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1. PRÉSENTATION KIT EXPÉRIMENTALPILE À COMBUSTIBLEavec l’application voiture radiocommandée HyTRAXParcours STI2D Démo vidéo disponible : ICI

2. 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 pilesà 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 1000km pour la génération à venir. • Une solution s'inscrivant dans une logique de développementdurable (moins problématique à recycler qu'une batterie).

3. Pourquoi les véhicules à pile à combustible ? • Une technologie déjà présente sur le marché du transport Pile à combustible Pile à combustible

4. 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

5. 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 Pile à combustible Carte électronique de gestion et d’acquisition données Moteur Batterie Réservoirs H2 Electronique voiture (contrôle moteur et radio) 2 réservoirs H2 + batterie NiMH Pile à combustible Electronique de gestion de l’énergie Moteur

6. 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.

7. 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.

8. 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)

9. Composition du kit pédagogique Le kit pédagogique comprend : • Un support pédagogique complet (disponible en français et en anglais) comprenant : • Fiches pédagogiques sur les thématiques de l’hydrogène, la pile à combustible, de l’énergieet 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

10. 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.

11. Objectifs et compétences du tronc commun STI2D Société et développement durable Etude du choix des matériaux Réservoir d’hydrures pour stockage d’hydrogène Plaques dipolaires en graphite • 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 Fiche de données sécurité Hydrogène • Etude des aspects sécurité et des normes environnementales liés au produit • Etude de l’impact sur l’homme : confort d’utilisation, ergonomie • Comparatif de solutions techniques (outillage manuel, électrique, thermique), impact sur l’utilisateur Etude de documents réglementaires

12. Objectifs et compétences du tronc commun STI2D Société et développement durable Etude des flux énergétique et rendements Energie hydrogène Energie mécanique U=12 V I=3.2 A U=48 V I=3 A U=48 V I=20 A • Etude des différentes formes d’énergie (chimique, électrique, mécanique) • Etude des moyens de conversion de l’énergie • Détermination du rendement énergétique d’un élément • Détermination du rendement énergétique global d’un système Pile à combustible η = 45 % Contrôle électronique de vitesse Moteur électrique Carte de gestion η =95% η = 92 % η = 95 % η = 94 % Batterie Rendement global η = 38 % U=8.4 V I=9 A Energie hydrogène Etude comparatives Bilan économique Impact produit • Analyse du cycle de vie d’une solution technologique • Comparatifs d’utilisation des solutions techniques d’un point de vue économique et écologique

13. Passagers Utilisateur Utilisateur Passagers Voiture à pile à hydrogène Energie Hydrogène Voiture à pile à combustible Environnement Performances Permettre de se déplacer en respectant des contraintes utilisateur et environnementales Normes Autonomie Objectifs et compétences du tronc commun STI2D Technologie Etude de diagrammes de fonctionnement Diagramme fonctionnel externe Diagramme fonctionnel interne • Etude de cahier des charges fonctionnel d’un produit et réalisation de diagramme fonctionnel Comparatif de solutions techniques • Dégager les avantages et les inconvénients d’une solution d’un point de vue technique et économique • Déterminer la solution la plus pertinente au regard des besoins de l’utilisateur

14. Alimenter Gérer le fonctionnement de l’alimentation Commande utilisateur Action utilisateur Energie électrique Energie hydrogène A1 Mesures Courants/tensions Mesures Courants/tensions A2 Energie électrique Contraintes fonctionnement Véhicule en mouvement Véhicule à déplacer A4 A0 Production d’énergie mécanique Objectifs et compétences du tronc commun STI2D Technologie Etude dediagrammesfonctionnels SADT Niveau A0 • Réalisation de diagrammes fonctionnels de type SADT Etude de code logiciel Code microcontrôleur PIC Etude de la transmission 4x4 Etude de plans de conception • 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

15. Objectifs et compétences du tronc commun STI2D Technologie Etude de diagrammesfonctionnels Diagramme d'états- transitions (SysML) • Etudier le fonctionnement temporel d’un système à travers l’utilisation de diagrammes SysML Etude de plans de conception Plan CAO des plaques bipolaires Schémas des cartes électroniques • Etudier l’agencement mécanique des composants de la pile à combustible • Etudier les éléments d’acquisition d’information système

16. Objectifs et compétences du tronc commun STI2D Technologie Etudes cinématique voiture • Calcul de vitesse et d’accélération en fonction des données enregistrés • Relevés cinématiques effectués sur terrain Courbes tableur 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

17. Objectifs et compétences du tronc commun STI2D Communication • Savoir utiliser les outils de représentation (SysML, plans CAO…) afin de représenter et communiquer au mieux une solution, un projet Etude de diagrammes SysML Support pédagogique disponible en anglais • Acquérir des notions et du vocabulaire technique grâce au support pédagogique entièrement disponible en anglais

18. Objectifs et compétences spécialités STI2D Un programme adapté aux spécialités EE, ITEC, SIN Concevoir un nouveau système à base de pile à combustible en utilisant les outils de représentation UML/SysML Conception d’un packaging industriel optimisé pour une application embarquant une pile à combustible 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 d’un projet en intégrant des contraintes sociales, 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 écologique. Innovation Technologique et Eco Conception Faire participer les élèves à un projet de modification d’un 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 système existant. Système d’information et numérique Faire participer les élèves à un projet de modification d’un 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 suivi et d’optimisation. Simulation grâce aux outils Matlab /Simulink et essais pratiques grâce à la carte d’acquisition transportable sur d’autres systèmes Réalisation mécanique grâce aux outils de CAO Etablir l’agencement logiciel d’un système Réalisation de structures pour le système pile à combustible + carte d’acquisition pour d’autres applications (ex : vélo électrique…) Expérimenter différents types de stockage d’énergie. Déterminer l’impact des paramètres de stockage (pression/température…) Planifier un projet de réalisation (diagramme de Gantt)

19. Un savoir-faire de qualité dans différents domaines - Piles à combustible- Equipements de tests et mesures- Equipements pédagogiquesVidéo de démonstration disponible : ICI. www.pragma-industries.com