지상 신호가 선로를 백업한다면, 차상 열차제어는 열차가 이동하도록 허가되는 권한(authority)을 백업합니다. 운전실과 장비 캐비닛에는 제동 곡선과 이동 권한을 감독하는 유럽 바이탈 컴퓨터(EVC), 유로발리스(Eurobalise) 전문을 읽는 발리스 전송 모듈(BTM)과 안테나, 속도와 권한을 표시하는 운전자-기계 인터페이스(DMI), 열차의 안전 이력을 기록하는 법적 기록 장치(JRU), 그리고 ETCS 레벨 2에서 무선 폐색 센터(Radio Block Centre)와 정보를 주고받는 GSM-R 데이터 무전기가 있습니다. 이 글은 열차의 정상 전원이 교란될 때 이 체인을 살려두어야 하는 전원의 동작 원리와 부하 프로파일을 설명합니다. 고정식 UPS와 달리 차상 백업은 전자장비에서 가장 가혹한 환경 중 하나에 놓입니다. EN 50155는 장비의 공칭 배터리 모선 전압(흔히 24, 36, 48, 72, 110 V), -25/-40 °C에서 +55/+70/+85 °C까지의 동작 온도 등급, -40~+85 °C에서 최소 10분간 기동하는 요구사항, 그리고 EN 61373에 따른 충격과 진동을 정의합니다. 열차 배터리는 컨버터를 통해 보조 DC 모선에 급전하고, 국부 홀드업/백업 모듈은 급전 중단을 가교하고 JRU 기록과 현재 이동 권한을 보존하는 제어된 종료를 지원하며, 중요 기능에서는 열차를 안전한 상태로 유도할 만큼 충분히 경계(vigilance)와 비상 통신을 유지해야 합니다. 본문은 바이탈 컴퓨터와 무전기의 안정적인 기준 부하, 발리스 통과 시 주기적인 BTM 버스트, DMI 백라이트와 오디오 피크, 그리고 EN 50155와 차량 전원 아키텍처가 정의하는 급전 중단과 순시전압강하를 통과하는 요구사항이라는 특징적 임무를 전개합니다. 또한 철도 차량 보조 전원용 2차 밀폐 니켈수소 셀을 Part 4에서 다루는 전용 철도 배터리 표준 IEC 62973을 소개하고, 이후 글에서 다룰 선정과 적격성 평가의 토대를 마련합니다.
EVC는 안전 핵심입니다. 발리스 위치 기준, 오도메트리, GSM-R 이동 권한, 열차 데이터를 융합하여 속도를 감독하고 기관사가 허용 범위를 벗어나면 제동을 명령합니다. BTM은 차하 안테나로 발리스를 여자하고 읽으며, DMI는 제동 곡선, 목표 속도, 표시와 경보를 렌더링하고, JRU는 사후 분석을 위해 안전 관련 데이터를 지속적으로 기록하며, GSM-R 무전기는 폐색 센터로의 회선 또는 패킷 교환 링크를 유지합니다. 각각 전류 파형은 다르지만 한 가지 속성을 공유합니다. 주행 중 통제되지 않은 전원 상실 자체가 안전 사건이라는 점입니다.
열차의 보조 배터리 모선이 1차 에너지 저장소이며, 간선 차량은 공칭 110 V 또는 72 V, 지하철과 트램은 24/48 V가 일반적이고 DC-DC 컨버터가 논리 레일을 끌어냅니다. 국부 백업과 홀드업 모듈은 모선과 바이탈 전자장비 사이에 위치해 중단을 평활화하고, 필요 시 모선 상실 후 정의된 기능을 유지합니다. 이 백업의 크기 선정은 단일 함체의 명판 전력이 아니라 전체 체인의 정확한 부하 프로파일에서 시작됩니다.
EN 50155는 철도 차량 전자장비의 기준이며 모든 전원 결정을 주도합니다. 공칭 급전 전압과 장비가 견뎌야 할 중단, 강하, 서지, 6개 동작 온도 등급(OT1~OT6, 본체 온도 -25 또는 -40 °C에서 +55, +70, +85 °C까지), 보관 등급, -40~+85 °C에서 최소 10분간 기동 능력을 정의합니다. 열원 근처나 무환기 캐비닛의 장비는 상위 등급, 차하 및 외부 장비는 가장 추운 등급을 적용받을 수 있습니다.
충격과 진동은 EN 61373(장비에 카테고리와 클래스가 부여되며 카테고리 1 클래스 B가 흔한 기본값), EMC는 EN 50121 시리즈, 화재 거동은 점차 EN 45545를 참조합니다. 따라서 밀폐 NiMH 백업 팩은 냉각 침지 후에도 홀드업 에너지를 공급하고, 내부 연결의 피로 없이 지속적인 광대역 진동을 견디며, 저화재부하 재료를 사용하고, 밀폐 캐비닛에서 가스를 배출하거나 전해액을 누출하지 않아야 합니다. 이는 소비자용 셀이나 액체형 화학계의 무분별한 사용을 배제하는 요구사항입니다.
