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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
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
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
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
o Ensemble d’accumulateurs (Pb) en série
=> tension désirée
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o Domaines d’utilisation (65% du marché) :
• l’Automobile et le ferroviaire
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Généralités:
Etude sur les Batteries au Plomb
Caractéristiques Algorithme de Charge
2015-20164Projet de Fin d’Etude
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2015-201618Projet de Fin d’Etude
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o Courant de charge : 5A
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2015-201619Projet de Fin d’Etude
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𝐼 𝐶𝐿𝐼𝑀 =
𝑅 𝐶𝐿
𝑅 𝐶𝑆
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Pour que : 𝐼 𝐶𝐿𝐼𝑀 𝑀𝐴𝑋 ⇔ 𝑉𝐼𝐵𝑀𝑂𝑁 = 1V
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=> Courant de charge = 5A
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2015-201620Projet de Fin d’Etude
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2015-201621Projet de Fin d’Etude
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Paramètres importants du LTC4000-1 : VABSRP, VFLOAT et ICX
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2015-201612Projet de Fin d’Etude
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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
Réalisation, Test et Vérification
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2015-201624Projet de Fin d’Etude
Réalisation, Test et Vérification
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 Une alimentation
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 Une charge de 1K
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2015-201627Projet de Fin d’Etude
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Design
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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
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2015-201628Projet de Fin d’Etude
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2015-201631Projet de Fin d’Etude
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2015-201634Projet de Fin d’Etude
Perspectives Conclusion
Réalisation d’un circuit permettant :
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Soutenance de projet de fin d'études

  • 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