Unité multiple électrique à batterie

Les principaux avantages de ces véhicules sont qu'ils n'utilisent pas de combustibles fossiles tels que le charbon ou le diesel, n'émettent pas de gaz d'échappement et n'exigent pas que le chemin de fer dispose d'infrastructures coûteuses telles qu'un troisième rail ou une caténaire.

Leurs désavantages sont le poids des batteries, qui augmente le poids du véhicule, et leur autonomie avant recharge comprise entre 300 kilomètres (186 mi) et 600 kilomètres (373 mi).

Actuellement, les unités électriques à batteries ont un prix d'achat et un coût de fonctionnement plus élevés que les trains à essence ou diesel. Une ou plusieurs stations de charge sont nécessaires le long des itinéraires où ils sont exploités, sauf s'ils sont exploités sur des itinéraires combinant des voies électrifiées et non électrifiées, les batteries étant chargées à partir de la voie électrifiée et par la récupération d'énergie lors du freinage.

Des expériences avec des automotrice à accumulateurs, comme on les appelait alors, ont été menées vers 1890 en Belgique, en France, en Allemagne et en Italie. La mise en œuvre intégrale des trains de batteries a été entreprise avec divers degrés de succès :

• Aux États-Unis, des automotrices de type Edison-Beach, équipées de batteries nickel-fer, ont été utilisées à partir de 1911.
• En Nouvelle-Zélande, une automotrice à batterie type Edison d’une autonomie de 160 kilomètres (99 mi) a fonctionné de 1926 à 1934 sur la ligne Little River Branch, longue de 34 kilomètres (21 mi).
• En Irlande, une batterie nickel-zinc de Drumm a été utilisée sur 4 automotrices composées de 2 véhicules entre 1932 et 1946 sur la ligne Harcourt Street Line.
• En Écosse, British Railways a expérimenté des batteries au plomb sur une automotrice composée de 2 véhicules (British Rail BEMU) de 1958 à 1966 sur la ligne Aberdeen-Ballater, longue de 38 milles (61 km). L’exploitation du BEMU a été un succès, mais a été déclassé en raison de la fermeture de la ligne. Le BEMU a ensuite été utilisé pour expérimenter le système de train automatique « BRATO » à Derby, puis réutilisé pour assurer un service voyageurs en véhicule tracté, dû à l’absence de station de chargement et du coût élevé du remplacement des batteries[1].
• En Allemagne, entre 1955 et 1995, les chemins de fer de la Deutsche Bahn ont exploité avec succès 232 automotrices à batterie au plomb (DB Class ETA 150).

La technologie des batteries s'est considérablement améliorée au cours des 20 dernières années, élargissant le champ d'utilisation des trains à batteries, qui n'est plus réservée à des applications de niche. Vivarail au Royaume-Uni affirme que ses trains ont une autonomie de 100 milles (161 km) sur batterie uniquement, avec un temps de charge de 10 minutes[2]. Ces types d'autonomie et de temps de recharge des batteries élargissent considérablement le champ d'utilisation des trains à batteries ou électriques à batteries. Malgré un prix d'achat plus élevé, sur certaines lignes de chemin de fer, les trains à batteries sont économiquement viables car le coût et l'entretien très élevés de l'électrification de la ligne complète n'est plus nécessaire. Auparavant, l'incorporation de lignes non électrifiées peu utilisées dans un réseau électrifié signifiait étendre une infrastructure électrique coûteuse, rendant de nombreuses extensions non viables. Les trains électriques à batteries modernes ont la capacité de fonctionner sur les deux types de voies. Un certain nombre de réseaux de métro dans le monde ont étendu leurs lignes de métro électrifiées à l'aide de la technologie électrique à batteries, et un certain nombre de réseaux envisagent dorénavant cette option.

Depuis mars 2014, des trains à batteries de voyageurs sont en service au Japon sur un certain nombre de lignes. L'Autriche a des trains hybrides électriques par caténaires / batteries qui ont été mis en service 2019[3]. La Grande-Bretagne a testé avec succès des trains hybrides électriques par caténaires / batteries au lithium de passagers en janvier et février 2015[4].

Tramways à supercondensateurs sur la ligne Haizhu Tram à Guangzhou.

Plusieurs constructeurs de tramways proposent des matériels roulants à traction par batterie combinée avec un supercondensateur, qui sont chargés à chaque arrêt. L’avantage principal de ce type de tramway est d'éviter d’installer un système d'électrification au niveau de l’infrastructure. La batterie et le supercondensateur sont chargés rapidement à chaque arrêt, ce qui permet de réduire la taille de la batterie nécessaire. Cette technologie pourrait éventuellement être utilisée dans le domaine des trains lourds.

• En Espagne, des tramways Urbos 3 de CAF ont été commandés pour le tramway de Séville (MetroCentro) avec le système Acumulador de Carga Rápida (en français : accumulateur à charge rapide) qui utilise des sections courtes de caténaires à chaque arrêt pour la recharge. Les tramways de Séville fonctionnent depuis Pâques 2011[5].
• Au Qatar, des tramways Avieno composés de 3 caisses de Siemens vont être utilisés pour la zone Education City à Doha, la capitale du pays[6] - [7]. Le réseau a été ouvert en 2010[8]. Aucune caténaire ne sera installée, car les 10 tramways seront alimentés par le système Sitras HES (Hybrid Energy Storage) de Siemens qui combine l’utilisation d’un supercondensateur avec une batterie de traction chargés à chaque arrêt par une caténaire[7] - [9].
• Au Portugal, un tramway Combino composé de quatre voitures, également équipé du système Sitras HES est exploité depuis novembre 2008 d'Almada à Seixa. Le tramway est capable de parcourir jusqu'à 2 500 mètres sans caténaires[7] - [10].
• En Chine, plusieurs tramways ne nécessitant pas de caténaire sont exploités et se rechargent à chaque arrêt et aux terminus. La ligne de tramway de Huai'an longue de 20,3 km est ouverte depuis février 2016. La ligne est entièrement sans caténaire utilisant du matériel roulant alimentés par batterie fournis par CRRC Zhuzhou, et se rechargent à chaque arrêt[11].