JPWO2014141486A1 - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

交流電力を変換して負荷機器(４)に給電する直流電圧を生成する電源回路部(２１)を所定寸法の筐体に収納した電源ユニット(２０)と、この電源ユニットに並べて設けられて直流電力を蓄電すると共に、蓄電した直流電力を放電させて前記負荷機器に給電する直流電圧を生成するバッテリ回路部(３１)を前記電源ユニットと同一寸法の筐体に収納したバッテリユニット(３０)と、前記電源ユニットと前記バッテリユニットとをそれぞれ着脱自在に装着して該電源ユニットの電源回路部と前記バッテリユニットとのバッテリ回路部とを並列接続するラック(４０)とを備える。

Description

本発明は、例えばデータセンターに設備されて、マルチノードサーバを構成する複数台のサーバ（負荷機器）に電力を供給する電源システムを省スペースで構築することのできる無停電電源装置に関する。

図１２は、直流電圧を駆動電源とする複数台の負荷機器、例えば複数のサーバを備えたデータセンターにおける従来一般的な電源システムの概略構成図である。この電源システムは、４００Ｖ系の系統電源に介装された無停電電源装置（ＵＰＳ）１と、この無停電電源装置１を介して給電される高電圧交流電力（ＡＣ４００Ｖ）を、例えば２００Ｖ系または１００Ｖ系の交流電力に変換する交流用の電源分配器（ＰＤＵ）２とを備える。

ちなみに前記無停電電源装置１は、基本的には直流電力を蓄電可能な大容量のバッテリ（ＢＡＴ）１ａを備える。また前記無停電電源装置１は、前記高電圧交流電力を直流電圧に変換して前記バッテリ１ａを充電するＡＣ／ＤＣ変換器１ｂと、このＡＣ／ＤＣ変換器１ｂの出力電圧、または前記バッテリ１ａに蓄電された直流電力を高電圧交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣ変換器１ｃとを備えて構成される。

ここで前記電源分配器２は、例えば前記系統電源と前記負荷機器（サーバ）を備えた負荷設備側とを切り離す遮断器２ａを備える。また前記交流用の電源分配器２は、更に前記高電圧交流電力（ＡＣ４００Ｖ）を、例えば２００Ｖ系の交流電力に変換して出力するトランス２ｂを備える。尚、図中３は、例えば６.６ｋＶの送電交流電力を前記高電圧交流電力（ＡＣ４００Ｖ）に変換して前記無停電電源装置１等が設けられた建物内に引き込むトランスである。

また前記負荷機器としての複数台のサーバ４を備えて構築される負荷設備は、その前段部に前記電源分配器２に接続されて前記交流電力（ＡＣ２００Ｖ）から前記サーバ４の駆動電源電圧である４８Ｖ以下の低電圧直流電力（例えばＤＣ１２Ｖ）を生成するスイッチング電源５を備える。このスイッチング電源５は、一般的には前記交流電力（ＡＣ２００Ｖ）を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換器５ａと、このＡＣ／ＤＣ変換器５ａの出力電圧を前記サーバ４に給電する直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）に変換するＤＣ／ＤＣ変換器５ｂとを備える。そして前記複数台のサーバ４は前記スイッチング電源５にそれぞれ接続され、該スイッチング電源５から当該サーバ４の駆動電源である前記直流出力電圧が給電されて動作する（例えば特許文献１を参照）。

尚、前記複数台のサーバ４は、一般的には所定数ずつサーバラックに収納されてサーバ群を形成して設備され、前記スイッチング電源装置５は各サーバ群のそれぞれに対応して設けられる。そして前記スイッチング電源装置５は、前記所定数のサーバ４と共に前記サーバラックに一体に収納される。これらの複数台のサーバ４は、いわゆるマルチノードサーバを構築する。

しかしながら上述した如く構成される従来一般的な電源システムは、前述したＡＣ／ＤＣ変換器１ｂ,５ａやＤＣ／ＤＣ変換器５ｂ等の変換段数が多く、電力に対する変換効率が悪い。そこで図１３および図１４にそれぞれに示すような直流給電系を構築した電源システムが提唱されている。

図１３に示す電源システムは、無停電電源装置１のＡＣ／ＤＣ変換器１ｂから得られる高電圧直流電力（ＤＣ４００Ｖ）を直接的に直流用の電源分配器２に給電する。そして負荷機器側においては、前記電源分配器２ａを介して給電される前記高電圧直流電力をＤＣ／ＤＣ変換器５ｄからなるスイッチング電源５に入力し、該スイッチング電源５（ＤＣ／ＤＣ変換器５ｄ）にて前記各サーバ４に給電する直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）を生成するように構成される。この種の電源システムは、例えば高電圧直流給電システム（ＨＶＣＤ）と称される（例えば非特許文献１を参照）。

また図１４に示す電源システムは、無停電電源装置１のＡＣ／ＤＣ変換器１ｂから得られる高電圧直流電力（ＤＣ４００Ｖ）を、該無停電電源装置１に設けられたＤＣ／ＤＣ変換器１ｄを介して低電圧の直流電圧（ＤＣ４８Ｖ）に変換して前記直流用の電源分配器２ａに給電する。そして負荷機器側においては、前記電源分配器２ａから給電される直流低電圧をＤＣ／ＤＣ変換器５ｅからなるスイッチング電源５に入力し、該スイッチング電源５（ＤＣ／ＤＣ変換器５ｅ）にて前記各サーバ４に給電する直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）を生成するように構成される。この種の電源システムは、例えば低電圧の直流給電システムと称される（例えば非特許文献２を参照）。

尚、上述した電源システムにおける無停電電源装置１に関する技術として、例えば特許文献２には無停電電源装置を並列運転することが開示されている。また特許文献３には無停電電源装置の並列運転数を増加させた際、スイッチを切り替えることでバッテリだけを並列接続し、これによってバッテリ容量を変更することが開示されている。

特開２０１２−１４３１０４号公報 特開平７−１８４３２２号公報 特開２００６−２３００２９号公報

日本無線パンフレット「FRESH HVCD SED-2000シリーズ」日本無線株式会社，２０１１年５月 Mark Murrill and B.J.Sonnenberg「Evaluating the Opportunity for DC Power in Data Center」2010 Emerson Network Power Energy Systems,North America,Inc.

