Spannungs- und Strommessung der Batterie Single-Ended oder Differential?

Ich versuche, den Strom und die Spannung der Batterie für ein Lade- / Überwachungsprojekt der Batterie zu messen. Ich habe alles über Stromerfassung gelesen (einschließlich High-Side- und Low-Side-Erfassung). Und ich habe mich entschieden, Shunt-Widerstände für die Strommessung zu verwenden, da diese im Vergleich zu anderen Strommessgeräten genau sind. Mein Akku wäre ein Li-Ion-Akku, und die maximale Nennleistung dieses Akkustands wäre (4,3 V, 40 A).

Ich bin jedoch verwirrt darüber, wie man die Spannung und den Strom mit einem ADC misst, dh ob er einzeln oder differentiell gemessen werden soll. Eine sehr grobe Skizze meiner Schaltung ist unten angegeben. (Dieser ADC würde mit einem Mikrocontroller verbunden sein)

Die Batterie ist zum Laden an einen Abwärtswandler angeschlossen. Und und ADC kann auch gesehen werden.

( Bitte beachten Sie, dass meine Skizzen möglicherweise nicht genau sind, aber ich meine alles, was ich hier und in den Diagrammen geschrieben habe. )

Was ich denke ist, dass, wenn ich versuche, die Spannung und den Strom meiner Batterie auf diese Weise zu messen (siehe Abbildung unten), meine Spannung differenziell wäre (da der Minuspol der Batterie nicht direkt geerdet ist, liegt dazwischen ein Shunt), also i müssen es einem Differenzeingang ADC zuführen, während der Strom einzeln gemessen werden soll, da ein Schenkel des Shunts geerdet ist.

Und wenn ich versuche, die Spannung und den Strom meiner Batterie auf diese Weise zu messen (siehe Abbildung unten), wird meine Spannung einzeln beendet (da der Minuspol der Batterie direkt geerdet ist) und meine Strommessung muss differenziell durchgeführt werden ( da mein Shunt zwischen meiner Versorgung und der Batterie liegt).

Jetzt bin ich kein Experte für ADCs, aber soweit ich über sie (auch ihre Datenblätter) gelesen habe, können wir einen ADC, der sowohl Single- als auch Differential-End-Eingänge hat, als Single-Ended-Input-ADC verwenden ODER verwenden es als Differentialend-Eingangs-ADC. Das heißt, wir können es nicht gleichzeitig als Einzel- und Differenzeingang verwenden.

Was mich zu meiner Frage bringt. Was könnte eine Lösung dafür sein? Soll ich 2 verschiedene ADCs verwenden, einen für Single-Ended-Eingänge und einen für Differential-Ended-Eingänge? Oder kann ich sowohl den Strom als auch die Spannung unterschiedlich messen und beide einem einzelnen ADC zuführen, der als ADC mit differentiellem Ende konfiguriert ist? PS Ich freue mich nicht darauf, ein einzelnes bis differentiell endendes AMP zu verwenden, da ich diese Größen mit möglichst hoher Genauigkeit messen soll, und die Einführung eines solchen AMP würde die Messgenauigkeit meines Systems verringern.

Es bleibt also die Frage, ob ich beide Größen unterschiedlich messen kann. wie in der Abbildung unten angegeben, die nur die Spannungsmessanschlüsse an den Eingang '+' und '-' eines ADC mit differentiellem Ende speist. Da der Minuspol der Batterie in diesem Fall auf Massepotential liegt, kann sie dann dem '-' Anschluss eines ADC mit Differenzeingang zugeführt werden? (Da ich nicht viel Wissen auf dem Gebiet der Elektronik habe, weiß ich nicht, ob es möglich wäre oder nicht, oder was ich hier frage, ist total dumm)

Ihre hilfreichen Kommentare wären sehr dankbar,

Vielen Dank.

Vielen Dank.

