La conception de la batterie de secours embarquée de la commande de train est dominée par deux conditions impitoyables : les extrêmes d'alimentation et de température inscrits dans l'EN 50155, et la conséquence de sécurité d'une réinitialisation non maîtrisée de l'ordinateur vital. Cet article transforme le profil de charge du premier article en une conception de batterie de secours nickel-métal hydrure scellée pour un ensemble ETCS embarqué — calculateurs vitaux européens (EVC), BTM et électronique d'antenne, DMI, unité d'enregistrement juridique (JRU) et radio GSM-R. Il traite d'abord l'architecture du bus, car la batterie de train nominale de 24, 36, 48, 72 ou 110 V et ses coupures et surtensions définies déterminent l'emplacement de l'isolation, du maintien et du module de secours ; puis le dimensionnement en énergie et en puissance pour les niveaux de maintien (ride-through), d'arrêt contrôlé et de soutien prolongé ; ensuite la marge de démarrage à froid que l'EN 50155 rend non négociable, les équipements devant démarrer de -40 à +85 °C et fonctionner dans la classe OT choisie. Il aborde la construction mécanique et feu exigée par les vibrations de l'EN 61373 et l'EN 45545, le régime de charge et de floating qui garde un pack scellé sain pendant des années de service majoritairement inactif, et la supervision qui signale l'état de santé au système de gestion du train. Tout au long, il compare franchement le NiMH scellé au nickel-cadmium ventilé traditionnel du ferroviaire (IEC 62973-2), au plomb (partie 3) et au lithium-ion (partie 5), en montrant où le module NiMH scellé, sans entretien et sans cadmium — désormais explicitement couvert par l'IEC 62973-4 — est le mieux adapté au secours embarqué distribué, et où les autres chimies conservent des rôles légitimes.
La batterie du train alimente le bus auxiliaire à la tension nominale du matériel (110 V et 72 V sont courants sur les véhicules grandes lignes, 24/48 V sur les métros et tramways), et l'EN 50155 définit les coupures, creux, ondulations et surtensions que les équipements connectés doivent survivre. Une architecture robuste place la protection et l'isolation d'entrée au niveau de l'armoire, le maintien de masse au niveau du convertisseur, et un module de secours NiMH scellé au plus près de l'électronique vitale, chargé depuis le bus via un étage limité en courant et sensible à la température, isolé par un montage à diodes ou MOSFET en OR-ing afin qu'il puisse seulement soutenir, jamais réalimenter ou être surchargé.
Le module est dimensionné pour le rail logique local plutôt que pour le véhicule entier, ce qui le rend compact et permet de le placer près de l'EVC ou du BTM qu'il protège. Le chargeur doit maintenir la disponibilité en marche normale sans imposer de surcharge continue qui assècherait des cellules scellées ; un régime de complément ou d'impulsions à compensation thermique, combiné à des cellules à faible autodécharge, permet des années de floating, le pack restant capable d'un maintien complet après une longue période d'inactivité.
Le maintien lors de coupures de l'ordre de la seconde est souvent assuré par des condensateurs plus une petite contribution batterie et est limité en puissance — la question est de savoir si le rail peut être tenu durant le creux le plus profond, et non la quantité d'énergie stockée. Le niveau d'arrêt contrôlé est limité en énergie et calculable : terminer l'écriture JRU, vider les journaux, sauvegarder le contexte d'autorité et d'odométrie, placer le DMI et la radio dans un état défini. Le soutien prolongé pour la communication d'urgence ou la veille ajoute un budget d'énergie spécifié séparément.
La première figure animée construit le budget d'énergie niveau par niveau. La capacité en puissance est vérifiée indépendamment à l'extrême froid, car la salve d'émission GSM-R simultanée et une charge relais/vanne à -40 °C créent la chute de tension la plus sévère ; le nombre de cellules est choisi pour que le rail reste au-dessus du seuil de coupure de l'électronique même à ce point, ce qui gouverne souvent davantage la conception que l'énergie totale.
