JP5146514B2

JP5146514B2 - 切替装置、切替装置制御方法、切替装置制御プログラム

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Publication number: JP5146514B2
Application number: JP2010250717A
Authority: JP
Inventors: 大樹高橋
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2030-11-09
Also published as: US20120117408A1; JP2012105414A; US8819470B2

Description

本発明は複数の入力の接続先を切り替える切替装置、切替装置制御方法、切替装置制御プログラムに関し、特に、複数の電源ユニットと、負荷及びバッテリユニットの接続関係を切り替える切替装置、切替装置制御方法、切替装置制御プログラムに関する。

サーバなどの重要なシステムには、信頼性を高めるために、冗長電源ユニットや停電時に電力供給を行うことができるバッテリユニットを備えた電源装置が使用されている。冗長電源ユニットは、正常動作時に電力の供給を行う現用電源ユニットに異常が生じた場合、現用電源ユニットの代わりに電力の供給を行う電源ユニットである。

特許文献１には、停電発生時に主電源線に電力を供給する電池モジュールを含む、コンピュータに電源を供給するための電源供給装置が記載されている。特許文献１に記載の電源供給装置は、停電が発生していない時、電源管理のための電力を電源オフ時も含めて常時システムに対して供給するスタンバイ電源生成ユニットにより、電池モジュールを充電する。また、停電が発生した時、特許文献１に記載の電源供給装置は、充電された電池モジュールから電力を供給する。

特許文献２には、バッテリに対し並列に接続した充電器によって、バッテリを充電するバッテリ充電方法が記載されている。請求項２に記載のバッテリ充電方法は、電力検出器によりバッテリの充電の負荷電力を監視し、シーケンサによりこの負荷電力を供給するための必要最低限の充電器の台数を計算し、計算した台数の充電器を稼働させてバッテリを充電する。

実用新案登録第３１５３６０３号公報特開平５−０６４３７６号公報

特許文献１の電源供給装置は、現用の電源モジュールと切り替えて電力の供給が可能な冗長な電源モジュールを含まない。従って、現用の電源モジュールが正常に動作している間、現用の電源モジュールに異常が生じた場合に供給するための冗長な電源モジュールの電力を利用して、電池モジュールを充電することはできない。

特許文献２のバッテリ充電方法は、必要最低限の充電器でバッテリを充電するための方法である。従って、現用の電源ユニットが正常に動作している間、現用の電源ユニットに異常が生じた場合に供給するための冗長な電源ユニットの電力を利用して、バッテリを充電することはできない。

本発明の目的は、上記の課題を解決した切替装置を提供することにある。

本発明の切替装置は、現用電源ユニット、冗長電源ユニット、バッテリユニット及び電源出力端子に接続され、前記電源出力端子と前記現用電源ユニット間、および、前記バッテリユニットと前記冗長電源ユニットの間が接続された初期状態から、前記バッテリユニットと前記冗長電源ユニットの間の接続を解除して、前記電源出力端子と前記冗長電源ユニットの間が接続された予備状態に切り替える。

本発明には、現用の電源ユニットが正常に動作している間、現用の電源ユニットに異常が生じた場合に供給するための冗長な電源ユニットの電力を利用して、バッテリユニットを充電することができるという効果がある。

第１の実施形態の全体の構成を表すブロック図である。第１の実施形態の動作を表すフローチャートである。初期状態の切替装置１（その１）の例を表す図である。初期状態の切替装置１（その２）の例を表す図である。予備状態の切替装置１（その１）の例を表す図である。予備状態の切替装置１（その２）の例を表す図である。初期状態の切替装置１（その３）の例を表す図である。第２の実施形態の全体の構成を表すブロック図である。第２の実施形態の動作を表すフローチャートである。通常状態の切替装置１の例を表す図である。予備充電状態の切替装置１の例を表す図である。

次に、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本実施形態のコンピュータシステムを表すブロック図である。

