Quando um trem de passageiros perde a alimentação principal — um trecho de catenária sem tensão, um conversor auxiliar que desarma ou uma via desligada —, os passageiros têm apenas alguns segundos antes que a escuridão e a imobilidade se tornem perigosas. A iluminação do carro não deve apagar, as portas devem poder ser selecionadas e abertas, a sonorização e os interfones devem transmitir comandos, e em túneis a ventilação de emergência deve continuar funcionando. Cumprir essas obrigações depende de uma arquitetura de baterias raramente visível: a grande bateria do veículo no barramento de corrente contínua, e pequenos pacotes de bateria distribuídos e de baixa manutenção em luminárias, controles de porta, amplificadores e controles de ventilação. Neste Paper A da série sobre material rodante, estabelecemos o perfil de funcionamento e carga dessas baterias de emergência, assim como os Paper A dos outros grupos de produtos estabeleceram o funcionamento da carga antes de o Paper B tratar do dimensionamento e o Paper C dos ensaios. Deliberadamente não é a bateria de tração, e sim a alimentação de emergência dos carros. A ênfase está nos pacotes NiMH selados para módulos distribuídos; tensões, tempos, temperaturas e normas citados vêm da EN 50155, EN 13272, UIC 555 e dos quadros associados.
Fato essencial 1. Em um carro moderno coexistem dois níveis de backup. A bateria do veículo é a grande bateria no barramento CC (classicamente níquel-cádmio ou chumbo-ácido pela série IEC 62973), carregada com o pantógrafo levantado e que alimenta o barramento após o corte da alimentação principal. Os pacotes de emergência distribuídos — pequenos pacotes NiMH selados na luminária, no controle de porta ou no amplificador — formam uma segunda linha independente e cobrem as comutações locais e as falhas, sem que a bateria central precise alimentar cada porta e cada luminária separadamente.
Fato essencial 2. O invólucro elétrico dos equipamentos eletrônicos é a EN 50155:2017 (consolidada em 2021): tensões contínuas nominais 24/28/36/48/72/96/110 V (recomendadas 24/72/110), funcionamento contínuo de Vn+25 % a Vn−30 % (ou seja, cerca de 66–154 V em 110 V), um afundamento de comutação de 40 % até 100 ms e interrupções breves S1/S2 (padrão, 10 ms) ou S3 (20 ms). Para um módulo de iluminação de emergência no barramento de 110 V, isso significa: nenhum reset, nenhum intervalo escuro visível e nenhuma perda de estado do controle durante a comutação.
Fato essencial 3. A função de iluminação de emergência é uma autonomia fixa, não uma reserva de alguns minutos. A ficha UIC 555 (capítulo 5) e a EN 13272 para material pesado e redes urbanas exigem pelo menos 90 minutos de iluminação geral (corredores com pelo menos 50 % da iluminância nominal, áreas de assentos com pelo menos 30 %); em trens de alta velocidade e longa distância, uma iluminação mínima de cerca de 10 minutos precede a fase de emergência completa, e a ETI LOC & PAS (Regulamento (UE) n.º 1302/2014) ancora essas obrigações em nível europeu.
Fato essencial 4. O ambiente é muito mais severo do que uma luminária de emergência em um edifício. A EN 50155 define seis classes de temperatura OT1 a OT6 (de −25/+55 °C a −40/+85 °C), a EN 61373 cobre vibrações e choques conforme a posição (caixa, bogie, eixo), a EN 50121-3-2 (baseada em EN 61000-4-4/4-5/4-6) rege a EMC com transitórios rápidos até ±2 kV e ondas de choque, e a EN 45545 exige a reação ao fogo dos materiais e a limitação de fumaça e gotejamento em combustão.
Fato essencial 5. As células NiMH seladas que dão suporte aos módulos de emergência distribuídos são qualificadas conforme IEC 61951-2:2017+A1:2022 (desempenho), IEC 62133-1 (segurança de células de níquel — parte -1, não a parte de lítio -2), IEC 63115-2:2021 (NiMH industrial) e IEC 61959. São embarcadas em UN 3496 com a disposição especial IATA A199; não precisam do resumo de ensaio UN 38.3 e não se enquadram em UN 3480/3481. As grandes baterias de veículo seguem a série IEC 62973 (NiCd parte 2, chumbo-ácido parte 3); o pacote NiMH é deliberadamente o bloco de emergência distribuído.
