Lorsqu'un train de voyageurs perd son alimentation principale — une section de caténaire sans tension, un convertisseur auxiliaire qui déclenche ou une voie mise hors tension — il ne reste aux passagers que quelques secondes avant que l'obscurité et l'immobilisation ne deviennent dangereuses. L'éclairage des voitures ne doit pas s'éteindre, les portes doivent rester sélectionnables et pouvoir être ouvertes, la sonorisation et les interphones doivent transmettre les ordres, et dans les tunnels la ventilation de secours doit continuer de tourner. La satisfaction de ces obligations dépend d'une architecture de batteries rarement entièrement visible : la batterie principale du véhicule sur la barre continue, et de petits blocs de batterie distribués et à faible maintenance dans les luminaires, les commandes de porte, les amplificateurs et les commandes de ventilation. Dans ce Paper A de la série sur le matériel ferroviaire, nous établissons le profil de fonctionnement et de charge de ces batteries de secours, comme les Paper A des autres groupes de produits ont établi le fonctionnement de la charge avant que le Paper B traite du dimensionnement et le Paper C des essais. Il ne s'agit volontairement pas de la batterie de traction, mais de l'alimentation de secours des voitures. L'accent porte sur les blocs NiMH étanches pour modules distribués ; les tensions, durées, températures et normes citées ci-dessous proviennent des EN 50155, EN 13272, UIC 555 et des référentiels associés.
Fait clé 1. Deux niveaux de secours coexistent sur une voiture moderne. La batterie du véhicule est la grande batterie sur la barre CC (classiquement nickel-cadmium ou plomb selon la série IEC 62973), chargée quand le pantographe est levé et qui alimente la barre après la coupure de l'alimentation principale. Les blocs de secours distribués — petits blocs NiMH étanches dans le luminaire, la commande de porte ou l'amplificateur — forment une seconde ligne indépendante et couvrent les commutations locales et les défaillances, sans que la batterie centrale doive alimenter chaque porte ni chaque luminaire séparément.
Fait clé 2. L'enveloppe électrique des équipements électroniques est l'EN 50155:2017 (consolidée en 2021) : tensions continues nominales 24/28/36/48/72/96/110 V (recommandées 24/72/110), fonctionnement continu de Vn+25 % à Vn−30 % (soit environ 66 à 154 V en 110 V), un creux de commutation de 40 % jusqu'à 100 ms et des interruptions brèves S1/S2 (par défaut, 10 ms) ou S3 (20 ms). Pour un module d'éclairage de secours sur la barre 110 V, cela signifie : aucune réinitialisation, aucune plage d'obscurité visible et aucune perte d'état de la commande pendant la commutation.
Fait clé 3. La mission d'éclairage de secours est une autonomie fixée, et non une réserve de quelques minutes. Les fiches UIC 555 (chapitre 5) et l'EN 13272 pour le matériel lourd et les métros/tramways imposent au moins 90 minutes d'éclairage général (couloirs au moins 50 % de l'éclairement nominal, zones de sièges au moins 30 %) ; sur les trains à grande vitesse et de long parcours, un éclairage minimal d'environ 10 minutes précède la phase de secours complète, et la STI LOC & PAS (règlement (UE) n° 1302/2014) ancre ces obligations au niveau européen.
Fait clé 4. L'environnement est bien plus sévère que pour un bloc d'éclairage de secours dans un bâtiment. L'EN 50155 définit six classes de température OT1 à OT6 (de −25/+55 °C à −40/+85 °C), l'EN 61373 couvre les vibrations et chocs selon l'emplacement (caisse, bogie, essieu), l'EN 50121-3-2 (s'appuyant sur les EN 61000-4-4/4-5/4-6) régit la CEM avec des transitoires rapides jusqu'à ±2 kV et des ondes de choc, et l'EN 45545 impose la réaction au feu des matériaux et la limitation des fumées et des gouttes enflammées.
Fait clé 5. Les cellules NiMH étanches qui équipent les modules de secours distribués sont qualifiées selon l'IEC 61951-2:2017+A1:2022 (performance), l'IEC 62133-1 (sécurité des cellules nickel — partie -1, et non la partie lithium -2), l'IEC 63115-2:2021 (NiMH industriel) et l'IEC 61959. Elles sont expédiées sous UN 3496 avec la disposition spéciale IATA A199 ; elles n'exigent pas de résumé d'essai UN 38.3 et ne relèvent pas des UN 3480/3481. Les grandes batteries de véhicule suivent la série IEC 62973 (NiCd partie 2, plomb partie 3) ; le bloc NiMH est volontairement le composant de secours distribué.