図１を参照すると、本実施形態のコンピュータシステムは、電源装置８とコンピュータ装置７を含む。

電源装置８は、切替装置１と、現用電源ユニット２と、冗長電源ユニット３と、バッテリユニット４と、制御部５と、電源出力端子６を含む。コンピュータ装置７は、電源装置８の電源出力端子６に接続される。電源装置８はコンピュータ装置７に電力を供給する。

図１には現用電源ユニット２及び冗長電源ユニット３がそれぞれ１個記載されているが、現用電源ユニット２及び冗長電源ユニット３は、それぞれ複数台存在していてもよい。バッテリユニット４も同様に、図１には１個記載されているが、複数台存在していてもよい。しかし、以下では、現用電源ユニット２、冗長電源ユニット３、及びバッテリユニット４は、それぞれ１個存在するとして説明を行う。

現用電源ユニット２は、ＡＣ電源と、切替装置１と、制御部５に接続されている。現用電源ユニット２は、正常動作時、切替装置１及び電源出力端子６を介して、コンピュータ装置７に電力を供給する。

冗長電源ユニット３は、ＡＣ電源と、切替装置１に接続されている。冗長電源ユニット３は、現用電源ユニット２に異常が発生した場合、切替装置１及び電源出力端子６を介して、現用電源ユニット２の代わりにコンピュータ装置７に電力を供給する。現用電源ユニット２が正常に動作している場合、冗長電源ユニット３がコンピュータ装置７に電力を供給する必要はない。

バッテリユニット４は、切替装置１に接続されている。バッテリユニット４は、例えば、ＡＣ電源が遮断された停電時、現用電源ユニット２や冗長電源ユニット３の代わりに、コンピュータ装置７に電力を供給するための蓄電池である。切替装置１を介してバッテリユニット４が冗長電源ユニット３に接続されると、バッテリユニット４は充電される。冗長電源ユニット３の出力電圧と、バッテリユニット４の充電電圧が異なる場合、冗長電源ユニット３の出力電圧がバッテリユニット４の充電電圧なるよう電圧を調整する機器を、切替装置１とバッテリユニット４の間に接続すればよい。

切替装置１は、現用電源ユニット２、冗長電源ユニット３、バッテリユニット４、制御部５、及び、電源出力端子６に接続されている。切替装置１は、現用電源ユニット２と電源出力端子６の間と冗長電源ユニット３とバッテリユニット４の間が結線された状態と、現用電源ユニット２と電源出力端子６の間が開放され、冗長電源ユニット電源出力端子６の間が結線された状態とを切り替える。以下の説明では、現用電源ユニット２と電源出力端子６の間と、冗長電源ユニット３とバッテリユニット４の間が、それぞれ結線された状態が、初期状態である。また、現用電源ユニット２と電源出力端子６の間が開放され、冗長電源ユニット３と電源出力端子６の間が結線された状態が、予備状態である。後述の制御部５が、初期状態と予備状態の切り替えを制御する。初期状態では、冗長電源ユニット３がバッテリユニット４を充電する。

制御部５は、現用電源ユニット２と切替装置１に接続されている。制御部５は、例えば、電圧計によって現用電源ユニット２の出力電圧を測定するなどして、現用電源ユニット２の故障を検出する。制御部５は、現用電源ユニット２の故障を検出した場合、切替装置１を制御して、初期状態から予備状態に切り替える。

次に、本実施形態の動作について、図面を参照して詳細に説明する。

図２は、本実施形態の動作を表すフローチャートである。

図２を参照すると、本実施形態のコンピュータシステムは、切替装置１において、現用電源ユニット２と電源出力端子６の間と、冗長電源ユニット３とバッテリユニット４の間が結線された初期状態で動作を開始する。初期状態では、現用電源ユニット２が切替装置１及び電源出力端子６を介して、コンピュータ装置７に電力を供給する。また、初期状態では、冗長電源ユニットが、切替装置１を介して、バッテリユニット４に電力を供給し、バッテリユニット４の充電を行う。

