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[Ex. à résoudre] Quel avenir pour la voiture électrique ?



  1. #1
    Wonderfulblack

    Smile [Ex. à résoudre] Quel avenir pour la voiture électrique ?


    ------

    Veuillez excuser le repost, je n'arrivais pas à modifier l'exercice !

    Bonjour,
    Voici un exercice que je trouve assez complexe :

    Quel avenir pour la voiture électrique ?

    -L’intérêt de la propulsion électrique est de diminuer la pollution urbaine, de diminuer notre dépendance vis à vis du pétrole et de diminuer les rejets de gaz carbonique si l’électricité est produite soit par des énergies renouvelables, soit par l’énergie nucléaire, soit par des combustibles fossiles (charbon) avec séquestration du gaz carbonique.
    -L’avenir de la voiture électrique est, à court et moyen terme, indissociable des performances des batteries au Lithium, à cause des exigences de ce mode de locomotion.
    -On utilise des moteurs "brushless" associés à des régulateurs électroniques qui ont des efficacités énergétiques excellentes et sont très légers. Leur poids est notablement plus faible que celui d’un moteur thermique et de son réservoir. On pourrait disposer, à poids total équivalent, d’environ 200 kg de batteries.
    -On peut récupérer l’énergie cinétique au freinage pour recharger la batterie.
    -Avec des batteries au Lithium il semble possible de parcourir 200 km à une vitesse maximum de 120 km/h.
    -Pour gérer les surcharges lors des ralentissements et accélérations en ville, on peut adjoindre une "super-condensateur" de 20 kg capable de stocker 100 kJoules électriques.
    -Pour le problème du chauffage, il faut 1 à 2 kW en hiver. On peut envisager d'utiliser une pompe à chaleur qui permet aussi une climatisation efficace.
    -L’utilisation optimale des véhicules électriques sera probablement urbaine, avec des scooters ou de petites voitures éventuellement mises en location libre-service. Sur les grandes distances les voitures à propulsion hybride ou les transports en commun garderont sans doute le rôle principal.

    http://sfp.in2p3.fr/Debat/debat_ener...ivet-elect.htm

    Exercice à résoudre :


    Vous êtes ingénieur chez Tata, la célèbre marque d'automobile indienne. L'entreprise vous demande si la voiture électrique est un choix d'avenir, en particulier pour les déplacements grande distance, sur autoroute. En vous basant sur la technologie actuelle, vous devez vérifier les hypothèses écrites en gras ci dessus :
    • Vérifier si la puissance développée par la batterie dont vous disposez permet de rouler à 120 Km/h
    • Avec une batterie de 200 Kg, déterminez la vitesse maximale et la distance que l'on peut parcourir à cette vitesse


    6 Documents distribués :
    - L'accumulateur Nickel-Métal : description électrochimique lors du fonctionnement "pile"
    - La batterie d'accumulateur, fonctionnement électrique, masse des réactifs
    - Lois électriques : Loi des mailles, loi des noeuds
    - Définition de l'intensité du courant électrique, lien avec le nombre d'électron
    - Caractéristiques du moteur électrique
    - Puissance perdue par frottements en fonction de la vitesse


    msg_fsg_1.jpg

    msg_fsg_2.jpg

    Critères pour avoir C (équivalent de 12/20, donnés après l'épreuve) :
    - La chaîne énergétique de la voiture électrique est cohérente
    - La valeur de la Puissance électrique fournie par la batterie est correcte
    - La valeur de la puissance nécessaire pour compenser les frottements est correcte
    - Les demi-équations rédox et l'équation de réaction est correcte
    - Le tableau d'avancement permet de lier les quantités de matière des réactifs et d'électrons échangés
    - Le schéma électrique du circuit électrique équivalent est correct
    - La charge disponible dans la batterie est exprimée en fonction de la masse des réactifs
    - La valeur de l'intensité est déterminée soit graphiquement, soit par le calcul
    - la chaîne énergétique est utilisée pour déterminer la puissance fournie à la voiture pour compenser les frottements

    Voilà, je souhaite bonne chance et remercie d'avance les personnes qui auraient les capacités de résoudre ces problématiques difficiles avec un plan sans avoir de données (exercice littéral).

    -----
    Dernière modification par albanxiii ; 08/05/2014 à 10h02.

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  3. #2
    calculair

    Re : [Ex. à résoudre] Quel avenir pour la voiture électrique ?

    Bonjour,

    La résistance interne de la batterie est de 0,166 ohm d'apres la courbe du document 2.

