當一列客車失去主電源——一段無電區間、一台跳脫的輔助變流器或一條停電的線路——乘客只有幾秒鐘，黑暗與無法動彈就會變得危險。車廂照明不能熄滅，車門必須保持可選擇、可開啟，廣播與對講必須能傳達指令，在隧道中應急通風還必須繼續運轉。要做到這些義務，靠的是一套平時不易看見的電池架構：直流母線上的大型車載電池，以及燈具、門控器、功放與通風控制器內部小型、分散、低維護的電池包。本篇是軌道車輛系列的 Paper A，我們要建立這些應急電池的工作與負載工況，正如其他產品組的 Paper A 在 Paper B 講選型、Paper C 講測試之前，先把負載特性講清楚。本文刻意不談牽引電池，而是車廂的應急電源；重點是分散式模組用的密封鎳氫（NiMH）電池包，所引用的電壓、時間、溫度與標準均來自 EN 50155、EN 13272、UIC 555 及相關文件。
關鍵要點 1。現代車廂同時存在兩級備援。車載電池是直流母線上的大電池（按 IEC 62973 系列，傳統為鎳鎘或鉛酸），在升弓時充電，主電源斷開後供應母線；分散式應急電池包則是燈具、門控器或功放內的小型密封 NiMH 包，構成第二條獨立防線，覆蓋局部切換與故障，不必讓中央電池逐一供應每扇門、每盞燈。
關鍵要點 2。電子設備的電氣框架是 EN 50155:2017（2021 年整合版）：標稱直流電壓 24/28/36/48/72/96/110 V（推薦 24/72/110），連續工作 Vn+25% 至 Vn−30%（110 V 時約 66–154 V），換相 40% 跌落最多 100 ms，短時中斷 S1/S2（預設 10 ms）或 S3（20 ms）。對 110 V 母線上的應急照明模組而言，這代表：切換時不重啟、無可見黑場、控制器不丟狀態。
關鍵要點 3。應急照明是固定的續航任務，而不是幾分鐘的備用。UIC 555 清單（第 5 章）與重軌、城市軌道的 EN 13272 要求一般照明至少 90 分鐘（過道不低於正常照度的 50%、座位區不低於 30%）；高速與長途動車組在完整應急階段之前，通常先有約 10 分鐘的最低照明，TSI LOC & PAS（歐盟法規 (EU) No 1302/2014）在歐洲層級錨定這些義務。
關鍵要點 4。環境比建築內的應急燈具嚴酷得多。EN 50155 定義 OT1–OT6 六個溫度級別（從 −25/+55 ℃ 到 −40/+85 ℃）；EN 61373 按位置（車體、轉向架、軸箱）規定振動與衝擊；EN 50121-3-2（依據 EN 61000-4-4/4-5/4-6）以最高 ±2 kV 的電快速瞬變脈衝與浪涌規定 EMC；EN 45545 則要求材料的防火反應，並限制煙霧與燃燒滴落。
關鍵要點 5。支撐分散式應急模組的密封 NiMH 電芯，依 IEC 61951-2:2017+A1:2022（性能）、IEC 62133-1（鎳系安全——是第 -1 部分，不是鋰電的 -2）、IEC 63115-2:2021（工業 NiMH）與 IEC 61959 進行認定；運輸按 UN 3496 並配合 IATA A199 特殊規定，不需 UN 38.3 測試摘要，也不屬於 UN 3480/3481。大型車載電池依 IEC 62973 系列（鎳鎘第 2 部分、鉛酸第 3 部分）；NiMH 包刻意定位為分散式應急模組。
應急電池是按一張功能清單來選型，而不是為單一燈具。軌道規格制定者會定義主電源喪失後哪些功能必須繼續運作，模組必須以正確的電流形狀與持續時間供應每一個負載。有些負載近乎恆定，有些是短而高的脈衝，還有些採用循環工作以拉長可用電量。
並非所有負載都連續工作。應急照明與控制電子在整個續航期間都要供電，但車門解鎖與廣播只有在乘客或乘務員觸發時才耗電，應急通風則常以循環方式在規定時間內控制溫度。選型時必須把每個負載的電流按其真實啟動時間加權，而不是只看峰值電流。
| 應急負載 | 負載特性 | 為何必須保住 |
|---|---|---|
