alimenter un systeme embarque par une tension continue

SSI
SCIENCES DE
L’INGENIEUR
Exercices
d’application
ALIMENTER UN SYSTEME EMBARQUE
PAR UNE TENSION CONTINUE
V Chassilian
St Jo
Avignon
Exercice 1 : Etude de l’alimentation de la voiture PIRATE
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
Donner les caractéristiques électriques de cette batterie (Tension, capacité). Sachant que le moteur est
alimenté en 15V, donner les caractéristiques de la batterie à réaliser (Tension, capacité) ainsi que le schéma
électrique réalisé (on utilisera les symboles électriques normalisés pour cela).
La configuration du chargeur étant donnée, en déduire le temps de charge d’une batterie.
La courbe de consommation Tension, courant de la batterie est donnée ci-dessus. Relever les valeurs des 2
pics de courant au démarrage du moteur, calculer la valeur moyenne du courant consommé entre 11 et
53s.
Cette batterie permet-elle la production d’un tel courant de démarrage sans être endommagée ?
Calculer la quantité d’électricité consommée de 0 à 53s. Relever la valeur de la tension, en déduire l’énergie
consommée en Joules puis en Wh.
En déduire l’autonomie de la batterie.
Exercice 2 : Alimentation d’un système nomade
Un système a été créé dans le cadre du projet interdisciplinaire de la classe de T6 au lycée St Joseph. Ce système
consomme une puissance de 80 W et doit être alimenté en 9V. On souhaite une autonomie d’au moins 15 mn.
L’alimentation se fait avec des piles ou accumulateurs rechargeables de type Nimh. Un tableau récapitulatif des
caractéristiques est donné à la page suivante.
Pour répondre aux questions 1 à 3, on complètera le tableau :
2.1. Préciser le nombre de piles à mettre en série pour chaque modèle afin d’obtenir la tension souhaitée.
2.2. Calculer l’énergie disponible (en Wh) pour chaque pile ainsi réalisée (à partir d’un assemblage de piles).
2.3. En déduire pour chaque modèle l’autonomie.
2.4. Le système étant portatif (il devra être léger et de petite taille), choisir le modèle de pile le plus adapté.
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Pile
Type de
pile
Tension
Capacité
AAA
LR3
AA
LR6
3LR12
4,5V
C
LR14
6LR61
9V
D
LR20
1,5 V
1,5 V
4,5 V
1,5 V
9V
1,5 V
1,2 Ah
2,6 Ah
5,9 Ah
7,8 Ah
550 mAh
16,5 Ah
Nombre de
piles
Energie
disponible
(Wh)
Autonomie
(h)
Exercice 3 : Etude de robots SUMO
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La source d'énergie est impérativement électrique de type piles ou accumulateurs.
Un combat se déroule en 3 rencontres de 3 minutes, il faut donc avoir une autonomie minimale de 9 minutes pour
participer à un combat dans des conditions optimales.
L’objectif de cette étude est de VERIFIER l’autonomie des accumulateurs et d’OPTIMISER votre Robot Sumo.
Hypothèses et données
Six accumulateurs sont utilisés pour l'alimentation du robot. De manière générale lors d'une rencontre, leur
utilisation est la suivante durant ces 3 minutes:
- Le robot est à l'arrêt durant 5 secondes avant le démarrage. Il ne consomme rien.
- Le robot est en phase de recherche durant 55 secondes.
Chaque moteur absorbe alors une intensité moyenne de 0,65 A.
- Le robot est en phase de poussée de l'adversaire durant 1 minute.
Chaque moteur absorbe alors une intensité moyenne de 1,9 A.
- Le robot est poussé par le robot adverse durant 1 minute.
Chaque moteur absorbe alors une intensité moyenne de 1,9 A.
L'électronique embarquée sur le robot consomme 5% de la capacité totale QTotale des accumulateurs
Contrainte technologique 1 : Les accumulateurs choisis devront avoir une capacité suffisante pour soutenir un
combat complet.
Capacité des accumulateurs
La quantité d'électricité Q que l'on peut stocker dans un accumulateur est exprimée en Ah ou mAh, elle
correspond à l'aire hachurée soit le produit Q =Ixt. Pour un courant variable selon la phase dans laquelle se trouve
le robot, on déterminera cette quantité Q à partir d'un calcul d'aire élémentaire et du schéma ci-dessous:
Intensité moyenne absorbée I par UN MOTEUR durant une rencontre de 3 minutes
Les accumulateurs utilisés ont les caractéristiques suivantes:
- la tension nominale d'un élément : Vélément = 1,2V;
- la capacité d'un élément: Qélément = 1600 mAh.
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Chaque élément est un générateur de tension. Sachant que le robot est alimenté sous une tension de
7,2 V ; représenter le schéma structurel à réaliser pour obtenir l’alimentation souhaitée.
En déduire la capacité totale des accumulateurs QTotale et la tension maximale ainsi disponible.
Détermination de la capacité nécessaire pour une rencontre de 3 minutes :
Déterminer pour les 2 moteurs:
La capacité Q1 en Ah nécessaire lors de la phase de recherche.
La capacité Q2 en Ah nécessaire lors de la phase de poussée du robot adverse.
La capacité Q3 en Ah nécessaire lors de la phase où le robot est poussé par le robot adverse.
Déterminer la capacité Q4 en Ah nécessaire pour alimenter la chaîne d'information.
En déduire la capacité QRencontre en Ah nécessaire pour une rencontre de 3 minutes.
Détermination de la capacité nécessaire pour un combat
REMARQUE IMPORTANTE: On rappelle que 1 Combat = 3 Rencontres de 3 minutes
Déterminer pour les 2 moteurs, la capacité nécessaire QCombat pour un combat.
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