制御部５は、例えば電圧計で現用電源ユニット２の出力電圧を測定し、現用電源ユニット２の異常を検出する（ステップＳ１１）。制御部５は、例えば、現用電源ユニット２の出力電圧の測定値と設計上の出力電圧の差が所定値を超えたり、現用電源ユニット２の出力電圧の測定値の単位時間あたりの変動が所定値を超えた場合に、現用電源ユニット２の異常を検出すればよい。なお、制御部５による現用電源ユニット２の異常の検出法は、これらの例に限られるものではない。

制御部５が現用電源ユニット２の異常を検出しない場合（ステップＳ１２、Ｎ）、制御部５は初期状態を継続させ、ステップＳ１１に戻る。

制御部５が現用電源ユニット２の異常を検出した場合（ステップＳ１２、Ｙ）、制御部５は、切替装置１を制御して、初期状態から予備状態に切り替える（ステップＳ１３）。制御部５は、例えば、切替装置１に対し初期状態から予備状態に切り替える信号を送信することで、切替装置１を初期状態から予備状態に切り替える制御を行う。この場合、切替装置１は、初期状態から予備状態に切り替える信号を制御部５から受信すると、自らの状態を初期状態から予備状態に切り替える。制御部５は、予備状態において、冗長電源ユニット３とバッテリユニット４の間を開放すればよい。なお、冗長電源ユニット３が十分大きな電力を供給可能であれば、予備状態において、冗長電源ユニット３を電源出力端子６に接続すると同時に、バッテリユニット４にも接続することも可能である。また、図示しないが、バッテリユニット４の充電が完了した場合、制御部５は、バッテリユニット４から充電完了の通知を受信し、切替装置１を制御してバッテリユニット４への電力供給を遮断する構成にすることができる。また、バッテリユニット４は、自身の充電完了を検知した場合、切替装置１を介して供給される電力をバッテリユニット４の内部で遮断する構成にすることもできる。

制御部５からの信号に基づき自らの状態を初期状態から予備状態に切り替える切替装置１は、例えば論理回路により実現できる。また、切替装置１は、制御部５による制御が可能な複数のスイッチによっても実現することができる。

図３及び図４は、制御部５による制御が可能なスイッチ及び切り替えスイッチによって実現した切替装置１の構成例である。図３及び図４は、初期状態を表す。

図３の例の切替装置１は、制御部５に接続され、制御部５による制御が可能な切り替えスイッチ１０及びスイッチ１１を含む。切り替えスイッチ１０は、現用電源ユニット２及び冗長電源ユニット３のいずれか一方と、電源出力端子６を接続する。スイッチ１１は、冗長電源ユニット３とバッテリユニット４の間の接続を制御する。初期状態では、切り替えスイッチ１０により、現用電源ユニット２と電源出力端子６の間が結線され、冗長電源ユニット３と電源出力端子６の間は開放されている。また、スイッチ１１により、冗長電源ユニット３とバッテリユニット４の間が結線されている。

図４の例の切替装置１は、制御部５に接続され、制御部５による制御が可能な切り替えスイッチ１０Ａ及びスイッチ１１Ａを含む。スイッチ１１Ａは、現用電源ユニット２と電源出力端子６の間の接続を制御する。切り替えスイッチ１０Ａは、冗長電源ユニット３と、電源出力端子６又はバッテリユニット４のいずれか一方を接続する。初期状態では、スイッチ１１Ａにより、現用電源ユニット２と電源出力端子６の間が結線されている。また、切り替えスイッチ１０Ａにより、冗長電源ユニット３と電源出力端子６の間が開放され、冗長電源ユニット３とバッテリユニット４の間が結線されている。

図５は、図３に例を示した切替装置１の、予備状態を表す図である。図５における切り替えスイッチ１０及びスイッチ１１の状態は、図３と逆である。

図６は、図４に例を示した切替装置１の、予備状態を表す図である。図６における切り替えスイッチ１０Ａ及びスイッチ１１Ａの状態は、図４と逆である。

また、切替装置１は、電源ユニットの数に１足した数のスイッチによって実現することもできる。

図７は、現用電源ユニット２１〜現用電源ユニット２Ｎと、冗長電源ユニット３のＮ＋１個の電源ユニットを含む電源装置８における、切替装置１の構成の例を表す図である。

図７の例の切替装置１は、現用電源ユニット２１〜現用電源ユニット２Ｎ及び冗長電源ユニット３のそれぞれと、電源出力端子６との接続を制御するスイッチ１２１〜スイッチ１２Ｎとスイッチ１３とを含む。また、図７の例の切替装置１は、冗長電源ユニット３のそれぞれと、バッテリユニット４との間の接続を制御するスイッチ１５を含む。また、制御部５は、現用電源ユニット２１〜現用電源ユニット２Ｎの異常を検出し、全てのスイッチの制御を行う。

