Quando un treno passeggeri perde la sua alimentazione principale — una sezione di catenaria senza tensione, un convertitore ausiliario che scatta o un binario disalimentato — ai passeggeri restano pochi secondi prima che il buio e l'immobilità diventino pericolosi. L'illuminazione della carrozza non deve spegnersi, le porte devono restare selezionabili e apribili, la sonorizzazione e gli interfoni devono trasmettere i comandi, e in galleria la ventilazione di emergenza deve continuare a girare. Il rispetto di questi obblighi dipende da un'architettura di batterie raramente visibile: la grande batteria del veicolo sulla barra continua, e piccoli pacchi batteria distribuiti e a bassa manutenzione dentro lampade, comandi porta, amplificatori e comandi ventilazione. In questo Paper A della serie sul materiale rotabile stabiliamo il profilo di funzionamento e di carica di queste batterie di emergenza, così come i Paper A degli altri gruppi di prodotto hanno stabilito il funzionamento del carico prima che il Paper B tratti il dimensionamento e il Paper C le prove. Volutamente non si tratta della batteria di trazione, ma dell'alimentazione di emergenza delle carrozze. L'accento è sui pacchi NiMH sigillati per moduli distribuiti; tensioni, durate, temperature e norme citate provengono da EN 50155, EN 13272, UIC 555 e dai quadri correlati.
Fatto chiave 1. In una carrozza moderna coesistono due livelli di backup. La batteria del veicolo è la grande batteria sulla barra CC (classicamente nichel-cadmio o piombo secondo la serie IEC 62973), caricata con il pantografo alzato e che alimenta la barra dopo l'interruzione dell'alimentazione principale. I pacchi di emergenza distribuiti — piccoli pacchi NiMH sigillati nella lampada, nel comando porta o nell'amplificatore — formano una seconda linea indipendente e coprono le commutazioni locali e i guasti, senza che la batteria centrale debba alimentare ogni porta e ogni lampada separatamente.
Fatto chiave 2. L'involucro elettrico degli apparati elettronici è EN 50155:2017 (consolidata nel 2021): tensioni continue nominali 24/28/36/48/72/96/110 V (raccomandate 24/72/110), funzionamento continuo da Vn+25 % a Vn−30 % (cioè circa 66–154 V a 110 V), un buco di commutazione del 40 % fino a 100 ms e brevi interruzioni S1/S2 (default, 10 ms) o S3 (20 ms). Per un modulo di illuminazione di emergenza sulla barra 110 V questo significa: nessun reset, nessun intervallo buio visibile e nessuna perdita di stato del controllo durante la commutazione.
Fatto chiave 3. La missione di illuminazione di emergenza è un'autonomia fissata, non una riserva di pochi minuti. La scheda UIC 555 (capitolo 5) e la EN 13272 per materiale pesante e reti urbane richiedono almeno 90 minuti di illuminazione generale (corridoi almeno il 50 % dell'illuminamento nominale, zone sedili almeno il 30 %); sui treni ad alta velocità e a lungo percorso un'illuminazione minima di circa 10 minuti precede la fase di emergenza completa, e la STI LOC & PAS (Regolamento (UE) n. 1302/2014) fissa questi obblighi a livello europeo.
Fatto chiave 4. L'ambiente è molto più severo di una lampada di emergenza in un edificio. La EN 50155 definisce sei classi di temperatura OT1–OT6 (da −25/+55 °C a −40/+85 °C), la EN 61373 copre vibrazioni e urti in base alla posizione (cassa, carrello, sala), la EN 50121-3-2 (basata su EN 61000-4-4/4-5/4-6) disciplina la CEM con transitori veloci fino a ±2 kV e onde d'urto, e la EN 45545 impone la reazione al fuoco dei materiali e la limitazione di fumo e gocciolamento in combustione.
Fatto chiave 5. Le celle NiMH sigillate a supporto dei moduli di emergenza distribuiti si qualificano secondo IEC 61951-2:2017+A1:2022 (prestazioni), IEC 62133-1 (sicurezza delle celle al nichel — parte -1, non la parte litio -2), IEC 63115-2:2021 (NiMH industriale) e IEC 61959. Vengono spedite in UN 3496 con la disposizione speciale IATA A199; non necessitano del riepilogo di prova UN 38.3 e non rientrano in UN 3480/3481. Le grandi batterie di veicolo seguono la serie IEC 62973 (NiCd parte 2, piombo parte 3); il pacco NiMH è volutamente il blocco di emergenza distribuito.
