本シリーズの Paper A では、客車・高速鉄道車両の非常用システムの負荷プロファイルを構築しました。通路とドア付近の照明、ドア制御と非常開放、車内放送とインターホン、標識灯、そして最新の車両では主電源喪失後に機能を維持すべき非常用換気と制御電子機器です。Paper B はこのプロファイルをパックに変換します。手順は OEM エンジニアが実際に踏む順番と同じです。非常用負荷を列挙し、デューティブロックにまとめ、要求される自律時間のエネルギーと電流を計算し、低温・寿命末期・放電深度の係数を適用し、セル数と保護を選び、EN 50155 の電気的枠内で充電と切替を設計します。すべての数値は例示（illustrative）と明示します。実車両の義務値は契約仕様と認証で引用される規格版が決めます。Paper C は設計を確認する型式試験と認証を扱います。
要点 1。選定は定格電力×時間ではなく、デューティブロックのエネルギー合計から始めます。連続負荷（非常用照明、制御電子機器）は自律時間ずっと動作します。ドアコントローラと放送アンプは短い大電流パルスを伴う待機負荷です。非常用換気は間欠動作の場合があります。各ブロックを個別に積分し、パルスのエネルギーを合計した結果が、いかなる係数も適用する前にモジュール定格電圧で必要なアンペアアワーになります。
要点 2。自律時間の目標は照明規則が定めます。UIC 555（Amd.7:2013）は通路で通常照度の 50% 以上、客席エリアで 30% 以上の非常用照明を 90 分間以上要求し、EN 13272-1:2019（重量軌道）は高速・長距離車両に対して停電後・非常モード移行前に一般照明を 10 分間以上維持することを追加します。EN 13272-2:2019（都市軌道）は避難経路中心線の床面平均 5 lx 以上、ドア開放時のステップ部 40 lx を規定します。
要点 3。使用可能容量は必ず定格容量を下回ります。密閉NiMHセルは温度範囲の低温端では取り出せる容量が減り、寿命末期にも減り、設計が放電深度を制限すればさらに減ります。非常用パックの慣行では通常、長年の寿命を想定し、初日の値ではなく寿命末期にまだ使える容量で選定します。後述のディレーティング連鎖はこれを 1 つの係数にまとめ、例では低温と寿命末期に約 0.85 の保守的な例示係数を使います。
要点 4。密閉NiMHセルの公称は 1.2V、満充電終期は約 1.45–1.50V で、セルあたり約 0.9–1.0V 以下に放電してはなりません。パック保護は通常セルあたり 0.85–0.9V で遮断し、セルの極性反転を防ぎます。3、4、5、6、8、10 セルの直列は公称 3.6、4.8、6.0、7.2、9.6、12.0V となり、灯具・ドアコントローラ・アンプの低圧バスに整合します。充電は −ΔV、温度、または ΔT/Δt で終了し、その後 0.05–0.1C 程度の小さな補充電流に移ります。
要点 5。分散NiMHパックは車両主電池ではありません。110V バスの大形電池は伝統的に IEC 62973 シリーズ（IEC 62973-2 ニッケルカドミウム、IEC 62973-3:2024 鉛蓄電池）による保守式 NiCd または鉛電池です。本記事の密閉NiMHモジュールは各非常用機器の内部にあるローカル電池で、IEC 61951-2:2017+A1:2022、IEC 62133-1:2017（ニッケル系は −1 に注意）、IEC 63115-2:2021 で認定され、UN 3496 と IATA A199 特別規定で輸送されます。
選定の最初の文書は、車両の非常用機能リストに基づく負荷表であり、灯具ラベルの単一の数値ではありません。各機能について、通常電力、低減後の非常用電力、給電電圧、連続かパルスか、持続時間とパルス頻度を記録します。非常用LED灯具は、少ないエネルギーで規定の通常照度割合を満たすため低減モードで動作します。制御・監視電子機器は小さな連続電流を取ります。ドアコントローラは待機電流を維持し、解錠・開放時に短いパルスを取ります。放送アンプは小電流で休止し、運転士が話すときにピークが立ちます。側灯・標識灯は連続小電流負荷です。非常用換気がある場合、それは大きな回転負荷で、省エネのため間欠動作が一般的です。
