1. Soutenance de Projet de Fin d’étude
Projet de Fin d’Etude 2015-2016
Filière : Génie Electrique
Option : Electronique et Systèmes Embarqués
Conception et Réalisation d’un Chargeur de
Batterie au Plomb 12V pour Applications
Photovoltaïques
Effectué à:
MAScIR
Moroccan foundation for Advanced Science, Innovation and Research
Soutenu par:
Mehdi Amine LAHLOU KASSI
Devant le jury:
Pr. Hassan ERGUIG
Mr. Brahim LAKSSIR
Pr. Rachid EL GOURI
Pr. Nadia ZIAD
Soutenance de Projet de Fin d’Etudes

2. 2015-20161
PLAN
Projet de Fin d’Etude
Présentation de l’Organisme d’Accueil
A propos de MASCIR - Pôles et domaines d’application
Etude sur les Batteries au Plomb
Caractéristiques - Algorithme de charge
Description de la Solution Proposée
Principe - Architecture - Dimensionnement
Réalisation, Test et Vérification
Design - Résultats de test
Conclusion et Perspectives

3. Présentation de l’Organisme d’Accueil
A propos de MAScIR Pôles et Domaines d’application
MAScIR
Moroccan foundation for Advanced
Science, Innovation and Research
Forme Juridique
Institution publique à but non lucratif
Création
2007
Chercheur
&
Ingénieur
100
Budget
2014
93,2
M DH
Mission
Promouvoir les activités de recherche Scientifique
2015-20162Projet de Fin d’Etude

4. Présentation de l’Organisme d’Accueil
A propos de MAScIR
Pôles et Domaines d’application
Pôles
 Nanomatériaux
 Biotechnologie
 Microélectronique
2015-20163Projet de Fin d’Etude

5. o Ensemble d’accumulateurs (Pb) en série
=> tension désirée
o Courant maximal fourni de grande intensité
o Domaines d’utilisation (65% du marché) :
• l’Automobile et le ferroviaire
• Les alimentations de secours
• Photovoltaïque
Généralités:
Etude sur les Batteries au Plomb
Caractéristiques Algorithme de Charge
2015-20164Projet de Fin d’Etude

6. o Tension nominale = 2.1 V/élément
Batterie 12V => 6 éléments
o Capacité de stockage Cn = I x t (n = heures)
C10 = 100 Ah => I = 10 A
o Seuil de décharge = 1.8 V/élément
Batterie 12V => décharge à 10.8V
Spécifications techniques:
Etude sur les Batteries au Plomb
Caractéristiques Algorithme de Charge
2015-20165Projet de Fin d’Etude

7. Etude sur les Batteries au Plomb
Généralités
Algorithme de Charge
CC
CV
Floating
• Phase de floating
• I = 0 et V = Vfloat = 2.26V/élt
• Phase à courant Constant
• I = cste et V => 2.35V/élt
• Phase à tension Constante
• V = cste = 2.35V/élt et I => 0
3-Step Charging Cycle :
2015-20166Projet de Fin d’Etude

8. Description de la solution proposée
Battery Charging
& Monitoring
Circuit
LOAD
BATTERY
Schéma Synoptique :
Principe DimensionnementArchitecture
2015-20167Projet de Fin d’Etude

9. 1er cas : Puissance à l’entrée suffisamment élevée
Battery Charging
& Monitoring
Circuit
LOAD
BATTERY
Description de la solution proposée
2015-20168Projet de Fin d’Etude
Principe DimensionnementArchitecture

10. 2ème cas : Puissance moins élevée à l’entrée
Battery Charging
& Monitoring
Circuit
LOAD
BATTERY
Description de la solution proposée
2015-20169Projet de Fin d’Etude
Principe DimensionnementArchitecture

11. 3ème cas : Absence de puissance à l’entrée
Battery Charging
& Monitoring
Circuit
LOAD
BATTERY
Description de la solution proposée
2015-201610Projet de Fin d’Etude
Principe DimensionnementArchitecture

12. Architecture DimensionnementPrincipe
Composition Générale :
Battery Charging
& Monitoring
Circuit
Buck Converter
Power Adapter
&
Charge Monitor
Description de la solution proposée
2015-201611Projet de Fin d’Etude