La batteria di emergenza si dimensiona su un elenco di funzioni, non su una singola lampada. I prescrittori ferroviari definiscono cosa deve continuare a funzionare dopo la perdita dell'alimentazione principale, e il modulo deve alimentare ciascuno di questi carichi con la corretta forma d'onda e durata. Alcuni carichi sono quasi costanti, altri sono brevi impulsi elevati, altri ancora sono ciclici per allungare l'energia disponibile.
Non tutti i carichi sono continui. L'illuminazione di emergenza e l'elettronica di controllo sono alimentate per tutta l'autonomia, ma lo sblocco porte e la sonorizzazione consumano solo quando passeggeri o personale li azionano, e la ventilazione di emergenza funziona spesso a cicli per tenere la temperatura entro il tempo prescritto. Il dimensionamento deve ponderare la corrente di ogni carico in base al suo tempo reale di attivazione, non solo alla corrente di picco.
| Carico di emergenza | Carattere del carico | Perché deve sopravvivere |
|---|---|---|
| Illuminazione di emergenza di corridoi, zone porta e vestiboli | Alimentazione LED ridotta e costante per tutta l'autonomia (almeno 90 min) | Illumina il percorso di evacuazione e i predellini; definito da UIC 555 / EN 13272 |
| Comando e sblocco porte | Bassa corrente di standby con un breve impulso di sblocco/apertura per porta | Permette al personale di scegliere e aprire il lato corretto; le porte non devono intrappolare i passeggeri |
| Sonorizzazione e interfono passeggeri | Corrente di riposo dell'amplificatore con brevi picchi di corrente audio | Mantiene il comando e la comunicazione bidirezionale durante l'evacuazione |
| Fanali di lato, segnalamento e indicatori | Luci stabili a bassa corrente per la durata richiesta | Tiene un treno fermo visibile e segnalato al personale di linea e di soccorso |
| Ventilazione di emergenza ed elettronica di controllo | Carico rotativo pesante, spesso ciclico; la barra di controllo è costante | Evita surriscaldamento e perdita di comando in galleria; ventilazione EMU secondo TB/T 3582 |
È utile seguire il percorso dell'energia. In marcia normale il treno prende l'energia di trazione dalla catenaria o dalla rotaia conduttrice; un convertitore ausiliario genera la corrente alternata ausiliaria e la continua per climatizzazione, ventilazione, illuminazione e tensione di controllo. La batteria del veicolo è collegata a un caricatore sulla barra CC e si carica con il pantografo alzato. Se l'alimentazione principale viene meno, un contattore o commutatore statico separa la barra dal convertitore, e la batteria del veicolo assume la barra, mantenendo i carichi di emergenza centrali. Questa batteria è grande, mantenuta, di solito nichel-cadmio o piombo, ed è trattata dalla serie IEC 62973; non è il componente NiMH che un produttore di batterie fornisce dentro la lampada.
I pacchi di emergenza distribuiti sono una seconda linea di difesa indipendente. Un pacco NiMH sigillato nella lampada o nell'apparato porta può continuare a funzionare anche se l'alimentazione centrale di una carrozza viene disturbata, se un cablaggio è danneggiato o se il modulo deve fornire una breve continuità dopo la commutazione. Viene mantenuto carico da un piccolo caricatore dalla stessa barra CC, tiene le celle nella finestra corretta con una carica di mantenimento regolata e si scarica solo in emergenza o durante la prova periodica. Questo è il componente NiMH dimensionato da Weijiang Power: pacchi piccoli, sigillati, resistenti alle vibrazioni, con tensioni nominali come 3,6 / 4,8 / 6,0 / 7,2 / 9,6 V, adattati alla lampada o al comando tramite convertitori.
La EN 50155 è la norma orizzontale secondo cui si progetta ogni apparato elettronico di bordo. Non fissa solo le tensioni nominali, ma anche gli stati di alimentazione continui, transitori e brevi che l'apparato deve sopportare senza perdere la funzione. Un caricatore o modulo di emergenza sulla barra 110 V deve sopportare il campo continuo da circa 66 V a 154 V, una deviazione transitoria di ±40 % per 0,1 s e una sovratensione prolungata di +40 % per 1,0 s, e non deve permettere che un'ondulazione di rete fino al 5 % provochi microcicli delle celle o una carica di mantenimento instabile.