La batterie de secours est dimensionnée face à une liste de fonctions, et non face à un seul luminaire. Les donneurs d'ordre ferroviaires définissent ce qui doit continuer de fonctionner après la perte de l'alimentation principale, et le module doit alimenter chacune de ces charges avec la bonne forme de courant et la bonne durée. Certaines charges sont quasi constantes, d'autres sont de brèves impulsions élevées, et d'autres encore sont cadencées pour prolonger l'énergie disponible.
Toutes les charges ne sont pas continues. L'éclairage de secours et l'électronique de commande sont alimentés pendant toute l'autonomie, mais la commande de porte et la sonorisation ne consomment que lorsque le passager ou le personnel les actionnent, et la ventilation de secours fonctionne souvent par cycles pour maîtriser la température pendant la durée prescrite. Le dimensionnement doit pondérer le courant de chaque charge selon sa durée réelle de mise sous tension, et non d'après son seul courant de crête.
| Charge de secours | Caractère de la charge | Pourquoi elle doit survivre |
|---|---|---|
| Éclairage de secours du couloir, des portes et des vestibules | Alimentation LED réduite et constante pendant toute l'autonomie (au moins 90 min) | Éclaire le chemin d'évacuation et les marchepieds ; défini par UIC 555 / EN 13272 |
| Commande et libération des portes | Faible courant de veille avec une brève impulsion de libération/ouverture par porte | Permet au personnel de choisir et d'ouvrir le bon côté ; les portes ne doivent pas coincer les passagers |
| Sonorisation et interphone passager | Courant de repos de l'amplificateur avec de brèves pointes de courant audio | Maintient le commandement et la communication bidirectionnelle pendant l'évacuation |
| Feux de côté, feux de signalisation et indicateurs | Feux à faible courant constants pendant la durée requise | Garde un train à l'arrêt visible et signalé auprès du personnel de voie et de secours |
| Ventilation de secours et électronique de commande | Charge tournante lourde, souvent cyclée ; la barre de commande est constante | Évite la surchauffe et la perte de commande dans un tunnel ; ventilation des EMU selon TB/T 3582 |
Il est utile de suivre le chemin de l'énergie. En marche normale, le train puise l'énergie de traction dans la caténaire ou le rail conducteur ; un convertisseur auxiliaire produit le courant alternatif auxiliaire et le continu pour la climatisation, la ventilation, l'éclairage et la tension de commande. La batterie du véhicule est reliée à un chargeur sur la barre continue et se charge quand le pantographe est levé. Si l'alimentation principale disparaît, un contacteur ou un commutateur statique sépare la barre du convertisseur, et la batterie de véhicule reprend la barre, maintenant les charges de secours centrales. Cette batterie est grande, entretenue, généralement nickel-cadmium ou plomb, et traitée par la série IEC 62973 ; ce n'est pas le composant NiMH qu'un fabricant de batteries fournit dans le luminaire.
Les blocs de secours distribués sont une seconde ligne de défense indépendante. Un bloc NiMH étanche dans le luminaire ou l'équipement de porte peut continuer de fonctionner même si l'alimentation centrale d'une voiture est perturbée, si un faisceau est endommagé ou si le module doit fournir une brève continuité après la commutation. Il est maintenu chargé par un petit chargeur à partir de la même barre continue, garde ses cellules dans la fenêtre correcte par une charge d'entretien régulée et ne se décharge qu'en cas d'urgence ou lors de l'essai périodique. C'est le composant NiMH que dimensionne Weijiang Power : de petits blocs étanches et résistants aux vibrations, sous des tensions nominales telles que 3,6 / 4,8 / 6,0 / 7,2 / 9,6 V, adaptés au luminaire ou à la commande par des convertisseurs.
L'EN 50155 est la norme horizontale selon laquelle chaque équipement électronique embarqué est conçu. Elle fixe non seulement les tensions nominales, mais aussi les états d'alimentation continus, transitoires et brèves que l'équipement doit supporter sans perte de fonction. Un chargeur ou un module de secours fonctionnant sur la barre 110 V doit supporter la plage continue d'environ 66 V à 154 V, un écart transitoire de ±40 % pendant 0,1 s et une surtension prolongée de +40 % pendant 1,0 s, et il ne doit pas laisser une ondulation de réseau jusqu'à 5 % provoquer des microcycles des cellules ou une charge d'entretien instable.