... soweit ich über sie gelesen habe (auch ihre Datenblätter), wenn ein ADC sowohl Single- als auch Differential-End-Eingänge hat, können wir ihn als Single-Ended-Eingangs-ADC verwenden ODER wir können ihn als Differential-Ended-Input-ADC verwenden . Das heißt, wir können es nicht gleichzeitig als Einzel- und Differenzeingang verwenden.

Das ist nicht immer wahr. Zum Beispiel habe ich ADS1015 kürzlich bei einigen Projekten verwendet. Auf diesem Chip haben Sie bei jedem Wechsel des zu lesenden Kanals die Möglichkeit, zwischen Single-Ended- und Differentialmessung umzuschalten. (Dies ist keine Bestätigung dieses Chips für Ihr Projekt. Nur ein Beispiel für einen Chip, der nicht die Einschränkung aufweist, die Sie für universell hielten.)

Selbst wenn Sie ein Gerät hatten, das für alle Kanäle gleichzeitig als Single-Ended oder Differential konfiguriert werden musste, hindert Sie nichts daran, Masse als einen der Eingänge für einen Differentialkanal zu verwenden. Sie können es also einfach als Differential konfigurieren und mit Ihrem Design fortfahren. Das einzige, was Sie verlieren würden, ist die Möglichkeit, den 4. Eingangspin für einen anderen Zweck zu verwenden.

Eine weitere Option: Wenn Sie eine externe Signalkonditionierung verwenden möchten, können Sie in der Signalaufbereitungsschaltung eine Differenzial-Single-Ended-Wandlung durchführen, und Ihr ADC wird nie erfahren, dass die Signale alles andere als Single-Ended sind. Dies macht die in Ihren Diagrammen gezeigten Verstärker im Wesentlichen zu externen Geräten und nicht zu internen ADC-Chips (und fügt ihren Rückkopplungsnetzwerken einige Filter hinzu, um das Rauschen zu reduzieren).

Ich denke, alle Ihre vorgeschlagenen Lösungen sind mögliche gute Lösungen.

Bei richtiger Implementierung ist es meiner Meinung nach nicht so wichtig, ob Sie sich für eine vollständige Differential- oder teilweise Single-Ended-Lösung entscheiden. Im Allgemeinen sind Differentialschaltungen jedoch weniger empfindlich gegenüber externen Störungen.

Stellen Sie sicher, dass die (Differenz-) Verstärker die richtige Spannungsverstärkung haben, damit Sie den gesamten Bereich des ADC nutzen können.

Ein weiteres potenzielles Problem, da Sie einen Schaltwandler verwenden, treten Schaltgeräusche bei gemessenem Strom und gemessener Spannung auf. Die Verwendung eines Tiefpassfilters zwischen dem Shunt-Widerstand / der Batterie und dem Verstärkereingang kann ausreichen, um dieses Rauschen ausreichend zu unterdrücken. Eine Mittelung der vom ADC gemessenen Werte kann ebenfalls hilfreich sein und die Genauigkeit verbessern.

Und ein großes Lob für Ihre Hausaufgaben und Sie kennen bereits viel mehr als viele Antwortsuchende in diesem Forum! :-)

Welchen Wert verwenden Sie für einen Messwiderstand? Viele 4,3-V-LiIon-Ladegeräte / Monitore verwenden 10 mOhm. Bei 40 A würden Sie 400 mV erzeugen und 10 mOhm * (40 A) ^ 2 = 16 W verbrennen. Scheint ziemlich verschwenderisch zu sein, ganz zu schweigen davon, dass es teuer sein wird, einen Präzisionswiderstand bei dieser Bewertung zu bezahlen.

Holen Sie sich einen Widerstand, der so klein ist, dass die Spannung über ihm vernachlässigbar ist. Dann können Sie sowohl die Batteriespannung als auch den Strom einseitig messen.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Sie können den Abfall am Messwiderstand auch mit VBAT '= VBAT - IBAT * RSNS kalibrieren.