Due eventi di questa norma decidono i primi istanti della batteria. La commutazione di alimentazione tra due sorgenti (per esempio dal convertitore alla batteria) produce un buco al 60 % della tensione nominale fino a 100 ms; il modulo deve coprire quel vuoto o subentrare senza interruzione, senza resettare la lampada né mostrare un intervallo buio. Le classi di variazione e interruzione S1, S2 (default, 10 ms) e S3 (20 ms) descrivono brevi assenze totali di tensione che l'apparato deve attraversare tramite accumulo interno o il ponte batteria. Un controllore che perde lo stato dopo 20 ms o reinizializza una porta non soddisfa il requisito.
Figura 1. Una curva illustrativa di tensione della barra di carrozza: marcia normale, un buco di commutazione, una breve interruzione e poi il servizio di emergenza a batteria. La curva è qualitativa; soglie e durate seguono EN 50155, non questo grafico.
| Condizione di alimentazione (EN 50155) | Limite | Cosa richiede al pacco di emergenza |
|---|---|---|
| Campo continuo | Vn +25 % / −30 % (es. 66–154 V a 110 V) | Caricatore e modulo restano nella finestra di carica su tutto il campo della barra |
| Sovratensione transitoria / prolungata | ±40 % per 0,1 s; +40 % per 1,0 s | Nessuno stress da sovraccarico né sgancio di protezione; la carica di mantenimento deve essere robusta |
| Commutazione | Buco del 40 % fino a 100 ms | Mantenimento o ponte batteria senza reset e senza intervallo buio visibile |
| Interruzione S2 (default) / S3 | Attraversare 10 ms / 20 ms di interruzione completa | Subentro senza interruzione; il controllore non perde memoria né stato |
| Ondulazione continua | Fattore di ondulazione del 5 %, continuo | La carica di mantenimento resta stabile; nessun microciclo delle celle indotto dall'ondulazione |
Il requisito di illuminazione di emergenza è al cuore della specifica della batteria di carrozza. La scheda UIC 555 e la famiglia EN 13272 fissano illuminamenti e autonomia: corridoi almeno il 50 % dell'illuminamento normale, zone sedili almeno il 30 %, per un servizio di emergenza di almeno 90 minuti. I livelli di illuminamento si collocano, per classe e zona, tipicamente intorno a 100 lux in corridoio, 150 in seconda e 200 in prima classe; requisiti di uniformità, resa cromatica (CRI ≥ 80) e fattore di manutenzione (LED circa 0,85) accompagnano questi valori. Il passaggio all'emergenza è generalmente prescritto quando la tensione di alimentazione normale scende sotto circa 0,6 volte la nominale per oltre mezzo secondo, senza intervallo buio visibile.
Per il mercato cinese ad alta velocità e interurbano, le stesse missioni sono fissate da TB/T 3414 per l'illuminazione di emergenza dei treni e da TB/T 3582-2023 per la ventilazione di emergenza dei treni, con la norma elettrica di base GB/T 21413.1-2018 (equivalente a EN 50155) e le regole di cablaggio GB/T 34571-2024; la specifica GTG/JL 002-2026 dei treni interurbani rimanda a questi documenti. La conseguenza progettuale per il produttore di batterie è, in ogni regione, la stessa: autonomia definita, frazione fissata dell'illuminamento nominale, punto di commutazione senza interruzione e una riserva di capacità dimostrabile rispetto a temperatura e invecchiamento.
Il pacco di emergenza vede un ampio campo di temperatura perché è installato dove si trova il carico — nella lampada sopra il corridoio, in un armadio a tetto o dietro un rivestimento. La EN 50155 definisce le classi OT1 (−25/+55 °C) e OT2 (−40/+55 °C) per zone passeggeri e cabine, OT3 (−25/+70 °C, default per armadi tecnici) e OT4 (−40/+70 °C), oltre a OT5 (−25/+85 °C) e OT6 (−40/+85 °C); la messa in servizio deve funzionare dopo un breve stoccaggio a −40 °C o +85 °C. Le celle NiMH sigillate sopportano questi campi in un pack ben progettato con compensazione di temperatura in carica, e le classi di vita L1 (5 anni)–L4 (20 anni, default) fissano la vita attesa dell'apparato che guida la scelta delle celle e della carica di mantenimento.