A bateria de emergência é dimensionada para uma lista de funções, não para uma única luminária. Os especificadores ferroviários definem o que deve continuar funcionando após a perda da alimentação principal, e o módulo deve alimentar cada uma dessas cargas com a forma de corrente e a duração corretas. Algumas cargas são quase constantes, outras são pulsos breves e elevados, e outras ainda são ciclicadas para prolongar a energia disponível.
Nem todas as cargas são contínuas. A iluminação de emergência e a eletrônica de controle são alimentadas por toda a autonomia, mas o destravamento de portas e a sonorização só consomem quando passageiros ou a equipe os acionam, e a ventilação de emergência frequentemente funciona em ciclos para controlar a temperatura durante o tempo prescrito. O dimensionamento deve ponderar a corrente de cada carga pelo seu tempo real de ativação, não apenas pela corrente de pico.
| Carga de emergência | Caráter da carga | Por que deve sobreviver |
|---|---|---|
| Iluminação de emergência de corredores, áreas de porta e vestíbulos | Alimentação LED reduzida e constante por toda a autonomia (pelo menos 90 min) | Ilumina a rota de evacuação e os degraus; definido por UIC 555 / EN 13272 |
| Controle e liberação de portas | Baixa corrente de repouso com um pulso breve de liberação/abertura por porta | Permite à equipe escolher e abrir o lado correto; as portas não devem prender passageiros |
| Sonorização e interfone de passageiros | Corrente de repouso do amplificador com picos breves de corrente de áudio | Mantém o comando e a comunicação bidirecional durante a evacuação |
| Lanternas de lado, sinalização e indicadores | Luzes estáveis de baixa corrente pela duração requerida | Mantém um trem parado visível e sinalizado para a equipe de via e resgate |
| Ventilação de emergência e eletrônica de controle | Carga rotativa pesada, frequentemente cíclica; o barramento de controle é constante | Evita superaquecimento e perda de comando em túnel; ventilação de EMU conforme TB/T 3582 |
É útil acompanhar o caminho da energia. Em marcha normal, o trem retira energia de tração da catenária ou do terceiro trilho; um conversor auxiliar gera a corrente alternada auxiliar e a contínua para climatização, ventilação, iluminação e tensão de controle. A bateria do veículo é ligada a um carregador no barramento CC e carrega com o pantógrafo levantado. Se a alimentação principal desaparece, um contator ou chave estática separa o barramento do conversor, e a bateria do veículo assume o barramento, mantendo as cargas de emergência centrais. Essa bateria é grande, mantida, geralmente níquel-cádmio ou chumbo-ácido, e é tratada pela série IEC 62973; não é o componente NiMH que um fabricante de baterias fornece dentro da luminária.
Os pacotes de emergência distribuídos são uma segunda linha de defesa independente. Um pacote NiMH selado na luminária ou no equipamento de porta pode continuar funcionando mesmo que a alimentação central de um carro seja perturbada, se um chicote seja danificado ou se o módulo precise fornecer uma continuidade breve após a comutação. Ele é mantido carregado por um pequeno carregador a partir do mesmo barramento CC, mantém suas células na janela correta com uma carga de flutuação regulada e só descarrega em emergência ou durante o teste periódico. Esse é o componente NiMH dimensionado pela Weijiang Power: pacotes pequenos, selados e resistentes a vibrações, com tensões nominais como 3,6 / 4,8 / 6,0 / 7,2 / 9,6 V, adaptados à luminária ou ao controle por conversores.
A EN 50155 é a norma horizontal segundo a qual todo equipamento eletrônico de bordo é projetado. Não fixa apenas as tensões nominais, mas também os estados de alimentação contínuos, transitórios e breves que o equipamento deve suportar sem perder a função. Um carregador ou módulo de emergência operando no barramento de 110 V deve suportar a faixa contínua de cerca de 66 V a 154 V, um desvio transitório de ±40 % por 0,1 s e uma sobretensão prolongada de +40 % por 1,0 s, e não deve permitir que uma ondulação de rede de até 5 % cause microciclos nas células ou uma carga de flutuação instável.