    La loi d'ohm s'écrit 288 = RmI + RbI + e

    Rb résistance interne batterie et Rm = résistance moteur, I courant, e force contre électromotrice moteur


    en multiliant par I

    288 I = 0,447 I^2 + e I

    à 120 km/h eI = 35000 courbe document 6

    0, 447 I^2 - 288 I + 35000 = 0

    equation du 2 ° degres

    Delta = 288 ^2 - 4 *0,477 * 35000 = 82944 -66780 = 16 164

    Racine Delta =4 *33 = 132

    I ( 1 ) =( 288+ 132) / 2*0,477 = 432 A

    I( 2 ) = (288 -132) / 2*0,477 = 163 A


    Il y a 2 régimes possibles, Si le régime économique à 163 A est stabilisé, la force contre électromotrice du moteur serait


    288 `0,477 * 163 = 288 -77,7 = 210 V

    Le document 5 est ambiguë la tension E' c'est quoi ? une FCEM ou la tension aux bornes du moteur

    avec 162 A la tension aux bornes moteur est 288 - 0,166 *162 = 288 - 26,9 = 261 V Si E' set la tension aux bornes moteur, alors cela fonctionne encore tout juste 10 à 9 V de marge
    En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)

  4. #3
    Wonderfulblack

    Re : [Ex. à résoudre] Quel avenir pour la voiture électrique ?

    Citation Envoyé par calculair Voir le message

    Le document 5 est ambiguë la tension E' c'est quoi ? une FCEM ou la tension aux bornes du moteur

    avec 162 A la tension aux bornes moteur est 288 - 0,166 *162 = 288 - 26,9 = 261 V Si E' set la tension aux bornes moteur, alors cela fonctionne encore tout juste 10 à 9 V de marge
    Cela m'as l'air d'un début très juste. Il me semble juste ambigu de passer par une équation de 2nd degré...
    Ici je suppose que E' représente la tension au bornes du générateur, celle de la batterie étant de 288 V cela marche. La résistance interne du moteur est donc de 0.311 ohm

  5. #4
    calculair

    Re : [Ex. à résoudre] Quel avenir pour la voiture électrique ?

    Je dirais que E' a plus de chance d'être la Tension aux bornes du moteur, La specif du moteur ne doit dépendre que du moteur
    En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Ouk A Passi

    Re : [Ex. à résoudre] Quel avenir pour la voiture électrique ?

    Bonjour,

    Tout d'abord, à propos du sondage, le lecteur ignore si vous vous adressez à un élève de 3ème ou bien à un ingénieur:
    Sondage: Trouvez-vous cet exercice difficile
    De ce fait les réponses vont fortement diverger.

    Est-il besoin de vous dire ce que je pense d'un sondage présenté de telle manière?

    Revenons au message. Les éléments de départ sont les suivants:
    - On pourrait disposer d’environ 200 kg de batteries.
    - Avec des batteries au Lithium il semble possible de parcourir 200 km à une vitesse maximum de 120 km/h

    L'exercice:
    <<La voiture électrique est-elle un choix d'avenir?
    En particulier pour les déplacements grande distance, sur autoroute>>.
    Mon sondage:
    Est-ce que 200 km d'automonie représente pour vous un "déplacement à grande distance"?

    <<En vous basant sur la technologie actuelle, vous devez vérifier les hypothèses écrites ci-dessus :
    Vérifier si la puissance développée par la batterie dont vous disposez permet de rouler à 120 Km/h>>

    Après avoir écrit "qu'il semblait possible, avec des batterie Lithum ....."
    1- Le gars de chez Tata doit faire avec ce qu'il a en magasin: du Ni-MH.
    2 - Je suis surpris de lire que l'énergie massique soit de 100 Wh/kg pour les petites cellules et seulement 75 pour les grandes (mais cette donnée figure dans les documents fournis)

    <<Avec une batterie de 200 Kg, déterminez la vitesse maximale et la distance que l'on peut parcourir à cette vitesse>>
    3 - La courbe du "document 6" indique la puissance nécessaire pour contrer les frottements dûs à la traînée aérodynamique + frottements de roulement. J'y lis 35 kW pour rouler à 120 km/h, ce qui me semble hautement fantaisiste (à moins que votre véhicule présente un très mauvais produit S.Cx).

    De plus, vous nous avez donné au début un lien vers le "Débat" (qui est sans doute censé avoir été lu?), où la puissance pour rouler à 100km/h est de 7,2+ 3 = 10,2 kW, tandis que le graphe du "document 6" indique 22,5 kW pour rouler à cette vitesse.