しかしながら図１３に示す高電圧直流給電システムにおいては、前記電源分配器２における遮断器２ａとして高電圧直流電力を遮断する上で大型のものが必要である。即ち、一般的には機械式接点の遮断器による直流の高電圧・大電流の遮断は困難であり、同じ定格の交流の電圧・電流を遮断する機械式接点の遮断器に比較して前記遮断器２ａが大幅に大型化する。これ故、設備コスト増大の要因となる。その上、メンテナンス頻度の高い前記サーバラック内に前記高電圧直流電力を引き込むためには、その直流電圧（ＤＣ４００Ｖ）に対する感電対策も必要となる。

この点、図１４に示す直流給電システムにおいては、前記サーバラック内に引き込む直流電力の電圧がＤＣ４８Ｖと低いので、該直流電圧（４８Ｖ）に対する感電の影響は少ない。しかしこの直流給電システムでは低電圧の直流大電流を取り扱うので、配電線等の導体における損失や発熱を低減する為の配慮が必要である。更には前述した遮断器２ａについても大電流に対応し得る大型のものが必要となる。この為、その設備コストの増大を招来することが否めない。

また前記データセンターにおいては、通常、数百ｋＷ以上の大容量で大型の無停電電源装置１を集中配置し、前述したように系統電源に介装している。この為、前記データセンターにおける前記無停電電源装置１の設置に要するスペースが大きな割合を占める。しかも前記無停電電源装置１に不具合が生じた際の影響が前記全てのサーバ（負荷装置）４に普及することが否めず、信頼性低下の要因ともなっている。また前述した特許文献２,３にそれぞれ開示される技術では、バッテリを並列接続してその容量を増設するには複数の無停電電源装置を並列に用いることが必要であり、そのシステム構成が大掛かりになると言う不具合がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、例えば複数台のサーバからなる負荷機器に電力を供給する電源システムを省スペースでコンパクトに、しかも要求される電力容量に応じて簡易に構築することのできる無停電電源装置を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係る無停電電源装置は、
交流電力を変換して負荷機器に給電する直流電圧を生成する電源回路部を所定寸法の筐体に収納した電源ユニットと、
この電源ユニットに並べて設けられて直流電力を蓄電すると共に、蓄電した直流電力を放電させて前記負荷機器に給電する直流電圧を生成するバッテリ回路部を前記電源ユニットと同一寸法の筐体に収納したバッテリユニットと、
前記電源ユニットと前記バッテリユニットとをそれぞれ着脱自在に装着して該電源ユニットの電源回路部と前記バッテリユニットとのバッテリ回路部とを並列接続するラックと
を具備したことを特徴としている。

好ましくは前記ラックは、該ラックの前面側から前記電源ユニットおよび前記バッテリユニットとをそれぞれ着脱自在に装着すると共に、該ラックの裏面側において前記電源ユニットおよび前記バッテリユニットの各筐体にそれぞれ設けられたコネクタを介して前記電源回路部および前記回路部に結合されて前記電源ユニットと前記バッテリユニットとを並列に接続する接続構造体を備えて構成される。

ちなみに前記接続構造体は、系統電源に接続された交流電源ラインと、負荷機器に直流電圧を給電する直流電力ラインとからなる。また前記バッテリユニットは、前記直流電力ラインを介して前記電源ユニットに対して並列接続されるものであって、前記バッテリ回路部は、前記電源ユニットから出力される直流電圧を入力してバッテリに直流電力を蓄電し、該バッテリに蓄電した直流電力から前記負荷機器に給電する直流電圧を生成するＤＣ／ＤＣ変換器を備えて構成される。

好ましくは前記コネクタは、前記ラックへの前記電源ユニットまたは前記バッテリユニットの装着に伴って連結されると共に、前記電源ユニットまたは前記バッテリユニットの前記ラックからの取り外しに伴って連結解除されるプラグイン型の対をなす接栓および接栓座の一方からなり、また前記接続構造体は、前記接栓および接栓座の他方を備えて構成される。

更に好ましくは前記接続構造体を、前記電源ユニットまたは前記バッテリユニットが選択的に装着される前記ラックの複数の収納領域に跨って設ける。また前記接続構造体に、隣接する前記収納領域間で前記直流電力ラインを切り離した端子部を設け、この端子部に装着される端子ユニットを介して前記直流電力ラインを並列接続または直列接続する連結構造として実現することが望ましい。

尚、前記バッテリ回路部に、前記バッテリに蓄電した直流電力から前記電源ユニットら給電する交流電力を生成して前記交流電源ラインに出力するＤＣ／ＡＣ変換器を設けることも好適である。更に前記バッテリ回路部に、前記交流電源ラインとは別に設けられた電源入力系に接続され、該電源入力系を介して太陽光発電装置または風力発電装置から得られる電力を電圧変換して前記バッテリに蓄電する変換器を設けることも望ましい。

好ましくは前記ラックは、例えば複数台の負荷機器を縦並びに装着可能なＥＩＡ規格に準拠した寸法を有するとき、前記電源ユニットおよび前記バッテリユニットをそれぞれ個別に収納した前記所定寸法の筐体を、前記ラックの基本収納サイズ、またはこの基本収納サイズを幅方向にＮ等分（Ｎは２以上の自然数）した分割サイズを有するものとして実現する。そして前記電源ユニットおよび前記バッテリユニットを、所定数の負荷機器と共に前記ラックに装着することが望ましい。

尚、前記電源ユニットは、三相交流電源の各相に対してそれぞれ個別に設けられる。また前記バッテリユニットは、１台の電源ユニットに対して複数台並列に設けるようにしても良い。

また前記電源ユニットおよび前記バッテリユニットのそれぞれに、前記各筐体の内部に空気を通流させて前記電源回路部および前記バッテリ回路部における熱を放出させるファン装置を設け、これらの各ファン装置を、前記電源回路部および前記バッテリ回路部の動作停止時においても駆動することが望ましい。

上述した構成の無停電電源装置によれば、電源ユニットとバッテリユニットとを個別に構成し、これらの電源ユニットおよびバッテリユニットをそれぞれラックに収納して電源回路部とバッテリ回路部とを並列に接続するだけなので拡張性に富み、負荷の仕様に応じた電源システムを容易に構築することができる。しかも電源ユニットに並列接続するバッテリユニットを容易に増設して、その電力容量を高めることも容易である。

また無停電電源装置を構成する前記電源ユニットとバッテリユニットとを、例えば複数台の負荷装置（サーバ）を収納するラックの空きスペースを利用して設備することが可能である。従って大容量の無停電電源装置を系統電源に集中配置する従来の電源システムのように、データセンターに前記無停電電源装置を設置する為の専用スペースを確保する必要がなく、コンパクトに電源システムを構築することができる。更には前記電源回路部および前記バッテリ回路部をそれぞれ個別に同一寸法の筐体に収納して前記電源ユニットおよび前記バッテリユニットをそれぞれ構成するので、前記電源ユニットおよび前記バッテリユニットをそれぞれ所定の、電力容量を有するユニットとして安価に構築することができる。従って無停電電源装置としても、全体的に安価に構築することが可能となる。