La robustezza meccanica segue EN 61373, che classifica gli apparati per posizione: categoria 1 classe B (cassa), categoria 2 (carrello) e categoria 3 (sala, l'ambiente più duro). La CEM segue EN 50121-3-2 con burst veloci ±2 kV (5/50 ns, 5 kHz) secondo EN 61000-4-4, onde d'urto linea-terra ±2 kV e linea-linea ±1 kV (1,2/50 µs) secondo EN 61000-4-5 e immunità RF condotta fino a 80 MHz secondo EN 61000-4-6. La reazione al fuoco segue EN 45545 (parte -2 per la reazione dei materiali, -4 per il progetto e -6 per il controllo dell'incendio), che limita fumo, gocciolamento in combustione e rilascio di calore; custodia e guaine termorestringenti di un pacco di emergenza devono essere realizzati nella classe di pericolo richiesta.
Il pacco di emergenza distribuito è una missione esigente ma circoscritta: lunghi periodi in carica di mantenimento, raramente una scarica profonda, un'elevata corrente immediata alla commutazione e la capacità di funzionare per anni al ritmo di vita dell'apparato. Le celle NiMH sigillate si adattano bene: tollerano la carica di mantenimento continua con una buona compensazione di tensione e temperatura, sopportano brevi scariche ad alta corrente, non contengono piombo né cadmio e sono sigillate senza elettrolita liquido. Restano funzionanti su un ampio campo di temperatura e non richiedono documenti di trasporto al litio. L'alternativa — alimentare tutto il modulo dalla batteria centrale NiCd o piombo — è proprio vulnerabile laddove un cablaggio o una singola carrozza rompono la disponibilità; la cella NiMH distribuita mantiene comunque la funzione locale.
Figura 2. La sequenza di funzionamento dalla perdita dell'alimentazione principale fino all'autonomia di emergenza (illustrativa): perdita, buco, commutazione, subentro della batteria, carichi di emergenza e autonomia di 90 minuti.
La base di qualificazione delle celle è esplicita. Le celle portatili nichel-metallo idruro sigillate sono verificate nelle prestazioni secondo IEC 61951-2:2017 con l'emendamento A1:2022 e nella sicurezza secondo IEC 62133-1 (la parte -1 è il nichel; IEC 62133-2 è il litio). Per le celle industriali si applicano IEC 63115-2:2021 e, per il funzionamento meccanico, IEC 61959. Per il trasporto, il NiMH sigillato è classificato in UN 3496; la disposizione speciale IATA A199 conferma che non è una batteria al litio, quindi viaggia senza riepilogo UN 38.3 e senza marchi UN 3480/3481. La grande batteria di veicolo è trattata separatamente secondo IEC 62973-2 (NiCd) o IEC 62973-3 (piombo); una scheda tecnica onesta non equipara mai la batteria centrale di trazione/bordo al pacco NiMH di emergenza distribuito.
I carichi di emergenza definiti comprendono l'illuminazione di emergenza di corridoi, zone porta e vestiboli, il comando e lo sblocco delle porte, la sonorizzazione e gli interfoni passeggeri, i fanali di lato e di segnalamento, nonché la ventilazione di emergenza e l'elettronica di controllo. Sono alimentati dalla batteria del veicolo sulla barra CC e da pacchi NiMH sigillati distribuiti in lampade e moduli porta e audio; autonomia e commutazione seguono EN 50155, EN 13272 e UIC 555.
UIC 555 e la STI LOC & PAS / EN 13272 prevedono un minimo di 90 minuti di servizio di emergenza, con corridoi ad almeno il 50 % e zone sedili ad almeno il 30 % dell'illuminamento normale; sui treni ad alta velocità e a lungo percorso un'illuminazione generale minima di circa 10 minuti precede la fase di emergenza completa. In Cina, TB/T 3414 e TB/T 3582-2023 fissano le missioni di illuminazione e ventilazione di emergenza. La durata esatta dipende sempre dal progetto e dalle edizioni delle norme citate.
La batteria del veicolo è la grande batteria CC sulla barra batteria del veicolo (classicamente NiCd o piombo, secondo IEC 62973-2 o -3), che assume tutta la barra dopo il taglio dell'alimentazione principale. Il pacco NiMH è un modulo piccolo, sigillato e distribuito nella lampada, nel comando porta o nell'amplificatore, che copre le commutazioni locali e mantiene la funzione locale in modo indipendente. I due sono complementari; il pacco NiMH non sostituisce la grande batteria mantenuta, e sono qualificati e descritti da norme diverse.
