Post on 13-Jan-2017
Soutenance de Projet de Fin d’étude
Projet de Fin d’Etude 2015-2016
Filière : Génie ElectriqueOption : 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 ERGUIGMr. Brahim LAKSSIRPr. Rachid EL GOURIPr. Nadia ZIAD
Soutenance de Projet de Fin d’Etudes
2015-20161
PLAN
Projet de Fin d’Etude
Présentation de l’Organisme d’AccueilA propos de MASCIR - Pôles et domaines d’applicationEtude sur les Batteries au PlombCaractéristiques - Algorithme de chargeDescription de la Solution ProposéePrincipe - Architecture - DimensionnementRéalisation, Test et Vérification Design - Résultats de test
Conclusion et Perspectives
Présentation de l’Organisme d’AccueilA propos de MAScIR Pôles et Domaines d’application
MAScIRMoroccan foundation for Advanced Science, Innovation and Research
Forme JuridiqueInstitution publique à but non lucratif
Création
2007Chercheu
r & Ingénieur
100
Budget 2014
93,2M DH
MissionPromouvoir les activités de recherche Scientifique
2015-20162Projet de Fin d’Etude
Présentation de l’Organisme d’AccueilA 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
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 PlombCaractéristiques Algorithme de Charge
2015-20164Projet de Fin d’Etude
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 PlombCaractéristiques Algorithme de Charge
2015-20165Projet de Fin d’Etude
Etude sur les Batteries au PlombGénéralités 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
Description de la solution proposée
Battery Charging & Monitoring
CircuitLOAD
BATTERY
Schéma Synoptique :
Principe DimensionnementArchitecture
2015-20167Projet de Fin d’Etude
1er cas : Puissance à l’entrée suffisamment élevée
Battery Charging & Monitoring
CircuitLOAD
BATTERY
Description de la solution proposée
2015-20168Projet de Fin d’Etude
Principe DimensionnementArchitecture
2ème cas : Puissance moins élevée à l’entrée
Battery Charging & Monitoring
CircuitLOAD
BATTERY
Description de la solution proposée
2015-20169Projet de Fin d’Etude
Principe DimensionnementArchitecture
3ème cas : Absence de puissance à l’entrée
Battery Charging & Monitoring
CircuitLOAD
BATTERY
Description de la solution proposée
2015-201610Projet de Fin d’Etude
Principe DimensionnementArchitecture
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
Hacheur Buck
𝐷=𝑉 𝑂𝑈𝑇
𝑉 𝐼𝑁𝐷=
𝑉 𝑂𝑈𝑇−𝑉 𝐷
𝑉 𝐼𝑁−𝑉 𝐷
Description de la solution proposée
2015-201612Projet de Fin d’Etude
Architecture DimensionnementPrincipe
Hacheur Buck Synchrone
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
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
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
Schéma-bloc de la solution :
Description de la solution proposée
2015-201616Projet de Fin d’Etude
Architecture DimensionnementPrincipe
DimensionnementArchitecturePrincipe
Paramètres importants du LT3845A: Fsw et Vout (15V)
Description de la solution proposée
2015-201617Projet de Fin d’Etude
Critères de Choix de l’Inductance et des MOSFET de puissanceVIN(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
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
Paramètres importants du LTC4000-1 : Courant de charge (5A)
𝐼𝐶𝐿𝐼𝑀=𝑅𝐶𝐿
𝑅𝐶𝑆×2.5 µ 𝐴
Pour que : Il faut que VCL ≥ 1.05V
=> Courant de charge = 5A
RCS = 10mΩ𝐼𝐶𝐿𝐼𝑀 (𝑀𝐴𝑋 ) ( 𝐴)=0.050𝑉¿¿
Description de la solution proposée
2015-201620Projet de Fin d’Etude
DimensionnementArchitecturePrincipe
RCL = 24.3K =>
Paramètres importants du LTC4000-1 : VABSRP, VFLOAT et ICX
Tension de floating (13.6V):
𝑅𝐵𝐹𝐵1=( 𝑉 𝐹𝐿𝑂𝐴𝑇
1.136𝑉 −1)𝑅𝐵𝐹𝐵2
On fixe RBFB1 = 1M => RBFB2 = 91K
Description de la solution proposée
2015-201621Projet de Fin d’Etude
DimensionnementArchitecturePrincipe
Paramètres importants du LTC4000-1 : VABSRP, VFLOAT et ICX
Tension d’absorption (14.1V):
𝑉 𝐴𝐵𝑆𝑅𝑃=¿RBFB3 = 1.87M
Description de la solution proposée
2015-201612Projet de Fin d’Etude
DimensionnementArchitecturePrincipe
Paramètres importants du LTC4000-1 : VABSRP, VFLOAT et ICX
Courant de fin de charge : (800mA):
𝐼𝐶/ 𝑋=(0.25 µ 𝐴×𝑅𝐶𝑋 )−0.5𝑚𝑉
𝑅𝐶𝑆
RCX = 35.7K
Description de la solution proposée
2015-201623Projet de Fin d’Etude
DimensionnementArchitecturePrincipe
Réalisation, Test et VérificationDesign Résultats de test
Edition des Schématiques
Design des PCB
2015-201624Projet de Fin d’Etude
Réalisation, Test et VérificationDesign 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
Réalisation, Test et VérificationDesign Résultats de Test
Test du LT3845A : La tension de sortie (15V)
2015-201626Projet de Fin d’Etude
Réalisation, Test et VérificationDesign Résultats de Test
Test du LT3845A : Commande des MOSFETVin = 36V Vin = 30V
2015-201627Projet de Fin d’Etude
Réalisation, Test et VérificationDesign 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
Réalisation, Test et VérificationDesign Résultats de Test
Test du LTC4000-1 : Phase CCCourant de charge Tension de batterie
2015-201629Projet de Fin d’Etude
Réalisation, Test et VérificationDesign Résultats de Test
Test du LTC4000-1 : Phase CVCourant de batterie Tension de charge
2015-201630Projet de Fin d’Etude
Réalisation, Test et VérificationDesign Résultats de Test
Test du LTC4000-1 : Phase CV (Après plusieurs minutes…)Courant de batterie Tension de charge
2015-201631Projet de Fin d’Etude
Réalisation, Test et VérificationDesign Résultats de Test
Test du LTC4000-1 : Phase de floatingCourant de batterie Tension de floating
2015-201632Projet de Fin d’Etude
Réalisation, Test et VérificationDesign Résultats de Test
Test du LTC4000-1 : Pas de puissance à l’entréeCourant fourni par la batterie Tension de batterie
2015-201633Projet de Fin d’Etude
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
2014-2015
Merci de votre attention
Stage Ingénieur Adjoint