また複数の無停電電源装置間において、例えば負荷状況に応じて前記バッテリユニットを運用して前記電源ユニットの変換効率を高めたり、前記交流電力量の低下を補償すること等も可能となる。更には前記電源ユニットおよび前記バッテリユニットを個々に交換したり、また個々にメンテンスすることも可能となるので、その保守管理が簡単である等の利点もある。故に本発明によれば電源システム全体の高効率化と省スペース化を図ると共に、その設備コストを抑えることができる等の効果を奏し得る無停電電源装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る無停電電源装置を備えて構築される電源システムの概略構成図。 図１に示す無停電電源装置のサーバラックへの装着形態の例を示す図。 三相交流電力を入力する場合の無停電電源装置のサーバラックへの装着形態の例を示す図。 単相交流を入力する無停電電源装置の拡張例を示す図。 三相交流を入力する無停電電源装置の拡張例を示す図。 サーバラックに設けられる接続構造体の概略的な構成例を示す図。 コネクタにおける電源系端子構造の一例を示す図。 太陽光発電装置にて得られる直流電力を蓄電する補助バッテリユニットの構成例を示す図。 風力発電装置にて得られる直流電力を蓄電する補助バッテリユニットの構成例を示す図。 補助バッテリユニットに設けられる交流電力出力回路の構成例を示す図。 電源ユニットおよび前記バッテリユニットにそれぞれ設けられるファン装置と管理ユニットの構成例を示す図。 複数のサーバを備えたデータセンターにおける従来一般的な電源システムの概略構成図。 高電圧の直流給電系を構築した従来の電源システムの要部概略構成図。 低電圧の直流給電系を構築した従来の電源システムの要部概略構成図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る無停電電源装置について説明する。

図１は実施形態に係る無停電電源装置を用いて構築される電源システム１００の概略構成図である。この電源システム１００は、例えばデータセンターに設けられてマルチノードサーバを構築する複数台のサーバ（負荷機器）４のそれぞれに、該サーバ４の駆動源である１２Ｖの直流電圧を供給するに好適なものである。尚、図１においては従来の電源システムと同一部分には同一符号を付して示してある。

この電源システム１００は、４００Ｖ系の系統電源に接続された交流用の電源分配器（ＰＤＵ）２を備え、この電源分配器２を介して前記サーバ（負荷機器）４を複数台収納したサーバラック４０に前記交流電力を給電するように構成される。この図１に示す電源システム１００は、前記電源分配器２にトランス２ｂを内蔵し、前記系統電源から給電される高電圧交流電力（ＡＣ４００Ｖ）を２００Ｖの交流電力に変換して負荷側（サーバラック４０）に給電するように構成される。尚、前記交流電力（ＡＣ４００Ｖ）をそのまま前記電源分配器２を介して負荷側に給電するように構成することも勿論可能である。

ここで前記サーバ（負荷機器）４を複数台収納した前記サーバラック４０には、所定数のサーバ４からなるサーバ群のそれぞれに対応して、電源ユニット２０とバッテリユニット３０とにより構成される無停電電源装置１０が設けられる。前記電源ユニット２０は、その本体をなす電源回路部２１を、前記サーバラック４０に装着可能な所定寸法の筐体に収納して構成される。

ちなみに前記電源回路部２１は、前記交流電力（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換器２２を備える。更に前記電源回路部２１は、上記ＡＣ／ＤＣ変換器２２の出力電圧を前記サーバ４に給電する直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）に変換するＤＣ／ＤＣ変換器２３を備える。この電源回路部２１は、図１２に示した前記スイッチング電源５に相当するものである。従って電源回路部２１を構成する前記ＡＣ／ＤＣ変換器２２および前記ＤＣ／ＤＣ変換器２３は、前記スイッチング電源５における前記ＡＣ／ＤＣ変換器５ａおよび前記ＤＣ／ＤＣ変換器５ｂのそれぞれに対応する。

また前記バッテリユニット３０は、その本体をなすバッテリ回路部３１を、前記電源ユニット２０の筐体と同一寸法の筐体に収納して構成される。このバッテリユニット３０は、前記電源ユニット２０に並べて設けられて該電源ユニット２０に対して並列的に運転される。ちなみに前記バッテリユニット３０（バッテリ回路部３１）は、前記電源ユニット２０（電源回路部２１）の動作時に直流電力を蓄電すると共に、蓄電した直流電力を放電させて前記直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）の生成に供する役割を担う。従って前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０を並列に備えて構築される前記無停電電源装置１０は、前述した無停電電源装置１とは異なって、前記サーバ（負荷機器）４に対する電源機能を備えた直流出力型の無停電電源装置を構築する。

ちなみに前記バッテリ回路部３１は、直流電力を蓄電可能なＬiイオン電池等のバッテリ３２を備える。更に前記バッテリ回路部３１は、図１に示すように前記ＤＣ／ＤＣ変換器２３の電圧出力端子に接続されて前記バッテリ３２を選択的に充放電する双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３３を備えて構成される。この場合、前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３３は、前述した１２Ｖの直流電圧を受けて前記バッテリ３２を充電して直流電力を蓄電する。また前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３３は、前記バッテリ３２に蓄電された直流電力から前記サーバ（負荷機器）４に給電する前記１２Ｖの直流電圧を生成して出力する。

尚、図１にバッテリユニット３０Ａとして示すように、前記バッテリ回路部３１を前記交流電圧（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換器３４を用いて前記バッテリ３２を充電するように構成することも可能である。この場合、前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３３に代えて、前記バッテリ３２に蓄電された直流電力から前記サーバ（負荷機器）４に給電する前記１２Ｖの直流電圧を生成するだけの機能を備えたＤＣ／ＤＣ変換器３５を用いれば十分である。

前記バッテリ回路部３１がいずれの構成を採用するにしろ、前記バッテリユニット３０は前記電源ユニット２０に対して並列に設けられ、該電源ユニット２０と同時に動作可能に設けられる。ここで上記「同時に動作可能」とは、前記電源ユニット２０の動作時に前記バッテリ３２を充電することを意味するだけでなく、後述するように前記電源ユニット２０の動作時に前記バッテリ３２に蓄電されている直流電力を放電させて前記直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）を生成することも意味する。

ところで前記各ＡＣ／ＤＣ変換器２２,３４は、例えば前述したように高電圧交流電力（ＡＣ４００Ｖ）を所定の直流電圧（ＤＣ８００Ｖ）に変換する役割を担う。ちなみに前記各ＡＣ／ＤＣ変換器２２,３４を一般的な２レベル電力変換回路を用いて構築した場合、その半導体スイッチング素子（例えばＭＯＳ-ＦＥＴやＩＧＢＴ等）には、通常、１０００Ｖ以上の耐圧特性を備えることが要求される。従って前記各ＡＣ／ＤＣ変換器２２,３４については、例えば中性点クランプ方式の３レベル電力変換回路を用いて構成することが望ましい。

なお、この種の中性点クランプ方式の３レベル電力変換回路については、例えば特開２０１２−２５３９８１号公報や特開２０１１−２２３８６７号公報等に詳しく紹介される通りである。そして上記中性点クランプ方式の３レベル電力変換回路によれば、前記半導体スイッチング素子に加わる電圧を、その入力電圧の略１／２に抑えることができる。

