여객 열차가 주 전원을 잃는 순간——무전압 구간, 트립된 보조 컨버터, 또는 정전된 선로——어둠과 움직일 수 없는 상태가 위험해지기까지 승객에게 주어진 시간은 몇 초에 불과합니다. 차량 조명은 꺼져서는 안 되고, 출입문은 선택과 개방이 가능한 상태를 유지해야 하며, 방송과 인터콤은 지시를 전달해야 하고, 터널에서는 비상 환기가 계속 가동되어야 합니다. 이러한 의무를 구현하는 것은 평소 잘 보이지 않는 배터리 아키텍처입니다. DC 버스의 대형 차량용 배터리와, 조명기구, 도어 컨트롤러, 앰프, 환기 컨트롤러 내부의 작고 분산된 저유지보수 배터리 팩입니다. 본고는 철도 차량 시리즈의 Paper A로서, 다른 제품군의 Paper A가 Paper B(선정)와 Paper C(시험)에 앞서 부하 특성을 세우듯, 이 비상 배터리의 동작과 부하 프로필을 정립합니다. 의도적으로 견인 배터리는 다루지 않으며, 차량의 비상 전원을 대상으로 합니다. 초점은 분산 모듈용 밀폐형 NiMH 팩이며, 전압, 시간, 온도, 표준은 EN 50155, EN 13272, UIC 555와 관련 문서에 기반합니다.
핵심 사실 1.현대 차량에는 두 단계의 예비가 공존합니다. 차량용 배터리는 DC 버스 상의 대형 배터리로(IEC 62973 시리즈에 따라 전통적으로 니켈카드뮴 또는 납산), 팬터그래프 상승 시 충전되고 주 전원이 끊긴 후 버스에 급전합니다. 조명기구, 도어 컨트롤러, 앰프 내의 작은 밀폐형 NiMH 팩인 분산형 비상 팩은 두 번째 독립적인 방어선을 구성하여 중앙 배터리가 모든 문과 조명을 개별적으로 급전할 필요 없이 국부적인 절체와 고장을 커버합니다.
핵심 사실 2.전자장비의 전기 프레임워크는 EN 50155:2017(2021년 통합본)입니다. 공칭 DC 전압 24/28/36/48/72/96/110 V(권장 24/72/110), 연속 Vn+25% ~ Vn−30%(110 V 시 약 66–154 V), 100 ms까지 40% 절체 강하, 순시 정전 S1/S2(기본 10 ms) 또는 S3(20 ms). 110 V 버스 상의 비상 조명 모듈에 이것은 절체 시 재부팅 없음, 눈에 보이는 암전 없음, 컨트롤러 상태 유지를 의미합니다.
핵심 사실 3.비상 조명은 몇 분의 예비가 아니라 정해진 자율 시간의 임무입니다. UIC 555(제5장)과 중철도·도시철도의 EN 13272는 일반 조명을 최소 90분간(통로는 정상 조도의 50% 이상, 좌석 구역은 30% 이상) 요구합니다. 고속·장거리 차량에서는 완전한 비상 단계 전에 약 10분간 최소 조명이 이어지며, TSI LOC & PAS(Regulation (EU) No 1302/2014)가 이 의무를 유럽 수준에서 규정합니다.
핵심 사실 4.환경은 건물의 비상 조명기구보다 훨씬 가혹합니다. EN 50155는 OT1–OT6 6개 온도 등급(−25/+55 ℃ ~ −40/+85 ℃)을 정의하고, EN 61373은 위치(차체, 대차, 축상)에 따른 진동과 충격을 다루며, EN 50121-3-2(EN 61000-4-4/4-5/4-6 기반)는 ±2 kV까지의 전기적 고속 과도와 서지로 EMC를 규제하고, EN 45545는 재료의 화재 반응, 연기와 연소 적하의 제한을 요구합니다.
핵심 사실 5.분산형 비상 모듈을 지지하는 밀폐형 NiMH 셀은 IEC 61951-2:2017+A1:2022(성능), IEC 62133-1(니켈계 안전—리튬의 -2부가 아닌 -1부), IEC 63115-2:2021(산업용 NiMH), IEC 61959로 인정됩니다. 운송은 UN 3496과 IATA A199 특별 규정에 따르며, UN 38.3 시험 요약이 필요 없고 UN 3480/3481에 해당하지 않습니다. 대형 차량용 배터리는 IEC 62973 시리즈(NiCd 제2부, 납 제3부)에 따르며, NiMH 팩은 의도적으로 분산형 비상 모듈로 위치합니다.
