El diseño del respaldo a bordo del control de tren está dominado por dos condiciones implacables: los extremos de alimentación y temperatura escritos en la EN 50155, y la consecuencia de seguridad de un reinicio no controlado del ordenador vital. Este artículo convierte el perfil de carga del primer artículo en un diseño de batería de respaldo de níquel-metal hidruro sellada para un conjunto ETCS a bordo: European Vital Computer, BTM y electrónica de antena, DMI, Unidad de Registro Jurídico y radio GSM-R. Primero recorre la arquitectura del bus, porque la batería de tren nominal de 24, 36, 48, 72 u 110 V y sus interrupciones y sobretensiones definidas determinan dónde se sitúan el aislamiento, el mantenimiento y el módulo de respaldo; después el dimensionado de energía y potencia para los niveles de mantenimiento (ride-through), apagado controlado y soporte extendido; y a continuación el margen de arranque en frío que la EN 50155 hace innegociable, con equipos que deben arrancar entre -40 y +85 °C y funcionar en la clase OT elegida. Aborda la construcción mecánica e ignífuga exigida por la vibración de la EN 61373 y la EN 45545, el régimen de carga y flotación que mantiene sano un pack sellado durante años de servicio mayormente inactivo, y la supervisión que informa del estado de salud al sistema de gestión del tren. En todo momento compara con franqueza el NiMH sellado con el níquel-cadmio ventilado tradicional del ferrocarril (IEC 62973-2), el plomo (Parte 3) y el ion de litio (Parte 5), mostrando dónde el módulo NiMH sellado, de mantenimiento reducido y sin cadmio —ahora explícitamente cubierto por la IEC 62973-4— encaja mejor para el respaldo distribuido a bordo y dónde las demás químicas conservan funciones legítimas.
La batería del tren alimenta el bus auxiliar a la tensión nominal del material (110 V y 72 V son habituales en vehículos de línea principal, 24/48 V en metros y tranvías), y la EN 50155 define las interrupciones, caídas, rizados y sobretensiones que los equipos conectados deben soportar. Una arquitectura robusta sitúa la protección de entrada y el aislamiento en el armario, el mantenimiento masivo en el convertidor y un módulo de respaldo NiMH sellado local cerca de la electrónica vital, cargado desde el bus mediante una etapa limitada en corriente y sensible a la temperatura, y aislado por una disposición de diodos o MOSFET en OR-ing para que solo pueda soportar, nunca realimentar ni ser sobrecargado.
El módulo se dimensiona para el raíl lógico local y no para todo el vehículo, lo que lo mantiene compacto y permite ubicarlo junto al EVC o al BTM que protege. El cargador debe mantener la disponibilidad durante la marcha normal sin imponer una sobrecarga continua que secaría las celdas selladas; un régimen de recarga o pulsos compensado por temperatura, combinado con celdas de baja autodescarga, permite años de flotación con el pack aún capaz de ofrecer el mantenimiento completo tras un largo periodo inactivo.
El mantenimiento durante interrupciones de segundos suele cubrirse con condensadores más una pequeña contribución de batería y está limitado en potencia: la pregunta es si el raíl puede sostenerse durante la caída más profunda, no cuánta energía se almacena. El nivel de apagado controlado está limitado en energía y es calculable: terminar la escritura del JRU, volcar los registros, guardar el contexto de autoridad y odometría, dejar el DMI y la radio en un estado definido. El soporte extendido para comunicación de emergencia o vigilancia añade un presupuesto de energía especificado por separado.
La primera figura animada construye el presupuesto de energía nivel por nivel. La capacidad de potencia se comprueba de forma independiente en el extremo frío, porque el impulso de transmisión GSM-R simultáneo y una carga de relé/válvula a -40 °C marcan la caída de tensión más grave; el número de celdas se elige para que el raíl permanezca por encima del corte de la electrónica incluso en ese punto, lo que a menudo gobierna el diseño más que la energía total.