デューティブロックは電力と時間の組み合わせです。連続負荷のエネルギーは非常用電力に自律時間を掛けたもの、パルスのエネルギーは電力にパルス数と持続時間を掛けたものです。ブロックを合計すると、モジュールが供出すべき総エネルギーになります。下の表は例示的な 1 ゾーンのモジュール（灯具群に制御・ドアロジックの一部を加えたもの）を、分かりやすく丸めた値で示します。実際の車両表には数十行があり、これらの値は契約値で置き換えられます。
| デューティブロック（例示的な 1 ゾーンモジュール） | 非常用電力 | 90分中の時間 | エネルギー |
|---|---|---|---|
| 低減後の非常用LED照明（1ゾーン） | 6.0 W | 90分連続 | 9.0 Wh |
| 制御・監視電子機器 | 1.5 W | 90分連続 | 2.25 Wh |
| ドア：待機＋開放パルス | 0.5W待機＋18W×2s×4ドア | 待機＋4回の短パルス | 0.79 Wh |
| 放送／インターホン（待機＋短いアナウンス） | 0.8W待機＋12W×10s×6 | 待機＋6回のアナウンス | 0.32 Wh |
| 側灯／標識灯（共用） | 0.7 W | 90分連続 | 1.05 Wh |
例示ブロックの合計は 90 分間で約 13.4 Wh です。パルスはエネルギーのわずかな部分ですが、セル・接続・保護のパルス電流能力を決めるため、エネルギーが小さいからといって省略してはなりません。総エネルギーは足りても開ドアパルスを出せないパックでは、避難シーケンスを完了できません。
エネルギーが分かったら、モジュール公称電圧を機器にあるバスに基づいて選びます。非常用灯具と小形制御モジュールは通常 3.6、4.8、6.0、7.2V の直列（3、4、5、6 セル）を使い、ドアコントローラや大出力の非常用アンプは 9.6 または 12V（8 または 10 セル）以上を使います。その電圧で必要な容量はエネルギーを電圧で割ったものです。例示の 1 ゾーンでは、7.2V モジュールは係数適用前に 13.4Wh / 7.2V = 1.86Ah の供出容量を必要とします。同じエネルギーは 4.8V では 2.79Ah、9.6V では 1.40Ah です。したがって電圧選択は配線の詳細ではなく、セルサイズと電流に関する決定です。同じ電力ではモジュール電圧が高いほど電流が下がり、I²R 損失とセルあたりのピーク電流が減ります。
平均非常用電流は連続電力を平均放電電圧で割ったものですが、パックは終止電圧まで検証する必要があります。NiMH直列は最後までセル 1.2V を維持しません。端子電圧は負荷で低下し、放電が進むにつれて下がります。LEDドライバや DC/DC コンバータは遮断前の直列の最低許容電圧まで動作しなければなりません。エンジニアは負荷電子機器が満充電直列電圧（セル約 1.45–1.5V、6セルなら約 8.7–9.0V）から遮断点（セル約 0.9–1.0V、約 5.4–6.0V）まで動作することを確認し、公称 7.2V ではなくそのウィンドウに合わせて下流コンバータを選定します。
図 1。車両の分散非常用モジュールの選定・設計シーケンス（例示）。係数と順序は非常用電池の一般的慣行に対応します。義務値は契約仕様と認証で引用される規格版が決めます。
セルの定格容量は 20℃ の新品セルを規定放電電流で測ったもので、まさに実際の冬季避難時に電池が置かれない状態です。パックを十分と宣言する前に、3 つの低減を適用します。第 1 は温度です。EN 50155 動作クラスの低温端（OT3 機器は −25℃、OT2/OT4/OT6 は −40℃）では利用可能容量も負荷時電圧も下がり、設計は実際の非常用電流でのメーカーの低温放電曲線から低温係数を使います。第 2 は寿命末期です。非常用パックの慣行は長年の寿命を想定し、90分試験が運用最後の年でも合格しなければならないため、末期にまだ使える容量で選定します。例では保守的に 0.85 を使います。第 3 は放電深度です。放電深度を制限すると劣化が減り、最も弱いセルが極性反転するのを防ぎ、設計はパックを保護閾値まで空にするのではなく残量マージンを残します。
これらの係数は加算ではなく乗算します。例では 7.2V モジュールが 1.86Ah を供出すべきで、低温係数 0.85、寿命末期係数 0.85、放電深度割当 0.90 のとき、必要な定格容量は 1.86 / (0.85 × 0.85 × 0.90) = 1.86 / 0.650 = 2.86Ah となり、標準の 6 セル 3.0Ah パックに切り上げます。同じ連鎖は 4.8V で約 4.3Ah、9.6V で約 2.1Ah です。これらは例示で、係数は選定セルの実際の低温・経年データに置き換える必要があります。ただし「供出総エネルギーを電圧で割り、乗算したマージンで割る」という方法は、モジュールが運用最後の年の厳寒の夜にも完全な自律時間を達成することを保証します。
