PRÉSENTATION KIT EXPÉRIMENTAL PILE À COMBUSTIBLE avec l’application voiture radiocommandée HyTRAX Parcours STI2D Démo vidéo disponible : ICI Pragma Industries SAS Z.A.
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PRÉSENTATION KIT EXPÉRIMENTAL PILE À COMBUSTIBLE avec l’application voiture radiocommandée HyTRAX Parcours STI2D Démo vidéo disponible : ICI Pragma Industries SAS Z.A. de Bassilour 665 rue de Bassilour 64210 Bidart - France Bus. +33 (0) 559 512 755 Fax. +33 (0) 559 230 798 [email protected] www.pragma-industries.com Pourquoi les véhicules à pile à combustible ? • Un secteur des transports en mutation, d'une motorisation hydrocarbure vers une motorisation électrique. • L'apparition d'une nouvelle problématique pour le stockage de l'énergie. • La sous performance des batteries, limitant l'autonomie des véhicules tout électriques à 150-180 km. • Les piles à combustible : une solution pour générer de l'électricité à partir d'hydrogène. • Une solution permettant d'étendre l'autonomie a environ 500 km, jusqu'à 1000 km pour la génération à venir. • Une solution s'inscrivant dans une logique de développement durable (moins problématique à recycler qu'une batterie). Pourquoi les véhicules à pile à combustible ? • Une technologie déjà présente sur le marché du transport Pile Pile àà combustible combustible Présentation du produit Voiture TRAXXAS STAMPEDE VXL 4x4 • Un modèle réduit à l'échelle 1/10 représentatif des véhicules existants HyTRAX Stampede VXL modèle « classique » Stampede VXL modèle pile à combustible Présentation du produit Voiture TRAXXAS STAMPEDE VXL 4x4 • Un modèle réduit à l'échelle 1/10 représentatif des véhicules existants Véhicule existant : Mercedes B Class F Cell Carte électronique de gestion et d’acquisition données Pile à combustible Moteur Batterie Réservoirs H2 2 réservoirs H2 + batterie NiMH Pile à combustible Electronique de gestion de l’énergie Moteur Electronique voiture (contrôle moteur et radio) Présentation du produit • Acquisition de données Les mesures de courant et tension sont relevées en différents points afin d’étudier le système d’un point de vue électronique et énergétique. Un capteur optique et un accéléromètre permettent l’acquisition de données mécaniques (déplacement, vitesse, accélération du véhicule, vitesse de rotation des roues). L’ensemble des données est stocké sur carte SD, le post traitement s’effectue avec un logiciel développé sous LabVIEW, ou avec un simple tableur. Présentation du produit • Acquisition de données Les mesures de courant et tension sont relevées en différents points afin d’étudier le système d’un point de vue électronique et énergétique. Un capteur optique et un accéléromètre permettent l’acquisition de données mécaniques (déplacement, vitesse, accélération du véhicule, vitesse de rotation des roues). L’ensemble des données est stocké sur carte SD, le post traitement s’effectue avec un logiciel développé sous LabVIEW, ou avec un simple tableur. Composition du kit pédagogique Le kit pédagogique comprend : Un ensemble pile à combustible de 40 W + carte électronique de gestion/acquisition + 2 réservoirs d’hydrogène 10NL rechargeables Un véhicule radiocommandé Traxxas Stampede VXL 4x4 prêt à rouler + 1 batterie + 1 chargeur de batterie + 1 radiocommande + 1 kit d'outillage + 1 carte micro SD pour l’acquisition de données Un logiciel d’acquisition de données développé sous LabVIEWTM + modèle de simulation MATLABTM (Simulink) Composition du kit pédagogique Le kit pédagogique comprend : Un support pédagogique complet (disponible en français et en anglais) comprenant : o o o o o Fiches pédagogiques sur les thématiques de l’hydrogène, la pile à combustible, de l’énergie et du développement durable Ensemble d’exemples de Travaux Pratiques réalisables autour du dispositif Plans de conception (CAO) de la pile à combustible et de l’ensemble du véhicule Schémas électroniques des cartes embarquées Code du logiciel embarqué sur le microprocesseur de la carte de gestion Composition du kit pédagogique Le kit pédagogique permet : • De découvrir le fonctionnement d’une pile à combustible. • De manipuler un système basé sur une technologie innovante. • De découvrir et d’étudier les enjeux économiques et écologiques actuels. • D’étudier un système industriel et d’acquérir des compétences étendues liées au triptyque « Matière – Énergie – Information ». • De répondre à la transversalité de l’enseignement du parcours STI2D. Objectifs et compétences du tronc commun STI2D Société et développement durable Objectifs de formation Compétences attendues Solution Kit pédagogique Pragma Industries Etude du choix des matériaux O1 Caractériser des systèmes privilégiant un usage raisonné du point de vue développement durable. CO1.1 Justifier les choix des matériaux, des structures d’un système et les énergies mises en œuvre dans une approche de développement durable. Plaques dipolaires en graphite Réservoir