차상 백업은 단일 시간이 아니라 임무의 계층구조입니다. 가장 짧은 척도에서 홀드업 커패시터와 소형 배터리 모듈은 급전 중단과 절체 간극(밀리초~초)을 가교하여 절연 구간, 팬터그래프 바운스, 컨버터 절체 시 EVC가 리셋되지 않게 합니다. 중간 척도에서 백업은 JRU 쓰기 완료, 상태와 이동 권한 컨텍스트 저장, DMI 대기(parking) 등 질서 있는 종료를 지원하여 시스템이 길고 용량을 소모하는 재초기화를 강요받지 않고 결정론적으로 재기동하게 합니다.
가장 긴 척도에서는 선택된 안전 및 통신 기능(경계, 비상 조명과 명령 회로, 정의된 통화를 위한 GSM-R 무전기)이 유지되어 기관사가 대피 전에 통신하고 열차를 안전한 상태로 유도할 수 있습니다. 첫 번째 애니메이션 그림은 하강하는 모선 전압에 대비한 이 계층적 타임라인, 즉 통과(ride-through), 질서 있는 종료, 그리고 명시된 경우 연장된 비상 지원을 보여줍니다. 각 계층은 서로 다른 에너지와 전력 요구에 대응하며 이를 혼동하는 것(통과를 과대설계하거나 종료를 과소설계하는 것)은 흔한 설계 오류입니다.
한 번의 주행으로 측정하면 차상 체인은 거의 일정한 바이탈 코어(EVC, JRU, 무전기 대기, BTM 수신기)에 각 발리스를 여자하는 BTM 송신 버스트, 핸드오버와 호 설정 중 GSM-R 송신 버스트, DMI 백라이트와 오디오 방송, 비상 제동 명령 시 릴레이나 밸브 작동 같은 피크가 중첩된 전류를 끌어씁니다. 백업은 내부 저항이 가장 크고 전압 새그가 가장 깊은 저온에서, 가장 높은 신뢰 가능한 동시 피크 동안 논리 레일을 유지해야 합니다.
두 번째 애니메이션 그림은 정상 주행과 저온의 모선 열화 사건을 대비합니다. 밀폐 NiMH의 평탄한 전압 평탄부와 우수한 펄스 거동은 이 혼합 프로파일에 적합하고, 그 화학계는 차상 백업이 실제로 겪는 얕고 빈도 낮은 방전과 긴 부동/대기를 잘 견딥니다. 팩은 거의 평생을 충전된 채 대기로 보내고 드물게 에너지를 공급하므로, 심방전 에너지 밀도보다 충전 보존과 부동 안정성이 더 중요합니다.
철도 차량 보조 배터리는 극도의 견고함 때문에 역사적으로 액체형 니켈카드뮴이 주류였고, 일부 차량에는 납축전지, 리튬이온이 등장하고 있습니다. IEC 62973 시리즈는 이제 화학계별로 적격성 평가를 구조화합니다. Part 1은 보조 배터리의 일반 요구사항과 시험, Part 2는 NiCd, Part 3은 납축전지, Part 4는 2차 밀폐 니켈수소, Part 5는 리튬이온을 다룹니다. 밀폐 NiMH 전용 파트의 존재는 설계자에게 차량 위에서 밀폐되고 유지보수가 줄어든 화학계를 위한 철도 인정 경로를 제공합니다.
밀폐 NiMH는 전체 대용량 견인-보조 뱅크를 교체하기보다는 EVC 랙, BTM 캐비닛, DMI/무전기 같은 분산형·국부 백업 모듈에 특히 적합합니다. 보수(watering)와 자유 전해액을 없애고 카드뮴을 포함하지 않으며, 얕은 부동 임무와 한랭 환경을 잘 견디고, 보호하는 전자장비 가까이에 패키징할 수 있습니다. 다음 글은 이 모듈의 크기를 정하고 EN 50155 하에서 화학계를 비교합니다.
통합된 요구사항은 세 가지 임무 계층에 걸쳐 크기가 정해지고, 공칭 모선과 그 중단을 존중하는 충전기와 절연을 통해 연결되며, 상태와 건전성이 감독되고, 장착 위치의 온도 등급, EN 61373 기계적 수준, EN 50121 EMC, EN 45545 화재 거동에 적격한 밀폐·내진동 NiMH 모듈입니다. 그 셀과 제작은 IEC 62973-4와 기반이 되는 셀 성능 및 안전 표준까지 추적 가능해야 합니다.
이후 글은 하드웨어와 증거를 제공합니다. 두 번째는 팩 크기를 정하고 충전기를 선정하며 철도 차량 제약 하에서 NiMH를 NiCd, 납축전지, 리튬과 비교합니다. 세 번째는 냉간 기동, 진동, EMC, 화재, 그리고 OEM이나 신호 공급업체가 승인을 위해 제시해야 하는 철도 배터리 문서를 포함한 EN 50155 형식시험과 안전 통합 캠페인을 매핑합니다.
Weijiang Power는 원격, 독립형, 안전 관련 장비를 위한 밀폐 니켈수소 셀과 매칭된 산업용 팩을 설계·제조하며, IEC 61951-2 성능 파일, IEC 62133-2 안전 증거, 펄스 부하 특성화, 광역 온도 시험, 충전기/팩 공동 검증으로 OEM 파트너를 지원합니다. 듀티 사이클, 피크 전류, 온도 범위, 자율시간 목표, 제품이 충족해야 할 표준을 알려주시면, 당사 엔지니어가 런타임과 신뢰성, 수명을 보호하는 셀-팩 조합을 지정합니다. 제품 페이지에서 전 제품군을 검토하세요.
