1.1. Formulaire :

Puissance	P = U x I	P : Watts (W)	U : volts (V)	I : Ampères (A)
Energie	E = P x t	E : Watts heures (Wh) ou E : Joules (J)	P : Watts (W)	t : heures (h) ou t : secondes (s)
Energie	E = U x Q	E : Watts heures (Wh) ou E : Joules (J)	U : volts (V)	Q : Ampères heures (Ah) ou Q : coulombs (C)
Capacité	Q = I x t	Q : Ampères heures (Ah) ou Q : coulombs (C)	I : Ampères (A)	t : heures (h) ou t : secondes (s)
Distance	d = v x t	d : distance (km) ou d : distance (m)	v : vitesse (km/h) ou v : vitesse (m/s)	t : heures (h) ou t : secondes (s)

1.2. Association de batteries :

En série : Augmente la tension	En parallèle : Augmente la capacité

Un V.A.E. est un vélo a assistance électrique.

Selon la norme NF EN 15194 le vélo doit assister le cycliste jusqu’à une vitesse maximale de 25 km/h. Au-delà de cette vitesse, l’assistance doit se couper. Elle précise également que le moteur ne doit pas développer une puissance supérieure à 250W et que la batterie devra avoir une tension maximale de 48V.

Les batteries fournissent-elles une tension continue ou alternative ?

A partir d’Internet, rechercher les principaux types de batteries utilisées sur les V.A.E.

Indiquer le type de chaque batterie du tableau ci-dessous :

Accu 12V 5Ah Poids : 1300g dim : 120x70x92 mm	Accu 3.6V 10 000 mAh Poids : 95g dim : 5.5x82x145 mm	Accu 1.2V 5 000 mAh Poids : 89g dim : 22x43 mm

• Pour chaque technologie de batterie, relever la tension et la capacité, puis compléter les colonnes Tension et capacité du tableau ci-dessous.
• Pour chaque technologie de batterie, combien de cellules faudrait-il mettre en série pour obtenir une tension proche de 36 V ? Compléter la colonne série du tableau ci-dessous.
• Pour chaque technologie de batterie, combien de cellules faudrait-il associer en parallèle pour obtenir la capacité mentionnée dans le diagramme d’exigences ? Compléter la colonne parallèle du tableau ci-dessous.
• Le nombre total de batteries pour chaque type est égal au produit du nombre des de cellules en série et le nombre de de cellules en parallèle. Calculer le nombre de cellules nécessaires pour former chaque pack batterie. Compléter la colonne « Nb Cellules » du tableau ci-dessous.
• Le pack batterie est composé du nombre de cellules. Déterminer le poids et le volume de chaque pack.
On admettra que le volume occupé pour le batterie cylindrique est celui d’un cube de 22x22x43mm
Le volume d'un cube, en dm³ ou en litre, de longueurs exprimées en mm est : V = L x l x h x 1x10^-6

Type	Tension (V)	Capacité (Ah)	Série	Parallèle	Nb cellules	Poids du pack (kg)	Volume Pack (L)
LiPo
Ni-MH
Gel

Quel est le meilleur pack batterie pour un VAE, justifiez votre réponse :

Le modèle ci-dessous va permettre de déterminer l’autonomie du VAE par simulation

Complétez les étiquettes du modèle ci-dessus avec les éléments suivants : Frottements - Batterie - Masse vélo et cycliste - Moteur - Roue - Résistance de l’air.

Exécuter le logiciel MapleSim2020 puis chargez le fichier Modele_VAE.msim

Cliquez sur la batterie (Li), puis indiquez le nombre de cellules calculées précédemment (Ncell) ainsi que sa capacité en Ah (CA).

Renseigner la masse totale : cycliste + vélo 90kg

Renseigner un temps de 4h de simulation puis cliquez sur le triangle pour simuler

Insérer une capture d'écran de votre simulation :

Relever le nombre de km parcourus et la durée que vous convertirez en heures.

Calculer la vitesse moyenne en km/h :

Afficher la courbe de la tension et du courant dans Maplesim.

Insérer une capture d'écran de votre simulation :

Calculer la puissance moyenne :

Calculer l’énergie en Wh que peut fournir la batterie :

Calculer l’autonomie théorique du V.A.E en heures :

A l’aide du voltmètre du compteur du vélo et en effectuant quelques tours de pédales jusqu’à obtenir une vitesse constante, relever la tension et l’intensité délivrée par la batterie.

Pour afficher la tension et le courant, appuyer sur le bouton de gauche du compteur du vélo.

U batterie =     I batterie moyenne= 

Plus tard, calculer la puissance et comparer-la à la puissance simulée, puis expliquer les écarts.

Logiciel "Tacx Trainer sofware 3" :

Dans le menu Virtual Reality, choisir l’itinéraire Vélodrome - Ruby Route (4) 1km.

Mettre le compteur du vélo à zéro en appuyant longuement le bouton de droite jusqu’au Reset.

Réaliser 4 tours de circuit du vélodrome, soit 1km. Utilisez l'assistance électrique en entretenant le pédalage en faisant le moins d'efforts musculaires possibles.

Démarrer l’entraînement puis compléter le tableau avec les relevés du compteur du vélo.

Mesure	Vitesse moyenne	Temps	Energie en Wh	Calcul de l’autonomie en km
Compteur

L’oscillogramme ci-dessous représente le courant fournit par la batterie sur un trajet en ville de 250m.

Relever le temps du parcourt :

Calculer la vitesse moyenne :

Relever le courant maximal délivré par la batterie :

Ce courant est électroniquement bridé afin limiter la puissance mécanique du moteur à 250W pour être conforme aux normes.

Le moteur transforme l'énergie électrique en une énergie mécanique avec un rendement de 70% : Pméca = 0,7 x Pbat, vérifier que le vélo est bien conforme à la norme NF EN 15194.

Calcul du courant moyen en décomposant le chronogramme avec des rectangles et des triangles

Calculer l’énergie en joules (E = U x I x t avec U=36V et t en secondes)

• Zone 1 : E1 =
• Zone 2 : E2 =
• Zone 3 : E3 =
• Zone 4 : E4 =
• Zone 5 : E5 =
• Zone 6 : E6 =

Calculer l’énergie Totale utilisée pour parcourir 0,25 km :

Calculer l’énergie en Joules que peut fournir notre batterie 36V, 10Ah :

Calculer le nombre de fois que je peux répéter ce cycle de 0,25 km :

En déduire l’autonomie en km :

Conclure en tenant compte du diagramme des exigences, des simulations et des mesures.