Description
Produit réf. PPT102
Champ d’utilisation : FILIERES SSI et STI2D (spécialités EE, SIN, ITEC, AC), cours d’électrochimie et d’énergétique, ingénierie de la Pile à Combustible et des systèmes PàC, électromécanique, énergie renouvelable, traitement du signal, électronique de commande
Applications: enseignement en salle de classe, apprentissage par travaux pratiques, cours d’approfondissement, formation professionnelle, projets R&D.

Le kit « outil de coupe » intègre tous les composants requis pour faire fonctionner un sécateur électrique de façon autonome à partir d’une PàC, sans utiliser d’autre source d’énergie que l’hydrogène.

Le générateur électrique est basé sur une architecture hybride à PàC / super-condensateurs pour pouvoir délivrer toute la puissance requise par le système de coupe, tout en assurant autonomie et capacité de coupe haute fréquence. Le sécateur, nécessitant 670W de puissance pour les coupes les plus difficiles, tire avantage de l’architecture hybride pour fonctionner à partir d’une PàC de 50W seulement. Le sécateur, habituellement alimenté par des batteries conventionnelles qui se portent à la ceinture, est un outil très répandu pour le travail des vignes et le jardinage professionnel.

Le kit dans son ensemble est conçu pour servir de base à des projets éducatifs sur les PàC. Le sécateur et le module d’électronique de puissance sont aménagés dans un boîtier adapté transparent qui protège de tout fonctionnement dangereux. Tous les composants sont munis de capteurs (courant, tension, température) et sont connectés à un module de conversion de signal permettant l’acquisition de données sur PC. Le logiciel basé sur Labview^TM et Matlab^TM permet une modélisation complète du système pour appréhender les paramètres liés au transfert d’énergie, au rendement, à la puissance et à l’énergie. Il est aussi possible de simuler d’autres applications que celle du sécateur.

Le kit Sécateur est fourni prêt a emploi !

	<<< Présentation complète du produit pour les filières STI2D/SSI à télécharger en cliquant ici.		<<< Une nouvelle vidéo du sécateur en démonstration est en ligne, jetez-y un coup d’oeil !
	<<< Téléchargez le premier chapitre des cours pour mieux connaître l’hydrogène en suivant ce lien.		<<< Téléchargez les 10 premières pages du cahier de TP ici (sans corrigés).

Principales caractéristiques
- Système instrumenté basé sur une réelle application professionnelle
- Conception robuste de PàC à cathode ouverte
- Logiciel didactique
- Module complet d’acquisition de données
- Possibilité d’utiliser le générateur PàC pour d’autres applications (sortie non régulée 12V ou régulée 48V)
- Sûreté du réservoir d’hydrogène basse pression (type métal hydrure)
- Réservoir H₂ à recharge rapide (10 minutes)
- Application concrète pour apprentissage par travaux pratiques
- Documentation claire et étoffée sur les PàC et l’hydrogène pour une préparation des cours en salle
- Haut niveau de couplage entre les différents sujets étudiés
- Moyen de stockage de l’hydrogène totalement sûr

Le produit inclut

- Une PàC PEM de 50W - L’électronique de gestion de la PàC - Une hybridation à base de super-condensateurs avec convertisseur DC/DC - Une cartouche rechargeable de stockage d’hydrogène 20LH2 - Un régulateur de pression d’hydrogène - Un module de transfert de données PàC/PC - Le sécateur électrique avec son boîtier

- Le boîtier système avec son équipement d’attache pour porter sur le dos - Une maquette de PàC démontable - Le logiciel d’acquisition temps-réel et d’affichage (pour PC) - Eléments de cours (illustrations, fichiers PowerPoint, dessins et fichiers CAO) - Cours pratiques et manuel de science - Une mallette

NOUVEAU ! Graphes et activités SysML du générateur à pile à combustible et du système complet réalisés par MM. Sébastien Ansoud et Jérôme Saint Omer du Lycée Val de Saône (académie de Lyon).
Téléchargez un extrait des graphes ici.

