Centrale-Supélec 2023 PSI Physique-chimie 1 : sujet en PDF

Sujet de l'épreuve de Physique-chimie 1 du Concours Centrale-Supélec, France, session 2023, filière PSI, en 4 heures. Thème : Utilisation des batteries Li-ion : électrochimie, emballement thermique, gestion thermique d'un pack, panneaux solaires et convertisseur Boost.

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Ce que traite le sujet, partie par partie

• Partie I : étude d'un accumulateur Li-ion. Accumulateur LiFePO4/C : anode et cathode, équation de fonctionnement, masse estimée à partir de la capacité, montage à trois électrodes et lecture d'une courbe densité de courant-potentiel. Échauffement : décharge en court-circuit, enthalpie de combustion de l'acide pyruvique, étude en calorimètre adiabatique, quantité de matière mise en jeu et pression limite. Emballement thermique : loi de vitesse d'ordre 1, loi d'Arrhenius, équation de la température et énergie d'activation tirée d'un tracé.
• Partie II : contrôle thermique d'un ensemble d'éléments. Bilan d'énergie sur un bloc d'accumulateurs avec source Joule et échange conducto-convectif, profil stationnaire en cosinus hyperbolique, longueur caractéristique H, choix de paramètres sur des simulations. Banc d'essai ventilé : vitesse et nombre de Reynolds entre les accumulateurs, bilan enthalpique en écoulement, coefficient conducto-convectif et puissance du ventilateur.
• Partie III : utilisation de panneaux solaires. Estimation de la vitesse maximale d'un véhicule solaire à partir de sa traînée, d'un rendement de cellule et d'un ensoleillement moyen. Hacheur parallèle (convertisseur Boost) : phases active et de roue libre, intensité dans la bobine, ondulation, valeurs moyennes des tensions et rapport cyclique pour charger la batterie.

Chapitres à revoir avant de traiter ce sujet

• Oxydoréduction et piles électrochimiques
• Premier principe appliqué aux transformations physico-chimiques : grandeurs standard de réaction et effets thermiques
• Régimes transitoires
• Équations différentielles linéaires
• Fonctions usuelles et lecture des graphes
• Circuits électriques dans l'ARQS
• Filtrage linéaire
• Grandeurs, unités, analyse dimensionnelle et ordres de grandeur

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