KART ELECTRIQUE

KART ELECTRIQUE
Lycée Pierre Gilles de GENNES
DIGNE les BAINS
Présentation du
système
Caractéristiques Physiques
Conforme à la norme : NF S 52-002
• Longueur : 2100 mm
• Largeur : 1350 mm
• Hauteur : 800 mm
• Poids : env. 150 Kg
avec les batteries
Motorisation :
• Moteur brushless : 4.6 kW, 10kW max
• Couple de 30 N.m
• Variateur intégrant un microprocesseur
• 4 Batteries plomb gel : 12 V; 46Ah
• Chargeur HF 48 V 50A piloté par le kart
Boitier de diagnostic :
•
•
•
•
Indicateur de charge de chaque batterie
Feu stop arrière
Surveillance température moteur et variateur
5 positions de vitesse préréglées
• Prise pour connexion PC
• Marche arrière
• Deux prises permettant de doubler la
puissance de charge
• Une prise de charge individuelle des
batteries
• Une télécommande à distance
Performances :
• 70 km/h limitation
•
•
réglementaire pour la
location
50 m départ arrêté en 6s
Temps de charge: env.
12min pour 10min de
roulage
Analyse SysML
du kart
électrique
Diagramme des cas d’utilisation
Diagramme de définition de blocs
Diagramme de séquence
Diagramme d’état
Diagramme des exigences
« Requirement »
KART ELECTRIQUE
Id= « 001 »
Se déplacer en
utilisant l’énergie
électrique
« Refine »
« Refine »
« Requirement »
Démarrer le kart
« Requirement »
Modifier la trajectoire
Id= « 002 »
On doit pouvoir
démarrer la kart en
toute sécurité
Id= « 004 »
On doit pouvoir
modifier facilement la
trajectoire du véhicule
Priorité : moyenne
Source : Technique
Risque : haut
Statut : Validé
« Requirement »
Accélérer / Freiner
« Refine »
Id= « 006 »
On doit pouvoir
modifier facilement
la vitesse du
véhicule
Priorité : haute
Source : Technique
Risque : haut
Statut : Validé
Priorité : haute
Source : Technique
Risque : haut
Statut : Validé
« Refine »
« Refine »
« Refine »
« Requirement »
Démarrer le kart
Id= « 003 »
Un interrupteur à
l’arrière du kart
permet de le mettre
sous tension..
« Refine »
« Requirement »
Modifier la trajectoire
Id= « 005 »
Un volant permet de
modifier la trajectoire.
« Requirement »
Accélérer
Id= « 007 »
La pédale de droite
permet d’accélérer
le kart en sens
avant.
« Requirement »
Freiner
Id= « 008 »
La pédale de
gauche permet de
freiner le kart.
« Requirement »
Reculer
Id= « 009 »
Le bouton rouge au
volant et arrière
permet de reculer le
kart à faible vitesse.
Exploitations
pédagogiques
développées et
planification
Les activités, qui vont être présentées, ont toutes été expérimentées avec les
élèves de 1°STI2D spécialité EE, SIN et AC en enseignement transversal et EE
Planification des activités :
•
•
•
•
•
•
•
Une classe (24 élèves) = 2 profs.
Activité pratique transversale de 4 h.
Cours M, E, I : 3 heures.
Séquence pédagogique sur 2 semaines avec 2
centres d’intérêts.
CI 1 : Energie.
CI 2 : Information ou Matière.
année
Planification sur l’année.
Activité 1 : ENERGIE ENVIRONNEMENT
Centre d’intérêt opérationnel EE:
Efficacité énergétique passive
Activité 1 :
Objectif pédagogique :
O.8 Valider des solutions techniques
Descriptif de l’activité :
Vérifier par des mesurages la vitesse du kart
Compétence visée :
CO8-EE4 : Mettre en œuvre un protocole d’essais et de
mesures sur le prototype d’une chaîne d’énergie, interpréter
les résultats.
