旅客列車が主電源を失うとき——無電区間、動作を停止した補助電源装置、あるいは停電した線路——暗闇と身動きの取れない状態が危険になるまで、乗客に残される時間は数秒にすぎません。車内照明は消えてはならず、ドアは選択と開放が可能な状態を保ち、車内放送とインターホンは指示を伝え、トンネルでは非常用換気が動き続ける必要があります。この義務を実現するのは、日頃は見えにくい電池アーキテクチャです。直流母線上の大型の車載電池と、照明器具、ドア制御装置、アンプ、換気制御装置の内部にある小型で分散配置された低メンテナンスの電池パックです。本稿は鉄道車両シリーズの Paper A であり、他の製品群の Paper A が Paper B（選定）と Paper C（試験）に先立って負荷特性を定めたのと同様に、これらの非常用電池の動作と負荷プロファイルを確立します。意図的にけん引電池は扱わず、車両の非常用電源を対象とします。焦点は分散モジュール向けの密閉形 NiMH パックであり、電圧、時間、温度、規格は EN 50155、EN 13272、UIC 555 と関連文書に基づきます。
重要ポイント 1。現代の車両には、2 段階の冗長性が併存します。車載電池は DC 母線上の大型電池であり（IEC 62973 シリーズによると伝統的にはニッケル・カドミウムまたは鉛蓄電池）、パンタグラフ上昇時に充電され、主電源喪失後に母線に給電します。分散型の非常用パック——照明器具、ドア制御装置、アンプ内の小型密閉形 NiMH パック——は、独立した第 2 の系統を構成し、中央電池がすべてのドアと照明を個別に給電する必要なしに、局所的な切換と故障をカバーします。
重要ポイント 2。電子機器の電気的枠組みは EN 50155:2017（2021 年統合版）です。公称 DC 電圧は 24/28/36/48/72/96/110 V（推奨 24/72/110）、連続動作は Vn+25% 〜 Vn−30%（110 V では約 66–154 V）、切換時の 40% 電圧降下は最長 100 ms、瞬時停電 S1/S2（既定 10 ms）または S3（20 ms）。110 V 母線上の非常用照明モジュールにとって、これは切換時にリスタートしない、目に見える消灯間隔を生じない、制御装置が状態を失わないことを意味します。
重要ポイント 3。非常用照明は、数分の予備ではなく、定められた持続時間のタスクです。UIC 555（第 5 章）と、在来線・都市鉄道向けの EN 13272 は、一般照明を最低 90 分間（通路は通常照度の 50% 以上、座席エリアは 30% 以上）要求します。高速・長距離車両では、完全な非常フェーズに先立って約 10 分間の最小限の照明があり、TSI LOC & PAS（規則 (EU) No 1302/2014）がこの義務を欧州レベルで定めています。
重要ポイント 4。環境は建物の非常用照明よりもはるかに厳しいものです。EN 50155 は OT1〜OT6 の 6 つの温度クラス（−25/+55 ℃ から −40/+85 ℃）を定め、EN 61373 は搭載位置（車体、台車、軸箱）に応じた振動と衝撃をカバーし、EN 50121-3-2（EN 61000-4-4/4-5/4-6 に基づく）は ±2 kV までの電気的ファストトランジェントとサージによる EMC を規制し、EN 45545 は材料の火災反応、煙と燃焼滴下の制限を要求します。
重要ポイント 5。分散型非常用モジュールを支える密閉形 NiMH セルは、IEC 61951-2:2017+A1:2022（性能）、IEC 62133-1（ニッケル系の安全——リチウムの第 -2 部ではなく第 -1 部）、IEC 63115-2:2021（産業用 NiMH）、IEC 61959 によって認定されます。輸送は UN 3496 と IATA A199 特別規定に従い、UN 38.3 試験概要は不要で UN 3480/3481 には該当しません。大型の車載電池は IEC 62973 シリーズ（NiCd は第 2 部、鉛は第 3 部）に従い、NiMH パックは意図的に分散型の非常用モジュールと位置づけられます。
非常用電池は、単一の照明器具ではなく、機能の一覧に対して選定されます。鉄道の仕様作成者は主電源喪失後に動作し続けるべきものを定義し、モジュールは各負荷に正しい電流波形と時間で給電する必要があります。一部の負荷はほぼ定常ですが、一部は短く大きなパルスであり、利用可能なエネルギーを延ばすために周期動作するものもあります。
すべての負荷が連続ではありません。非常用照明と制御電子機器は持続時間の全体で給電されますが、ドア解放と車内放送は乗客や係員が作動させたときのみ電流を引き、非常用換気は定められた時間にわたり温度を維持するために周期動作することが多いです。選定では、各負荷の電流をピーク電流だけでなく、実際の作動時間で重み付けしなければなりません。