| 過道、車門區與門廳的應急照明 | 降低後的 LED 恆功率，持續整個續航（至少 90 分鐘） | 照亮疏散路徑與臺階；由 UIC 555 / EN 13272 定義 |
| 車門控制與釋放 | 低靜態電流，加上每扇門一次短暫的釋放/開啟脈衝 | 讓乘務員選擇並開啟正確側；車門不得夾住乘客 |
| 公共廣播與乘客對講 | 功放靜態電流，加上短暫的音頻電流峰值 | 疏散期間保持指揮與雙向通訊 |
| 側燈、信號燈與標誌燈 | 低功率穩定燈光，持續規定時間 | 讓停駛列車對線路人員與救援人員保持可見、有標示 |
| 應急通風與控制電子 | 較重的旋轉負載，常為循環工作；控制母線為恆定 | 防止隧道中過熱與失控；動車組應急通風依 TB/T 3582 |
追一下電能路徑會很有幫助。正常行駛時，列車從接觸網或第三軌取得牽引電能，輔助變流器產生空調、通風、照明與控制電壓所需的輔助交流與直流。車載電池連接到直流母線上的充電器，在升弓時充電；主電源一旦消失，接觸器或靜態開關把母線與變流器分開，車載電池接管母線，維持中央應急負載。這顆電池體積大、需要維護，通常是鎳鎘或鉛酸，由 IEC 62973 系列規範；它並不是電池廠商做在燈具內的 NiMH 元件。
分散式應急電池包是第二條獨立防線。燈具或車門設備內的密封 NiMH 包，即使某節車廂中央供電受到擾動、線束受損，或模組需要在切換後提供短暫連續性，也能繼續工作。它由同一直流母線上的小型充電器保持充電，透過受控浮充把電芯維持在正確視窗，僅在應急或定期測試時放電。這正是 Weijiang Power 所選型的 NiMH 元件：小型、密封、抗振動的電池包，標稱電壓如 3.6 / 4.8 / 6.0 / 7.2 / 9.6 V，再透過轉換器與燈具或控制器匹配。
EN 50155 是所有車載電子設備設計所依據的橫向標準。它不只規定標稱電壓，還規定設備必須無功能損失地承受的連續、暫態與短時供電狀態。在 110 V 母線上運行的充電器或應急模組，必須承受約 66 V 至 154 V 的連續範圍、0.1 秒的 ±40% 暫態偏差與 1.0 秒的 +40% 延長過壓，也不能讓最高 5% 的電網紋波導致電芯微循環或浮充不穩。
這份標準中有兩個事件決定了電池的最初幾秒。兩個電源之間切換（例如從變流器切到電池）會產生最多 100 ms、跌到標稱電壓 60% 的跌落；模組必須覆蓋這段空檔或無縫接管，不能讓燈具重啟，也不能出現可見黑場。變化與中斷等級 S1、S2（預設 10 ms）與 S3（20 ms）描述短暫的完全無電壓，設備必須靠內部儲能或電池橋接渡過。控制器若在 20 ms 後丟狀態、或讓車門重新初始化，就不符合要求。
圖 1。一張示意性的車廂母線電壓曲線：正常行駛、換相跌落、短暫中斷，隨後進入電池應急供電。曲線為定性示意；門檻與時間以 EN 50155 為準，而非本圖。
| 供電狀態（EN 50155） | 限值 | 對應急電池包的要求 |
|---|---|---|
| 連續範圍 | Vn +25% / −30%（110 V 時約 66–154 V） | 充電器與模組在整個母線範圍內都保持在充電視窗 |
| 暫態／延長過壓 | ±40% 持續 0.1 秒；+40% 持續 1.0 秒 | 不產生過充應力、不觸發保護；浮充必須穩健 |
| 換相 | 40% 跌落，最多 100 ms | 靠保持電容或電池橋接，不重啟、無可見黑場 |
| 中斷 S2（預設）／S3 | 渡過 10 ms / 20 ms 的完全中斷 | 無縫接管；控制器不丟記憶與狀態 |
| 連續紋波 | 紋波係數 5%，連續 | 浮充保持穩定；不被紋波誘發電芯微循環 |
應急照明要求是車廂電池規格的核心。UIC 555 清單與 EN 13272 家族規定照度與續航：過道不低於正常照度的 50%、座位區不低於 30%，應急服務至少 90 分鐘。依等級與區域，照度典型值約為過道 100 勒克斯、二等座 150、一等座 200；均勻度、顯色性（CRI ≥ 80）與維護係數（LED 約 0.85）等要求隨之而來。當正常供電電壓跌破約 0.6 倍標稱並持續約半秒以上，通常規定無可見黑場地切換至應急。