| 選定段階（例示的な 7.2V モジュール） | 値 | 根拠 |
|---|---|---|
| 90分の総エネルギー | 13.4 Wh | 上記ブロックの合計 |
| 公称 7.2V での供出容量 | 1.86 Ah | 13.4Wh / 7.2V |
| 低温係数（例示） | 0.85 | OTクラス低温端の低温放電曲線 |
| 寿命末期係数（例示） | 0.85 | 長年の寿命、末期容量でも合格 |
| 放電深度割当（例示） | 0.90 | 最弱セルを守る残量マージン |
| 必要定格容量 | 2.86Ah -> 3.0Ah を選択 | 1.86 / (0.85×0.85×0.90)；標準セルに丸める |
容量と電圧を決めたら、平均電流とパルス電流の両方をマージン付きで供出できるセル形式を選びます。高パワーまたは産業用の密閉NiMHセル（A、Sub-C、C サイズ、または溶接されたボタンセルの組）は、ドアと放送のパルスが必要とする放電電流に合わせて選定できます。容量やパルス電流が 1 セルを超える場合は並列でセルを追加し、直列で電圧を決めます。接続はパルス電流と EN 61373 の振動プロファイルに合わせた溶接ブスバーです。スポット溶接ブスバーと張力緩和接続は、車体（カテゴリ1、カテゴリ2 class B を既定の基準として）のランダム振動・衝撃試験に耐えますが、錫はんだや手動圧着の接続は故障します。
保護はその化学種に合わせて選定し、リチウム設計から流用しません。密閉NiMHにはリチウム式の均等化 BMS は不要ですが、分散非常用パックには、外部短絡と充電異常に対するサーマルスイッチまたは PTC、深放電での極性反転を防ぐためパック終止電圧（セル約 0.85–0.9V）で遮断する直列 FET またはリレー、モジュール端子の逆極性保護が含まれ、多セル直列では長い放電の終わりに最弱セルが他のセルで反転されないようセルの入念な選別を行います。保護素子の故障が無警告で非常用灯具を消すことがあってはならないため、素子はフェールセーフとし、モジュールは車両の定期テストボタンで確認できるよう設計します。
分散非常用モジュールはほぼすべての時間を待機で過ごすため、充電戦略が設計を支配します。密閉NiMHの充電器は主充電を −ΔV、温度上昇率（ΔT/Δt）、または絶対温度遮断で終え、その後 0.05–0.1C 程度の小さな補充電流、またはパルス／トリクル充電に移り、パックをフロート寿命を縮める過充電ストレスなしに満充電に保ちます。充電器は EN 50155 認定の DC/DC コンバータを介して車両バスから給電され、公称電圧 −30% から +25% の全連続範囲で充電ウィンドウを維持し、過渡・長時間過電圧に過充電なしで耐える必要があります。バスの 5% の残留リップルがセルのマイクロサイクルを引き起こしてはなりません。
切替方式は 2 つの異なる課題を解きます。非常に短い事象（EN 50155 の切替時 40% 低下で最長 100ms、および 10ms（S2、既定）または 20ms（S3）の完全中断）は、コンバータのホールドアップコンデンサがカバーし、制御装置が決して再起動しないようにします。これは追加のホールドアップコンデンサを備えた鉄道 DC/DC の慣行が推奨するとおりです。長い事象（自律時間全体にわたる実際の停電）はNiMHパックが引き継ぎ、UIC 555 の切替閾値に従い通常はバスが公称電圧の約 0.6 倍を約 0.5 秒超下回ったとき、目に見える明るさの跳びなしに接続します。ホールドアップと電池切替を分けて設計することで、短い低下のたびに電子機器が再起動することと、本来コンデンサが吸収すべきミリ秒の外乱で電池がサイクルすること、という 2 つの頻出故障を防ぎます。
図 2。低温・寿命末期の 90 分間非常用放電における直列の端子電圧の例示。遮断点と容量マージンを含む。曲線は定性的で縮尺通りではありません。実際のプロファイルは、選定セルの非常用電流での公開放電曲線と負荷コンバータの遮断電圧に従います。
