Monitor de batería para sistema eléctrico de furgoneta camper

Como uno de mis primeros proyectos de bricolaje, voy a construir un monitor de batería para el sistema de batería/solar/inversor de CC en mi autocaravana.

La furgoneta tiene baterías de plomo ácido de 440 Ah y corrientes CC de hasta 200 A al inversor, aunque las corrientes más típicas están en el rango de 0-5 A. Durante el día, el flujo de corriente de las baterías a menudo se invierte a medida que las baterías se cargan desde los paneles solares, con una corriente de carga máxima de alrededor de 10 A.

Un monitor de batería básicamente proporciona el estado de carga de la batería en todo momento. El diseño típico parece ser el conteo de culombios (es decir, la integración de la corriente a lo largo del tiempo), combinado con un poco de matemáticas para ajustar aproximadamente el efecto peukert . Los monitores generalmente intentarán "ponerse a cero" cuando detectan que la batería está completamente cargada, generalmente examinando el voltaje de la batería (idealmente en reposo) o la tasa de aceptación actual, o alguna combinación de los dos.

(Probablemente) usaré una resistencia de derivación para medir el flujo de corriente, ya sea en el terminal positivo o negativo de la batería.

Me pregunto qué tipo de circuito necesito para amplificar y medir mejor la pequeña caída de mV en la derivación. Una derivación típica de 200 A tendrá algo así como 0,25 miliohmios de resistencia, por lo que la caída de voltaje a través de la derivación será algo así como 0,1 mV para corrientes pequeñas (que aún son importantes).

Estoy planeando usar un arduino como MCU para el monitor, por lo que podría usar el ADC existente (que funciona entre 0V y R, donde R es el voltaje de referencia de escala completa y debe estar entre 2V y 5V). Así que algunas preguntas específicas:

1) ¿Qué tipo de circuito necesito para amplificar la caída de voltaje para que pueda ser procesada por el ADC de arduino? He mirado amplificadores de instrumentación, pero no estoy seguro si son la herramienta adecuada.

2) ¿Cómo puedo lidiar con el hecho de que la corriente puede funcionar en ambos sentidos? Es decir, tendré que medir las caídas positivas y negativas a lo largo de la derivación. La mayoría de los amplificadores diferenciales parecen funcionar en el caso de que V+ > V-, pero no al revés.

3) ¿Hace una gran diferencia si coloco la derivación en el lado alto o en el lado bajo? Para el diseño físico que tengo, una derivación en el lado alto puede ser más conveniente, sin embargo, eso significa una señal de unos pocos mV (o menos) en un voltaje de modo común de ~ 12 voltios. ¿Eso hace las cosas más difíciles? No puedo decir si CMRR, etc. incluso se aplicaría aquí (y pregunté un poco al respecto aquí ).

4) La corriente CC puede ser tan alta como 200 A (p. ej., cuando estoy usando el calentador), pero las corrientes típicas son mucho más pequeñas. Quiero tener una resolución de al menos 0.1A para las corrientes bajas, y más es mejor. 200A a escala completa con una resolución de 0.1A implica un DAC de 11 bits, al menos, pero el DAC de arduino tiene solo 10 bits. Estoy interesado en una solución de doble rango en la que amplifico la señal con dos ganancias diferentes: una que proporciona una escala completa a 200 A y la otra a, digamos, 10 A, y las introduzco en entradas ADC separadas. Cuando la corriente está por debajo de 10A, puedo usar la resolución mucho más fina que obtengo de la entrada de 10A. ¿Es factible? El principal problema que veo es que no sé cómo "tapar" la entrada de 10A para que no ponga un voltaje dañino en el ADC cuando las corrientes son superiores a 10A.

5) Estoy bien con los chips listos para usar que harán mucho de lo anterior (hasta e incluyendo la etapa ADC) y luego el adruino puede hacer la integración y la lógica de la interfaz de usuario, pero no he encontrado nada adecuado. . Alguien sabe de algo?

Mirando hacia atrás en esta pregunta, me doy cuenta de que podrían ser cinco preguntas separadas, al menos, pero al principio del diseño, todas están relacionadas. Si alguno de los temas es lo suficientemente grande, los dividiré.