従って耐圧が６００Ｖ程度の比較的安価で性能の優れた半導体スイッチング素子を用いて前記各ＡＣ／ＤＣ変換器２２,３４をそれぞれコンパクトに構築することが可能となる。しかも半導体スイッチング素子での損失を抑えてその電力変換効率自体も高めることができる。これ故、例えば小型で大容量のＬiイオン電池等を用いて前記バッテリ３２を小型・軽量化し得ることと相俟って、前述したＤＣ／ＤＣ変換器２３等を含めて前記電源回路部２１および前記バッテリ回路部３１をそれぞれコンパクトに構成することができる。

さて上述した如く構成される前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０は、例えば図２に示すように複数台のサーバ（負荷機器）４を縦並びに装着可能なＥＩＡ規格に準拠した寸法を有するサーバラック４０にそれぞれ着脱自在に収納される。ここで前記電源回路部２１収納して前記電源ユニット２０を構築する筐体は、前記サーバラック４０の基本収納サイズであって、特にこの基本収納サイズを幅方向にＮ等分（Ｎは２以上の自然数）した分割サイズのものからなる。具体的には前記筐体は、いわゆる１ユニットサイズ（１Ｕサイズ）を幅方向に４等分した１／４サイズ（ここでは１Ｕ４サイズと略記する）のものからなる。また前記バッテリ回路部３１を収納して前記バッテリユニット３０を構築する筐体もまた、前記電源ユニット２０と同じ寸法の１Ｕ４サイズのものからなる。

そして前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０は、図２(ａ)に前記サーバラック４０を正面（前面）側から見た状態、および図２(ｂ)に前記サーバラック４０を背面（裏面）側から見た状態をそれぞれ示すように、前記サーバラック４０に並べて収納される。特に前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０は、前記サーバラック４０の前面側から該サーバラック４０にそれぞれ着脱自在に装着される。

ここで前記サーバラック４０の裏面側には、図２(ｂ)に示すように前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０を並列に接続する接続構造体４１が設けられている。この接続構造体４１は、基本的には前記系統電源に接続されて交流電圧（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）を給電する交流電源ライン４２と、前記サーバ（負荷機器）に直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）を給電する直流電力ライン４３とを備える。この接続構造体４１は、後述するコネクタを介して前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０にそれぞれ結合される。

ちなみに前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０の各筐体の裏面側に設けられるコネクタ４４は、プラグイン型の対をなす接栓および接栓座の一方からなる。また前記接続構造体４１には、前記接栓および接栓座の他方が設けられる。このプラグイン型の対をなすコネクタ４４は、前記サーバラック４０への前記電源ユニット２０または前記バッテリユニット３０の装着に伴って連結されると共に、前記電源ユニット２０または前記バッテリユニット３０の前記サーバラック４０からの取り外しに伴って連結解除される。

そして前記コネクタ４４は、前記電源回路部２１および前記バッテリ回路部３１を前記交流電源ライン４２および直流電力ライン４３にそれぞれ接続し、これによって前記電源ユニット２０と前記バッテリユニット３０とを並列接続する役割を担う。尚、前記バッテリ回路部３１が前述したように電源回路部２１から出力される直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）を入力して前記バッテリ３２を充電するように構成される場合には、前記バッテリユニット３０に設けられる前記コネクタ４４は、前記直流電力ライン４３に対してだけ前記バッテリ回路部３１を接続する。

尚、図２(ａ)(ｂ)は、単相の交流電力（ＡＣ２００Ｖ）を入力する場合の例を示しているが、三相交流電力を入力する場合には前記電源ユニット２０は、三相交流電源の各相（Ｒ,Ｓ,Ｔ）に対してそれぞれ個別に設けられる。そしてこれらの各電源ユニット２０に対して前記バッテリユニット３０がそれぞれ設けられる。この場合には、例えば図３(ａ)(ｂ)に示すように、前記サーバラック４０の縦方向に隣接する２列の収納段を用いて、前記各相（Ｒ,Ｓ,Ｔ）に対する前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０を、それぞれ横並びにして収納する。

この際、前記接続構造体４１については、図３(ａ)(ｂ)に示すように前記サーバラック４０の縦方向に並ぶ複数の収納段間に跨って前記交流電源ライン４２および前記直流電力ライン４３を延在させた構成としておく。この縦方向に延びる前記交流電源ライン４２および前記直流電力ライン４３については、前記サーバラック４０の背面側の側部に設けられる支柱に沿って設ければ十分である。またここでは図示を省略しているが、前記サーバラック４０のサーバ（負荷機器）４を収納する他の収納段についても、前記接続構造体４１を延在させて設けられることは言うまでもない。そして前記接続構造体４１の前記直流電力ライン４３を介して前記サーバ（負荷機器）４に対する直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）の給電が行われる。

ここで無停電電源装置１０の拡張形態について簡単に説明する。交流電源が単相入力の場合、前述したように前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０がそれぞれ１Ｕ４サイズで実現されるので、基本的には２台の前記電源ユニット２０と２台の前記バッテリユニット３０を用い、図４(ａ)に示すように前記サーバラック４０の１列の収納段に横並びに収納すれば良い。またバッテリ容量を増加する場合には、例えば図４(ｂ)に示すように前記バッテリユニット３０を増設し、これを前記電源ユニット２０に隣接する収納段に収納すれば良い。更には前記サーバ（負荷機器）４に対する電源容量自体を増加する場合には、例えば図４(ｃ)に示すように前記電源ユニット２０と共に前記バッテリユニット３０をそれぞれ増設すれば良い。

尚、交流電源が三相入力の場合には、例えば図５(ａ)に示すように前記バッテリユニット３０を増設してバッテリ容量を増加すれば良い。更には図５(ｂ)に示すように前記電源ユニット２０と前記バッテリユニット３０とをそれぞれ増設して前記サーバ（負荷機器）４に対する電源容量自体を増大することも勿論可能である。この場合、縦並びの３段の収納段のそれぞれに、前記電源ユニット２０と前記バッテリユニット３０とを並べて収納することが望ましい。

即ち、本無停電電源装置１０における前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０は同一サイズで、且つ個別に構成されている。従って無停電電源装置１０に要求される電力容量に応じて、また交流電源の停電時における前記バッテリユニット３０によるバックアップ時間に応じて、前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０を適宜増設することができる。故に本無停電電源装置１０は、拡張性に富み、種々の仕様に応じた電源システム１００を構築することが可能である。

次に上述した如く前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０を収納する前記サーバラック４０について説明する。このサーバラック４０には、前述したようにその背面に前記接続構造体４１が設けられる。図６はこの接続構造体４１の概略的な構成例を示すもので、図中、４４は前記交流電源ライン４２および直流電力ライン４３に接続されたコネクタを示している。これらのコネクタ４４は、前記サーバラック４０における１段の収納領域を幅方向に４分割した前記電源ユニット２０および／または前記バッテリユニット３０の各収納領域毎に設けられる。