Gli apparati EN 50155 funzionano in continuo dalla tensione nominale meno 30 % a più 25 % (sulla barra 110 V, circa 66–154 V), sopportano una deviazione transitoria di ±40 % per 0,1 s e una sovratensione di +40 % per 1 s, un buco di commutazione del 40 % fino a 100 ms, interruzioni di 10 ms (S2) o 20 ms (S3) e un'ondulazione del 5 %. Illuminazione di emergenza e controllo non devono resettarsi né perdere lo stato durante questi eventi.
Urti e vibrazioni seguono EN 61373 in base alla posizione (cassa, carrello o sala, classe B/Cat1 per la maggior parte di lampade e armadi), la CEM segue EN 50121-3-2 con burst ±2 kV secondo EN 61000-4-4, onde d'urto ±2 kV/±1 kV secondo EN 61000-4-5 e RF condotta secondo EN 61000-4-6, e la reazione al fuoco segue EN 45545 (parti -2, -4, -6). Le condizioni elettriche sono in EN 50155 e le missioni di illuminazione in EN 13272 e UIC 555.
No. UN 38.3 e UN 3480/3481 appartengono alle batterie al litio. Il NiMH sigillato è classificato in UN 3496, e la disposizione speciale IATA A199 conferma che non è soggetto alle restrizioni del carico litio, a patto di proteggere i terminali nell'imballo. La batteria centrale NiCd o piombo rientra invece nella serie IEC 62973 e nelle sue regole di trasporto.
Quadro ferroviario e condizioni elettriche: EN 50155:2017 (Applicazioni ferroviarie — Apparecchiature elettroniche utilizzate sul materiale rotabile, consolidata 2021), EN 13272-1:2019 / -2:2019 (illuminazione elettrica nel materiale rotabile per trasporto pubblico), scheda UIC 555 (in particolare capitolo 5, illuminazione delle carrozze passeggeri), STI LOC & PAS, Regolamento (UE) n. 1302/2014, EN 61373 (vibrazioni e urti), EN 50121-3-2 con EN 61000-4-4, EN 61000-4-5 ed EN 61000-4-6 (CEM), EN 45545-2/-4/-6 (reazione al fuoco), GB/T 21413.1-2018, TB/T 3414, TB/T 3582-2023 e GB/T 34571-2024 per la Cina. La curva di tensione, le tabelle di carico e le sequenze di questo articolo sono illustrazioni ingegneristiche marcate come illustrative; i valori vincolanti sono quelli della specifica dell'apparato e dell'edizione delle norme citate.
Riferimenti batterie e trasporto: serie IEC 62973 per le batterie ausiliarie di bordo del materiale rotabile (parte 2 NiCd, parte 3:2024 piombo), IEC 61951-2:2017+A1:2022, IEC 62133-1, IEC 63115-2:2021 e IEC 61959 per il NiMH sigillato; Raccomandazioni ONU sul trasporto delle merci pericolose, Regolamento tipo, UN 3496 e disposizione speciale IATA A199 per il nichel-metallo idruro. I valori di autonomia, tensione e temperatura delle tabelle seguono i testi pubblicati EN 50155/UIC 555/EN 13272; i certificati specifici dell'apparato prevalgono su questi valori generali.
Weijiang Power fornisce pacchi NiMH sigillati per moduli di emergenza OEM di carrozza — lampade, comandi porta, amplificatori di sonorizzazione e comandi ventilazione di emergenza — con documentazione celle IEC 61951-2/IEC 62133-1, carica di mantenimento regolata, protezioni e un progetto rivolto a EN 50155, EN 61373, EN 50121-3-2 ed EN 45545. I pacchi sono costruiti in configurazione congelata e viaggiano in UN 3496 tramite la via IATA A199. Ci indichi la tensione nominale della barra, i carichi di emergenza e i loro tempi di attivazione, l'autonomia richiesta e la classe di temperatura, e dimensioneremo il pacco distribuito con i circuiti di carica e protezione, invece di scoprirlo alla prova di tipo. Veda la gamma di prodotti NiMH Weijiang per i formati pack standard o contatti il nostro team OEM con lo schema e l'elenco dei carichi di emergenza.