| 非常用負荷 | 負荷の性質 | なぜ維持される必要があるか |
|---|---|---|
| 通路、ドアエリア、デッキの非常用照明 | 持続時間中（最低 90 分）、LED の低減された定常給電 | 避難経路とステップを照らす；UIC 555 / EN 13272 で定義 |
| ドア制御と解放 | 小さな待機電流と、ドアごとの短い解放・開放パルス | 係員が正しい側を選択して開放可能に；ドアが乗客を閉じ込めてはならない |
| 車内放送と乗客インターホン | アンプの待機電流と短い音声電流ピーク | 避難中、指令と双方向通信を維持する |
| 側灯、標識灯、表示灯 | 要求時間にわたる安定した低電流の灯り | 停車した列車を線路要員と救助隊員に可視・標識化する |
| 非常用換気と制御電子機器 | 重い回転負荷、多くは周期動作；制御母線は安定 | トンネル内の過熱と制御喪失を防ぐ；車両の換気は TB/T 3582 |
エネルギーの経路をたどると分かりやすいです。通常走行では、列車は架線または第三軌条からけん引エネルギーを取得し、補助電源装置が空調、換気、照明、制御電圧のための補助 AC と DC を生成します。車載電池は DC 母線上の充電器に接続され、パンタグラフ上昇時に充電されます。主電源が消えると、接触器または静止切換装置が母線を電源装置から切り離し、車載電池が母線を引き継いで中央の非常用負荷を維持します。この電池は大型で保守を伴い、伝統的には NiCd または鉛蓄電池であり、IEC 62973 シリーズで記述されます。これは電池メーカーが照明器具の内部に供給する NiMH 部品ではありません。
分散型の非常用パックは、第 2 の独立した防御系統です。照明器具やドア装置内の密閉形 NiMH パックは、車両の中央給電が乱れたり、ハーネスが損傷したり、モジュールが切換後に短い連続性を提供したりする場合でも動作し続けます。同じ DC 母線からの小さな充電器で充電状態に保たれ、調整されたフロート充電によってセルを正しい範囲に保ち、非常時または周期試験時のみ放電します。これが Weijiang Power が選定する NiMH 部品です。3.6 / 4.8 / 6.0 / 7.2 / 9.6 V といった公称電圧の小型・密閉・耐振動パックで、コンバータにより照明器具や制御装置に整合させます。
EN 50155 は、すべての車載電子機器を設計する横断規格です。公称電圧だけでなく、機器が機能を失わずに耐えるべき連続・過渡・短時間の給電状態を定めます。110 V 母線上の充電器または非常用モジュールは、約 66 V 〜 154 V の連続範囲、0.1 秒間の ±40% 過渡偏差、1.0 秒間の +40% 延長過電圧に耐え、最長 5% の系統リップルがセルのマイクロサイクルや不安定なフロート充電を引き起こさないようにする必要があります。
この規格の 2 つの事象が電池の最初の数秒を決めます。2 つの電源間の切換（例：電源装置から電池へ）は、最長 100 ms、公称電圧の 60% までの降下を生じます。モジュールはこの空白を埋めるか、途切れなく引き継ぎ、照明器具をリスタートさせず、目に見える消灯間隔を作ってはなりません。変動・停電クラス S1、S2（既定 10 ms）、S3（20 ms）は、機器が内部蓄電または電池ブリッジで通過しなければならない短い完全な電圧喪失を記述します。20 ms 後に状態を失う、またはドアを再初期化する制御装置は、要件を満たしません。
図 1。車両母線電圧の模式曲線：通常走行、切換時の降下、短い停電、その後の電池による非常運転。曲線は定性的なもので、閾値と時間はこのグラフではなく EN 50155 に従います。
| 給電状態（EN 50155） | 限界 | 非常用パックへの要求 |
|---|---|---|
| 連続範囲 | Vn +25% / −30%（110 V では例 66–154 V） | 充電器とモジュールは母線範囲全体で充電範囲に留まる |
| 過渡 / 延長過電圧 | ±40% を 0.1 秒間；+40% を 1.0 秒間 | 過充電ストレスと保護トリップなし；フロート充電は堅牢であること |
| 切換 | 40% 降下、最長 100 ms | 保持容量または電池ブリッジで、リスタートと目に見える消灯なし |
| 停電 S2（既定）/ S3 | 10 ms / 20 ms の完全停電を通過 | シームレスな引継ぎ；制御装置はメモリと状態を失わない |
| 連続リップル | リップル率 5%、連続 | フロート充電が安定；リップルによるセルのマイクロサイクルなし |