비상 배터리는 단일 조명기구가 아니라 기능 목록에 대해 선정됩니다. 철도 사양 작성자는 주 전원 상실 후 계속 동작해야 하는 것을 정의하고, 모듈은 각 부하에 올바른 전류 형태와 시간으로 급전해야 합니다. 일부 부하는 거의 일정하고, 일부는 짧고 높은 펄스이며, 사용 가능한 에너지를 늘리기 위해 주기적으로 동작하는 것도 있습니다.
모든 부하가 연속 동작하지는 않습니다. 비상 조명과 제어 전자장치는 자율 시간 내내 급전되지만, 도어 해제와 방송은 승객이나 승무원이 작동할 때만 전류를 소비하고, 비상 환기는 정해진 시간 동안 온도를 유지하기 위해 주기 동작하는 경우가 많습니다. 선정 시 각 부하의 전류를 피크 전류만이 아니라 실제 작동 시간으로 가중해야 합니다.
| 비상 부하 | 부하 성격 | 왜 유지되어야 하는가 |
|---|---|---|
| 통로, 도어 구역, 현관의 비상 조명 | 자율 시간(최소 90분) 동안 LED의 저감된 정출력 급전 | 대피 경로와 발판을 조명; UIC 555 / EN 13272가 정의 |
| 출입문 제어와 해제 | 작은 대기 전류 + 문당 짧은 해제/개방 펄스 | 승무원이 올바른 쪽을 선택하고 개방 가능하게; 문이 승객을 가두면 안 됨 |
| 공공 방송과 승객 인터콤 | 앰프 대기 전류 + 짧은 오디오 전류 피크 | 대피 중 지시와 양방향 통신 유지 |
| 측등, 신호등, 표시등 | 요구 시간 동안 안정된 저전력 조명 | 정차한 열차를 선로 인원과 구조대원에게 가시적·표시 상태로 유지 |
| 비상 환기와 제어 전자장치 | 무거운 회전 부하, 종종 주기 동작; 제어 버스는 일정 | 터널 내 과열과 제어 상실 방지; 차량 환기는 TB/T 3582 |
에너지 경로를 따라가 보면 이해하기 쉽습니다. 정상 주행 시 열차는 가선이나 제3궤조에서 견인 에너지를 받고, 보조 컨버터가 냉난방, 환기, 조명, 제어 전압을 위한 보조 AC와 DC를 만듭니다. 차량용 배터리는 DC 버스 상의 충전기에 연결되어 팬터그래프 상승 시 충전됩니다. 주 전원이 사라지면 접촉기나 정적 절체 장치가 버스를 컨버터에서 분리하고, 차량용 배터리가 버스를 인계하여 중앙 비상 부하를 유지합니다. 이 배터리는 크고 유지보수가 필요하며, 전통적으로 NiCd 또는 납산으로, IEC 62973 시리즈에 기술됩니다. 이는 배터리 제조업체가 조명기구 내부에 공급하는 NiMH 부품이 아닙니다.
분산형 비상 팩은 두 번째의 독립적인 방어선입니다. 조명기구나 도어 장치 내의 밀폐형 NiMH 팩은 차량 중앙 급전이 교란되거나, 하니스가 손상되거나, 모듈이 절체 후 짧은 연속성을 제공해야 할 때에도 계속 동작합니다. 동일한 DC 버스 상의 소형 충전기가 충전 상태를 유지하고, 조정된 부동 충전으로 셀을 올바른 구간에 유지하며, 비상 또는 주기 시험 때만 방전합니다. 이것이 Weijiang Power가 선정하는 NiMH 부품입니다. 3.6 / 4.8 / 6.0 / 7.2 / 9.6 V 등 공칭 전압의 작고 밀폐된 내진동 팩으로, 컨버터로 조명기구나 컨트롤러에 맞춥니다.
