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Portanto diferenças na casa dos 2v, o que é apreciável.

Se utilizou os valores corretos para as resistencias R9 e R10, e dentro da tolerância especificada, é impossível obter um erro de 2V. Os valores apresentados podem ter (e têm) algum erro (decimas de Volt), mas nunca dessa magnitude.
Faça um teste, lige a unidade TX e o terminal +Bat a uma fonte estável de 12V e veja a leitura que obtem.
Não se esqueça que o valor apresentado como a tensão em +Bat é uma amostragem feita a cada 90 segundos, não uma leitura constante, além disso se está a basear-se no valor mostrado no Cumulus a coisa pode ser pior ainda, pois essa informação é actualizada com uma frequência ainda menor. Faça duplo click no botão de pressão e veja o que tem no ecran System Info.

Por outro lado, se de facto o processo é como imagino entender, 9+5=14v. O que é que sucede quando a bateria é sujeita a voltagens superiores (por ex. de equalização)?

O processo não é o que descreve.
O terminal +Bat aceita com segurança tensões até 19V.

O meu Arduino, a julgar pelo que meço na porta EXP (pins 5V e GND), parece crer que 4,2 volts são 5v

Esta a medir isto com a unidade TX alimentada a partir de 12V?
Se sim, tenho muitas duvidas que a linha 5V esteja com um valor de voltagem tão baixo.

Não estará a confiar demais na precisão ou nas capacidades do voltimetro que utiliza?

Já agora, não chegou a confirmar se ficou resolvida a questão que colocou num outro topico sobre os valores da pluviosidade antes do primeiro "meteorological day roll over".