Dois eventos desta norma decidem os primeiros instantes da bateria. A comutação de alimentação entre duas fontes (por exemplo, do conversor para a bateria) produz um afundamento a 60 % da tensão nominal de até 100 ms; o módulo deve cobrir essa lacuna ou assumir sem interrupção, sem reinicializar a luminária nem mostrar um intervalo escuro. As classes de variação e interrupção S1, S2 (padrão, 10 ms) e S3 (20 ms) descrevem breves ausências totais de tensão que o equipamento deve atravessar por armazenamento interno ou pela ponte de bateria. Um controlador que perde o estado após 20 ms ou reinicializa uma porta não atende ao requisito.
Figura 1. Uma curva ilustrativa de tensão do barramento do carro: marcha normal, um afundamento de comutação, uma breve interrupção e depois o serviço de emergência a bateria. A curva é qualitativa; limites e tempos seguem a EN 50155, não este gráfico.
| Condição de alimentação (EN 50155) | Limite | O que exige do pacote de emergência |
|---|---|---|
| Faixa contínua | Vn +25 % / −30 % (ex. 66–154 V em 110 V) | Carregador e módulo permanecem na janela de carga em toda a faixa do barramento |
| Sobretensão transitória / prolongada | ±40 % por 0,1 s; +40 % por 1,0 s | Sem estresse de sobrecarga nem disparo de proteção; a carga de flutuação deve ser robusta |
| Comutação | Afundamento de 40 % até 100 ms | Sustentação ou ponte de bateria sem reset e sem intervalo escuro visível |
| Interrupção S2 (padrão) / S3 | Atravessar 10 ms / 20 ms de interrupção completa | Assunção sem interrupção; o controlador não perde memória nem estado |
| Ondulação contínua | Fator de ondulação de 5 %, contínuo | A carga de flutuação permanece estável; sem microciclos nas células induzidos por ondulação |
O requisito de iluminação de emergência está no cerne da especificação da bateria do carro. A ficha UIC 555 e a família EN 13272 fixam iluminâncias e autonomia: corredores com pelo menos 50 % da iluminância normal, áreas de assentos com pelo menos 30 %, por um serviço de emergência de pelo menos 90 minutos. Os níveis de iluminância situam-se, conforme classe e zona, tipicamente em torno de 100 lux no corredor, 150 na segunda e 200 na primeira classe; requisitos de uniformidade, reprodução de cor (CRI ≥ 80) e fator de manutenção (LED cerca de 0,85) acompanham esses valores. A transferência para emergência é geralmente prescrita quando a tensão de alimentação normal cai abaixo de cerca de 0,6 vez a nominal por mais de meio segundo, sem intervalo escuro visível.
Para o mercado chinês de alta velocidade e interurbano, as mesmas funções estão ancoradas na TB/T 3414 para iluminação de emergência de trens e na TB/T 3582-2023 para ventilação de emergência de trens, com a norma elétrica de base GB/T 21413.1-2018 (equivalente à EN 50155) e as regras de cabeamento GB/T 34571-2024; a especificação GTG/JL 002-2026 de trens interurbanos remete a esses documentos. A consequência de projeto para o fabricante de baterias é, independentemente da região, a mesma: autonomia definida, uma fração fixa da iluminância nominal, um ponto de comutação sem interrupção e uma reserva de capacidade demonstrável frente a temperatura e envelhecimento.
O pacote de emergência enfrenta uma ampla faixa de temperatura porque é instalado onde está a carga — na luminária sobre o corredor, em um armário no teto ou atrás de um revestimento. A EN 50155 define as classes OT1 (−25/+55 °C) e OT2 (−40/+55 °C) para áreas de passageiros e cabines, OT3 (−25/+70 °C, padrão para armários técnicos) e OT4 (−40/+70 °C), além de OT5 (−25/+85 °C) e OT6 (−40/+85 °C); a colocação em serviço deve funcionar após breve armazenamento a −40 °C ou +85 °C. As células NiMH seladas suportam essas faixas em um pack bem projetado com compensação de temperatura de carga, e as classes de vida L1 (5 anos) a L4 (20 anos, padrão) fixam a vida esperada do equipamento que orienta a escolha das células e da carga de flutuação.
