Expérimentation du projet en Terminale : La voiture électrique

Jerémy MERCIER 1er DD3-EEBaptiste PHILIPOT 1er DD1-EEMarvin TATON 1er DD3-EE

Objectifs:- Installer un panneau solaire supplémentaire- Réduire la masse du véhicule de 10%

Pourquoi nous faut il de la puissance ?

• Sur un véhicule en mouvement, deux forces s’opposent aux déplacements de la voiture:

- Trainée de roulement- Trainée aérodynamique

Ces deux forces s’expriment en Newton

La puissance est donnée par la relation:

P = F . v

Origine de ces forces

• La Trainée de roulement: Troul= Crr.M.g

- Crr: coefficient de frottement - M: masse- g: accélération de la pesanteur 9,81m/s²

• La Trainée aérodynamique

T aéro = ρ.v².Sf.Cx

- ρ: Masse volumique- V: vitesse en m/s - Sf: surface frontale en m²- Cx: coefficient de trainée

Estimation des performances

Estimation des performances de Proto 5

0 10 20 30 35 400

100

200

300

400

500

600

700

T aéro . Vitesse

T roul . Vitesse

Puissance fournie par la bat-terie

Puissance fournie par le mo-teur

Vitesse en km/h

Pu

iss

an

ce

en

wa

tt

Puissance fournie par les panneaux solaires

Influence de l’inclinaison des rayons solaires

On peut voir que la puissance délivrée par les panneaux solaires varie en fonction de l’inclinaison des rayons solaires .Nos panneaux délivrent 90W pour une irradiance solaire de 1000W/m² et avec un angle d’incidence de 90°.

Evolution de l’inclinaison des rayons solaires

Inclinaison = (latitude du lieu) - arcsinus(0,4 x sinus x (N x 360/365))

Soit :

- Latitude du lieu : 50° pour Charleville.-N = nombre de jours entre l’équinoxe de printemps ( 21 mars ) et le jour considéré, de signe négatif vers la saison froide.

Evolution de la puissance en fonction des saisons:

Grâce à l’inclinaison nous pouvons calculer la puissance fournie par un panneau solaire :

Puissance panneau solaire : 850 x cos(Incl) x 0,15 x 0,55 x 1,25

- Le rendement des panneaux solaires est estimé à 15% - La surface du panneau sur le véhicule 0,55m par 1,25m-Incl = angle d’inclinaison- 850 W/m² irradiance solaire

à la latitude 50° :

A partir des données, inclinaison des rayons solaires et latitude à 50°, on obtient les résultats pour les différents mois de l’année et pour trois panneaux:

J F M A M J J A S O N D0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0Puissance à latitude 50°

Puissance 50°

Puissance (Watts) à la latitude 50°

92,3135,0173,6212,8233,8242,7233,8212,8173,6

13592,374,4

à la latitude 42° :

Puissance (Watts) à la latitude 42°

126,8162,5200,6233,8250,3256,8250,3233,8200,6162,5126,8114,1

J F M A M J J A S O N D0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

Puissance à la latitude 42°

Puissance 42°

A partir des données, inclinaison des rayons solaires et latitude à 42°, on obtient les résultats pour les différents mois de l’année et pour trois panneaux :

Comparaison de la puissance reçue aux latitudes de 42° et de 50°

J F M A M J J A S O N D0

50

100

150

200

250

300

Puissance 42°Puissance 50°

Schéma de puissance

Bilan Proto 4 / Proto 52 panneaux solaires : puissance de 170W 3 panneaux solaires : puissance de 250W

0 12 15 22 31 400

100

200

300

400

500

600

700

800

Proto 5

Proto 4

Puissance de 2 panneaux solaires

Puissance de 3 panneaux solaires

vitesse en km/h

pu

iss

an

ce

en

wa

tt

Détermination de la position du Pilote Solution: Pilote sous les panneaux

Solution: Champ de vision du pilote au dessus des panneaux

Travail sur la direction

Cahier des charges

La solution retenue doit avoir les caractéristiques suivantes:- Rayon de braquage inférieur à 5,2m- Une direction précise et ergonomique- Une masse inférieure à celle du modèle précédent

Mise en plan à partir du support déplié

Traçage et découpe

Réalisation : Pliage

Résistance des matériaux :• La limite d’élasticité Re ( MPa ): Contrainte à partir de laquelle un matériau

arrête de se déformer de manière élastique

• Re Alu 6061 = 62MPa

• Le coefficient de sécurité

S = Re/σ

Simulation avec un effort de 150N

Simulation après enlèvement de matière

Validation de la simulation

Bilan des masses : Support Axe Tige Levier

Acier 187 g 15 g 308 g 190 g

Alu 80 g 10 g 38 g 63 g

Acier Alu0

50

100

150

200

250

300

350

187

80

15 10

308

38

190

63

SupportaxeTigelevier

Le gain sur l’ensemble est de 1018 gr

Conception de:

- support panneaux- plancher- siège

Le siège

Fixation des panneaux solaires

Détermination de la pression d’arrachage:

29 N/cm²

carrosserie en CTP De 3,6 mm remarques

 

coque matériaux bois CTP extérieur 0,0084m3  

    bois essence tendre   0,002 m3  

  énergie scie sauteuse 500w 0,5wh  

    perceuse 750w 0,75wh  

   

carrosserie en polyester

moule          

coque matériaux fibre de verre 2,16 kg 0,9kg/m²

   plastique thermodurcidable polyester insaturé 3,24kg

masse de fibre * 1,5 1,35kg/m2

    peinture (gelcoat) polyester insaturé 0,72kg 0,3kg/m²

  procédéplastique thermodurcidable

fibre de verre +résine+ gelcoat 6,1kg  

Analyse du cycle de vie :Application à la carrosserie

Bilan

La peinturePeinture à la farine pour le bois

Ingrédients (12 kg de peinture recouvrant 40m2)

8 L d’eau

2.5 Kg de terre colorante (ocre ou terre)

650 g de farine de blé ou de seigle

1 L d’huile de lin

1 dl de savon liquide ou 100 g de savon noir

Pour l’extérieur mettre 250 g de sulfate de fer (pour protéger le bois)

Pour 1m² environ 105g

200mL d’eau, 62.5g de terre, 16.25g de farine , 25mL d’huile de lin, 2.5g de savon noir

Pour toute la surface(2.4m²) environ 251g

470ml d’eau, 150g de terre; 39g de farine; 60 ml d’huile de lin; 6g de savon noir

Couleur : oxyde de fer rouge

Imperméabilisation : cire d’abeilles

Conclusion

Bilan des masses

- Proto 4 = 63 kg- Proto 5 = 46 kg Gain de 17 kg soit 27%

D’ après nos calculs, le point d’équilibre sera obtenu à la vitesse de 25 km/h.Ce qui représente un gain de 10 km/h par rapport au véhicule précédent.

Remerciements

Patrick BRASSEURHervé KOHLIFabrice LABEClaude MARTINJean-Marc VESSERON