El requisito de arranque de la EN 50155 —funcionamiento de -40 a +85 °C durante al menos diez minutos durante el arranque— y la clase de funcionamiento elegida (OT4/OT6 alcanzan -40, OT5/OT6 alcanzan +85) significan que el respaldo no puede especificarse a temperatura ambiente. La capacidad y la potencia electroquímicas caen en frío mientras sube la resistencia interna; el diseñador dimensiona celdas y secciones de conductor para el evento de potencia en frío y verifica el pack mediante remojo y descarga en frío, y después comprueba la vida en flotación a alta temperatura para acotar el envejecimiento de calendario en armarios calientes.
El NiMH sellado se comporta relativamente bien a baja temperatura frente al plomo, no se congela ni se agrieta como una celda de plomo inundada o gelificada, y evita la complejidad de gestión térmica del litio en los extremos. El diseño térmico sigue importando: situar el módulo lejos de disipadores y convertidores de tracción, y permitir que se disipe el propio calor de carga del pack, lo mantiene dentro de la clase. La segunda figura animada compara cualitativamente la potencia fría utilizable entre químicas, ilustrando por qué la ventaja nominal del plomo en amperios-hora baratos se evapora a -40.
La EN 61373 asigna espectros de vibración y choque según la ubicación de montaje (en caja, en bogie o en eje); un módulo de respaldo de armario suele enfrentarse a los niveles de Categoría 1 montados en caja, pero a una vibración aleatoria de larga duración que puede fatigar pestañas, soldaduras y conectores de las celdas. La construcción emplea celdas retenidas, sujeción antivibración, interconexiones soldadas o robustamente arriostradas y cables con alivio de tensión en lugar de portapilas de consumo sueltos.
La EN 45545 regula el comportamiento frente al fuego del material rodante, con niveles de peligro y conjuntos de requisitos por categoría de vehículo y ubicación; la envolvente del módulo, el aislamiento, las etiquetas y cualquier encapsulado usan materiales de baja propagación de llama y baja emisión de humos/toxicidad, y la química sellada evita el electrolito libre y minimiza la emisión de gases. Estas reglas de construcción forman parte de la cualificación tanto como los ensayos eléctricos.
Un respaldo que envejece en silencio es un fallo de seguridad latente, por lo que el módulo se supervisa: tensión, temperatura, corriente de carga/descarga y una autoprueba automática periódica o comprobación de capacidad alimentan al sistema de control y gestión del tren, que genera alarmas de mantenimiento si la capacidad de mantenimiento cae por debajo del requisito. El registro de eventos anota cada interrupción de red/bus y la duración soportada, correlacionada con el registro del JRU.
La integración respeta la arquitectura de seguridad: el respaldo se trata como un elemento que apoya una función de seguridad, con comportamiento definido ante fallo de celda (caer a un estado seguro, alarma, sin incendio), aislamiento ante cortocircuito externo y sin posibilidad de corromper el bus vital. Estas evidencias alimentan el argumento de seguridad de estilo EN 50126/50128/50129 del sistema de control de tren a bordo, aunque la EN 50155 sea la norma ambiental de nivel de equipo.
El NiCd ventilado (IEC 62973-2) sigue siendo la referencia para tolerancia a temperaturas extremas y abusos en grandes bancos auxiliares, pero necesita riego, ventila gases y contiene cadmio; para pequeños módulos de respaldo distribuidos su carga de mantenimiento y su carga ambiental resultan poco atractivas. El plomo es barato pero pesado, débil en frío, limitado en vida de flotación a alta temperatura y contiene ácido, lo que lo hace poco apto para un módulo electrónico compacto, cualificado para frío y de larga vida.
El ion de litio (IEC 62973-5) es denso en energía pero requiere un sistema de gestión de batería para equilibrado y protección, y un caso de seguridad térmica/ignífuga más fuerte bajo la EN 45545. El NiMH sellado (IEC 62973-4) ocupa un término medio pragmático: sellado y de mantenimiento reducido, sin cadmio, capaz en frío, tolerante con la flotación superficial e intrínsecamente menos propenso a la fuga térmica que el litio. Para el respaldo a bordo local, de larga vida y cualificado para frío, suele ser la opción de menor riesgo y menor coste de ciclo de vida; el artículo de cualificación siguiente expone las evidencias necesarias para demostrarlo.
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