d’hydrures pour stockage d’hydrogène • Etude des matériaux utilisés dans une approche d’éco conception • Etude de l’impact environnemental produit • Comparatif des différentes technologies de stockage de H2, des batteries Déclaration de conformité CE CO1.2 Justifier le choix d’une solution selon des contraintes d’ergonomie et d’effets sur la santé de l’homme et du vivant. Fiche de données sécurité Hydrogène Etude de• documents Etude des aspects sécurité et des normes environnementales liés au produit réglementaires • Etude de l’impact sur l’homme : confort d’utilisation, ergonomie • Comparatif de solutions techniques (outillage manuel, électrique, thermique), impact sur l’utilisateur Objectifs et compétences du tronc commun STI2D Société et développement durable Objectifs de formation O2 Identifier les éléments permettant la limitation de l’Impact environnemental d’un système et de ses constituants. Compétences attendues CO2.1 Identifier les flux et la forme de l’énergie, caractériser ses transformations et/ou modulations et estimer l’efficacité énergétique globale d’un système. Solution Kit pédagogique Pragma Industries Energie hydrogène Energie mécanique U=48 V I=3 A Pile à combustible η = 45 % η =95% U=48 V I=20 A • Etude des différentes formes d’énergie (chimique, électrique, mécanique) • Etude des moyens de conversion de l’énergie Contrôle électronique Cartedu de rendement énergétique • Détermination d’un élément gestion de vitesse Moteur électrique η = 94 % η = 95 % η = 92 % • Détermination du rendement énergétique global d’un système Batterie Energie hydrogène CO2.2 Justifier les solutions constructives d’un système au regard des impacts environnementaux et économiques engendrés tout au long de son cycle de vie. Etude des flux énergétique et rendements U=12 V I=3.2 A Rendement global η = 38 % U=8.4 V I=9 A Etude comparatives Système hybride PàC + batterie • Analyse du cycle de vie d’une solution technologique Système batteries NiMH Bilan économique Impact produit • Comparatifs d’utilisation des solutions techniques d’un point de vue économique et écologique Système batterie Li Ion Objectifs et compétences du tronc commun STI2D Technologie Objectifs de formation Compétences attendues Solution Kit pédagogique Pragma Industries Etude de diagrammes de fonctionnement Diagramme fonctionnel externe CO3.1 Décoder le cahier des charge fonctionnel d'un système. Passagers Utilisateur CO3.2 Evaluer la compétitivité d'un système d'un point de vue technique et économique. Passagers Utilisateur Energie Hydrogène Voiture à pile à hydrogène Voiture à pile à • Etude de cahier des charges fonctionnel d’un produit Environnement combustible et réalisation de diagramme fonctionnel Permettre de se déplacer en respectant des contraintes utilisateur et environnementales O3 Identifier les éléments influents du développement d’un système. Diagramme fonctionnel interne Performances Normes Autonomie Système hybride PàC + batterie Comparatif de • Dégager les avantages et les inconvénients d’une Système hybride PàC + SC Système batteries NiMH solutions techniques solution d’un point de vue technique et économiqueSystème batteries NiMH • Déterminer la solution la plus pertinente au regard desSystème batterie Li Ion Système batterie Li Ion besoins de l’utilisateur Objectifs et compétences du tronc commun STI2D Technologie Objectifs de formation Compétences attendues Solution Kit pédagogique Pragma Industries Commande utilisateur CO4.1 Identifier et caractériser les fonctions et les constituants d’un système ainsi que ses entrées/sortie. O4 Décoder l’organisation fonctionnelle, structurelle et logicielle d’un système. Etude de diagrammes fonctionnels Energie hydrogène Energie électrique Alimenter A1 Mesures • Réalisation de diagrammes fonctionnels de type SADT Gérer le Courants/tensions fonctionnement de l’alimentation A2 SADT Niveau A0 Véhicule à déplacer Etude de plans de conception CO4.2 Identifier et caractériser l’agencement matériel et/ou logiciel d’un système. Action utilisateur Mesures Courants/tensions Energie électrique Contraintes fonctionnement Production d’énergie mécanique A4 A0 Etude de la transmission 4x4 Etude de code logiciel Code microcontrôleur PIC • Etude CAO (Inventor, Solidworks, Catia…) • Comprendre l’agencement et le fonctionnement interne d’une pile à combustible d’un point de vue mécanique, fluidique • Etudier l’agencement mécanique de la transmission du véhicule 4x4 Véhicule en mouvement Objectifs et compétences du tronc commun STI2D Technologie Objectifs de formation O4 Décoder l’organisation fonctionnelle, structurelle et logicielle d’un système. Compétences attendues CO4.3 Identifier et caractériser le fonctionnement temporel d’un système CO4.4 Identifier et caractériser des solutions techniques relatives aux matériaux, à la structure, à l’énergie et aux informations (acquisition, traitement transmission) d’un système. Solution Kit pédagogique