13. Hacheur Buck
𝐷 =
𝑉𝑂𝑈𝑇
𝑉𝐼𝑁
𝐷 =
𝑉𝑂𝑈𝑇 − 𝑉𝐷
𝑉𝐼𝑁 − 𝑉𝐷
Description de la solution proposée
2015-201612Projet de Fin d’Etude
Architecture DimensionnementPrincipe
Hacheur Buck Synchrone

14. Hacheur Buck synchrone contrôlé par le LT3845A
o Fréquence de hachage ajustable : de
100KHz à 500KHz
o Régulation de la tension de sortie avec une
précision de 1%
o Burst Mode Operation : augmente le
rendement en cas de charge légère
o Fonction de Shutdown et de Soft-Start
Description de la solution proposée
2015-201613Projet de Fin d’Etude
Architecture DimensionnementPrincipe

15. Le LTC4000-1 : Circuit de Charge et de Monitoring
Description de la solution proposée
2015-201614Projet de Fin d’Etude
Architecture DimensionnementPrincipe
o Une tension de batterie programmable avec
une précision de ± 0.25%
o Courant de charge programmable à ± 1% près
o Choix du paramètre déterminant la fin de
charge (courant de terminaison ou minuterie)
o Détection de batterie défectueuse

16. Le LTC4000-1 : Circuit de Charge et de Monitoring
Description de la solution proposée
2015-201615Projet de Fin d’Etude
Architecture DimensionnementPrincipe
o Un contrôle MPPT : Compatible avec les
panneaux solaires
o Programmation de la température de
charge admissible en utilisant une
thermistance NTC
o Suivi du statut et du courant de charge
o Fonction de PowerPath Control

17. Schéma-bloc de la solution :
Description de la solution proposée
2015-201616Projet de Fin d’Etude
Architecture DimensionnementPrincipe

18. DimensionnementArchitecturePrincipe
Paramètres importants du LT3845A: Fsw et Vout (15V)
Description de la solution proposée
2015-201617Projet de Fin d’Etude

19. Critères de Choix de l’Inductance et des MOSFET de puissance
VIN(MIN) = 16V VIN(MAX) = 36V IOUT(MAX) = 10A
Inductance :
 ∆IL = 0.3 x IOUT(MAX) => L ≥ 9.72µH
 INOMINAL > IOUT(MAX) = 10A
 ISAT > Ipeak = 11.5A
MOSFET :
 Tension drain source
maximale VDSS
 Courant maximal de drain ID
 RDS(ON) (pertes de conduction)
 CRSS (pertes de commutation)
PMAIN(TOTAL) = 0.630 W PSYNC(TOTAL) = 0.718 W
Description de la solution proposée
2015-201618Projet de Fin d’Etude
DimensionnementArchitecturePrincipe

20. Algorithme de charge pour une batterie au Plomb 12V
Paramètres :
o Courant de charge : 5A
o Tension d’absorption : 14.1V
o Courant de fin de charge : 800mA
o Tension de floating : 13.6V
5A 14.1V
13.6V
800mA
Description de la solution proposée
2015-201619Projet de Fin d’Etude
DimensionnementArchitecturePrincipe

21. Paramètres importants du LTC4000-1 : Courant de charge (5A)
𝐼 𝐶𝐿𝐼𝑀 =
𝑅 𝐶𝐿
𝑅 𝐶𝑆
× 2.5µ𝐴
Pour que : 𝐼 𝐶𝐿𝐼𝑀 𝑀𝐴𝑋 ⇔ 𝑉𝐼𝐵𝑀𝑂𝑁 = 1V
Il faut que VCL ≥ 1.05V
=> Courant de charge = 5A
RCS = 10mΩ𝐼 𝐶𝐿𝐼𝑀 𝑀𝐴𝑋 𝐴 =
0.050𝑉
𝑅 𝐶𝑆(Ω
Description de la solution proposée
2015-201620Projet de Fin d’Etude
DimensionnementArchitecturePrincipe
RCL = 24.3K => 𝐼 𝐶𝐿𝐼𝑀 > 5A etVCL ≥ 1.05V

