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2 TD1 COR Stockage TSTI2D2017prof

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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.
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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
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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).
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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
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