Calcul de la vitesse maxi du kart
Transmission par courroie crantée:
• Pour la configuration V1:
N max du moteur : 2900 tr/min
Nb de dents du pignon : 24 dents
Nb de dents de la roue dentée : 80 dents
Diamètre des roues : 270 mm
V1max = 45 km/h
Essais en extérieur
Départ
Radar vitesse inst.
Point 40 m
Zone de recharge
Résultats :
distance en m
0
10
20
30
40
50
60
70
temps en s
0
3,16
4,33
5,41
6,21
7,08
7,98
8,68
vitesse en km/h
0
14,4
26,4
32,8
36,5
38
38
38
vitesse en m/s
0
4,00
7,33
9,11
10,14
10,56
10,56
10,56
1,27
2,85
1,65
1,28
0,48
0,00
0,00
Accélération m/s²
Les résultats sont
utilisés aussi en
mathématiques
pour introduire les
dérivées.
a= dv/dt
Courbes :
temps = f(distance)
vitesse = f(distance)
temps en s
8
6
Série1
4
2
vitesse en km/h
10
0
0
20
40
60
40
35
30
25
20
15
10
5
0
80
Série1
0
20
distance en m
2
1,5
Série1
1
0,5
0
6
Temps en s
8
10
vitesse en km/h
Accélération en m/s²
2,5
4
80
vitesse = f(temps)
3
2
60
distance en m
Accélération = f(temps)
-0,5 0
40
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Série1
0
2
4
6
temps en s
8
10
Activité 2 : ENSEIGNEMENT TRANSVERSAL
Centre d’intérêt opérationnel :
Energie : Solution constructive d’une chaîne
d’énergie.
Activité 2 :
Objectif pédagogique :
O.4 Décoder l’organisation fonctionnelle, structurelle et
logicielle d’un système.
Descriptif de l’activité :
Identifier les résistances à l’avancement mises en jeu lors de la
motorisation d’un véhicule électrique. En déduire la puissance qu’il
faudra que le moteur fournisse pour faire avancer le véhicule, à une
vitesse donnée v, dans une pente donnée i avec une accélération α.
Compétence visée :
CO4.4 : Identifier et caractériser des solutions techniques relatives aux
matériaux, à la structure, à l’énergie et aux informations d’un système.
Motorisation d’un véhicule électrique
• Identifier les différentes forces résistantes
à l’avancement du véhicule.
Le véhicule doit vaincre la somme des forces :
∑Ft = Faero + Froul + Fprof + Facc
La puissance peut être exprimée par :
P = ∑Ft . v
Avec les données du kart, on trouve pour la
configuration V1 (V = 40 km/h) :
P max à l’accélération = 8200 W
Le moteur peut développer P = 10 kW débridé
Activité 3 : ENSEIGNEMENT TRANSVERSAL
Centre d’intérêt opérationnel :
Energie : Stockage de l’énergie.
Planification trimestre 2
Activité 3 :
Objectif pédagogique :
O.4 Décoder l’organisation fonctionnelle, structurelle et
logicielle d’un système.
Descriptif de l’activité :
Mettre en évidence les différents procédés de stockage de l’énergie
sous forme mécanique, chimique, électrostatique, électromagnétique,
thermique. Valider le fonctionnement de quelques systèmes
représentatifs.
Compétence visée :
CO4.4 : Identifier et caractériser des solutions techniques relatives aux
matériaux, à la structure, à l’énergie et aux informations d’un système.
Détail de l’activité :
• Partie 1 : Brainstorming proposé aux
élèves.
• Partie 2 : Mesures sur un système
technique.
• Partie 3 : Bilan énergétique des systèmes
de stockage.
Partie 1 : Question posée aux élèves
sous forme de Brainstorming :
Comment stocker l’électricité?
Pourquoi? Sous quelle forme?
•
•
•
•
•
•
Barrages hydrauliques.
Air comprimé.
Forme chimique (batterie).
Forme thermique (ECS).
Volant d’inertie.
Inductance et condensateur.