Pragma Industries Etude de diagrammes fonctionnels • Etudier le fonctionnement temporel d’un système à travers l’utilisation de diagrammes SysML Diagramme d'étatstransitions (SysML) Etude de plans de conception Plan CAO des plaques bipolaires • Etudier l’agencement mécanique des composants de la pile à combustible Schémas des cartes électroniques • Etudier les éléments d’acquisition d’information système Objectifs et compétences du tronc commun STI2D Technologie Objectifs de formation Compétences attendues CO5.1 Expliquer des éléments d’une modélisation proposée relative au comportement de tout ou partie d’un système. O5 Utiliser un modèle de comportement pour prédire un fonctionnement ou valider une performance. CO5.2 Identifier des variables internes et externes utiles à une modélisation, simuler et valider le comportement du modèle. CO5.3 Évaluer un écart entre le comportement du réel et le comportement du modèle en fonction des paramètres proposés. Solution Kit pédagogique Pragma Industries Etudes cinématique voiture • Calcul de vitesse et d’accélération en fonction des données enregistrés Courbes tableur • Relevés cinématiques effectués sur terrain Etudes comparatives théorie/pratique Logiciel d’acquisition (LabVIEWTM) Logiciel de simulation MatlabTM (Simulink) • Savoir prédire le fonctionnement théorique d’un système grâce aux outils de simulation MatlabTM et Simulink • Comparer les résultats théoriques et les résultats pratiques grâce au logiciel d’acquisition LabVIEWTM • Etendre la simulation à divers systèmes afin de dimensionner et de concevoir d’autres applications utilisant la pile à combustible Objectifs et compétences du tronc commun STI2D Communication Objectifs de formation Compétences attendues CO6.1 Décrire une idée, un principe, une solution, un projet en utilisant des outils de représentation adaptés. O6 Communiquer une idée, un principe ou une solution technique, un projet, y compris en langue étrangère. CO6.2 Décrire le fonctionnement et/ou l’exploitation d’un système en utilisant l'outil de description le plus pertinent. CO6.3 Présenter et argumenter des démarches, des résultats, y compris dans une langue étrangère. Solution Kit pédagogique Pragma Industries • Savoir utiliser les outils de représentation (SysML, Etude de plans CAO…) afin de représenter et communiquer au mieux une solution, un projet diagrammes SysML Support pédagogique • Acquérir des notions et du vocabulaire technique disponible en anglais grâce au support pédagogique entièrement disponible en anglais Objectifs et compétences spécialités STI2D Un programme adapté aux spécialités EE, ITEC, SIN Objectifs de formation EE1 – ITEC1 – SIN1 Imaginer une solution, répondre à un besoin EE2 – ITEC2 – SIN2 Valider des solutions techniques EE3 – ITEC3 – SIN3 Gérer la vie d’un produit/système Energie et Environnement Conception de solution technique en accord avec le triptyque Matière Energie - Information Energie et Environnement Faire participer les élèves aux principales étapes de développement et de suivi/Simulink Simulation grâce aux outils Matlab d’un projet en intégrant et essais pratiques grâce à la cartedes contraintes sociales,sur d’autres d’acquisition transportable systèmes d’efficacité énergétique et de cadre de vie. Déterminer une solution d’amélioration d’un système existant et vérifier sa pertinence d’un point de vue pratique, économique et stockage Expérimenter différents types de d’énergie. écologique. Déterminer l’impact des paramètres de stockage (pression/température…) Innovation Technologique et Eco Conception Système d’information et numérique Conception d’un packaging industriel optimisé pour une application embarquant une pile à combustible Concevoir un nouveau système à base de pile à combustible en utilisant les outils de représentation UML/SysML Innovation Technologique et Eco Conception Faire participer les élèves à un Réalisation mécanique grâce d’un aux outils projet de modification de CAO système existant, pour y intégrer une pile à combustible comme moyen d’alimentation principale ou comme prolongateur d'autonomie. Développer une structure optimale afin d’adapter une pile à combustible sur un Réalisation de structures pour le système système existant. pile à combustible + carte d’acquisition pour d’autres applications (ex : vélo électrique…) Système d’information et numérique Faire participer les élèves à un Etablir l’agencement logiciel d’un d’un projet de modification système système existant, pour y intégrer une pile à combustible. Développer un système d’acquisition de données permettant de contrôler le système, d’acquérir des données dans une optique de Planifier un projet de réalisation suivi et d’optimisation. (diagramme de Gantt) Un savoir-faire de qualité dans différents domaines - Piles à combustible - Equipements de tests et mesures - Equipements pédagogiques Vidéo de démonstration disponible : ICI. www.pragma-industries.com