また前記接続構造体４１には、前記直流電力ライン４３を隣接する前記収納領域間で切り離した複数の端子部４５が設けられる。これらの端子部４５は、図示しない端子ユニットが装着されることで、該端子ユニットを介して前記直流電力ライン４３を順次直列に接続する役割を担う。従って前記端子ユニットを取り外した場合には、前記直流電力ライン４３は当該端子部４５の装着位置にて切り離される。この端子部４５における前記直流電力ライン４３の切り離しによって、前記サーバラック４０の裏面側において前記直流電力ライン４３がループを形成しないように設定される。更には複数の無停電電源装置１０から複数のサーバ（負荷機器）４に対する前記直流電力ライン４３がそれぞれ最短経路となるように設定される。

ここで前記端子部４５を利用して前記直流電力ライン４３を複数の系統に分断し、前記端子部４５を介して複数の直流電力ライン４３を階層的に連結することも可能である。このような複数の直流電力ライン４３の階層的な連結によれば、例えばＤＣ１２Ｖの直流電力ライン４３からＤＣ２４Ｖの直流電力ライン４３を形成することが可能となる。従って前記サーバラック４０にＤＣ２４Ｖ系のサーバ（負荷機器）４を装着する場合であっても、前述した１２Ｖの直流電圧を出力する無停電電源装置１０にて対処することが可能となる。

尚、前記コネクタ４４としては、例えば図７に示すような電源系端子構造を有するものであれば良い。具体的には前記交流電源ライン４２に接続される３個のＡＣ端子４４ａ,４４ｂ,４４ｃ、基準電位を規定する接地ラインに接続されるＧＮＤ端子４４ｄ、および前記直流電力ライン４３に接続される正負一対のＤＣ端子４４ｅ,４４ｆを備えた電源コネクタであれば良い。

そして前記電源ユニット２０においては、前記三相交流におけるＳ相,Ｔ相,Ｒ相の内、どの相に対して用いるかに応じて前記３個のＡＣ端子４４ａ,４４ｂ,４４ｃと前記電源回路部２１との接続を切替え可能としておけば良い。また単相交流を入力する前記電源ユニット２０においては、前記３個のＡＣ端子４４ａ,４４ｂ,４４ｃの内、予め定められた２つのＡＣ端子に前記電源回路部２１を接続するように構成しておけば良い。更に前記バッテリユニット３０においては、前記バッテリ回路部３１が前記ＡＣ／ＤＣ変換器３４を備えるか否かに応じて前記ＡＣ端子４４ａ,４４ｂ,４４ｃに接続するように構成しておけば十分である。尚、前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０における前記電源回路部２１並びに前記バッテリ回路部３１は、前記正負一対のＤＣ端子４４ｅ,４４ｆにそれぞれ接続されることは言うまでもない。

また前記無停電電源装置１０の構成にもよるが、前記コネクタ４４として、例えばシリアル通信用のコネクタ（図示せず）を備えることも有用である。そしてこのシリアル通信用のコネクタを介して前記無停電電源装置１０を構成する前記電源ユニット２０と前記バッテリユニット３０との間で、或いは複数の無停電電源装置１０の動作を管理する上位の管理ユニット５０（図１を参照）との間で相互に情報通信するように構成することも可能である。

以上のように本発明に係る無停電電源装置１０は、前記サーバラック４０に前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０をそれぞれ装着して構成される。そしてこの無停電電源装置１０によれば、該無停電電源装置１０に要求される電源容量等に応じて前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０を適宜増設することで、その電源性能（能力）を容易に拡張することができる。

しかも当該無停電電源装置１０を、前記サーバラック４０に装着される前記サーバ４に近接して配置することで、前記直流電力ライン４３を徒に引き回すことなく、前記サーバ４に対して電源供給することか可能となる。従って前記直流電力ライン４３を、必要最小限の配線長を確保して十分に短くすることができる。故に前記直流電力ライン４３に低電圧（ＤＣ１２Ｖ）の大電流が流れる場合であっても該直流電力ライン４３での損失を十分に低減することができる。

更には無停電電源装置１０から前記サーバ４への前記直流電力ライン４３の配線長（敷設長）が短い分、その配線インダクタンスを低減することが可能となる。従って前記サーバ４における負荷電力が急激に変化した場合であっても、その変化に追従させて前記無停電電源装置１０の動作を高速に応答させることができる。この結果、前記サーバ４に給電する前記直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）の変動を最小限に抑え、該直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）の安定化を図ることが可能となる。

この際、一般的に前記バッテリユニット３０よりも稼働率の高い前記電源ユニット２０を前記サーバ４に対して前記直流電力ライン４３の線路長が短くなる位置に配置すれば、前記直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）の低損失での給電が実現できる。この場合、前記端子部４５による前記直流電力ライン４３の切り離し位置を、前記サーバ４までの前記直流電力ライン４３の線路長が最も短くなるように設定すれば良い。

ところで上述した如く構成される無停電電源装置１０において、例えば太陽光発電装置から得られる電力を蓄積する補助バッテリユニット６０や、風力発電装置にて得られる電力を蓄積する補助バッテリユニット７０を増設することも有用である。ちなみに前記補助バッテリユニット６０は、例えば図８に示すようにＬiイオン電池等からなるバッテリ６１と、前記太陽光発電装置にて得られる直流電力を電圧変換して前記バッテリ６１を充電するＤＣ／ＤＣ変換器６２を備える。更に前記補助バッテリユニット６０は、前記バッテリ６１に蓄電された直流電力を前記直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）に変換して出力するＤＣ／ＤＣ変換器６３を備える。そしてこの補助バッテリユニット６０もまた、前記電源ユニット２０と同じ寸法の筐体に収納して構成される。

また前記補助バッテリユニット７０は、例えば図９に示すようにＬiイオン電池等からなるバッテリ７１と、前記風力発電装置にて得られる交流電力を電圧変換するＡＣ／ＤＣ変換器７２、およびこのＡＣ／ＤＣ変換器７２の出力電圧を電圧変換して前記バッテリ７１を充電するＤＣ／ＤＣ変換器７３を備える。更に前記補助バッテリユニット７０は、前記バッテリ７１に蓄電された直流電力を前記直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）に変換して出力するＤＣ／ＤＣ変換器７４を備える。そしてこの補助バッテリユニット７０もまた、前記電源ユニット２０と同じ寸法の筐体に収納して構成される。

尚、前記補助バッテリユニット６０,７０に対する太陽光発電装置および前記風力発電装置からの各給電ラインについては、前述した交流電源ライン４２と明確に異なるように、例えば前記各補助バッテリユニット６０,７０のそれぞれに直接給電するように構成することが望ましい。具体的には前記サーバラック４０に前記各補助バッテリユニット６０,７０を実装したとき、該補助バッテリユニット６０,７０の表面（前面）側から給電するように構成しておけば良い。この際、前記太陽光発電装置および前記風力発電装置からの各給電ラインに対する接続コネクタ（端子）構造が互いに異なるようにしておけば、その誤接続を簡易に防止することができる。