Deux événements de cette norme décident des premiers instants de la batterie. La commutation d'alimentation entre deux sources (par exemple du convertisseur à la batterie) produit un creux à 60 % de la tension nominale pouvant durer jusqu'à 100 ms ; le module doit couvrir cette plage ou reprendre sans coupure, sans réinitialiser le luminaire ni montrer une plage d'obscurité. Les classes de variation et d'interruption S1, S2 (par défaut, 10 ms) et S3 (20 ms) décrivent de brèves absences totales de tension que l'équipement doit traverser par stockage interne ou par le pont de batterie. Un contrôleur qui perd son état après 20 ms ou réinitialise une porte ne satisfait pas cette exigence.
Figure 1. Une courbe illustrative de tension de la barre de voiture : marche normale, creux de commutation, brève interruption puis secours sur batterie. La courbe est qualitative ; les seuils et durées suivent l'EN 50155 et non ce graphique.
| Condition d'alimentation (EN 50155) | Limite | Ce qu'elle exige du bloc de secours |
|---|---|---|
| Plage continue | Vn +25 % / −30 % (p. ex. 66 à 154 V en 110 V) | Le chargeur et le module restent dans leur fenêtre de charge sur toute la plage de la barre |
| Surtension transitoire / prolongée | ±40 % pendant 0,1 s ; +40 % pendant 1,0 s | Pas de contrainte de surcharge ni de déclenchement de protection ; la charge d'entretien doit être robuste |
| Commutation | Creux de 40 % jusqu'à 100 ms | Maintien ou pont de batterie sans réinitialisation et sans plage d'obscurité visible |
| Interruption S2 (par défaut) / S3 | Traverser 10 ms / 20 ms d'interruption complète | Reprise sans coupure ; le contrôleur ne perd ni mémoire ni état |
| Ondulation continue | Facteur d'ondulation de 5 %, en continu | La charge d'entretien reste stable ; pas de microcycles des cellules induits par l'ondulation |
L'exigence d'éclairage de secours est au cœur de la spécification de la batterie de voiture. La fiche UIC 555 et la famille EN 13272 fixent les éclairements et l'autonomie : au moins 50 % de l'éclairement normal dans les couloirs, au moins 30 % dans les zones de sièges, sur une durée de secours d'au moins 90 minutes. Les niveaux d'éclairement se situent, selon la classe et la zone, typiquement autour de 100 lux dans le couloir, 150 lux en seconde et 200 lux en première classe ; des exigences d'uniformité, de rendu des couleurs (CRI ≥ 80) et de facteur de maintenance (LED environ 0,85) accompagnent ces valeurs. Le transfert sur le secours est généralement prescrit pour agir lorsque la tension d'alimentation normale tombe sous environ 0,6 fois la nominale pendant plus d'une demi-seconde, sans plage d'obscurité visible.
Pour le marché chinois à grande vitesse et interurbain, les mêmes missions sont ancrées dans la TB/T 3414 pour l'éclairage de secours des rames et dans la TB/T 3582-2023 pour la ventilation de secours des rames, avec la norme électrique de base GB/T 21413.1-2018 (équivalente à l'EN 50155) et les règles de câblage GB/T 34571-2024 ; la spécification GTG/JL 002-2026 des rames interurbaines renvoie à ces référentiels. La conséquence pour le fabricant de batteries est, quelle que soit la région, la même : une autonomie définie, une fraction fixée de l'éclairement nominal, un point de commutation sans coupure et une réserve de capacité démontrable sur la température et le vieillissement.
Le bloc de secours connaît une large plage de température parce qu'il est installé là où se trouve la charge — dans le luminaire au-dessus du couloir, dans une armoire en toiture ou derrière un capotage. L'EN 50155 définit les classes OT1 (−25/+55 °C) et OT2 (−40/+55 °C) pour les zones passagers et cabines, OT3 (−25/+70 °C, par défaut pour les armoires techniques) et OT4 (−40/+70 °C), ainsi que OT5 (−25/+85 °C) et OT6 (−40/+85 °C) ; la mise en service doit fonctionner après un bref stockage à −40 °C ou +85 °C. Les cellules NiMH étanches supportent ces plages dans un pack bien conçu avec compensation de température de charge, et les classes de durée de vie L1 (5 ans) à L4 (20 ans, par défaut) fixent la durée de vie attendue de l'équipement qui guide le choix des cellules et de la charge d'entretien.