L'exigence de démarrage de l'EN 50155 — fonctionnement de -40 à +85 °C pendant au moins dix minutes au démarrage — et la classe de fonctionnement choisie (OT4/OT6 atteignent -40, OT5/OT6 atteignent +85) signifient que le secours ne peut pas être spécifié à température ambiante. La capacité et la puissance électrochimiques chutent dans le froid tandis que la résistance interne augmente ; le concepteur dimensionne les cellules et les sections de conducteurs pour l'événement de puissance à froid et vérifie le pack par trempage et décharge à froid, puis contrôle la durée de vie en floating à haute température pour borner le vieillissement calendaire dans les armoires chaudes.
Le NiMH scellé se comporte relativement bien à basse température par rapport au plomb, ne gèle pas et ne se fissure pas comme une cellule plomb liquide ou gelée, tout en évitant la complexité de gestion thermique du lithium aux extrêmes. La conception thermique compte néanmoins : placer le module loin des dissipateurs et des convertisseurs de traction, et laisser la chaleur de charge propre au pack se dissiper, le maintient dans la classe. La deuxième figure animée compare qualitativement la puissance froide utilisable selon les chimies, illustrant pourquoi l'avantage nominal du plomb en ampères-heures bon marché s'évapore à -40.
L'EN 61373 attribue des spectres de vibration et de choc selon l'emplacement de montage (caisse, bogie ou essieu) ; un module de secours en armoire fait typiquement face aux niveaux de catégorie 1 montés sur caisse, mais à des vibrations aléatoires de longue durée pouvant fatiguer les languettes, soudures et connecteurs des cellules. La construction utilise des cellules maintenues, une retenue antivibratile, des interconnexions soudées ou solidement renforcées et des câbles soulagés en traction plutôt que des porte-piles grand public.
L'EN 45545 régit le comportement au feu du matériel roulant, avec des niveaux de danger et des ensembles d'exigences selon la catégorie et l'emplacement du véhicule ; l'enveloppe du module, l'isolation, les étiquettes et tout potting utilisent des matériaux à faible propagation de flamme et à faible fumée/toxicité, et la chimie scellée évite l'électrolyte libre et minimise les émissions de gaz. Ces règles de construction font autant partie de la qualification que les essais électriques.
Un secours qui vieillit en silence est une défaillance de sécurité latente ; le module est donc supervisé : tension, température, courant de charge/décharge et un auto-test automatique périodique ou contrôle de capacité alimentent le système de contrôle-commande et de gestion du train, qui déclenche des alarmes de maintenance si la capacité de maintien tombe sous l'exigence. La journalisation d'événements enregistre chaque coupure du réseau/bus et la durée soutenue, en corrélation avec l'enregistrement JRU.
L'intégration respecte l'architecture de sécurité : le secours est traité comme un élément soutenant une fonction de sécurité, avec un comportement défini en cas de défaillance de cellule (repli vers un état sûr, alarme, pas de feu), une isolation en court-circuit externe et aucune possibilité de corrompre le bus vital. Ces preuves alimentent l'argumentaire de sécurité de type EN 50126/50128/50129 du système de commande de train embarqué, même si l'EN 50155 est la norme environnementale de niveau équipement.
Le NiCd ventilé (IEC 62973-2) reste la référence pour la tolérance aux températures extrêmes et aux abus dans les grandes batteries auxiliaires, mais nécessite des appoints d'eau, dégage des gaz et contient du cadmium ; pour les petits modules de secours distribués, sa charge de maintenance et son fardeau environnemental sont peu attrayants. Le plomb est peu coûteux mais lourd, faible au froid, limité en durée de vie en floating à haute température et contient de l'acide, ce qui le rend mal adapté à un module électronique compact, qualifié au froid et durable.
Le lithium-ion (IEC 62973-5) est dense en énergie mais exige un système de gestion de batterie pour l'équilibrage et la protection, ainsi qu'un dossier de sécurité thermique/feu plus solide sous EN 45545. Le NiMH scellé (IEC 62973-4) occupe un juste milieu pragmatique : scellé et à entretien réduit, sans cadmium, apte au froid, tolérant au floating peu profond et intrinsèquement moins enclin à l'emballement thermique que le lithium. Pour un secours embarqué local, durable et qualifié au froid, c'est souvent le choix au risque le plus faible et au coût de cycle de vie le plus bas ; l'article de qualification qui suit expose les preuves requises pour le démontrer.
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