設計者はときどき、車両主電池が別の化学種なのに分散非常用モジュールが密閉NiMHを使う理由を尋ねます。4 つのシステムは異なるニッチを占めます。伝統的な車両主電池は IEC 62973-2 による保守式ニッケルカドミウムで、非常に高い機械的・熱的耐性と長い鉄道検証実績で評価されますが、カドミウムを含み保守と換気が必要です。密閉鉛蓄電池（VRLA、IEC 62973-3:2024）は安価ですが重く、低温に弱く、長い部分充電状態の後にサルフェーションを起こし、小形密閉モジュールより大きなブロックに適します。リチウム系は高エネルギー密度を提供しますが、セル単位の監視、UN 38.3 試験プロトコル、UN 3480/3481 の出荷規則が追加されます。密閉NiMHはその中間です。カドミウムフリーで、長いトリクル充電とときどきの深放電に耐え、低温でも使用可能容量を保ち、UN 3496 と IATA A199 で出荷が容易で、灯具・コントローラの小さな分散パックによく合います。エネルギー密度ではなく、入手性、低温挙動、フロート寿命、よりシンプルで準拠した物流経路のために選びます。
| 属性 | 密閉NiMH（分散モジュール） | ベント式NiCd（車両主電池） | VRLA鉛蓄電池 | リチウム |
|---|---|---|---|---|
| セル公称電圧 | 1.2 V | 1.2 V | 2.0 V | 種類により 3.2–3.7 V |
| カドミウム／重金属 | カドミウムフリー | カドミウム含有 | 鉛 | カドミウムフリー |
| 低温とフロート | 低温に強い；長い補充電に耐える | 非常に堅牢；保守が必要 | 低温で弱まる；部分SOCでサルフェーション | 良好だが監視が必要 |
| 輸送分類 | UN 3496 / IATA A199 | NiCd電池規則 | 鉛電池規則 | UN 38.3；UN 3480/3481 |
| 本シリーズでの典型的役割 | 分散ローカル非常用モジュール | 110V車両主電池 | 車両ブロックまたは大形補助 | BMS付き高密度パック |
電気的選定だけでは不十分です。パックとその筐体は EN 61373 の取付け場所（車体＝カテゴリ1、台車＝カテゴリ2、軸箱＝カテゴリ3）に合わせて選定し、対応するランダム振動・衝撃スペクトルに耐える溶接ブスバー、コネクタ、内部部品を備えます。EMC は EN 50121-3-2 で設計し、充電器と保護電子機器が EFT/B ±2kV（5/50ns、5kHz）、サージ線間アース ±2kV・線間 ±1kV（1.2/50µs）、80MHz までのコモンモード伝導RFに耐えることを意味します。火災挙動はパック周囲のプラスチック・ラベル・絶縁・筐体について EN 45545-2、火災管理手段について EN 45545-6 に適合し、保護等級は灯具・盤環境について EN 60529 によります。保守性（手動テストボタン、状態表示、灯具を分解せず交換できるモジュール）により、運用者は長期の可用性を実証できます。EN 50155 の寿命クラス L1–L4（5–20年、既定 L4）が想定年数を設定します。
各非常用負荷とその低減後電力を列挙し、それぞれをデューティブロック（電力×時間、パルスは別扱い）に変え、要求自律時間のエネルギーを合計し、モジュール公称電圧で割って必要供出アンペアアワーを求め、乗算した低温・寿命末期・放電深度係数で割ります。本記事の例示 7.2V モジュールは 1.86Ah の供出と約 2.86Ah の定格が必要で、3.0Ah に丸めます。係数は選定セルの実際の低温・経年データで置き換えてください。
UIC 555 は通路で 50% 以上、客席で 30% 以上を 90 分間以上、約 0.6 倍公称電圧・約 0.5 秒超での自動切替を要求します。EN 13272-1:2019 は高速・長距離車両に非常モード前の 10 分間の一般照明を追加し、EN 13272-2:2019 は都市車両に避難軸平均 5 lx 以上、ステップ部 40 lx を規定します。
6 セル直列が公称 7.2V です。セルは公称 1.2V、満充電で約 1.45–1.50V、約 0.9–1.0V 以下に放電してはなりません。6セル直列の負荷コンバータは約 8.7–9.0V（満充電）から 5.4–6.0V（遮断）まで動作し、保護は極性反転防止のためセル約 0.85–0.9V で遮断します。