Expériences
Le kit « outil de coupe à Pile à Hydrogène » est particulièrement adaptée aux besoins des enseignants en filières Science de l’Ingénieur et STI2D et des instructeurs qui souhaitent s’appuyer sur un système didactique se rapprochant au mieux d’une application PàC industrielle. Au-delà de la thématique de l’hydrogène-énergie, le kit permet de mener un enseignement transversal en mettant les étudiant en prise avec des problématiques concrètes.

1 • Comment fonctionne une pile à combustible et le système dans son ensemble ? Quelles sont les architectures hybrides possibles ? Comment l’énergie chimique est-elle transformée en énergie électrique puis mécanique ?

2 • L’hydrogène comme énergie : comparer avec d’autres moyens de stockage d’énergie. Quel type de stockage d’hydrogène choisir en fonction de l’application ? Les batteries, les super condensateurs et l’hydrogène dans un environnement macro-économique et le développement durable.

3 • Analyse énergétique du système : le système répond-il au besoin de l’utilisateur (diamètre de coupe, fréquence de coupes) ? Quelles sont ses limites ? Quel est ou quels sont les rendements du système ? Comparer les calculs théoriques avec les résultats pratiques ; expliquer les divergences et les différents modèles de consommation énergétique ; être capable d’organiser, de convertir et d’analyser des données collectées.

4 • Optimisation : analyser les résultats en distinguant puissances, autonomies et rendements. Quels sont les facteurs clés pour améliorer le système ? Peut-il fonctionner sans hybridation électrique ? Peut-il être reconcu pour être plus léger, utiliser moins de matériaux ?

5 • Développements en projets : être capable d’agir sur les composants pour obtenir un effet désiré (réduire les pertes, augmenter la puissance…) ; concervoir de nouvelles applications à partir du générateur à pile à hydrogène et les tester.

Pour une productivité optimale en travaux pratiques, le logiciel LABVIEW^® fourni restitue les paramètres opératoires en temps réel et conduit l’utilisateur au travers d’un calcul analytique pour l’amener à comparer le modèle théorique et le cas pratique : puissances, courants, tensions, énergie produite et consommée aux différents états du système, consommation en gaz, température de pile….

Le modèle numérique et la PàC physique peuvent être utilisés sur d’autres applications que le sécateur, par exemple sur un projet d’étude (intégration sur un véhicule radiocommandé, prolongateur d’autonomie d’un vélo électrique, couplage à du Photovoltaïque, recharge batterie…).

Les cours fournis avec le kit permettent d’aborder une approche multi-technologies dans les domaines de la gestion de l’énergie, de la transformation de la matière et son utilisation (électrochimique), des piles à combustible sur des considérations techniques, économiques et commerciales.
L’analyse fonctionnelle et la modélisation sont mises en première ligne dans l’exploitation du produit et reposent sur de nombreux supports.
Les fichiers CAO et les diagrammes électroniques fournis, tout comme l’architecture délibérément ouverte (code open source), offrent un fantastique environnement de travail pour les projets éducatifs, en permettant la valorisation des méthodologies de conception et d’innovation.

Spécifications techniques

Puissance nominale de la PàC	50W à 12V		Débit de carburant à puissance nominale	0.6L/min
Specs électriques de la PàC	4.2A – 12/20V		Débit de carburant à régime mini	0.07L/min
Puissance max du sécateur	670W – 14A – 48V		Fourniture d’air	Ventilateur intégré
Hybridation	Super-condensateurs		Stockage H2	Composé basse pression AB5
Autonomie en mode de fonctionnement	3 à 4 heures d’autonomie pour les exercices de Travaux Pratiques inclus		Capacité de stockage H2	20 litres
Securité	Boîtier de protection pour sécateur Coupure pour basse tension et température max		Durée de vie du stockage	>2000 cycles
Acquisition de données	Température PàC Courants et tensions pour chaque bloc du système		Contrôle de pression H2	Fixé par le constructeur à 0.3 bar

Complément d’information : comment charger rapidement et facilement les réservoirs d’hydrogène. Cliquer ici

Animation video sur les piles à combustible : comment ça marche. Suivre ce lien.