    Trop d'incohérences!
    Comment peut-on <<résoudre>> un tel exercice?
    Dernière modification par Ouk A Passi ; 03/05/2014 à 00h02. Motif: Typo

  8. #6
    Wonderfulblack

    Re : [Ex. à résoudre] Quel avenir pour la voiture électrique ?

    Citation Envoyé par calculair Voir le message
    Je dirais que E' a plus de chance d'être la Tension aux bornes du moteur, La specif du moteur ne doit dépendre que du moteur
    Oui nous parlons bien du moteur pardon.

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  10. #7
    Wonderfulblack

    Re : [Ex. à résoudre] Quel avenir pour la voiture électrique ?

    Citation Envoyé par Ouk A Passi Voir le message
    Bonjour,

    Tout d'abord, à propos du sondage, le lecteur ignore si vous vous adressez à un élève de 3ème ou bien à un ingénieur:

    De ce fait les réponses vont fortement diverger.

    Est-il besoin de vous dire ce que je pense d'un sondage présenté de telle manière?

    Revenons au message. Les éléments de départ sont les suivants:
    - On pourrait disposer d’environ 200 kg de batteries.
    - Avec des batteries au Lithium il semble possible de parcourir 200 km à une vitesse maximum de 120 km/h

    L'exercice:
    <<La voiture électrique est-elle un choix d'avenir?
    En particulier pour les déplacements grande distance, sur autoroute>>.
    Mon sondage:
    Est-ce que 200 km d'automonie représente pour vous un "déplacement à grande distance"?

    <<En vous basant sur la technologie actuelle, vous devez vérifier les hypothèses écrites ci-dessus :
    Vérifier si la puissance développée par la batterie dont vous disposez permet de rouler à 120 Km/h>>

    Après avoir écrit "qu'il semblait possible, avec des batterie Lithum ....."
    1- Le gars de chez Tata doit faire avec ce qu'il a en magasin: du Ni-MH.
    2 - Je suis surpris de lire que l'énergie massique soit de 100 Wh/kg pour les petites cellules et seulement 75 pour les grandes (mais cette donnée figure dans les documents fournis)

    <<Avec une batterie de 200 Kg, déterminez la vitesse maximale et la distance que l'on peut parcourir à cette vitesse>>
    3 - La courbe du "document 6" indique la puissance nécessaire pour contrer les frottements dûs à la traînée aérodynamique + frottements de roulement. J'y lis 35 kW pour rouler à 120 km/h, ce qui me semble hautement fantaisiste (à moins que votre véhicule présente un très mauvais produit S.Cx).

    De plus, vous nous avez donné au début un lien vers le "Débat" (qui est sans doute censé avoir été lu?), où la puissance pour rouler à 100km/h est de 7,2+ 3 = 10,2 kW, tandis que le graphe du "document 6" indique 22,5 kW pour rouler à cette vitesse.

    Trop d'incohérences!
    Comment peut-on <<résoudre>> un tel exercice?
    Bonjour Ouk A Passi,

    Tout d'abord le premier document introduisant la voiture électrique n'est pas à prendre à la lettre. Ensuite le lien que j'ai fourni est nécessaire lorsque le texte ne nous appartient pas. Nous ne sommes pas censés avoir lu l'article en dehors de l'extrait proposé.


    Ensuite les documents donnés sont imposés et lors de l’examen qu'il faille trouver un résultat que l’énergie électrique qui doit être fournie pour la voiture est équivalente à celle libérée par une centrale nucléaire il faudra quand même le faire.
    Je pense que mon professeur ne cherche pas une cohérence dans la mise en place des ses exercices (qu'il rédige) mais plutôt un entrainement à réagir à des problématiques générales données sur un sujet.

    Pour résoudre l'exercice il faudrait alors s'en tenir aux données que l'on détient et effectuer des calculs.

    Je termine en précisant que mon prof note minutieusement chaque copie et préfère la réponse littéral à la réponse numérique.

    Merci de votre réponse.

  11. #8
    calculair

    Re : [Ex. à résoudre] Quel avenir pour la voiture électrique ?

    Citation Envoyé par calculair Voir le message
    Bonjour,

    La résistance interne de la batterie est de 0,166 ohm d'apres la courbe du document 2.