主充電は −ΔV、温度、または ΔT/Δt で終了し、その後 0.05–0.1C 程度の小さな補充電流またはパルス・トリクル充電に移ります。充電器は EN 50155 認定の DC/DC を介して車両バスから給電され、全バス範囲で充電ウィンドウを維持します。ホールドアップコンデンサが 10ms（S2）・20ms（S3）の中断と切替低下をカバーし、NiMHパックが実際の長い停電を引き継ぎます。
密閉NiMHはカドミウムフリーで、低温で使用可能容量を保ち、長いトリクル充電とときどきの深放電に耐え、UN 3496 と IATA A199 で輸送され、リチウムの UN 38.3 と UN 3480/3481 規則を避けられます。鉛は重く部分充電状態でサルフェーションし、保守式NiCdは IEC 62973-2 の車両主電池でカドミウムを含みます。NiMHは小さな分散ローカルモジュール向けに選び、車両主電池の代替にはしません。
セルは IEC 61951-2:2017+A1:2022（性能）、IEC 62133-1:2017（ニッケル系セルの安全）、IEC 63115-2:2021（産業用NiMH）、IEC 61959 で文書化します。モジュールは電気的枠と温度クラスについて EN 50155、振動・衝撃について EN 61373、EMC について EN 50121-3-2、火災について EN 45545-2/-6 に適合し、輸送は UN 3496 / IATA A199 です。Paper C がこれらを型式試験と認証に通します。
選定義務と自律時間：UIC 555（客車の電気照明、Amd.7:2013）。通路 50%・客席 30% の非常用照度、90 分間以上、切替閾値。EN 13272-1:2019（重量軌道、高速・長距離車両の停電後 10 分間の一般照明）と EN 13272-2:2019（都市軌道、避難軸床面 5 lx 以上、ステップ 40 lx）。規則 (EU) No 1302/2014（LOC & PAS TSI）。中国の TB/T 3414（動車組の非常用照明）と TB/T 3582-2023（非常用換気）。電気的枠：EN 50155:2017（2021 統合版）の DC 公称電圧、連続・過渡範囲、電源切替、S1/S2/S3 中断クラス、OT1–OT6 温度クラス、L1–L4 寿命クラス。EN 50163。S2 10ms・S3 20ms をカバーするホールドアップコンデンサ付き鉄道 DC/DC 慣行。
セル・保護・輸送の参照：IEC 61951-2:2017+A1:2022（密閉NiMHセルの性能）、IEC 62133-1:2017（密閉ニッケル系セルの安全、−1 部）、IEC 63115-2:2021（産業用NiMH）、IEC 61959（機械的動作）。車載補助電池の IEC 62973 シリーズ（IEC 62973-2 NiCd、IEC 62973-3:2024 鉛）と車載機器一般条件の GB/T 21413.1。EN 61373 衝撃・振動、EN 50121-3-2 機器 EMC、EN 45545-2/-6 火災挙動、保護等級の EN 60529。輸送の UN 3496 と IATA A199 特別規定。電圧・補充電流・遮断値は密閉NiMHの一般的慣行と代表的な仕様を反映します。低温・寿命末期・放電深度係数、ならびにすべての電力・容量・ブロック時間は例示的な工学例です。車両の契約仕様と引用規格版の値が優先します。
Weijiang Power は、OEM の車両非常用電源モジュール向けに密閉NiMHパックを供給します。非常用LED灯具、ドアコントローラ、放送・インターホンユニット、非常用制御電子機器を、90 分間の自律時間に対して低温・寿命末期・放電深度の係数を組み込んで選定し、EN 61373 の振動プロファイル、EN 50121-3-2、EN 45545-2 への適合、フェールセーフ保護、IEC 61951-2 / IEC 62133-1 / IEC 63115-2 のセル文書とともに提供します。パックはカドミウムフリーで、UN 3496 / IATA A199 で輸送されます。バス公称電圧、非常用負荷リスト、必要自律時間、低温端の温度クラス、充電方式をお知らせください。セル数・容量・充電の選定を行い、型式試験前の低温自律時間とフロート寿命の実証を支援します。標準パック形式は Weijiang の NiMH 製品ライン をご覧ください。車両仕様と負荷リストを添えて OEM チームまでお問い合わせください。
