Soutenance de projet de fin d'études

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


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


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


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 :


Description de la solution proposée

Battery Charging & Monitoring

CircuitLOAD

BATTERY

Schéma Synoptique :

Principe DimensionnementArchitecture


1er cas : Puissance à l’entrée suffisamment élevée


CircuitLOAD

BATTERY




2ème cas : Puissance moins élevée à l’entrée


CircuitLOAD

BATTERY




3ème cas : Absence de puissance à l’entrée


CircuitLOAD

BATTERY




Architecture DimensionnementPrincipe

Composition Générale :


Circuit

Buck Converter

Power Adapter&

Charge Monitor



Hacheur Buck

𝐷=𝑉 𝑂𝑈𝑇

𝑉 𝐼𝑁𝐷=

𝑉 𝑂𝑈𝑇−𝑉 𝐷

𝑉 𝐼𝑁−𝑉 𝐷




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




Le LTC4000-1 : Circuit de Charge et de Monitoring




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




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 :




DimensionnementArchitecturePrincipe

Paramètres importants du LT3845A: Fsw et Vout (15V)



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




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




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¿¿




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





Tension d’absorption (14.1V):

𝑉 𝐴𝐵𝑆𝑅𝑃=¿RBFB3 = 1.87M





Courant de fin de charge : (800mA):

𝐼𝐶/ 𝑋=(0.25 µ 𝐴×𝑅𝐶𝑋 )−0.5𝑚𝑉

𝑅𝐶𝑆

RCX = 35.7K




Réalisation, Test et VérificationDesign Résultats de test

Edition des Schématiques

Design des PCB


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



Test du LT3845A : La tension de sortie (15V)



Test du LT3845A : Commande des MOSFETVin = 36V Vin = 30V



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



Test du LTC4000-1 : Phase CCCourant de charge Tension de batterie



Test du LTC4000-1 : Phase CVCourant de batterie Tension de charge



Test du LTC4000-1 : Phase CV (Après plusieurs minutes…)Courant de batterie Tension de charge



Test du LTC4000-1 : Phase de floatingCourant de batterie Tension de floating



Test du LTC4000-1 : Pas de puissance à l’entréeCourant fourni par la batterie Tension de batterie



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

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