PRÉSENTATION KIT EXPÉRIMENTAL PILE À COMBUSTIBLE avec l’application voiture radiocommandée HyTRAX.

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1 PRÉSENTATION KIT EXPÉRIMENTAL PILE À COMBUSTIBLE avec l’application voiture radiocommandée HyTRAX Parcours 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 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).

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 2 réservoirs H2 + batterie NiMH Electronique voiture (contrôle moteur et radio) 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) *Contacter Pragma Industries pour plus de détails concernant le domaine de fonctionnement de la pile. **En option, sous réserve de compatibilité avec le matériel dont vous disposez déjà.

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’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 *Contacter Pragma Industries pour plus de détails concernant le domaine de fonctionnement de la pile. **En option, sous réserve de compatibilité avec le matériel dont vous disposez déjà.

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. *Contacter Pragma Industries pour plus de détails concernant le domaine de fonctionnement de la pile.

11 Objectifs et compétences du tronc commun STI2D
Société et développement durable Objectifs de formation Compétences attendues Solution Kit pédagogique Pragma Industries 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. 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. Etude du choix des matériaux 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 Fiche de données sécurité Hydrogène Etude de documents réglementaires 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

12 Objectifs et compétences du tronc commun STI2D
Société et développement durable Objectifs de formation Compétences attendues Solution Kit pédagogique Pragma Industries O2 Identifier les éléments permettant la limitation de l’Impact environnemental d’un système et de ses constituants. 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. 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 Energie hydrogène U=12 V I=3.2 A Energie mécanique 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 % Carte de gestion Contrôle électronique de vitesse Moteur électrique η =95% Batterie η = 94 % η = 95 % η = 92 % Rendement global η = 38 % Energie hydrogène U=8.4 V I=9 A 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 Objectifs et compétences du tronc commun STI2D
Technologie Objectifs de formation Compétences attendues Solution Kit pédagogique Pragma Industries O3 Identifier les éléments influents du développement d’un système. CO3.1 Décoder le cahier des charge fonctionnel d'un système. CO3.2 Evaluer la compétitivité d'un système d'un point de vue technique et économique. Etude de diagrammes de fonctionnement Diagramme fonctionnel externe Voiture à pile à combustible Environnement Performances Normes Utilisateur Passagers Autonomie Energie Hydrogène Diagramme fonctionnel interne Utilisateur Voiture à pile à hydrogène Passagers Permettre de se déplacer en respectant des contraintes utilisateur et environnementales 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 Objectifs et compétences du tronc commun STI2D
Technologie Objectifs de formation Compétences attendues Solution Kit pédagogique Pragma Industries O4 Décoder l’organisation fonctionnelle, structurelle et logicielle d’un système. CO4.1 Identifier et caractériser les fonctions et les constituants d’un système ainsi que ses entrées/sortie. CO4.2 Identifier et caractériser l’agencement matériel et/ou logiciel d’un système. Alimenter Gérer le fonctionnement de l’alimentation Production d’énergie mécanique A0 A1 A2 A4 Véhicule à déplacer Véhicule en mouvement Mesures Courants/tensions Energie hydrogène électrique Contraintes fonctionnement Commande utilisateur Action Etude de diagrammes fonctionnels SADT Niveau A0 Réalisation de diagrammes fonctionnels de type SADT Etude de code logiciel Code microcontrôleur PIC Etude de plans de conception Etude de la transmission 4x4 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 Objectifs de formation Compétences attendues Solution Kit pédagogique Pragma Industries O4 Décoder l’organisation fonctionnelle, structurelle et logicielle d’un système. 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. Etude de diagrammes fonctionnels 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 Objectifs de formation Compétences attendues Solution Kit pédagogique Pragma Industries O5 Utiliser un modèle de comportement pour prédire un fonctionnement ou valider une performance. CO5.1 Expliquer des éléments d’une modélisation proposée relative au comportement de tout ou partie d’un système. 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. 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 Objectifs de formation Compétences attendues Solution Kit pédagogique Pragma Industries O6 Communiquer une idée, un principe ou une solution technique, un projet, y compris en langue étrangère. CO6.1 Décrire une idée, un principe, une solution, un projet en utilisant des outils de représentation adaptés. 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. 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 Objectifs de formation Energie et Environnement Innovation Technologique et Eco Conception Système d’information et numérique 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 Conception de solution technique en accord avec le triptyque Matière - Energie - Information 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 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 Expérimenter différents types de stockage d’énergie. Déterminer l’impact des paramètres de stockage (pression/température…) Réalisation de structures pour le système pile à combustible + carte d’acquisition pour d’autres applications (ex : vélo électrique…) 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 pédagogiques Vidéo de démonstration disponible : ICI.