Séquence n°1 TD n°2 1S SI L'autonomie du robot jumping 1ère S S.I Séquence n°1 TD n°2 Stockage de l'énergie dans une batterie Pré requis Aucun Objectif : Identifier la fonction de service : stocker l'énergie électrique Compétences terminales visées : A2- Analyser le stockage de l'énergie Construction pédagogique : Comment améliorer les loisirs ? Identifier les solutions technologiques permettant de stocker de l'énergie électrique. Quelles sont les caractéristiques d'une batterie ? Centre d'intérêt : CI3 Niveau B Système réel : Robot Jumping sumo Groupe de 2 élèves par poste informatique 1h Poste informatique en réseau, imprimante réseau, Logiciels : Aucun Problématique : Fiches ressources : aucune Le robot jumping est équipé d'une batterie Lithium-Polymère, ce qui lui permet d'avoir une autonomie de 20 min. On se propose dans cette activité d'identifier les différentes technologies des batteries. 1- Notions de base Une batterie d'accumulateurs, ou plus communément une batterie, est un ensemble d'accumulateurs électriques reliés entre eux de façon à créer un générateur électrique de tension et de capacité désirées. Ces accumulateurs sont parfois appelés éléments de la batterie. On appelle aussi batteries les accumulateurs rechargeables destinés aux appareils électriques et électroniques domestiques. GALLIENNE.B TD n°2 séquence n°1 Page 1 / 3 Séquence n°1 TD n°2 1S SI Définition de la capacité d'une batterie : La capacité d'une batterie est la quantité d'énergie électrique qu'elle est capable de restituer après avoir reçu une charge complète, pour un régime de courant de décharge donné, une tension d'arrêt et une température définies. Elle s'exprime usuellement en ampères-heures (Ah). L'énergie massique ou la densité massique d'énergie désigne le quotient d'une énergie dE par la masse dm 𝑑𝐸 𝑊.ℎ de matière dans laquelle cette énergie est stockée : 𝐷 = 𝑑𝑚 . L'unité est (watt x heure)/Kilogramme 𝐾𝑔 2- Caractéristiques des batteries 2.1- A l'aide d'internet, rechercher la tension d'un élément et l'énergie massique en fonction des différents technologies des batteries (voir tableau ci-dessous). Compléter le tableau (1) & (2). 2.2- En déduire le nombre d'éléments dans les batteries (3). 2.3- Déplacez-vous sur la table de réunion (ATTENTION 8 élèves maxi) et relevez pour chaque batterie la capacité (4) et le poids (5) à l'aide des balances. Attention la batterie au plomb pèse plus de 500g utiliser la bonne balance !!!!. Compléter le tableau. 2.4- A l'aide des mesures et des relevés, calculer l'énergie massique de chaque batterie et compléter le tableau (6). Vérifier que le résultat de votre calcul correspond bien à la fourchette donnée par les constructeurs. Types de batterie Prix Recyclage Plomb 12V Nickel-Cadmium NiCd 7.2 V nickel-hydrure métallique NiMH 7.2V Elevé Bas moyen moyen Pas de polluant Pas de pollution si recyclé dans de bonne condition Recyclage complexe Pas de pollution si recyclé dans de bonne condition 200 à 400 (2 à 4 ans) 400 à 800 ~1500 500 à 1000 1 à 10% / mois 3 à 5% / mois 10 à 20% / mois 10 à 15% / mois NON NON OUI NON d'après les constructeurs Complexe (contrôle de la température, niveau de tension de chaque élément) simple simple simple Lithium-polymère Li-Po(robot jumping 3.7V) Lithium-polymère Li-Po(Ardrone_2 11.1V) (1) Tension d'un élément (V) (3) Nombre d'élément (4) Capacité A.h (5) Masse Kg (6) Energie massique calculée W.h/Kg (2) Energie massique théorique W.h/Kg Nombre de cycle de charge Autodécharge Effet mémoire Charge GALLIENNE.B (11.1x 1.5)/0.121= 137.6 Wh/Kg TD n°2 séquence n°1 Page 2 / 3 Séquence n°1 TD n°2 1S SI 3- Etude du robot Jumping 3.1- Connaissant l'autonomie du robot (20 min) et la capacité de la batterie, calculer la consommation moyenne du robot en A. 3.2- Le robot jumping saute à une hauteur de 80 cm, et sa masse avec batterie est de 180g. Calculer l'énergie potentielle (L'énergie potentielle de pesanteur est l'énergie que possède un corps du fait de sa position dans un champ de pesanteur. Comme pour toute énergie, son unité dans le système international est le joule J.) 𝐸𝑝=𝑚.𝑔.ℎ avec m la masse en Kg, g l'accélération de la pesanteur en m/s² et h la hauteur en m. 3.3- On souhaite connaître l'influence des différentes technologies de batterie sur le robot jumping. En effet, si on change de technologie, les performances de saut du robot vont changer. Calculer pour les différentes technologies des batteries la hauteur de saut du robot jumping. On considère que le système de ressort ne change pas ainsi que l'autonomie : A l'aide de la tension et de la capacité de la batterie du robot, calculer l'énergie embarquée en Wh ( la puissance en W est le produit de la tension par le courant P=UxI) En déduire à l'aide du tableau et plus particulièrement de l'énergie massique calculée, le poids de la batterie correspondant en Kg puis la nouvelle hauteur du saut. Plomb Ni-Cd Ni-MH Poids batterie correspondant en Kg Hauteur de saut * en m. ℎ= 𝐸𝑝 .…… ×……… * : Attention la masse du robot a changé (massebatterie_plomb - mbatterie_initiale) + 0.180 avec mbatterie_initiale=0.016Kg 3.4- Conclure sur le choix de la batterie du robot jumping GALLIENNE.B TD n°2 séquence n°1 Page 3 / 3