    La loi d'ohm s'écrit 288 = RmI + RbI + e

    Rb résistance interne batterie et Rm = résistance moteur, I courant, e force contre électromotrice moteur


    en multiliant par I

    288 I = 0,447 I^2 + e I

    à 120 km/h eI = 35000 courbe document 6

    0, 447 I^2 - 288 I + 35000 = 0

    equation du 2 ° degres

    Delta = 288 ^2 - 4 *0,477 * 35000 = 82944 -66780 = 16 164

    Racine Delta =4 *33 = 132

    I ( 1 ) =( 288+ 132) / 2*0,477 = 432 A

    I( 2 ) = (288 -132) / 2*0,477 = 163 A


    Il y a 2 régimes possibles, Si le régime économique à 163 A est stabilisé, la force contre électromotrice du moteur serait


    288 `0,477 * 163 = 288 -77,7 = 210 V

    Le document 5 est ambiguë la tension E' c'est quoi ? une FCEM ou la tension aux bornes du moteur

    avec 162 A la tension aux bornes moteur est 288 - 0,166 *162 = 288 - 26,9 = 261 V Si E' set la tension aux bornes moteur, alors cela fonctionne encore tout juste 10 à 9 V de marge



    avec une batterie de 200kg de densité de l'ordre de 80 Wh /kg ( chiffre a discuter ) l'énergie disponible est 16 kWh

    si la voiture roule a 120 km/h; le courant est de 162 A, l'énergie consommée est 288 * 162 = 46,7 kWh pour 1 heure de route

    La batterie ne permet de faire que 0,34 * 60 = 20 minutes de route ou 41 km
    En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)

  12. #9
    calculair

    Re : [Ex. à résoudre] Quel avenir pour la voiture électrique ?

    Je pose ma candidature chez Tata car les données founies ici par leur centre de recherche ne me semblent pas optimales ni très réalistes

    Je propose que l'on re discute le choix des batteries, que l'on améliore le Cx du véhicule et son coef de frottement sur la route

    Je pense pouvoir obtenir de meilleurs résultats, même si la voiture électrique n'est pas une solution pour réduire la pollution de la planète.....
    En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)

  13. #10
    lolvillage

    Re : [Ex. à résoudre] Quel avenir pour la voiture électrique ?

    Je voulais répondre briévement : il existerai , information a vérifier , des batterie lithium-air avec un capacité double voir triple des lithium actuel .

    Mais y aurait il assez d'éléctricité si tout le monde remplaçait sa voiture essence par une éléctrique ?

  14. #11
    Bluedeep

    Re : [Ex. à résoudre] Quel avenir pour la voiture électrique ?

    Citation Envoyé par lolvillage Voir le message
    Je voulais répondre briévement : il existerai , information a vérifier , des batterie lithium-air avec un capacité double voir triple des lithium actuel
    Capacité "double" de quel point de vue ? massique ? volumique ? ben oui, la place que prend uen batterie dans une voiture électrique est une donnée critique dès l'instant où on envisage des voitures électrique pour des longs trajet (long trajet => bagages => volume dispo nécessaire => augmentation de S.Cx en général).

  15. #12
    lolvillage

    Re : [Ex. à résoudre] Quel avenir pour la voiture électrique ?

    là je suis moins sur , mais c'est par energie contenue dans un kilo .

    et effectivement , je n'ai aucune idée du volume de ce genre de batterie . De toute façons en l'état elle ne survit qu'a une 20 aine de charge . Mais c'était pour souligner qu'il existait des progrés .

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  17. #13
    f6bes

    Re : [Ex. à résoudre] Quel avenir pour la voiture électrique ?

    Citation Envoyé par lolvillage Voir le message

    Mais y aurait il assez d'éléctricité si tout le monde remplaçait sa voiture essence par une éléctrique ?
    Bonjour à toi,
    C'est le genre d'argument qui ne tiens pas la route !
    REMPLACER...dans quel lap de temps?
    Dans le meme "genre" de réaction : Que se passera t il lorqu 'il n'y aura plus de pétrole ?

    Dans les deux cas , c'est pas qq chose qui va se faire du jour..ou lendemain !
    Cela va s'étaler sur des années , voire dizaine d'année.
    Donc "voir" venir et prendre des décisions en conséquence.

    Il y qq centaines d'années, on n'aurait pu nourrir les MILLARDS d'etre humains que compte la
    Terre actuelle.
    Et pourtant de nos jours on y arrive !
    Pour le reste ce sera la meme démarche...étalée..dans le temps.

    A+

  18. #14
    Wonderfulblack

    Re : [Ex. à résoudre] Quel avenir pour la voiture électrique ?