非常用照明の要件が車両電池の仕様の中心にあります。UIC 555 と EN 13272 ファミリーは、照度と持続時間を定めます。通路は通常照明の 50% 以上、座席エリアは 30% 以上、非常運転は最低 90 分間です。クラスとエリアに応じた照度は、通路で約 100 ルクス、2 等車で 150、1 等車で 200 が典型であり、均斉度、演色性（CRI ≥ 80）、保守率（LED 約 0.85）の要件が伴います。通常給電電圧が約 0.6×Vn を約 0.5 秒超えて下回ると、目に見える消灯なしに非常へ切り換わることが一般的に要求されます。
中国の高速・都市間鉄道市場では、同じ機能が車両の非常用照明の TB/T 3414、車両の非常用換気の TB/T 3582-2023 に定着し、基礎電気規格は GB/T 21413.1-2018（EN 50155 に対応）、配線規則は GB/T 34571-2024 です。都市間車両の仕様 GTG/JL 002-2026 はこれらの文書を参照します。電池設計者への帰結はどの地域でも同じです。定められた持続時間、固定された公称照度の割合、シームレスな切換点、温度と経年に対して証明可能な容量余裕です。
非常用パックは、負荷がある場所——通路の上の照明器具、天井の盤、内張りの奥——に搭載されるため、広い温度範囲に直面します。EN 50155 は、乗客エリアと運転室向けの OT1（−25/+55 ℃）と OT2（−40/+55 ℃）、機器盤の既定 OT3（−25/+70 ℃）と OT4（−40/+70 ℃）、さらに OT5（−25/+85 ℃）と OT6（−40/+85 ℃）を定めます。機器は −40 ℃ または +85 ℃ での短時間保管後にも動作しなければなりません。密閉形 NiMH セルは、充電の温度補償を備えた適切に設計されたパックでこれらの範囲に耐え、寿命クラス L1（5 年）〜 L4（20 年、既定）が機器の期待寿命を定め、セルとフロート充電の選択を導きます。
機械的堅牢性は EN 61373 に従い、位置別に機器を分類します。カテゴリ 1 クラス B（車体）、カテゴリ 2（台車）、カテゴリ 3（軸箱、最も厳しい環境）。EMC は EN 50121-3-2 に従い、EN 61000-4-4 による ±2 kV（5/50 ns、5 kHz）の電気的ファストトランジェント、EN 61000-4-5 によるライン-アース ±2 kV とライン-ライン ±1 kV（1.2/50 µs）のサージ、EN 61000-4-6 による 80 MHz までの伝導 RF イミュニティを含みます。防火は EN 45545（材料反応 -2、設計 -4、火災制御 -6）に従い、煙、燃焼滴下、熱放出を制限します。非常用パックの筐体と熱収縮チューブは、要求される危険クラスで製作されなければなりません。
分散型非常用パックは、要求が厳しい一方で範囲が明確なタスクです。長期間のフロート充電、まれな深い放電、切換時の即時の大電流、機器寿命のリズムで長年動作する能力。密閉形 NiMH セルはよく適合します。電圧と温度の適切な補償のもとで連続フロート充電に耐え、短時間の大電流放電に耐え、鉛とカドミウムを含まず、液状電解質のない密閉構造です。広い温度範囲で動作可能で、リチウムの輸送書類も不要です。代替案——モジュール全体を中央の NiCd または鉛蓄電池から給電する——は、ハーネスや個々の車両が可用性を損なう場所でこそ脆弱です。分散した NiMH セルは局所機能を維持します。
図 2。主電源喪失から非常用持続時間までの動作シーケンス（模式）：電源喪失、電圧降下、切換、電池による引継ぎ、非常用負荷、90 分間の持続。
セル認定の基礎は明確です。密閉形携帯用ニッケル水素セルは、IEC 61951-2:2017 と追補 A1:2022 で性能、IEC 62133-1 で安全（第 -1 部がニッケル、IEC 62133-2 はリチウム）を確認します。産業用セルには IEC 63115-2:2021 と機械的動作に IEC 61959 が適用されます。輸送では密閉形 NiMH は UN 3496 に分類され、IATA A199 特別規定がリチウム電池ではないことを確認するため、UN 38.3 概要なしで、UN 3480/3481 の標示なしで輸送されます。大型車載電池は IEC 62973-2（NiCd）または IEC 62973-3（鉛）で別途扱われます。誠実なデータシートは、中央のけん引／車載電池と分散型 NiMH 非常用パックを決して同一視しません。
定義された非常用負荷には、通路、ドアエリア、デッキの非常用照明、ドア制御と解放、車内放送と乗客インターホン、側灯と標識灯、非常用換気と制御電子機器が含まれます。これらは DC 母線上の車載電池と、照明器具・ドア・オーディオモジュール内の分散した密閉形 NiMH パックから給電され、持続時間と切換は EN 50155、EN 13272、UIC 555 に従います。
