Un véhicule électrique, enseignement de spécialité, classe de première générale. En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts. . . . .. ..... 1. Étude de la charge du véhicule électrique avec une borne de recharge. Le propriétaire d’une voiture électrique veut charger la batterie de son véhicule alors que la jauge d’autonomie de la batterie indique 20 %. Pour cela il utilise une borne de recharge fournissant une puissance constante de 7,40 kW en délivrant un courant électrique d’intensité constante de 32,0 A. Les batteries lithium-ion. Les batteries utilisées couramment dans les véhicules électriques, mais également dans d’autres applications comme les téléphones portables, sont de type lithium-ion. Elles présentent l’avantage d’une très grande énergie massique comprise entre 90 Wh·kg-1 et 180 Wh·kg-1. De plus, ces batteries, même partiellement déchargées, délivrent toujours la même puissance, permettant une utilisation dans les mêmes conditions quel que soit le niveau de charge. Batterie : tension totale : 400 V ; nombre de cellules : 192 ; masse de la batterie : 305 kg ; énergie utilisable : 41 kWh.  masse du véhicule à vide  : 1480 kg. Le SOC (State Of Charge) représente l’état de charge d’une batterie qui varie de 0 % (batterie « vide ») à 100 % (batterie entièrement chargée). Le SOC est directement lié à l’énergie emmagasinée par la batterie. L’énergie maximale que peut emmagasiner la batterie représente son énergie utilisable. SOC = énergie emmagasinée par la batterie / énergie maximale que peut emmagasiner la batterie x 100. 1.1. Calculer l’énergie massique maximale de la batterie de la voiture à partir des caractéristiques du véhicule électrique. Commenter. Energie maximale ( kWh) / masse de la batterie (kg) = 41 / 305 ~0,133 kWh kg-1 = 133 Wh kg-1. Cette valeur est comprise entre 90 Wh·kg-1 et 180 Wh·kg-1, énergie massique de ce type de batterie. 1.2. Montrer que l’énergie emmagasinée par la batterie lors de sa charge pour passer d’un SOC de 20 % à 80 % vaut environ 25 kWh. Puissance (kW) fois durée ( heure) = 7,40 x3,2 ~25 kWh. 1.3. Définir le rendement de la charge, puis le calculer. Commenter cette valeur. Rendement = énergie stockée par la batterie / énergie électrique dépensée par la borne de recharge. Energie électrique dépensée = énergie de la borne de recharge = 30 kWh. Rendement = 25 / 30 ~0,83 ( 83 %). On peut schématiser la conversion d’énergie du circuit de charge de la batterie lorsque le véhicule passe d’un SOC de 20 % à un SOC de 80 % de la manière suivante : 1.4.1. Donner la valeur manquante du schéma ci-dessus en expliquant votre démarche. Conservation de l'énergie : 30 = 25 + x ; x = 5 kWh. L’énergie libérée vers le milieu extérieur est due à la présence d’une résistance Rcharge dans le circuit de charge. 1.4.2. En déduire la valeur de la résistance Rcharge. Commenter. Energie perdue par effet Joule : Emilieu extérieur = Rcharge I2 t avec t = 3,2 h , I = 32 A. Rcharge = 5 000 / (322 x3,2) ~ 1,5 ohms, valeur très faible. .. ... . . 2. Décharge de la batterie du véhicule électrique lors de son utilisation. Le propriétaire du véhicule électrique, dont la batterie est suffisamment chargée, emprunte une autoroute horizontale et roule à vitesse constante de 100 km·h-1 pendant une durée de 5,0 minutes. On suppose que les accessoires de la voiture (climatisation, autoradio, électronique, navigateur, etc.) consomment une puissance constante de 400 W. Existence de frottements lorsque le véhicule roule. Lorsqu’une voiture roule à une vitesse donnée, il existe deux causes principales de dissipation de l’énergie mécanique fournie par le moteur : les frottements mécaniques en lien avec les différents mouvements associés au roulement de la voiture (parties mobiles liées à la transmission, roues, pneus, etc.) et les frottements fluides (ou aérodynamiques) liés au déplacement de l’air autour de la voiture. Les frottements fluides (ou aérodynamiques) dépendent de l’aérodynamisme de la voiture et leur action sur la voiture peut être modélisée par une force de frottement fluide (ou aérodynamique) de sens opposé à celui du vecteur vitesse de la voiture. 2.1. Étude d’un programme de calculateur. Les voitures électriques sont généralement équipées d’un calculateur. Un exemple possible de codage d’un calculateur, lorsque la batterie possède un état de charge de 100 %, est proposé ci-dessous. 2.1.1. Expliquer brièvement ce que calcule ce programme. Le programme calcule la distance que vous pouvez parcourir en fonction de votre vitesse, votre batterie étant initialement totalement chargée. Il vous indique : - le parcours est impossible si vous roulez trop vite. - le parcours est possible mais la batterie sera vide à l'arrivée. - le parcours est réalisable et vous pourrez encore parcourir D2 km. 2.1.2. Modifier le programme afin de tenir compte de l’état de charge de la batterie. Il faut modifier les coefficients ( en particulier 530,2 ) intervenant la ligne 5 pour tenir compte de l'état de charge de la batterie. 530,2 sera remplacé par 530,2 *SOC / 100. . . .   2.2. Étude mécanique du déplacement de la voiture. On s’intéresse au système {voiture} en mouvement dans le référentiel terrestre. 2.2.1. Comparer, à la vitesse de 100 km·h-1, les différentes puissances intervenant dans le bilan énergétique du fonctionnement de la voiture. Proulement = 5 kW ; Paérodynamisme = 10 kW ; Pmécanique utilisée = 17 kW. 2.2.2. Calculer la distance parcourue par la voiture pendant la durée du trajet étudié. 5 minutes ou 5 / 60 =1 / 12 heure. Distance parcourue : 100 / 12 ~8,3 km. 2.2.3. Calculer l’énergie dissipée par les frottements fluides (ou aérodynamiques) pendant la durée du trajet étudié. En utilisant la notion de travail, déduire, à cette vitesse, la valeur de l’intensité de la force modélisant les frottements fluides (ou aérodynamiques). Commenter. Energie (kWh)= puissance (kW) fois durée (h). Energie = 10 / 12 ~0,83 kWh ou 0,83 x3600 =3,0 103 kJ. Travail résistant des forces de frottement fluide : -3,0 103 kJ = - 3 106 J. La valeur absolue de ce travail est égal au produit de la force de frottement ( supposée constante) par la distance parcourue. 3,0 106 = F x 8,3 103 ; F = 3,6 102 N. Les forces de frottement fluide sont la principale perte d'énergie : il faut améliorer l'aérodynamisme du véhicule.

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