    Bonjour,

    Je vous remercie pour votre aide qui m'as guidé pour la première problématique.
    Cependant il reste la seconde : "Avec une batterie de 200 Kg, déterminez la vitesse maximale et la distance que l'on peut parcourir à cette vitesse" .
    Comment pensez-vous qu'il faille procéder ?
    J'ai une petite idée de début avec le calcul d’électrons échangés grâce à un tableau d'avancement (d'une demi-équation).
    Merci d'avance.

    Cordialement,

    Wonderfulblack.

  19. #15
    f6bes

    Re : [Ex. à résoudre] Quel avenir pour la voiture électrique ?

    Citation Envoyé par Wonderfulblack Voir le message
    Cependant il reste la seconde : "Avec une batterie de 200 Kg, déterminez la vitesse maximale et la distance que l'on peut parcourir à cette vitesse" .
    Comment pensez-vous qu'il faille procéder ?
    Bonjour à toi,
    Je me demande si tu nous "incites" à RESOUDRE TA problématique et faire en sorte que tu obtiennes la note correcte que tu espéres
    de la part de ton professeur.
    C'est certainement pas à NOUS d'ontenir cette fameuse note ,mais à TOI.
    Donc si t'as des idées... met les en pratique.

    Pour 200kg, ça ne me renseigne pas suffisamment sur les possibilités de " capacités " de la dite batterie. Reste à savoir de plus si la vitesse MAXIMALE
    sera maintenue malgré la décharge de la batterie.
    Faut connaitre la courbe de décharge de la batterie et ADMETTRE que malgré la décharge décroissante on atteint tout de meme la vitesse maxi.
    Reste à savoir ou l'on place le "curseur" décharge/ vitesse maxi.
    Bon WE

  20. #16
    calculair

    Re : [Ex. à résoudre] Quel avenir pour la voiture électrique ?

    Bonjour,

    Cela ne fait aucun doute que nous serons très vite embauché chez Tata automobile

    Si on fait un calcul rapide en négligeant les forces de frottement sur la route, et les pertes mécaniques de transmission et électrique du systèmes, la force nécessaire pour rouler à la vitesse V est sur du plat

    F = 1/2 Cx d S V**2 ou S est le maitre couple du véhicule, et d la densité de l'air = 1,23 kg /m3

    Le travail des donc T = F D = F Vt en joule

    L'energie en joule d'une batterie est E * kg * 3600 ou E est la densité énergétique de la batterie , par exemple 100 Wh/kg, kg est le poids de la batterie et 3600 est pour obtenir des joule car le Watt est le joule /seconde

    Donc dans une première approche

    1/2 Cx d S V**3 * t = E *kg * 3600.


    Messieurs les techniciens vous avez les outils pour finaliser le problème.... si vous n'y arrivez pas.... on envisagera des mesures de licenciment......Chez Tata on doit être les meilleurs
    En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)

  21. #17
    Wonderfulblack

    Re : [Ex. à résoudre] Quel avenir pour la voiture électrique ?

    Citation Envoyé par f6bes Voir le message
    Bonjour à toi,
    Je me demande si tu nous "incites" à RESOUDRE TA problématique et faire en sorte que tu obtiennes la note correcte que tu espéres
    de la part de ton professeur.
    C'est certainement pas à NOUS d'ontenir cette fameuse note ,mais à TOI.
    Donc si t'as des idées... met les en pratique.

    Pour 200kg, ça ne me renseigne pas suffisamment sur les possibilités de " capacités " de la dite batterie. Reste à savoir de plus si la vitesse MAXIMALE
    sera maintenue malgré la décharge de la batterie.
    Faut connaitre la courbe de décharge de la batterie et ADMETTRE que malgré la décharge décroissante on atteint tout de meme la vitesse maxi.
    Reste à savoir ou l'on place le "curseur" décharge/ vitesse maxi.
    Bon WE
    Bonjour,

    Il n'y a aucune note sur cet exercice. Etant en Première et ayant une petite passion pour la physique je fais le max d'exercices qu'il nous donne sur un drive Google. Il poste environ 60 exercices de ce genre par trimestre et il ne tient qu'à nous même de les faire ou non.
    Je pense juste que plus on en fait, plus on est apte à résoudre des problèmes difficiles comme celui-ci qui est tombé en Bac Blanc dernièrement.
    Merci pour ta réponse.
    Dernière modification par Wonderfulblack ; 11/05/2014 à 15h32.

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