図７は切替装置１の初期状態を表す。初期状態において、スイッチ１２１〜スイッチ１２Ｎにより、現用電源ユニット２１〜現用電源ユニット２Ｎのそれぞれと電源出力端子６の間は結線される。また、スイッチ１３により、冗長電源ユニット３と電源出力端子６の間は開放される。さらに、スイッチ１５により、冗長電源ユニット３とバッテリユニット４との間は結線される。

図７の例では、制御部５は現用電源ユニット２１〜現用電源ユニット２Ｎのいずれかに異常を検出すると、切替装置１を初期状態から予備状態に切り替える。制御部５は、初期状態から予備状態への切り替えを次のように行う。制御部５は、スイッチ１２１〜スイッチ１２Ｎのうち、異常を検出した現用電源ユニットに対応するスイッチを制御し、異常を検出した現用電源ユニットと電源出力端子６の間を開放する。また、制御部５は、スイッチ１３を制御して冗長電源ユニット３と電源出力端子６の間を結線し、スイッチ１５を制御し、町長電源ユニット３とバッテリユニット４との間を開放する。

図７の例の切替装置１は、Ｎ台の現用電源ユニット２１〜現用電源ユニット２Ｎと、１台の冗長電源ユニット３を含んでいたが、現用電源ユニットと冗長電源ユニットの数はこれに限られるものではなく、複数台の冗長電源ユニットを含んでいてもよい。

また、切替装置１は、例えば、各電源ユニットとバッテリユニット４との間の接続を制御するスイッチ（スイッチ１５と、現用電源ユニット２１〜現用電源ユニット２Ｎとバッテリユニット４との間の接続を制御するスイッチ１４１〜スイッチ１４Ｎ）を含んでいてもよい。このような構成にすると、どの電源ユニットを冗長電源ユニットにしたとしても、冗長電源ユニットによるバッテリユニット４の充電が可能になる。

以上で説明した本実施形態には、現用の電源ユニットが正常に動作している間、現用の電源ユニットに異常が生じた場合に供給するための冗長な電源ユニットの電力を利用して、バッテリユニット４を充電することができるという効果がある。

その理由は、本実施形態の切替装置１は、初期状態と予備状態を切り替えることが可能だからである。上述のように、本実施形態の初期状態は、現用電源ユニット２と電源出力端子６の間及び冗長電源ユニット３とバッテリユニット４の間が結線された状態である。また、予備状態は、重畳電源ユニットと電源出力端子６の間が結線され、用電源ユニット２と電源出力端子６の間が開放された状態である。

また、本実施形態には、バッテリユニット４を急速充電できるという効果もある。

その理由は、初期状態において、冗長電源ユニット３の電力供給先はバッテリユニット４だけだからである。

次に、本発明の第２の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図８は、本実施形態の構成を表すブロック図である。

図８と、第１の実施形態の構成を表す図１を比較すると、図８ではバッテリユニット４と制御部５が接続されている点のみが異なる。他の構成要素は第１の実施形態の構成要素と同じであるので、説明を省略する。

