Projet : Batterie de condensateurs pour voiture RC

Première STI2D - Enseignement de spécialité

Séance 3 : Étude théorique des condensateurs

Durée : 2 heures | Travail en groupe de 3

Objectifs de la séance

Rappel des notions importantes

Condensateurs : principes fondamentaux

Association de condensateurs

En série : la capacité équivalente diminue, mais la tension maximale augmente

1/Ceq = 1/C1 + 1/C2 + ... + 1/Cn

Umax = Umax1 + Umax2 + ... + Umaxn

En parallèle : la capacité équivalente augmente, mais la tension maximale reste la même

Ceq = C1 + C2 + ... + Cn

Umax = min(Umax1, Umax2, ..., Umaxn)

Activités de la séance 3

Activité 1 : Calcul de l'énergie nécessaire (30 min)

À partir des données collectées lors de la séance précédente :

  1. Rappelez les caractéristiques de la batterie Ni-MH :
    • Tension nominale
    • Capacité
    • Énergie stockée (en joules)
  2. Rappelez les besoins énergétiques de la voiture :
    • Puissance maximale consommée
    • Courant maximal
    • Autonomie souhaitée
  3. Calculez l'énergie minimale que devra stocker votre batterie de condensateurs

Activité 2 : Dimensionnement théorique (45 min)

Vous disposez des condensateurs suivants (à adapter selon le stock disponible) :

Type Capacité Tension max Quantité disponible
Condensateur électrolytique 4700 µF 16V 10
Condensateur électrolytique 2200 µF 25V 10
Supercondensateur 10 F 2.7V 6
Supercondensateur 100 F 2.7V 2

Pour chaque type de condensateur :

  1. Calculez l'énergie stockée par un seul condensateur à sa tension maximale
  2. Imaginez différentes associations (série, parallèle, mixte) pour atteindre :
    • Une tension proche de celle de la batterie Ni-MH
    • Une capacité suffisante pour stocker l'énergie nécessaire
  3. Pour chaque configuration, calculez :
    • La capacité équivalente
    • La tension maximale
    • L'énergie stockée

Rappel : Énergie stockée dans un condensateur

E = ½ × C × U²

Avec E en joules, C en farads et U en volts

Complétez le tableau suivant pour chaque configuration envisagée :

Configuration Capacité équivalente Tension maximale Énergie stockée Nombre de composants
Configuration 1
Configuration 2
Configuration 3

Activité 3 : Schéma de montage (30 min)

Pour la configuration que vous avez retenue :

  1. Dessinez le schéma électrique complet de votre batterie de condensateurs
  2. Indiquez les connexions avec la voiture RC
  3. Prévoyez un système de protection (résistance de charge, diode, etc.)
  4. Listez tous les composants nécessaires pour la réalisation

⚠️ Attention : N'oubliez pas d'inclure un système de protection pour éviter les courts-circuits lors de la charge/décharge des condensateurs.

Activité 4 : Simulation du comportement (15 min)

Réfléchissez aux questions suivantes :

  1. Comment va se comporter votre batterie de condensateurs lors de la charge ?
  2. Comment va-t-elle se comporter lors de la décharge (utilisation) ?
  3. Quelle sera la courbe de tension en fonction du temps ?
  4. Quels avantages et inconvénients prévoyez-vous par rapport à la batterie Ni-MH ?

Notez vos réflexions dans votre carnet de bord.

Pour la prochaine séance

Préparez-vous pour la séance 4 en :

Ressources