L`autonomie des autos électriques Sébastien Marcotte

advertisement
Guide de l’élève
L’autonomie des autos électriques
Sébastien Marcotte
Collège Montmorency
L’autonomie des autos électriques
Contexte
Vous et vos deux copains, Annie (une ingénieure électrique) et Steve (un ingénieur mécanique), décidez
de concrétiser votre vieux rêve de fonder une petite entreprise automobile, Lynxx. Vous avez l’intention
de surprendre les grandes compagnies en lançant sur le marché nord-américain la Lynxx Spirit, un
modèle d’auto entièrement électrique ayant une autonomie supérieure à ce qu’offrent les grands
constructeurs.
Dans le processus de design, vous voulez estimer l’autonomie qu’aura la Lynxx Spirit selon la conception
actuelle des ingénieurs.
Vous : Salut Annie! Pourrais-tu me montrer le schéma électrique de la Lynxx?
Annie : Oui, bien sûr. Le voici.
Phare gauche
Phare droit
Système audio
Moteur
Batteries
Feux arrière
APP/Guide de l’élève – L’autonomie des autos électriques
2
Vous : Pour l’alimentation, tu conseilles combien de batteries?
Annie : Je suggère d’utiliser 25 batteries au lithium de 12 V reliées en parallèle.
Vous : Est-ce que cette tension de 12 V reste constante pendant le fonctionnement du moteur?
Annie : Oui, on peut considérer que la tension des batteries reste toujours à 12 V.
Vous : Et quelle charge ces batteries peuvent-elles livrer?
Annie : Chacune peut livrer une charge de 210 A×h avant de nécessiter une recharge.
Vous : Qu’est-ce que tu veux dire A×h?
Annie : Je veux dire 210 ampères × heures, ce qui est une unité de charge. Par exemple, la
batterie pourrait livrer 210 ampères pendant 1 heure, ou encore 21 ampères pendant 10
heures.
Vous : O.K. Parfait. Ah oui, j’oubliais…
Y a-t-il d’autres questions que vous voulez poser à Annie? (Si ça ne vous vient pas, vous y reviendrez au
besoin.)
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
APP/Guide de l’élève – L’autonomie des autos électriques
3
Vous allez ensuite voir Steve, l’ingénieur mécanique. Steve cherche les forces de résistance
que va subir le véhicule en roulant.
Steve : J’ai fait des modélisations pour une vitesse de 100 km/h. À cette vitesse, j’estime qu’il
s’exerce sur l’auto une force de frottement globale de 130 N (frottement des roues sur la
chaussée et frottement des pièces) plus une résistance de l’air de 110 N.
Vous : Et as-tu une idée de ce que sera la masse du véhicule tout équipé?
Steve : J’estime que l’auto aura une masse d’environ 1200 kg, plus les passagers.
Vous : O.K. Merci Steve!
Vous vous entretenez avec Joël, un ami en marketing :
Joël :
Pour vendre ton auto, il faut absolument qu’elle puisse rouler sur l’autoroute pendant
suffisamment longtemps pour te permettre de faire un trajet respectable sans recharger
les batteries. Par exemple, pour le marché québécois, il faudrait absolument que tu
puisses faire l’aller-retour Montréal-Québec sans recharger les batteries, avec tous les
appareils électriques en marche.
Vous : Oui, tu as raison Joël. Je vais faire les calculs pour vérifier si notre autonomie est
suffisante.
En revenant à votre bureau, vous réfléchissez au problème.
APP/Guide de l’élève – L’autonomie des autos électriques
4
Cycle en trois étapes
Énumérez toutes les informations pertinentes que vous avez recueillies à partir du problème.
D’après ces informations, indiquez ce que vous devez savoir pour résoudre le problème. À mesure que
vous découvrez de nouvelles informations, vous voudrez résumer et mettre à jour les informations
pertinentes que vous avez recueillies et poser de nouvelles questions.
Énumérez les éléments suivants :
Ce que nous savons
À déterminer
APP/Guide de l’élève – L’autonomie des autos électriques
Résumé
5
Questions-guides (à donner à tous les élèves)
1) Ce problème fait appel à la fois à l’électricité et à la mécanique. Comme tout problème de
physique, il est nécessaire de commencer par un gros schéma de qualité. Ici, il faut un schéma
électrique et un schéma mécanique des forces sur l’automobile. Pour le schéma électrique, servezvous du schéma présenté mais complétez-le en illustrant correctement le branchement des batteries
entre elles.
2) Quel pourrait être le lien entre la mécanique et l’électricité ici? Cela pourrait-il vous aider de calculer
la force motrice que doit fournir le moteur? En sachant à quelle vitesse roule l’automobile (100 km/h),
que pourriez-vous en déduire?
APP/Guide de l’élève – L’autonomie des autos électriques
6
3) Quels pourraient être les liens entre les courants et les tensions de chaque pile et ceux du
moteur?
4) Pour aller plus loin :
a) Calculez l’autonomie de l’auto en montant une côte de 5o.
b) Calculez l’autonomie de l’auto avec tous les appareils électriques éteints sur terrain plat.
APP/Guide de l’élève – L’autonomie des autos électriques
7
Téléchargement