La robustesse mécanique suit l'EN 61373, qui classe les équipements selon l'emplacement : catégorie 1 classe B (caisse), catégorie 2 (bogie) et catégorie 3 (essieu, l'environnement le plus dur). La CEM suit l'EN 50121-3-2 avec des transitoires rapides (rafales) ±2 kV (5/50 ns, 5 kHz) selon l'EN 61000-4-4, des ondes de choc ligne-terre ±2 kV et ligne-ligne ±1 kV (1,2/50 µs) selon l'EN 61000-4-5 et l'immunité RF conduite jusqu'à 80 MHz selon l'EN 61000-4-6. La réaction au feu suit l'EN 45545 (partie -2 pour la réaction des matériaux, -4 pour la conception et -6 pour la maîtrise de l'incendie), qui limite les fumées, les gouttes enflammées et le dégagement thermique ; le boîtier et les gaines thermorétractables d'un bloc de secours doivent être réalisés dans la classe de danger requise.
Le bloc de secours distribué est une mission exigeante mais étroite : de longues périodes en charge d'entretien, rarement une décharge profonde, un courant élevé immédiat lors de la commutation et la capacité de fonctionner pendant des années au rythme de la durée de vie de l'équipement. Les cellules NiMH étanches y répondent bien : elles tolèrent une charge d'entretien continue avec une bonne compensation de tension et de température, supportent une décharge brève à courant élevé, ne contiennent ni plomb ni cadmium et sont étanches sans électrolyte liquide. Elles restent fonctionnelles sur une large plage de température et n'exigent pas de documents de transport lithium. L'alternative — alimenter tout le module depuis la batterie centrale NiCd ou plomb — est précisément vulnérable là où un faisceau ou une voiture unique rompt la disponibilité ; la cellule NiMH distribuée maintient la fonction locale malgré tout.
Figure 2. La séquence de fonctionnement depuis la perte de l'alimentation principale jusqu'à l'autonomie de secours (illustrative) : perte, creux, commutation, reprise par la batterie, charges de secours et autonomie de 90 minutes.
La base de qualification des cellules est explicite. Les cellules portables nickel-hydrure métallique étanches sont vérifiées en performance selon l'IEC 61951-2:2017 avec l'amendement A1:2022 et en sécurité selon l'IEC 62133-1 (la partie -1 est le nickel ; l'IEC 62133-2 est le lithium). Pour les cellules industrielles s'appliquent l'IEC 63115-2:2021 et, pour le fonctionnement mécanique, l'IEC 61959. Pour le transport, le NiMH étanche relève de l'UN 3496 ; la disposition spéciale IATA A199 confirme qu'il ne s'agit pas d'une batterie lithium, il voyage donc sans résumé UN 38.3 et sans marquages UN 3480/3481. La grande batterie de véhicule est traitée séparément selon l'IEC 62973-2 (NiCd) ou l'IEC 62973-3 (plomb) ; une fiche technique honnête ne confond jamais la batterie centrale de traction/bord et le bloc NiMH de secours distribué.
Les charges de secours définies comprennent l'éclairage de secours des couloirs, portes et vestibules, la commande et la libération des portes, la sonorisation et les interphones passagers, les feux de côté et de signalisation, ainsi que la ventilation de secours et l'électronique de commande. Elles sont alimentées par la batterie de véhicule sur la barre continue et par des blocs NiMH étanches distribués dans les luminaires et modules de porte et audio ; l'autonomie et la commutation suivent les EN 50155, EN 13272 et UIC 555.
L'UIC 555 et la STI LOC & PAS / EN 13272 retiennent un minimum de 90 minutes de secours, les couloirs atteignant au moins 50 % et les zones de sièges au moins 30 % de l'éclairement normal ; sur les trains à grande vitesse et de long parcours, un éclairage général minimal d'environ 10 minutes précède la phase de secours complète. En Chine, les TB/T 3414 et TB/T 3582-2023 ancrent les missions d'éclairage et de ventilation de secours. La durée exacte dépend toujours de la conception et des éditions des normes citées.
