4. TD_batterie_seq1

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
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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
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
3.7
2
1.2
1.2
Lithium-polymère
Li-Po(robot
jumping 3.7V)
Prix
Recyclage
(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
Lithium-polymère
Li-Po(Ardrone_2
11.1V)
1
3
6
6
6
0.55
1.5
1.2
2.2
3.3
0.016
0.121
0.574
0.298
0.371
127.18Wh/Kg
(11.1x 1.5)/0.121=
137.6 Wh/Kg
25.1Wh/Kg
53.15 1Wh/Kg
64 Wh/Kg
100 à 130 W.h/Kg
25 à 35 W.h/Kg
40 à 70 W.h/Kg
40 à 60 W.h/Kg
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
TD n°2 séquence n°1
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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.
0.55Ah 20min=0.333h -> 0.55/0.333=1.6A
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.
Ep=0.180*9.81*0.8=1.41J
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)
0.55*3.7=2Wh masse 16g
 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.
masse batterie en Kg
Plomb
25.1Wh/Kg
2/25.1=0.0797Kg
Hauteur de saut * en m.
h=59.1 cm
ℎ=
Ni-Cd
Ni-MH
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
La batterie Li-Po du robot jumping permet de réaliser des performances bien plus importantes (perte de 26%
pour la batterie au plomb) et le robot étant un objet ludique ses performances sont primordiales par rapport au
prix.
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