G1 : Kart
G2 : Photovoltaïque
G3 : Voiture
G4 : Banc ABB
Partie 2 : Relevé de la tension aux
bornes des batteries pendant la
charge et la décharge du kart.
Charge et décharge batterie du kart
Tension en volts
60
58
56
Décharge
54
Charge
52
50
48
0
5
10
Temps en minutes
15
Partie 3 : Bilan énergétique des
systèmes de stockage.
4 Batteries 12 V
Gel Plomb
48 Ah
Montage en série
2 Batteries 7,2 V
Ni-MH
3000 mAh
1 batterie/moteur
1 Batterie 36 V
Li-ion
15 Ah
12 Batteries 2V
Gel plomb
240 Ah
Montage en série
Batterie Plomb
Batterie Ni-MH
Batterie Li-Ion
Batterie Ni-Cd
20 à 40 Wh/kg
60 à 80 Wh/kg
100 à 150
Wh/kg
40 à 60 Wh/kg
Le problème de la filière énergétique
On souhaite stocker 1 kWh, toutes les énergies ne sont
pas aussi concentrées… (1 Wh = ……………………….)
Matériau
Pouvoir
calorifique
Nombre de kWh
Pour 1 kWh
Essence
43325 kJ/kg
43325/3600 = 12 kWh
0,083 kg = 83 gr
Batterie Plomb
40 Wh/kg
25 kg
Batterie Li-Ion
200 Wh/kg
5 kg
Hydrogène
142000 kJ/kg
142000/3600 = 39,44 kWh
2,5 gr
Uranium 235
6,7.1010 kJ/kg
6,7.1010/3600 = 18610
kWh
53,7.10-6 kg
= 53 μ.gr
Eau
3600 kg d’eau à une hauteur de 100 m
Activité 4 : ENSEIGNEMENT TRANSVERSAL
Centre d’intérêt opérationnel :
Energie : Organisation fonctionnelle d’une chaîne d’énergie.
Activité 4 :
Objectif pédagogique :
O.4 Identifier les éléments influents du développement d’un
système.
Descriptif de l’activité :
-
Etude du schéma de câblage d’un système.
Elaborer le schéma électrique du système avec un logiciel de schéma.
Comprendre le fonctionnement du système avec l’analyse Sysml.
Mettre en marche le système avec l’analyse Sysml.
Compétence visée :
CO3.1 : Décoder le cahier des charges fonctionnel d’un système.
Schéma électrique du kart :
Le kart est utilisable en projet STI2D
• Projet de première STI2D 2011/2012:
Spécialité E.E. : Les élèves ont travaillé sur
l’étude des différentes motorisations (MAS
et Brushless).
Essai de performances
Mesure du bruit (dB)
Autonomie des batteries
Spécialité S.I.N. : Les élèves ont travaillé sur
un chronomètre avec cellule.
Emetteur
InfraRouge
Emetteur
InfraRouge
Récepteur
InfraRouge
Récepteur
InfraRouge
Traiter les
informations
Afficher le
temps
Récepteur
Top arrivée
Emetteur
Top arrivée
L’année prochaine 2012/2013
• Projet de terminale STI2D :
Spécialité E.E. : Nous voulons acheter un enregistreur de
données autonome embarqué sur le kart pour des
mesures d’intensité, de tension et de température.
Réaliser l’exploitation de toutes ces mesures.
Equiper le kart d’un autre type de batteries et comparer les
performances.
Equiper le kart d’un autre type de moteur et comparer les
performances.
Prix du kart électrique :
Société « Speedomax » à Clermont-Ferrand
Kart + Le chargeur + La console de
programmation + La télécommande =
Environ 9 000 € HT
Ces travaux ont été réalisés par :
• Enseignement transversal :
DEREUMAUX Pascal et BELLINO Laurent
• Enseignement de spécialité EE :
BOLO José et BELLINO Laurent
• Enseignement de spécialité SIN:
GODARD Paul et GRIMAL Sylvain
Lycée Pierre Gilles de GENNES DIGNE les BAINS
Merci de votre attention
FIN