La batterie de véhicule est la grande batterie continue sur la barre de la batterie du véhicule (classiquement NiCd ou plomb, selon l'IEC 62973-2 ou -3), qui reprend toute la barre après la coupure de l'alimentation principale. Le bloc NiMH est un petit module étanche distribué dans le luminaire, la commande de porte ou l'amplificateur, qui couvre les commutations locales et maintient la fonction locale de façon indépendante. Les deux sont complémentaires ; le bloc NiMH ne remplace pas la batterie principale entretenue, et ils sont qualifiés et décrits selon des normes différentes.
Les équipements EN 50155 fonctionnent en continu de la tension nominale moins 30 % à plus 25 % (sur la barre 110 V, environ 66 à 154 V), supportent un écart transitoire de ±40 % pendant 0,1 s et une surtension de +40 % pendant 1 s, un creux de commutation de 40 % jusqu'à 100 ms, des interruptions de 10 ms (S2) ou 20 ms (S3) et une ondulation de 5 %. L'éclairage de secours et la commande ne doivent ni se réinitialiser ni perdre leur état pendant ces événements.
Les chocs et vibrations suivent l'EN 61373 selon l'emplacement (caisse, bogie ou essieu, classe B/Cat1 pour la plupart des luminaires et armoires), la CEM suit l'EN 50121-3-2 avec rafales ±2 kV selon l'EN 61000-4-4, ondes de choc ±2 kV/±1 kV selon l'EN 61000-4-5 et RF conduite selon l'EN 61000-4-6, et la réaction au feu suit l'EN 45545 (parties -2, -4, -6). Les conditions électriques sont dans l'EN 50155, les missions d'éclairage dans l'EN 13272 et l'UIC 555.
Non. L'UN 38.3 et les UN 3480/3481 appartiennent aux batteries lithium. Le NiMH étanche est classé sous UN 3496, et la disposition spéciale IATA A199 confirme qu'il n'est pas soumis aux restrictions du fret lithium, sous réserve de protéger les bornes dans l'emballage. La batterie centrale NiCd ou plomb relève quant à elle de la série IEC 62973 et de ses propres règles de transport.
Référentiel ferroviaire et conditions électriques : EN 50155:2017 (Applications ferroviaires — équipements électroniques embarqués, consolidée 2021), EN 13272-1:2019 / -2:2019 (éclairage électrique dans le matériel roulant des transports publics), fiche UIC 555 (notamment chapitre 5, éclairage des voitures voyageurs), STI LOC & PAS, règlement (UE) n° 1302/2014, EN 61373 (vibrations et chocs), EN 50121-3-2 avec EN 61000-4-4, EN 61000-4-5 et EN 61000-4-6 (CEM), EN 45545-2/-4/-6 (réaction au feu), GB/T 21413.1-2018, TB/T 3414, TB/T 3582-2023 et GB/T 34571-2024 pour la Chine. La courbe de tension, les tableaux de charges et les séquences de cet article sont des illustrations d'ingénierie marquées comme illustratives ; les valeurs faisant foi sont celles de la spécification de l'équipement et de l'édition des normes citées.
Références batteries et transport : série IEC 62973 pour les batteries auxiliaires de bord du matériel ferroviaire (partie 2 NiCd, partie 3:2024 plomb), IEC 61951-2:2017+A1:2022, IEC 62133-1, IEC 63115-2:2021 et IEC 61959 pour le NiMH étanche ; Recommandations des Nations unies relatives au transport des marchandises dangereuses, Règlement type, UN 3496 et disposition spéciale IATA A199 pour le nickel-hydrure métallique. Les valeurs d'autonomie, de tension et de température des tableaux suivent les textes publiés EN 50155/UIC 555/EN 13272 ; les certificats propres à l'équipement prévalent sur ces valeurs générales.
Weijiang Power fournit des blocs NiMH étanches pour les modules de secours OEM des voitures — luminaires, commandes de porte, amplificateurs de sonorisation et commandes de ventilation de secours — avec documentation cellulaire IEC 61951-2/IEC 62133-1, charge d'entretien régulée, protections et une conception adaptée aux EN 50155, EN 61373, EN 50121-3-2 et EN 45545. Les blocs sont construits dans une configuration figée et voyagent sous UN 3496 via la voie IATA A199. Indiquez-nous la tension nominale de votre barre, les charges de secours et leur durée de mise sous tension, l'autonomie requise et la classe de température, et nous dimensionnerons le bloc distribué ainsi que sa charge et sa protection, plutôt que de le découvrir lors de l'essai de type. Voir la gamme de produits NiMH Weijiang pour les formats de packs standards ou contactez notre équipe OEM avec votre schéma et la liste des charges de secours.