また更に前記各補助バッテリユニット６０,７０に、例えば図１０に示すように前記バッテリ６１（７１）に蓄電された直流電力を電圧変換して取り出すＤＣ／ＤＣ変換器６４（７５）と、このＤＣ／ＤＣ変換器６４（７５）の出力から前記交流電力（ＡＣ２００Ｖ）を生成するＤＣ／ＡＣ変換器６５（７６）を設ける。そして前記ＤＣ／ＡＣ変換器６５（７６）の出力（ＡＣ２００Ｖ）を前記交流電源ライン４２に給電し得るように構成することも有用である。

前記無停電電源装置１０に上述した構成の補助バッテリユニット６０,７０を増設すれば、前記補助バッテリユニット６０,７０の各バッテリ６１,７１にそれぞれ蓄電された直流電力にて前記バッテリユニット３０を、ひいては前記電源ユニット２０の電力供給性能を効果的にバックアップすることが可能となる。これに加えて、例えば前記電源ユニット２０から前記サーバ４に給電される直流電力（ＤＣ１２Ｖ）の一部を前記補助バッテリユニット６０,７０から出力可能な電力で補うことができる。従って前記電源ユニット２０に加わる負担を軽減することができる。

更には前記交流電源ライン４２に給電される交流電力（ＡＣ２００Ｖ）の一部を前記補助バッテリユニット６０,７０から出力可能な電力で補うことができる。これ故、前記系統電源から給電される前記高電圧交流電力（ＡＣ２００Ｖ／４００Ｖ）に対する前記電源ユニット２０での電力消費を抑えることもできる。従って上述した前記電源ユニット２０での処理負担の軽減効果と相俟って、当該無停電電源装置１０の省電力化を図ることが可能となる。

ここで前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０にそれぞれ搭載される制御部２６,３６とその制御機能について説明する。これらの制御部２６,３６は、基本的には前記電源回路部２１および前記バッテリ回路部３１の動作を制御する役割を担う。また前記各制御部２６,３６は、ファン駆動部２７,３７をそれぞれ制御して前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０の各筐体に設けられたファン装置２８,３８の回転数（風量）を制御する機能も備える。

ちなみに前記ファン装置２８,３８は、前記各筐体の内部に空気を通流させて前記電源回路部２１および前記バッテリ回路部３１が発生する熱を前記筐体の外部に放出する。そして前記ファン装置２８,３８は、上記熱放出により前記電源回路部２１および前記バッテリ回路部３１の過熱（高温化）を防止する役割を担う。尚、前記ファン装置２８,３８は、一般的には前記筐体の奥部に設けられ、前記サーバラック４０の背面側に向けて空気を吹き出すことで前記筐体内部の熱を放出する。

また前記管理ユニット５０は、図１１にその制御機能を概略的に示すように前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０の各動作を、互いに関連付けて制御する役割を担っている。具体的には前記管理ユニット５０は、例えばマイクロプロセッサを主体として構成される。そして前記管理ユニット５０は、前記マイクロプロセッサが実行する制御プログラムとして、例えば不平衡補償制御機能５１、バックアップ制御機能５２、変換効率制御機能５３、過負荷制御機能５４、停電制御機能５５、そしてファン制御機能５６を備える。前記管理ユニット５０における上記各制御機能５１〜５６は、前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０との間での情報通信の下で、各ユニット２０,３０の運転状態を監視しながらそれぞれの機能を実行する。

具体的には前記不平衡補償制御機能５１は、前述した三相交流入力の無停電電源装置１０において、前記Ｒ相, Ｓ相およびＴ相の各電力量から該Ｒ相, Ｓ相, Ｔ相間の不平衡を監視する。そして前記不平衡補償制御機能５１は、前記各相のバッテリユニット３０における各バッテリ３２の充放電電力を利用して前記各相の前記電源ユニット２０からそれぞれ出力される電力量を制御し、これによって前記各相間の不平衡を補償する。

また前記バックアップ制御機能５２は、概略的には前記電源ユニット２０の運転状態（出力電流）が該電源ユニット２０の定格電力以下であり、前記バッテリユニット３０での蓄電状態（充電容量）が満充電に満たないときに起動される。この場合、前記バックアップ制御機能５２は、例えば前記電源ユニット２０の定格電流と該電源ユニット２０の出力電流量との差分を、当該電源ユニット２０が更に出力可能な余剰電流量、即ち、余剰電力量として求める。そして前記バックアップ制御機能５２は上記余剰電力を利用して前記バッテリユニット３０のバッテリ３２を充電して該バッテリ３２に直流電力を蓄電する。このバッテリ３２の充電は、該バッテリ３２が満充電となるまで実行される。この充電制御は、前述した太陽光発電装置や風力発電装置からの電力エネルギが得られない場合に特に有効である。

また前記変換効率制御機能５３は、前記バッテリ３２の充放電を制御して前記電源ユニット２０での変換効率を高める役割を担う。この変換効率制御は、例えば前記電源ユニット２０の出力電流量から、その最大負荷に対する割合（負荷割合；Ｘ％負荷）を求めて実行される。そして予め求められている当該電源ユニット２０の最大変換効率を得る負荷割合（例えば３０％負荷時）と、上記出力電流量から求められた負荷割合（Ｘ％負荷）との差分を求める。そして前記電源ユニット２０の負荷割合が３０％負荷となるように前記バッテリユニット３０に対する充放電を上記差分だけ制御し、これによって前記電源ユニット２０が出力する電流量を調整する。

具体的には、例えば前記電源ユニット２０に要求される負荷電流量が５０％負荷に相当する場合、前記３０％負荷との差分である２０％負荷分の電流を前記バッテリユニット３０から供給する。そして前記電源ユニット２０からは３０％負荷分の電流だけを出力するようにすることで、該電源ユニット２０の運転を３０％負荷状態とする。逆に前記電源ユニット２０に要求される負荷電流量が２５％負荷に相当する場合には、前記３０％負荷との差分である５％負荷分の電流を前記電源ユニット２０から余分に取り出す。そしてこの５％負荷分の電流を前記バッテリユニット３０の充電に用いることで前記電源ユニット２０の運転を３０％負荷状態とする。このようなバッテリユニット３０に対する充放電制御により、前記電源ユニット２０の運転を３０％負荷状態とし、その変換効率ηを高めて前記無停電電源装置１０の全体を高効率化する。

また前記過負荷制御機能５４は、前記サーバ４の負荷が一時的に重くなって前記電源ユニット２０から出力される負荷電流がその定格電流を超えるような場合、前記電源ユニット２０の過負荷動作を抑制する役割を担う。この過負荷制御機能５４は、前記サーバ４側給電される負荷電流量が、該電源ユニット２０の定格電流を超えるときに実行される。そして前記過負荷制御機能５４は、前記負荷電流と前記定格電流の差分を、前記サーバ４にとって不足する電流量として求め、前記バッテリユニット３０から上記不足電流量に相当する電流が得られるように該バッテリユニット３０の動作を制御する。