UIC 555 と TSI LOC & PAS / EN 13272 は、最低 90 分間の非常運転を採用し、通路は 50% 以上、座席エリアは 30% 以上の通常照明とします。高速・長距離車両では、完全な非常フェーズに先立って約 10 分間の最小限の一般照明があります。中国では TB/T 3414 と TB/T 3582-2023 が非常用照明と換気の機能を定着させています。正確な時間は、常に設計と引用規格の版によります。
車載電池は車載電池母線上の大型 DC 電池（伝統的に NiCd または鉛、IEC 62973-2 または -3）であり、主電源が切れた後に母線全体を引き継ぎます。NiMH パックは照明器具、ドア制御装置、アンプ内の小型・密閉・分散型モジュールで、局所的な切換をカバーし、局所機能を独立して維持します。両者は相互補完的であり、NiMH パックは保守を伴う大型電池を置き換えず、異なる規格で認定・記述されます。
EN 50155 機器は公称電圧 −30% 〜 +25%（110 V 母線では約 66–154 V）で連続動作し、0.1 秒間の ±40% 過渡偏差、1 秒間の +40% 過電圧、最長 100 ms の 40% 切換降下、10 ms（S2）または 20 ms（S3）の停電、5% リップルに耐えます。非常用照明と制御は、これらの事象中にリスタートしたり状態を失ったりしてはなりません。
衝撃と振動は搭載位置（車体、台車、軸箱。ほとんどの照明器具と盤は B クラス/カテゴリ 1）に応じ EN 61373、EMC は EN 50121-3-2（EN 61000-4-4 の ±2 kV バースト、EN 61000-4-5 の ±2 kV/±1 kV サージ、EN 61000-4-6 の伝導 RF）、防火は EN 45545（-2、-4、-6）に従います。電気条件は EN 50155、照明機能は EN 13272 と UIC 555 にあります。
いいえ。UN 38.3 と UN 3480/3481 はリチウム電池に属します。密閉形 NiMH は UN 3496 に分類され、IATA A199 特別規定がリチウム貨物の制限を受けないことを確認します。ただし、包装内で端子を保護する必要があります。中央の NiCd または鉛蓄電池は IEC 62973 シリーズと独自の輸送規則に従います。
鉄道フレームワークと電気条件：EN 50155:2017（鉄道用途——車載電子機器、2021 年統合版）、EN 13272-1:2019 / -2:2019（公共交通車両の電気照明）、UIC 555（特に第 5 章、客車の照明）、TSI LOC & PAS、規則 (EU) No 1302/2014、EN 61373（振動・衝撃）、EN 61000-4-4 / 4-5 / 4-6 を伴う EN 50121-3-2（EMC）、EN 45545-2/-4/-6（防火）、中国の GB/T 21413.1-2018、TB/T 3414、TB/T 3582-2023、GB/T 34571-2024。本稿の電圧曲線、負荷表、シーケンスは模式（illustrative）として示した工学的イラストであり、拘束力を持つ値は機器仕様と引用規格の版です。
電池と輸送の参照：車載補助電池の IEC 62973 シリーズ（NiCd 第 2 部、鉛 第 3 部:2024）、密閉形 NiMH の IEC 61951-2:2017+A1:2022、IEC 62133-1、IEC 63115-2:2021、IEC 61959。国連危険物輸送勧告・モデル規則、UN 3496、ニッケル水素の IATA A199 特別規定。表の持続時間、電圧、温度の値は EN 50155/UIC 555/EN 13272 の公表文書に基づき、機器の具体的認証がこれらの一般値に優先します。
Weijiang Power は、車両の OEM 非常用モジュール向けに密閉形 NiMH パックを供給します——照明器具、ドア制御装置、車内放送アンプ、非常用換気制御装置——に対し、IEC 61951-2/IEC 62133-1 のセル文書、調整されたフロート充電、保護、EN 50155、EN 61373、EN 50121-3-2、EN 45545 に向けた設計を添えます。パックは固定構成で製作され、UN 3496 と IATA A199 の経路で輸送されます。母線公称電圧、非常用負荷とその作動時間、必要な持続時間、温度クラスをご連絡いただければ、型式試験で問題を見つけるのではなく、充電・保護回路を含む分散型パックを選定します。標準パック形状は Weijiang NiMH 製品レンジ をご確認いただくか、回路図と非常用負荷リストを OEM チームにお送りください。