22. Paramètres importants du LTC4000-1 : VABSRP, VFLOAT et ICX
 Tension de floating (13.6V):
𝑅 𝐵𝐹𝐵1 =
𝑉𝐹𝐿𝑂𝐴𝑇
1.136𝑉
− 1 𝑅 𝐵𝐹𝐵2
On fixe RBFB1 = 1M => RBFB2 = 91K
Description de la solution proposée
2015-201621Projet de Fin d’Etude
DimensionnementArchitecturePrincipe

23. Paramètres importants du LTC4000-1 : VABSRP, VFLOAT et ICX
 Tension d’absorption (14.1V):
𝑉𝐴𝐵𝑆𝑅𝑃 =
𝑅 𝐵𝐹𝐵1(𝑅 𝐵𝐹𝐵2 + 𝑅 𝐵𝐹𝐵3
𝑅 𝐵𝐹𝐵2 𝑅 𝐵𝐹𝐵3
+ 1 × 1.136𝑉
RBFB3 = 1.87M
Description de la solution proposée
2015-201612Projet de Fin d’Etude
DimensionnementArchitecturePrincipe

24. Paramètres importants du LTC4000-1 : VABSRP, VFLOAT et ICX
 Courant de fin de charge : (800mA):
𝐼 𝐶 𝑋 =
0.25µ𝐴 × 𝑅 𝐶𝑋 − 0.5𝑚𝑉
𝑅 𝐶𝑆
RCX = 35.7K
Description de la solution proposée
2015-201623Projet de Fin d’Etude
DimensionnementArchitecturePrincipe

25. Réalisation, Test et Vérification
Design Résultats de test
 Edition des Schématiques
 Design des PCB
2015-201624Projet de Fin d’Etude

26. Réalisation, Test et Vérification
Design
Résultats de Test
Test du LT3845A : Plateforme de test
 Une alimentation
0V - 36V / 1.4A
 Une charge de 1K
 Un oscilloscope
2015-201625Projet de Fin d’Etude

27. Réalisation, Test et Vérification
Design
Résultats de Test
Test du LT3845A : La tension de sortie (15V)
2015-201626Projet de Fin d’Etude

28. Réalisation, Test et Vérification
Design
Résultats de Test
Test du LT3845A : Commande des MOSFET
Vin = 36V Vin = 30V
2015-201627Projet de Fin d’Etude

29. Réalisation, Test et Vérification
Design
Résultats de Test
Test du LTC4000-1 : Plateforme de test
 Un PV Voc = 36V
 Une alimentation
0V - 6V / 5A
 Une batterie au
Plomb 12V
 Une charge de 1K
 Un oscilloscope
 Un ampèremètre
2015-201628Projet de Fin d’Etude

30. Réalisation, Test et Vérification
Design
Résultats de Test
Test du LTC4000-1 : Phase CC
Courant de charge Tension de batterie
2015-201629Projet de Fin d’Etude

31. Réalisation, Test et Vérification
Design
Résultats de Test
Test du LTC4000-1 : Phase CV
Courant de batterie Tension de charge
2015-201630Projet de Fin d’Etude

32. Réalisation, Test et Vérification
Design
Résultats de Test
Test du LTC4000-1 : Phase CV (Après plusieurs minutes…)
Courant de batterie Tension de charge
2015-201631Projet de Fin d’Etude

33. Réalisation, Test et Vérification
Design
Résultats de Test
Test du LTC4000-1 : Phase de floating
Courant de batterie Tension de floating
2015-201632Projet de Fin d’Etude

34. Réalisation, Test et Vérification
Design
Résultats de Test
Test du LTC4000-1 : Pas de puissance à l’entrée
Courant fourni par la batterie Tension de batterie
2015-201633Projet de Fin d’Etude

35. 2015-201634Projet de Fin d’Etude
Perspectives Conclusion
Réalisation d’un circuit permettant :
 D’alimenter une charge + Charger une batterie
 De prendre en considération l’état de santé de la
batterie (Algorithme de charge & Monitoring)
 Rassembler les 2 PCB en une seule carte miniaturisée
 Ajouter une fonction d’estimation du pourcentage de
charge
 Développement d’un chargeur de batterie universel

36. 2014-2015
Merci de votre attention
Stage Ingénieur Adjoint