在中國高鐵與城際市場，同樣功能錨定在動車組應急照明的 TB/T 3414、動車組應急通風的 TB/T 3582-2023，基礎電氣標準為對應 EN 50155 的 GB/T 21413.1-2018，佈線規則為 GB/T 34571-2024；城際動車組的 GTG/JL 002-2026 規格也引用這些文件。對電池設計者而言，無論哪個地區，結論都相同：續航要明確、照度比例要固定、切換點要無縫、容量裕量要能針對溫度與老化被驗證。
應急電池包會面對很寬的溫度範圍，因為它就裝在負載所在之處——過道上方的燈具、天花櫃或內裝板後方。EN 50155 定義乘客區與司機室用的 OT1（−25/+55 ℃）與 OT2（−40/+55 ℃），技術櫃預設的 OT3（−25/+70 ℃）與 OT4（−40/+70 ℃），以及 OT5（−25/+85 ℃）與 OT6（−40/+85 ℃）；設備還必須在 −40 ℃ 或 +85 ℃ 短暫存放後正常投入。設計良好、具充電溫度補償的電池包中，密封 NiMH 電芯可承受這些範圍；壽命等級 L1（5 年）至 L4（20 年，預設）則定義設備預期壽命，指導電芯與浮充的選擇。
機械穩健度依 EN 61373，按位置把設備分為：車體 1 類 B 級、轉向架 2 類、軸箱 3 類（最嚴酷環境）。EMC 依 EN 50121-3-2：依 EN 61000-4-4 的 ±2 kV（5/50 ns、5 kHz）電快速瞬變脈衝、依 EN 61000-4-5 的線對地 ±2 kV 與線對線 ±1 kV（1.2/50 µs）浪涌、依 EN 61000-4-6 最高 80 MHz 的傳導射頻抗擾。防火依 EN 45545（材料反應 -2、設計 -4、火災控制 -6），限制煙霧、燃燒滴落與熱釋放；應急電池包的外殼與熱縮套必須符合所要求的危險等級。
分散式應急電池包是一個要求高但範圍明確的任務：長時間浮充、很少深放、切換瞬間要立刻高電流輸出，並能按設備壽命節奏運作多年。密封 NiMH 電芯很契合：在良好的電壓與溫度補償下可承受連續浮充，能承受短暫高電流放電，不含鉛與鎘，且密封無液體電解液。它們在很寬溫度範圍內保持可用，也不需要鋰電的運輸文件。另一條路——讓所有模組都由中央鎳鎘或鉛酸電池供電——恰恰在線束受損或單節車廂出問題時最脆弱；分散式 NiMH 電芯仍能保住局部功能。
圖 2。從主電源喪失到應急續航的動作時序（示意）：失電、跌落、切換、電池接管、應急負載、90 分鐘續航。
電芯的認定基礎非常明確。密封便攜式鎳氫電芯依 IEC 61951-2:2017 及其 A1:2022 修訂驗證性能，依 IEC 62133-1 驗證安全（-1 是鎳系；IEC 62133-2 是鋰系）。工業電芯適用 IEC 63115-2:2021，機械運作則參考 IEC 61959。運輸上，密封 NiMH 歸為 UN 3496；IATA A199 特殊規定確認它不是鋰電池，因此不需要 UN 38.3 摘要，也不使用 UN 3480/3481 標記。大型車載電池另依 IEC 62973-2（鎳鎘）或 IEC 62973-3（鉛酸）處理；誠實的規格書絕不會把中央牽引／車載電池與分散式 NiMH 應急包混為一談。
定義的應急負載包括過道、車門區與門廳的應急照明，車門控制與釋放，公共廣播與乘客對講，側燈與信號燈，以及應急通風與控制電子。它們由直流母線上的車載電池，以及燈具、車門與音頻模組中分散的密封 NiMH 包供電；續航與切換依 EN 50155、EN 13272 與 UIC 555。