EN 50155는 모든 차량용 전자장비를 설계하는 가로 표준입니다. 공칭 전압뿐 아니라 장비가 기능 상실 없이 견뎌야 할 연속, 과도, 단시간 급전 상태를 규정합니다. 110 V 버스 상의 충전기나 비상 모듈은 약 66 V ~ 154 V의 연속 범위, 0.1초간 ±40% 과도 편차, 1.0초간 +40% 연장 과전압을 견뎌야 하고, 최대 5%의 계통 리플이 셀 마이크로사이클이나 불안정한 부동 충전을 유발하지 않아야 합니다.
이 표준의 두 가지 사건이 배터리의 처음 몇 초를 결정합니다. 두 전원 간 절체(예: 컨버터에서 배터리로)는 최장 100 ms, 공칭 전압의 60%까지 강하를 만듭니다. 모듈은 이 빈 구간을 메우거나 끊김 없이 인계하여 조명기구를 재부팅시키지 않고 눈에 보이는 암전을 만들어서는 안 됩니다. 변동·정전 등급 S1, S2(기본 10 ms), S3(20 ms)는 장비가 내부 저장 또는 배터리 브리지로 통과해야 하는 짧은 완전 전압 상실을 기술합니다. 20 ms 후 상태를 잃거나 도어를 재초기화하는 컨트롤러는 요구사항을 충족하지 않습니다.
그림 1. 차량 버스 전압의 개념적 곡선: 정상 주행, 절체 강하, 짧은 정전, 이후 배터리 비상 운전. 곡선은 정성적이며, 임계값과 시간은 이 그래프가 아닌 EN 50155에 따릅니다.
| 급전 상태(EN 50155) | 한계 | 비상 배터리 팩에 대한 요구 |
|---|---|---|
| 연속 범위 | Vn +25% / −30%(110 V 시 예 66–154 V) | 충전기와 모듈이 전체 버스 범위에서 충전 구간에 유지 |
| 과도 / 연장 과전압 | ±40%를 0.1초간; +40%를 1.0초간 | 과충전 스트레스와 보호 트립 없음; 부동 충전은 견고해야 |
| 절체 | 40% 강하, 최장 100 ms | 유지 커패시터 또는 배터리 브리지로 재부팅·가시적 암전 없음 |
| 정전 S2(기본) / S3 | 10 ms / 20 ms 완전 정전 통과 | 끊김 없는 인계; 컨트롤러는 메모리와 상태 유지 |
| 연속 리플 | 리플 계수 5%, 연속 | 부동 충전 안정; 리플로 인한 셀 마이크로사이클 없음 |
비상 조명 요구가 차량 배터리 사양의 핵심입니다. UIC 555와 EN 13272 패밀리는 조도와 자율 시간을 규정합니다. 통로는 정상 조도의 50% 이상, 좌석 구역은 30% 이상, 비상 서비스 최소 90분. 등급과 구역에 따라 조도는 통로 약 100럭스, 2등석 150, 1등석 200이 전형적이며, 균제도, 연색성(CRI ≥ 80), 보수율(LED 약 0.85) 요구가 수반됩니다. 정상 급전 전압이 약 0.6×Vn 아래로 약 0.5초 초과하여 내려가면 눈에 보이는 암전 없이 비상으로 절체하는 것이 일반적으로 요구됩니다.
중국 고속·도시간 철도 시장에서는 동일한 기능이 차량 비상 조명의 TB/T 3414, 차량 비상 환기의 TB/T 3582-2023에 정착되어 있고, 기본 전기 표준은 EN 50155에 대응하는 GB/T 21413.1-2018, 배선 규칙은 GB/T 34571-2024입니다. 도시간 차량 사양 GTG/JL 002-2026이 이 문서들을 참조합니다. 배터리 설계자에 대한 귀결은 지역에 관계없이 동일합니다. 정해진 자율 시간, 고정된 공칭 조도 비율, 끊김 없는 절체점, 온도와 열화에 대해 증명 가능한 용량 여유입니다.
비상 팩은 부하가 있는 위치——통로 위 조명기구, 천장 캐비닛, 내장재 뒤——에 장착되므로 넓은 온도 범위에 직면합니다. EN 50155는 승객 구역과 운전실용 OT1(−25/+55 ℃)과 OT2(−40/+55 ℃), 기술 캐비닛 기본 OT3(−25/+70 ℃)과 OT4(−40/+70 ℃), 그리고 OT5(−25/+85 ℃)과 OT6(−40/+85 ℃)을 정의합니다. 장비는 −40 ℃ 또는 +85 ℃ 단기 보관 후에도 작동해야 합니다. 밀폐형 NiMH 셀은 충전 온도 보상을 갖춘 잘 설계된 팩에서 이러한 범위를 견디며, 수명 등급 L1(5년)~L4(20년, 기본)이 장비 기대 수명을 정하여 셀과 부동 충전 선정을 이끕니다.
