Lycée Pierre Gilles de Gennes Enseignement transversal TSTI2D Dimensionnement de la source d’énergie embarquée dans un véhicule électrique Septembre 2017 TD1 Peugeot 106 VEDELIC – 1200 kg L’autonomie de la voiture est de 250 km à 90 km/h sur terrain plat. La puissance fournie par le moteur est alors de 16 kW (puissance mécanique nominale) Le rendement du moteur est de 0,8. 1. Calculer la durée t d’utilisation du véhicule. T=d/v=250/90=2,78h 2. En déduire que l’énergie embarquée doit être égale à We 55,6kWh We=P*t/=16 x 2,78 / 0,8 = 55,6 kW.h On suppose la voiture équipée d’un moteur à combustion alimenté en super carburant SP98. Le rendement de ce type de moteur est de 30% 3. Pour la même puissance fournie par le moteur soit 16kW calculer l’énergie nécessaire. Wessence= P*t/= 16 x 2,78 / 0,3 = 148,27kW.h L’énergie massique du SP98 est égale à 12,33 kWh/kg. TD1 – Enseignement transversal - TSTI2D – Septembre 2012 1/3 4. Calculer la masse M de super carburant qu’il faut embarquer pour répondre au besoin d’autonomie du véhicule. M= 148,27 / 12,33 = 12kg On suppose la voiture équipée d’un moteur électrique alimenté par une pile à hydrogène. L’énergie massique de l’hydrogène est égale à 40 kWh/kg. 5. Calculer la masse M d’hydrogène qu’il faut utiliser pour répondre au besoin d’autonomie du véhicule. M= 55,6 / 40 = 1,39kg Le véhicule est en fait équipé d’un moteur électrique et alimenté par une batterie d’accumulateurs de type Lithium – ion. 6. Préciser à l’aide du tableau ci-dessous, les arguments qui ont penché en faveur de la batterie Lithium - ion. Les avantages sont une meilleure énergie massique et un meilleur rendement 7. Déduire de la puissance absorbée par le moteur et de l’énergie embarquée, la masse MBat. Batterie Moteur We= 55,6 / (0,9 x 0,8) = 77,22kWh=77220Wh TD1 – Enseignement transversal - TSTI2D – Septembre 2012 2/3 On a au pire 100Wh.kg et donc une Mbat=772,2kg . 8. Conclure par rapport aux masses embarquées nécessaires pour fournir les 16kW. La plus mauvaise solution est la voiture électrique à cause du poids des batteries et la meilleure semble être celle à hydrogène. 9. Pensez-vous que l’on peut obtenir les mêmes performances pour ces trois solutions ? Non car la masse du véhicule va influer sur les performances du véhicule. La masse volumique de l’hydrogène est 0,09888kg/m3 10. Quel est le volume du réservoir d’hydrogène nécessaire ? Conclure. 11. 1,39 / 0,0988 = 14m3 !! Difficilement réalisable 12. Vous avez certainement trouvé un volume pour le réservoir très important et difficilement réalisable. Chercher sur le Web la solution appliquée pour résoudre ce problème de volume du réservoir. http://www.caradisiac.com/quel-avenir-pour-l-hydrogene-113577.htm http://www.numerama.com/tech/218230-les-voitures-a-hydrogene-se-diffusent-encalifornie-est-ce-une-veritable-necessite.html https://mrmondialisation.org/la-voiture-a-hydrogene-miracle-ou-mirage-vert/ On compresse à haute pression 350 bars l’hydrogène 13. Comparer grâce au site http://carlabelling.ademe.fr, les émissions de Co2 émisses par la Peugeot ION et la Peugeot 108. Conclure. D’un point de vue pollution de l’air la voiture électrique est bien meilleure, 0 g d’émission en fonctionnement alors que la Peugeot 108 n’émet que 95g/km D’un point de vue émission de CO2 les voitures électriques et à hydrogène sont bien meilleures. La batterie d’accumulateurs délivre son énergie sous une tension de 216 V. Elle est constituée de cellules comprenant 6 éléments de 3,6 V (3 éléments en parallèle x 2 en série). TD1 – Enseignement transversal - TSTI2D – Septembre 2012 3/3 Cellule de 6 éléments de 3,6 V 14. Effectuer un schéma complet d’une cellule avec tous les éléments. 15. Préciser combien de cellules doit on monter en série pour obtenir la tension désirée pour la batterie. Une cellule permet donc d’obtenir 7,2V pour atteindre 216 v , il faut donc en mettre 216/7,2= 30 en série, La capacité d’un élément s’exprime en Ah et vaut 43 Ah. 16. Calculer l’énergie stockée dans un élément, puis dans une cellule, puis dans l’ensemble des cellules montées en série Ws1=U*I*t=3,6*43A.h=154,8W.h pour un élément Wcellule=7,2*43=309,6W.h W30cellules=216*43= 9288W.h 17. Combien de rangées de cellules doit-on mettre en parallèle pour obtenir We 55,6kWh ? Nbre de rangées de cellules= 55600 / 9288 = 5,98621877692, 6 rangées TD1 – Enseignement transversal - TSTI2D – Septembre 2012 4/3