この結果、前記サーバ４には前記電源ユニット２０から出力される電流と、前記バッテリユニット３０から出力される電流とが併せて供給されることになる。この結果、前記電源ユニット２０から出力される電流（負荷電流量）をその定格電流に抑えることが可能となる。換言すれば前記電源ユニット２０に要求される負荷電流量の内、その定格電流を超える分を前記バッテリユニット３０からの電流によって補う。これによって前記電源ユニット２０にその定格能力を超える余分な負担が加わる不具合を未然に防ぐことが可能となる。

尚、前記停電制御機能５５は、前記管理ユニット１５の管理の下で複数の無停電電源装置１０を並列に運転制御している場合であって、前記系統電源からの高電圧交流電力（ＡＣ４００Ｖ）の供給が途絶えたときに実行される。具体的には停電時には前記各無停電電源装置１０は、基本的にはそれぞれが受け持つサーバ４に対する給電を前記バッテリユニット３０からの給電に切り替える。この際、停電制御機能５５は、前記複数の無停電電源装置１０の各バッテリユニット３０に蓄電されている電力量と、前記サーバ４に対して供給すべき電流量とから前記各バッテリユニット３０から前記サーバ４に対して電力供給し得るバックアップ可能時間をそれぞれ求める。

そしてバックアップ可能時間に余裕のない無停電電源装置１０が存在する場合、当該無停電電源装置１０が受け持つサーバ４の負荷の一部を他のサーバ４に移し替え、これによってその負荷を軽減する。即ち、複数の無停電電源装置１０に対する負荷の振り分けを実行し、これによって前記バッテリユニット３０に蓄電されている電力量が少なく、バックアップ能力が不足する前記無停電電源装置１０の負荷を低減する。

このような負荷の振り分け制御によれば、前記サーバ４に加わる負荷が急激に増加しても、或いは停電が生じても前記バッテリ３２の残容量が零［０］となる前に、その無停電電源装置１０に接続されたサーバ４の負荷を低減することが可能となる。従って前記無停電電源装置１０の電源ユニット２０に、その定格能力を超える余分な負担が加わることを未然に防ぐことができ、前記電源ユニット２０の安定した動作を保証することが可能となる。更には特定の無停電電源装置１０に接続されたサーバ４だけがいち早く動作停止してしまうような不具合を未然に防ぐことが可能となる。

また前述した補助バッテリユニット６０,７０を備え、該補助バッテリユニット６０,７０から前記交流電源ライン４２に交流電力（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）を出力する構成を採用している場合には、次のようにして前記電源ユニット２０の完全停電モードへの移行を防ぐことができる。即ち、前記交流電力（ＡＣ４００Ｖ／ＡＣ２００Ｖ）の電圧が低下しても、前記交流電源ライン４２から前記無停電電源装置１０の動作に必要な電力を或る程度確保できるような場合、前記補助バッテリユニット６０,７０に蓄電された直流電力を交流電圧に変換して前記交流電力（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）の給電ラインに出力する。

すると前記交流電力（ＡＣ４００Ｖ／ＡＣ２００Ｖ）の低下分を前記補助バッテリユニット６０,７０から出力される電力にて補うことが可能となり、前記電源ユニット２０の完全停電モードへの移行を未然に防ぐことが可能となる。この制御は、例えば前述した停電制御機能５５の下で実行される。

一方、前記ファン制御機能５６は、前記電源ユニット２０および／または前記バッテリユニット３０がその動作を停止している場合であっても、前記ファン装置２８，３８を駆動する役割を担う。ちなみに前記ファン装置２８,３８は、前記電源ユニット２０やバッテリユニット３０を収納した筐体内部に空気流を形成して該筐体内部に生じる熱を外部に排出する。また同時に前記ファン装置２８,３８は、前記サーバラック４０内の熱を外部に排出することで、前記無停電電源装置１０の全体を冷却する役割を担う。

前記ファン制御機能５６は、このような役割を担う前記ファン装置２８,３８を駆動することで、前記サーバラック４０内における空気流の滞留を防ぎ、これによって前記サーバラック４０内の局部的な過熱を防いでいる。また前記ファン制御機能５６は、前記各無停電電源装置１０の負荷状況のみならず、前記サーバ４の負荷状況を収集している。そしてこれらの負荷状況に応じて前記各ファン装置２８，３８の回転数を個別に制御し、これによって前記サーバラック４０内における円滑な空気流を形成している。

ちなみに前記負荷状況の収集は、前記無停電電源装置１０を構成する前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０、更には前記補助バッテリユニット６０,７０、並びに前記サーバ４との間での情報通信によって行われる。この際、前記各ユニット２０,３０,６０,７０については、前記サーバラック４０における何処の収納領域に装着するかを、例えば前記各ユニット２０,３０,６０,７０にそれぞれ設けた装着位置識別用のＤＩＰスイッチを用いて予めプリセットしておけば良い。

このようにしておけば、前記サーバラック４０内の何処の部位（領域）において大量の熱が発生するかを判定することが可能となる。従って熱の発生分布状況に応じて前記各ファン装置２８，３８の回転数（風量）を調整し、これによって前記サーバラック４０内における空気の流れを変えることで熱溜まりの発生を防ぐことが可能となる。従ってシステム全体の効率的な運転を確保することが可能となる。しかも前記電源ユニット２０のファン装置２８だけを高速に回転駆動する必要がなくなるので、ファンの高速回転に伴う騒音の発生を防止することも可能となる。

また前述した構成によれば、前記交流電力（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）の停電に伴って前記電源ユニット２０が完全停電モードに移行した際、前記バッテリユニット３０からサーバ４に対して電力供給を行うことができる。そして上記停電時においても前記サーバ４の動作（運転）を継続させることができる。従って、例えば前記電源ユニット２０を前記サーバラック４０から取り外せば、これによって該電源ユニット２０の動作を強制的に停止させることができる。つまり当該電源ユニット２０を擬似的に完全停止モードに設定することができる。

すると当該電源ユニット２０に並列接続されている前記バッテリユニット３０から前記サーバ４に対して直流電力（ＤＣ１２Ｖ）の供給が実行される。従ってこのときの前記バッテリユニット３０における前記バッテリ３２の放電特性、具体的には時間経過に伴う前記バッテリ３２の充電電圧の変化を計測すれば、計測した放電特性から該バッテリ３２の特性劣化の程度を簡易に診断することが可能となる。