기계적 견고성은 EN 61373에 따르며, 위치별로 장비를 분류합니다: 카테고리 1 클래스 B(차체), 카테고리 2(대차), 카테고리 3(축상, 가장 가혹한 환경). EMC는 EN 50121-3-2에 따르며, EN 61000-4-4의 ±2 kV(5/50 ns, 5 kHz) 전기적 고속 과도, EN 61000-4-5의 선-접지 ±2 kV와 선-선 ±1 kV(1.2/50 µs) 서지, EN 61000-4-6의 80 MHz까지 전도성 RF 내성을 포함합니다. 화재는 EN 45545(재료 반응 -2, 설계 -4, 화재 제어 -6)에 따라 연기, 연소 적하, 열 방출을 제한합니다. 비상 팩의 하우징과 열수축 튜브는 요구되는 위험 등급으로 만들어져야 합니다.
분산형 비상 팩은 가혹하지만 범위가 명확한 임무입니다. 장기간 부동 충전, 드문 심방전, 절체 시 즉각적인 고전류, 장비 수명 주기로 수년간 동작하는 능력. 밀폐형 NiMH 셀은 잘 맞습니다. 좋은 전압·온도 보상 하에서 연속 부동 충전을 견디고, 짧은 고전류 방전을 견디며, 납과 카드뮴을 포함하지 않고 액체 전해질이 없는 밀폐 구조입니다. 넓은 온도 범위에서 동작 가능하고 리튬 운송 서류가 필요 없습니다. 대안—모든 모듈을 중앙 NiCd 또는 납산 배터리로 급전—은 하니스나 개별 차량이 가용성을 깨뜨리는 지점에서 바로 취약합니다. 분산 NiMH 셀은 국부 기능을 유지합니다.
그림 2. 주 전원 상실부터 비상 자율 시간까지의 동작 시퀀스(개념): 상실, 강하, 절체, 배터리 인계, 비상 부하, 90분 자율.
셀 인정 기반은 명확합니다. 밀폐형 휴대용 니켈수소 셀은 IEC 61951-2:2017과 A1:2022 추록으로 성능을, IEC 62133-1로 안전을 확인합니다(-1부는 니켈, IEC 62133-2는 리튬). 산업용 셀에는 IEC 63115-2:2021과 기계적 동작에 IEC 61959가 적용됩니다. 운송에서 밀폐형 NiMH는 UN 3496으로 분류되고, IATA A199 특별 규정이 리튬 배터리가 아님을 확인하므로 UN 38.3 요약 없이, UN 3480/3481 표시 없이 운송됩니다. 대형 차량용 배터리는 IEC 62973-2(NiCd) 또는 IEC 62973-3(납)로 별도 처리됩니다. 정직한 데이터시트는 중앙 견인/차량 배터리를 분산형 NiMH 비상 팩과 절대 동일시하지 않습니다.
정의된 비상 부하에는 통로, 도어 구역, 현관의 비상 조명, 출입문 제어와 해제, 공공 방송과 승객 인터콤, 측등과 신호등, 비상 환기와 제어 전자장치가 포함됩니다. 이들은 DC 버스 상의 차량용 배터리와 조명기구, 도어, 오디오 모듈 내 분산된 밀폐형 NiMH 팩에서 급전되고, 자율 시간과 절체는 EN 50155, EN 13272, UIC 555를 따릅니다.
UIC 555와 TSI LOC & PAS / EN 13272는 최소 90분 비상 서비스를 채택하며, 통로 50% 이상, 좌석 구역 30% 이상의 정상 조도입니다. 고속·장거리 차량에서는 완전한 비상 단계 전에 약 10분간 최소 일반 조명이 있습니다. 중국에서는 TB/T 3414와 TB/T 3582-2023이 비상 조명과 환기 기능을 정착시킵니다. 정확한 시간은 항상 설계와 인용 표준의 판본에 따릅니다.
