Comprendre U, I, P et E en 48 V DC*

De l’électricité à la mécanique : relier tension, courant, puissance et énergie

Les systèmes 48 V DC (courant continu) sont aujourd’hui omniprésents dans les véhicules électriques légers, les robots, ou encore les engins agricoles automatisés.

Mais pour bien dimensionner un moteur, un contrôleur et une batterie, il faut comprendre comment interagissent les grandeurs fondamentales de l’électricité — tension, courant, puissance et énergie — et leur lien avec la mécanique (couple et vitesse).

1. Les grandeurs électriques de base

Tension – U

Unité : volt (V)
La tension représente la « pression électrique » qui pousse les électrons dans un circuit, comme la pression d’eau dans un tuyau.
Dans un système 48 V, cette tension est généralement stable et définie par la batterie ou l’alimentation.
Plus la tension est élevée, plus il est facile de transmettre de la puissance avec moins de courant — un avantage clé pour limiter les pertes et réduire la taille des câbles.

Intensité – I

Unité : ampère (A)
L’intensité est le débit d’électrons circulant dans le circuit — comparable au débit d’eau dans une conduite.
Elle traduit directement la charge de travail du moteur : plus le couple demandé est élevé, plus le moteur tire de courant.

Courant et échauffement

Le courant est la principale source d’échauffement dans les conducteurs, les bobinages et les connecteurs.

Les pertes Joule sont proportionnelles au carré du courant :

\(P_{pertes}= I^2 ×R\)

Cela signifie qu’un simple doublement du courant quadruple la chaleur dissipée.

Exemple :
Si un câble de 0,05 Ω transporte 20 A :
\(P_{pertes}=20^2 × 0,05\) =20 Wp

En doublant le courant à 40 A :
\(P_{pertes}=40^2×0,05\)=80 Wp

D’où l’intérêt, à puissance égale, d’augmenter la tension (U) pour réduire le courant (I) :

Ainsi, un moteur de 1 kW consommera :

20,8 A à 48 V
41,6 A à 24 V

Plus la tension est élevée, moins les câbles chauffent et plus ils peuvent être fins et légers, tout en conservant le même rendement global.

Puissance – P

Unité : watt (W)
La puissance est le débit d’énergie, c’est-à-dire la vitesse à laquelle le système consomme ou fournit de l’énergie.

Puissance électrique

\(P_{élec}=U×I\)

C’est la puissance absorbée par le moteur depuis la batterie ou l’alimentation.

Elle exprime ce que l’on prélève en énergie électrique à un instant donné.

Puissance mécanique

Quand le moteur transforme cette énergie électrique en mouvement, on parle de puissance mécanique :

\(P_{méca}=C×ω=τ×ω\)

où :

C ou \(τ\) = couple moteur (en N·m)
\(ω\) = vitesse angulaire (en rad/s)

Les deux puissances sont liées par le rendement du moteur \(η) :

\(P_{méca}=P_{élec}×η\)

En pratique, pour un moteur BLDC de rendement 90 % :

\(C×ω=U×I×0,9\)

Exemple :
Un moteur 48 V consommant 25 A délivre
\(P_{élec}=48×25=1200W\)
Avec un rendement de 90 %, la puissance mécanique utile est
\(1200×0,9=1080W1200 × 0,9 = 1080 W1200×0,9=1080W\)

Énergie – E

Unité : Wh ou J
L’énergie correspond à la quantité totale de travail effectuée sur une durée donnée :

\(E=P×t\)

Une batterie de 48 V – 40 Ah stocke :

\(E=48×40=1920\) Wh≈1,9 kWh

Cela permet d’alimenter un moteur de 1 kW pendant environ 2 heures à pleine puissance.

2. Du monde électrique au monde mécanique

Le moteur BLDC agit comme un convertisseur d’énergie :

\(U×I×η=C×ω\)

Ainsi, connaître la tension et le courant permet d’estimer le couple disponible et la vitesse de rotation, et donc la puissance mécanique délivrée.

Ce lien direct est au cœur du dimensionnement moteur : on part du besoin mécanique (couple, vitesse) pour en déduire la puissance électrique requise.

3. Application pratique : estimer besoin et autonomie

Exemple 1 — Calcul rapide de courant à partir d’un besoin mécanique

Objectif : fournir 900 W mécaniques à 48 V avec un rendement moteur de 90 %.

Puissance électrique demandée

\(P_{élec}= \frac{900}{0.9} = 1000 W\)

Courant tiré sur un système 48 V

\(I=\frac {P_{élec}}{U}=\frac {1000}{48}=20.8 A\)

Exemple 2 — Estimer l’autonomie batterie

Batterie 48 V – 40 Ah → 1920 Wh.

Si la consommation moyenne du moteur est 800 W :

\(t = \frac{1920}{800}\) = 2,4 heures

4. En résumé

Grandeur	Symbole	Unité	Rôle principal	Relation clé	Remarque
Tension	U	Volt (V)	Force électrique (pression)	\(U=R×I\)	Fixée par la source (batterie)
Courant	I	Ampère (A)	Débit d’électrons	\(P_{pertes}= I^2 ×R\)	Provoque échauffement (pertes ∝ I²R)
Puissance	P	Watt (W)	Débit d’énergie	\(P_{élec}=U×I\) \(P_{méca}=C×ω=τ×ω\) \(P_{méca}=P_{élec}×η\)	Lie directement électricité et mécanique (tenir compte du rendement)
Énergie	E	Wh ou J	Quantité totale d’énergie	\(E=P×t\)	Détermine autonomie batterie

À retenir

U pousse le courant
I transporte l’énergie (et génère la chaleur)
P = U × I exprime la puissance instantanée
E = P × t traduit la durée d’utilisation
C × ω = P relie électricité et mécanique

En maîtrisant ces relations, on peut dimensionner efficacement un moteur 48 V BLDC, éviter les surchauffes, choisir les bons câbles et estimer l’autonomie d’un système électrique complet.

*: Les informations techniques présentées dans cet article sont fournies à titre indicatif. Elles ne remplacent pas les notices officielles des fabricants. Avant toute installation, manipulation ou utilisation, veuillez consulter la documentation du produit et respecter les consignes de sécurité. Le site Torque.works ne saurait être tenu responsable d'une utilisation inappropriée ou d’une interprétation incorrecte des informations fournies.