本実施形態のバッテリユニット４は、充電が完了すると、自らの充電完了を検知し、充電完了の通知を制御部５に送信する。

制御部５は、バッテリユニット４から充電完了の通知を受信すると、切替装置１を制御して、バッテリユニット４に対する電力の供給を遮断する。

図９は、本実施形態の動作を表すフローチャートである。

図９を参照すると、本実施形態に係るコンピュータシステムの電源装置８が含む切替装置１は、制御部５の制御により、通常状態から初期状態に切り替わる（ステップＳ２１）。

本実施形態の通常状態は、現用電源ユニット２と電源出力端子６の間が結線され、冗長電源ユニット３と電源出力端子６の間、及び、冗長電源ユニット３とバッテリユニット４の間は開放された状態である。初期状態は、第１の実施形態の初期状態と同じである。また、制御部５は、例えば、バッテリユニット４の充電量を検出し、検出した充電量が所定値を下回った時に、通常状態から初期状態に切り替えればよい。あるいは、制御部５は、バッテリユニット４から充電量不足の通知を受信した場合、通常状態から初期状態に切り替えてもよい。この場合、バッテリユニット４は、自らの充電量を検出し、検出した充電量が所定値を下回った時に、充電量不足を制御部５に通知すればよい。

図１０は、図３の切替装置１の、通常状態の例を表す図である。図１０の切り替えスイッチ１０は、現用電源ユニット２と電源出力端子６の間を結線し、冗長電源ユニット３と電源出力端子６の間を開放している。また、スイッチ１１は、冗長電源ユニット３とバッテリユニット４の間を開放している。

次に、制御部５は、現用電源ユニット２の状態を検出する（ステップＳ２２）。

制御部５が現用電源ユニット２の異常を検出しない場合（ステップＳ２３、Ｎ）、制御部５は、バッテリユニット４の充電の状態を検出する（ステップＳ２８）。

制御部５は、バッテリユニット４の充電完了を検出した場合（ステップＳ２９、Ｙ）、接続装置１を通常状態に切り替え（ステップＳ３０）、処理を終了する。

制御部５がバッテリユニット４の充電完了を検出しない場合（ステップＳ２９、Ｎ）、ステップＳ２２に戻る。

制御部５が現用電源ユニット２の異常を検出した場合（ステップＳ２３、Ｙ）、制御部５は切替装置１を予備充電状態に切り替える（ステップＳ２４）。予備充電状態は、冗長電源ユニット３と電源出力端子６の間と、冗長電源ユニット３とバッテリユニット４の間が、いずれも結線された状態である。

図１１は、図３の切替装置１の、予備充電状態の例を表す図である。図１０の切り替えスイッチ１０は、現用電源ユニット２と電源出力端子６の間を開放し、冗長電源ユニット３と電源出力端子６の間を結線している。また、スイッチ１１は、冗長電源ユニット３とバッテリユニット４の間を結線している。

なお、制御部５は、ステップＳ２４の前に、切替装置１を一度予備状態に切り替えてもよい。そして、制御部５は冗長電源ユニット３が供給する電力が、コンピュータ装置７及びバッテリユニット４の双方に対して供給するのに十分であることを確認した場合、切替装置１を予備充電状態に切り替えればよい。この場合、制御部５は、予め入力された、冗長電源ユニット３が供給可能な電力や、コンピュータ装置７及びバッテリユニット４が必要な電力に基づき、冗長電源ユニット３の供給する電力が十分であるか否かを確認すればよい。なお、本実施形態の予備状態は、第１の実施形態の予備状態と同じである。

制御部５は、次に、バッテリユニット４の受電の状態を検出する（ステップＳ２５）。バッテリユニット４の充電が完了していない場合（ステップＳ２６、Ｎ）、ステップＳ２４に戻る。

バッテリユニット４の充電が完了している場合（ステップＳ２６、Ｙ）、制御部５は切替装置１を予備状態に切り替える（ステップＳ２７）。

以上で説明した本実施形態には、第１の実施形態の効果に加えて、現用電源ユニット２に異常が生じた場合でも、バッテリユニット４を充電できるという効果がある。

その理由は、本実施形態の切替装置１は、前述の初期状態から、電源出力端子６及びバッテリユニット４の双方と冗長電源ユニット３を結線した、予備充電状態に切り替わることができるからである。バッテリユニット４を充電中に現用電源ユニット２に異常が検出された場合、切替装置１が初期状態から予備充電状態に切り替わることで、現用電源ユニット２に異常が検出された場合でもバッテリユニット４の充電が可能になる。