A robustez mecânica segue a EN 61373, que classifica os equipamentos por posição: categoria 1 classe B (caixa), categoria 2 (bogie) e categoria 3 (eixo, o ambiente mais duro). A EMC segue a EN 50121-3-2 com rajadas rápidas ±2 kV (5/50 ns, 5 kHz) conforme EN 61000-4-4, ondas de choque linha-terra ±2 kV e linha-linha ±1 kV (1,2/50 µs) conforme EN 61000-4-5 e imunidade RF conduzida até 80 MHz conforme EN 61000-4-6. A reação ao fogo segue a EN 45545 (parte -2 para reação dos materiais, -4 para projeto e -6 para controle de incêndio), que limita fumaça, gotejamento em combustão e liberação de calor; a caixa e os termorretráteis de um pacote de emergência devem ser feitos na classe de perigo requerida.
O pacote de emergência distribuído é uma função exigente, mas restrita: longos períodos em carga de flutuação, raramente uma descarga profunda, corrente alta imediata na comutação e capacidade de operar por anos no ritmo de vida do equipamento. As células NiMH seladas se encaixam bem: toleram carga de flutuação contínua com boa compensação de tensão e temperatura, suportam descargas breves de alta corrente, não contêm chumbo nem cádmio e são seladas sem eletrólito líquido. Continuam funcionais em uma ampla faixa de temperatura e não exigem documentos de transporte de lítio. A alternativa — alimentar todo o módulo a partir da bateria central NiCd ou chumbo-ácido — é precisamente vulnerável onde um chicote ou um único carro quebram a disponibilidade; a célula NiMH distribuída mantém a função local apesar de tudo.
Figura 2. A sequência de operação desde a perda da alimentação principal até a autonomia de emergência (ilustrativa): perda, afundamento, comutação, assunção pela bateria, cargas de emergência e autonomia de 90 minutos.
A base de qualificação das células é explícita. As células portáteis níquel-hidreto metálico seladas são verificadas em desempenho conforme IEC 61951-2:2017 com a emenda A1:2022 e em segurança conforme IEC 62133-1 (a parte -1 é níquel; IEC 62133-2 é lítio). Para células industriais aplicam-se IEC 63115-2:2021 e, para operação mecânica, IEC 61959. Para transporte, o NiMH selado é classificado em UN 3496; a disposição especial IATA A199 confirma que não é uma bateria de lítio, então viaja sem resumo UN 38.3 e sem marcas UN 3480/3481. A grande bateria de veículo é tratada separadamente conforme IEC 62973-2 (NiCd) ou IEC 62973-3 (chumbo-ácido); uma ficha técnica honesta nunca iguala a bateria central de tração/bordo ao pacote NiMH de emergência distribuído.
As cargas de emergência definidas incluem iluminação de emergência de corredores, áreas de porta e vestíbulos, controle e liberação de portas, sonorização e interfones de passageiros, lanternas de lado e sinalização, bem como ventilação de emergência e eletrônica de controle. São alimentadas pela bateria do veículo no barramento CC e por pacotes NiMH selados distribuídos em luminárias e módulos de porta e áudio; autonomia e comutação seguem EN 50155, EN 13272 e UIC 555.
A UIC 555 e a ETI LOC & PAS / EN 13272 adotam um mínimo de 90 minutos de serviço de emergência, com corredores de pelo menos 50 % e áreas de assentos de pelo menos 30 % da iluminância normal; em trens de alta velocidade e longa distância, uma iluminação geral mínima de cerca de 10 minutos precede a fase de emergência completa. Na China, TB/T 3414 e TB/T 3582-2023 ancoram as funções de iluminação e ventilação de emergência. A duração exata é sempre regida pelo projeto e pelas edições das normas citadas.
A bateria do veículo é a grande bateria CC no barramento de bateria do veículo (classicamente NiCd ou chumbo-ácido, conforme IEC 62973-2 ou -3), que assume todo o barramento após o corte da alimentação principal. O pacote NiMH é um módulo pequeno, selado e distribuído na luminária, no controle de porta ou no amplificador, que cobre as comutações locais e mantém a função local de forma independente. Os dois são complementares; o pacote NiMH não substitui a grande bateria mantida, e são qualificados e descritos por normas diferentes.