UIC 555 與 TSI LOC & PAS / EN 13272 採用至少 90 分鐘應急服務，過道不低於 50%、座位區不低於 30% 正常照度；高速與長途列車在完整應急階段前，通常先有約 10 分鐘最低一般照明。在中國，TB/T 3414 與 TB/T 3582-2023 錨定應急照明與通風功能。確切時間始終以設計與所引用標準的版本為準。
車載電池是車載電池母線上的大型直流電池（傳統為鎳鎘或鉛酸，依 IEC 62973-2 或 -3），在主電源斷開後接管整條母線；NiMH 包則是燈具、門控器或功放內小型、密封、分散的模組，覆蓋局部切換並獨立維持局部功能。兩者互補：NiMH 包不取代大型需維護電池，且兩者由不同標準認定與描述。
EN 50155 設備要連續承受標稱電壓 −30% 至 +25%（110 V 母線約 66–154 V）、0.1 秒 ±40% 暫態偏差與 1 秒 +40% 過壓、最多 100 ms 的 40% 換相跌落、10 ms（S2）或 20 ms（S3）中斷，以及 5% 紋波。在這些事件中，應急照明與控制不得重啟或丟狀態。
衝擊與振動依 EN 61373 按位置（車體、轉向架或軸箱；多數燈具與櫃體為 B 級/1 類），EMC 依 EN 50121-3-2，配合 EN 61000-4-4 的 ±2 kV 脈衝、EN 61000-4-5 的 ±2 kV/±1 kV 浪涌與 EN 61000-4-6 的傳導射頻，防火依 EN 45545（-2、-4、-6 部分）。電氣條件在 EN 50155，照明功能在 EN 13272 與 UIC 555。
不需要。UN 38.3 與 UN 3480/3481 屬於鋰電池。密封 NiMH 歸為 UN 3496，IATA A199 特殊規定確認其不受鋰電貨物限制，前提是包裝中端子受到保護。中央鎳鎘或鉛酸電池則由 IEC 62973 系列及其自身運輸規則規範。
軌道框架與電氣條件：EN 50155:2017（鐵道應用——軌道車輛用電子設備，2021 整合版）、EN 13272-1:2019 / -2:2019（公共交通軌道車輛電氣照明）、UIC 555 清單（特別是第 5 章，客車照明）、TSI LOC & PAS、歐盟法規 (EU) No 1302/2014、EN 61373（振動與衝擊）、EN 50121-3-2 連同 EN 61000-4-4、EN 61000-4-5、EN 61000-4-6（EMC）、EN 45545-2/-4/-6（防火），以及中國的 GB/T 21413.1-2018、TB/T 3414、TB/T 3582-2023、GB/T 34571-2024。本文的電壓曲線、負載表與時序為標示為示意的工程插圖；具約束力的數值以設備規格與所引用標準的版本為準。
電池與運輸參考：軌道車輛車載輔助電池的 IEC 62973 系列（鎳鎘第 2 部分、鉛酸第 3 部分:2024），密封 NiMH 的 IEC 61951-2:2017+A1:2022、IEC 62133-1、IEC 63115-2:2021、IEC 61959；聯合國危險貨物運輸建議書、規章範本、UN 3496，以及鎳氫電池的 IATA A199 特殊規定。表中續航、電壓與溫度值依 EN 50155/UIC 555/EN 13272 已公布文本；設備的具體認證優先於這些通用數值。
Weijiang Power 為車廂 OEM 應急模組供應密封 NiMH 電池包——燈具、車門控制器、廣播功放與應急通風控制器——附 IEC 61951-2/IEC 62133-1 電芯文件、受控浮充、保護機制，並按 EN 50155、EN 61373、EN 50121-3-2 與 EN 45545 取向設計。電池包以凍結配置生產，並按 UN 3496、IATA A199 途徑運輸。請告訴我們母線標稱電壓、應急負載及其啟動時間、所需續航與溫度等級，我們會據此選型分散式電池包及其充電與保護電路，而不是等到型式試驗才發現問題。標準 pack 規格請見 Weijiang NiMH 產品範圍，或把原理圖與應急負載清單發給我們的 OEM 團隊。