本発明の実施形態に記載した例では、電源装置８は、電源出力端子６に接続されたコンピュータ装置７に電力を供給する。しかし、本発明の電源装置８が電力を供給する装置は、コンピュータ装置に限らない。本発明は、コンピュータ装置以外の装置に対しても適用可能である。

本発明の制御部５は、回路等のハードウェア、プログラムによって制御されるコンピュータ、あるいはこれらの組み合わせによって実現できる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

１切替装置
２、２１、２Ｎ現用電源ユニット
３冗長電源ユニット
４バッテリユニット
５制御部
６電源出力端子
７コンピュータ装置
８電源装置
１０、１０Ａ切り替えスイッチ
１１、１１Ａ、１２１、１２Ｎ、１３、１４１、１４Ｎ、１５スイッチ

Claims

現用電源ユニット、冗長電源ユニット、バッテリユニット及び電源出力端子に接続され、
前記電源出力端子と前記現用電源ユニット間、および、前記バッテリユニットと前記冗長電源ユニットの間が接続された初期状態から、前記バッテリユニットと前記冗長電源ユニットの間の接続を解除して、前記電源出力端子と前記冗長電源ユニットの間が接続された予備状態に切り替える切替装置。
前記現用電源ユニットと前記電源出力端子を接続する第１のスイッチ、及び、前記冗長電源ユニットと、前記電源出力端子又は前記バッテリユニットとを接続する第１の切り替えスイッチ
を含み、
前記初期状態において、前記第１のスイッチは、前記現用電源ユニットと前記電源出力端子の間を結線させ、前記第１の切り替えスイッチは、前記冗長電源ユニットと前記バッテリユニットの間を結線させ、前記冗長電源ユニットと前記電源出力端子の間を開放させ、
前記予備状態において、前記第１のスイッチは、前記現用電源ユニットと前記電源出力端子の間を開放させ、前記第１の切り替えスイッチは、前記冗長電源ユニットと前記バッテリユニットの間を開放させ、前記冗長電源ユニットと前記電源出力端子の間を結線させる、
請求項１に記載の切替装置。
前記現用電源ユニット又は前記冗長電源ユニットと、前記電源出力端子とを接続する第２の切り替えスイッチ、及び、前記冗長電源ユニットと前記バッテリユニット接続する第２のスイッチ
を含み、
前記初期状態において、前記第２の切り替えスイッチは、前記現用電源ユニットと前記電源出力端子の間を結線させ、前記冗長電源ユニットと前記電源出力端子の間を開放させ、前記第２のスイッチは、前記冗長電源ユニットと前記バッテリユニットの間を結線させ、
前記予備状態において、前記第２の切り替えスイッチは、前記現用電源ユニットと前記電源出力端子の間を開放させ、前記冗長電源ユニットと前記電源出力端子の間を結線させ、前記第２のスイッチは、前記冗長電源ユニットと前記バッテリユニットの間を開放させる、
請求項１に記載の切替装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載の切替装置と、
前記現用電源ユニット及び前記切替装置に接続され、前記現用電源ユニットの異常を検知すると、前記切替装置に、前記初期状態から前記予備状態への切り替え指示を出力する制御手段
を含む電源装置。
前記現用電源ユニット、前記冗長電源ユニット、及び、前記バッテリユニットを含む請求項４に記載の電源装置。
請求項４又は５に記載の電源装置と、前記電源装置に接続されたコンピュータ装置を含むコンピュータシステム。
電圧センサにより測定した前記現用電源ユニットの電圧に基づき、前記現用電源ユニットの異常を検知し、請求項１乃至３のいずれかに記載の切替装置に、前記初期状態から前記予備状態への切り替え指示を出力する
電源制御方法。
請求項１乃至３のいずれかに記載の切替装置と、前記現用電源ユニットに接続されたコンピュータを、
前記現用電源ユニットの異常を検知すると、前記切替装置に、前記初期状態から前記予備状態への切り替え指示を出力する制御手段
として動作させる電源制御プログラム。