차량용 배터리는 차량 배터리 버스 상의 대형 DC 배터리(전통적으로 NiCd 또는 납, IEC 62973-2 또는 -3)로, 주 전원이 차단된 후 버스 전체를 인계합니다. NiMH 팩은 조명기구, 도어 컨트롤러, 앰프 내의 작고 밀폐된 분산형 모듈로, 국부 절체를 커버하고 국부 기능을 독립적으로 유지합니다. 둘은 상호 보완적이며, NiMH 팩은 유지보수가 필요한 대형 배터리를 대체하지 않고, 서로 다른 표준으로 인정·기술됩니다.
EN 50155 장비는 공칭 전압 −30% ~ +25%(110 V 버스 약 66–154 V)에서 연속 동작하고, 0.1초간 ±40% 과도 편차, 1초간 +40% 과전압, 최장 100 ms의 40% 절체 강하, 10 ms(S2) 또는 20 ms(S3) 정전, 5% 리플을 견뎌야 합니다. 이러한 사건 중 비상 조명과 제어가 재부팅되거나 상태를 잃어서는 안 됩니다.
충격과 진동은 위치(차체, 대차, 축상; 대부분 조명기구와 캐비닛은 B 클래스/카테고리 1)에 따라 EN 61373, EMC는 EN 50121-3-2(EN 61000-4-4 ±2 kV 버스트, EN 61000-4-5 ±2 kV/±1 kV 서지, EN 61000-4-6 전도성 RF), 화재는 EN 45545(-2, -4, -6)를 따릅니다. 전기 조건은 EN 50155, 조명 기능은 EN 13272와 UIC 555에 있습니다.
아닙니다. UN 38.3과 UN 3480/3481은 리튬 배터리에 속합니다. 밀폐형 NiMH는 UN 3496으로 분류되고, IATA A199 특별 규정이 리튬 화물 제한을 받지 않음을 확인하되, 포장에서 단자를 보호해야 합니다. 중앙 NiCd 또는 납산 배터리는 IEC 62973 시리즈와 자체 운송 규칙을 따릅니다.
철도 프레임워크와 전기 조건: EN 50155:2017(철도 적용—차량용 전자장비, 2021 통합본), EN 13272-1:2019 / -2:2019(대중교통 차량의 전기 조명), UIC 555(특히 제5장, 여객차 조명), TSI LOC & PAS, Regulation (EU) No 1302/2014, EN 61373(진동·충격), EN 61000-4-4 / 4-5 / 4-6을 수반하는 EN 50121-3-2(EMC), EN 45545-2/-4/-6(화재), 중국의 GB/T 21413.1-2018, TB/T 3414, TB/T 3582-2023, GB/T 34571-2024. 본고의 전압 곡선, 부하 표, 시퀀스는 illustrative로 표시된 공학적 일러스트이며, 구속력 있는 값은 장비 사양과 인용 표준의 판본입니다.
배터리와 운송 참조: 차량용 보조 배터리의 IEC 62973 시리즈(NiCd 제2부, 납 제3부:2024), 밀폐형 NiMH의 IEC 61951-2:2017+A1:2022, IEC 62133-1, IEC 63115-2:2021, IEC 61959; UN 위험물 운송 권고·모델 규정, UN 3496, 니켈수소의 IATA A199 특별 규정. 표의 자율 시간, 전압, 온도 값은 EN 50155/UIC 555/EN 13272의 공표된 텍스트에 기반하며, 장비의 구체 인증이 이러한 일반 값보다 우선합니다.
Weijiang Power는 차량 OEM 비상 모듈——조명기구, 도어 컨트롤러, 방송 앰프, 비상 환기 컨트롤러——을 위한 밀폐형 NiMH 팩을 공급하며, IEC 61951-2/IEC 62133-1 셀 문서, 조정된 부동 충전, 보호, EN 50155, EN 61373, EN 50121-3-2, EN 45545 지향 설계를 제공합니다. 팩은 고정된 구성으로 제작되고 UN 3496, IATA A199 경로로 운송됩니다. 버스 공칭 전압, 비상 부하와 그 작동 시간, 필요 자율 시간, 온도 등급을 알려주시면 형식 시험에서 문제를 발견하는 대신 충전·보호 회로를 포함한 분산형 팩을 선정합니다. 표준 팩 형태는 Weijiang NiMH 제품군에서 확인하거나, 회로도와 비상 부하 목록을 OEM 팀에 보내주십시오.