Os equipamentos EN 50155 operam continuamente da tensão nominal menos 30 % a mais 25 % (no barramento de 110 V, cerca de 66–154 V), suportam um desvio transitório de ±40 % por 0,1 s e uma sobretensão de +40 % por 1 s, um afundamento de comutação de 40 % até 100 ms, interrupções de 10 ms (S2) ou 20 ms (S3) e uma ondulação de 5 %. Iluminação de emergência e controle não devem reinicializar nem perder estado durante esses eventos.
Choques e vibrações seguem a EN 61373 conforme a posição (caixa, bogie ou eixo, classe B/Cat1 para a maioria de luminárias e armários), a EMC segue EN 50121-3-2 com rajadas ±2 kV conforme EN 61000-4-4, ondas de choque ±2 kV/±1 kV conforme EN 61000-4-5 e RF conduzida conforme EN 61000-4-6, e a reação ao fogo segue EN 45545 (partes -2, -4, -6). As condições elétricas estão na EN 50155 e as funções de iluminação na EN 13272 e UIC 555.
Não. UN 38.3 e UN 3480/3481 pertencem às baterias de lítio. O NiMH selado é classificado em UN 3496, e a disposição especial IATA A199 confirma que não está sujeito às restrições de carga de lítio, desde que os terminais sejam protegidos na embalagem. A bateria central NiCd ou chumbo-ácido rege-se pela série IEC 62973 e pelas suas próprias regras de transporte.
Quadro ferroviário e condições elétricas: EN 50155:2017 (Aplicações ferroviárias — Equipamentos eletrônicos utilizados no material rodante, consolidada 2021), EN 13272-1:2019 / -2:2019 (iluminação elétrica no material rodante de transporte público), ficha UIC 555 (em especial capítulo 5, iluminação de carros de passageiros), ETI LOC & PAS, Regulamento (UE) n.º 1302/2014, EN 61373 (vibrações e choques), EN 50121-3-2 com EN 61000-4-4, EN 61000-4-5 e EN 61000-4-6 (EMC), EN 45545-2/-4/-6 (reação ao fogo), GB/T 21413.1-2018, TB/T 3414, TB/T 3582-2023 e GB/T 34571-2024 para a China. A curva de tensão, as tabelas de carga e as sequências deste artigo são ilustrações de engenharia marcadas como ilustrativas; os valores vinculativos são os da especificação do equipamento e da edição das normas citadas.
Referências de baterias e transporte: série IEC 62973 para baterias auxiliares de bordo de material rodante (parte 2 NiCd, parte 3:2024 chumbo-ácido), IEC 61951-2:2017+A1:2022, IEC 62133-1, IEC 63115-2:2021 e IEC 61959 para NiMH selado; Recomendações da ONU para transporte de mercadorias perigosas, Regulamento Modelo, UN 3496 e disposição especial IATA A199 para níquel-hidreto metálico. Os valores de autonomia, tensão e temperatura das tabelas seguem os textos publicados EN 50155/UIC 555/EN 13272; os certificados específicos do equipamento prevalecem sobre esses valores gerais.
A Weijiang Power fornece pacotes NiMH selados para módulos de emergência OEM de carros — luminárias, controles de porta, amplificadores de sonorização e controles de ventilação de emergência — com documentação de células IEC 61951-2/IEC 62133-1, carga de flutuação regulada, proteções e um projeto voltado para EN 50155, EN 61373, EN 50121-3-2 e EN 45545. Os pacotes são construídos em configuração congelada e viajam em UN 3496 pela via IATA A199. Indique-nos a tensão nominal do barramento, as cargas de emergência e seus tempos de ativação, a autonomia requerida e a classe de temperatura, e dimensionaremos o pacote distribuído e seus circuitos de carga e proteção, em vez de descobri-lo no ensaio de tipo. Veja a gama de produtos NiMH Weijiang para formatos de pack padrão ou contate nossa equipe OEM com o esquema e a lista de cargas de emergência.
