido lo suficiente. Algunos promedios de los valores medidos del ADC también podrían ayudar y mejorar la precisión.

¡Y kudo es por hacer tu tarea y ya sabes mucho más que muchos buscadores de respuestas en este foro! :-)

¿Qué valor estás usando para una resistencia sensorial? Muchos monitores / cargadores de batería de litio de 4.3V usan 10mOhm; a 40A, generaría 400mV y quemaría 10mOhm * (40A) ^ 2 = 16W. Parece bastante derrochador, sin mencionar que será costoso pagar por una resistencia de precisión con esa clasificación.

Obtenga una resistencia lo suficientemente pequeña como para que el voltaje a través de ella sea insignificante; entonces puede medir tanto el voltaje de la batería como la corriente de un solo extremo.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

También puede calibrar la caída en la resistencia de detección con VBAT '= VBAT - IBAT * RSNS.