尚、例えば前記管理ユニット５０におけるバッテリ劣化診断機能の下で前記電源ユニット２０の出力を強制的に零［０］とし、或いは低下させる。そしてそのときの前記バッテリユニット３０における前記バッテリ３２の放電特性、具体的には時間経過に伴う前記バッテリ３２の充電電圧の変化を計測する。そして計測した前記バッテリ３２の放電特性から、該バッテリ３２の特性劣化の程度を診断することも可能である。このようにすれば前記サーバラック４０から前記電源ユニットの２０の入力または出力を人為的に切り離す、あるいは電源ユニット２０を取り外す等により停電状態を強制的に発生させなくても前記バッテリ３２の劣化診断を行うことが可能となる。

従って複数の無停電電源装置１０を備えて構成される電源システム１００によれば、前記交流電力（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）を擬似的に停電させることなく、該電源システム１００を運用した状態のまま前記バッテリユニット３０が備えるバッテリ３２の劣化診断を簡易に実行することができる。特に複数の無停電電源装置１０における各バッテリユニット３０毎に、前記バッテリ３２の劣化診断を個別に実施することができる。従って本電源システム１００を運用する上で、前記交流電力（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）を擬似的に停電させる必要がないので、そのメンテナンスを容易に、且つ効率的に、しかも安全に実施することが可能となる等の効果が奏せられる。

即ち、図１２に示した従来一般的な電源システムのような場合、前記無停電電源装置１のバッテリ１ａに不具合が生じたときや、或いは前記スイッチング電源５における前記ＡＣ／ＤＣ変換器５ａや前記ＤＣ／ＤＣ変換器５ｂ等に不具合が生じると停電状態に陥る。そして前記サーバ４に対する給電が途絶えると言うリスクがある。この点、例えば図４や図１１に示したように、並列に設けた複数の無停電電源装置４０が互いに電源として作用するように構成された電源システム１００によれば、前記無停電電源装置４０間で相互に様子を見ながらその出力を絞ることができる。また前記バッテリユニット３０からの給電ができない場合には速やかに前記電源ユニット２０からの給電を再開することが可能である。従って上述した従来の電源システムにおけるリスクを招来することなしに、本電源システム１００を信頼性良く運用することが可能となる。

従って本発明に係る無停電電源装置１０によれば、上述した付帯的な制御機能を含めてその安定した運用を図ることが可能である。更には前述したように拡張性に富んだ電源システム１００を簡易に構成することができ、しかも安価である等の実用上多大なる効果が奏せられる。更には前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０を、前記サーバラック４０に装着可能な小型の筐体に収納して構成することができるので、その取り扱いが容易であり、また前記サーバラック４０に対して容易に装脱可能なので、そのメンテナンスが容易である等の効果も奏せられる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０の筐体の大きさを、１ユニットサイズ（１Ｕサイズ）を幅方向に２等分した１／２サイズや、幅方向に３等分した１／３サイズとして実現することも勿論可能である。更には前記電源ユニット２０に並列接続する前記バッテリユニット３０の数も特に限定されないことは言うまでもない。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１０ 無停電電源装置
２０ 電源ユニット
２１ 電源回路部
２２ ＡＣ／ＤＣ変換器
２３ ＤＣ／ＤＣ変換器
２８ ファン装置
３０ バッテリユニット
３１ バッテリ回路部
３２ バッテリ
３３,３５ ＤＣ／ＤＣ変換器
３４ ＡＣ／ＤＣ変換器
３８ ファン装置
４０ サーバラック
４１ 接続構造体
４２ 交流電源ライン
４３ 直流電力ライン
４４ コネクタ
４５ 端子部
５０ 管理ユニット
６０,７０ 補助バッテリユニット
６１,７１ バッテリ
６２,６３,６４,７３,７４,７５ ＤＣ／ＤＣ変換器
７２ ＡＣ／ＤＣ変換器
６５,７６ ＤＣ／ＡＣ変換器
１００ 電源システム

また前記負荷機器としての複数台のサーバ４を備えて構築される負荷設備は、その前段部に前記電源分配器２に接続されて前記交流電圧（ＡＣ２００Ｖ）から前記サーバ４の駆動電源電圧である４８Ｖ以下の低電圧直流電圧（例えばＤＣ１２Ｖ）を生成するスイッチング電源５を備える。このスイッチング電源５は、一般的には前記交流電圧（ＡＣ２００Ｖ）を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換器５ａと、このＡＣ／ＤＣ変換器５ａの出力電圧を前記サーバ４に給電する直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）に変換するＤＣ／ＤＣ変換器５ｂとを備える。そして前記複数台のサーバ４は前記スイッチング電源５にそれぞれ接続され、該スイッチング電源５から当該サーバ４の駆動電源である前記直流出力電圧が給電されて動作する（例えば特許文献１を参照）。

図１３に示す電源システムは、無停電電源装置１のＡＣ／ＤＣ変換器１ｂから得られる高電圧直流電圧（ＤＣ４００Ｖ）を直接的に直流用の電源分配器２に給電する。そして負荷機器側においては、前記電源分配器２を介して給電される前記高電圧直流電圧をＤＣ／ＤＣ変換器５ｄからなるスイッチング電源５に入力し、該スイッチング電源５（ＤＣ／ＤＣ変換器５ｄ）にて前記各サーバ４に給電する直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）を生成するように構成される。この種の電源システムは、例えば高電圧直流給電システム（ＨＶＤＣ）と称される（例えば非特許文献１を参照）。

また図１４に示す電源システムは、無停電電源装置１のＡＣ／ＤＣ変換器１ｂから得られる高電圧直流電力（ＤＣ４００Ｖ）を、該無停電電源装置１に設けられたＤＣ／ＤＣ変換器１ｄを介して低電圧の直流電圧（ＤＣ４８Ｖ）に変換して前記直流用の電源分配器２に給電する。そして負荷機器側においては、前記電源分配器２から給電される直流低電圧をＤＣ／ＤＣ変換器５ｅからなるスイッチング電源５に入力し、該スイッチング電源５（ＤＣ／ＤＣ変換器５ｅ）にて前記各サーバ４に給電する直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）を生成するように構成される。この種の電源システムは、例えば低電圧の直流給電システムと称される（例えば非特許文献２を参照）。

日本無線パンフレット「FRESH HVDC SED-2000シリーズ」日本無線株式会社，２０１１年５月 Mark Murrill and B.J.Sonnenberg「Evaluating the Opportunity for DC Power in Data Center」2010 Emerson Network Power Energy Systems,North America,Inc.

上述した目的を達成するべく本発明に係る無停電電源装置は、
交流電力を変換して負荷機器に給電する直流電圧を生成する電源回路部を所定寸法の筐体に収納した電源ユニットと、
この電源ユニットに並べて設けられて直流電力を蓄電すると共に、蓄電した直流電力を放電させて前記負荷機器に給電する直流電圧を生成するバッテリ回路部を前記電源ユニットと同一寸法の筐体に収納したバッテリユニットと、
前記電源ユニットと前記バッテリユニットとをそれぞれ着脱自在に装着して該電源ユニットの電源回路部と前記バッテリユニットのバッテリ回路部とを並列接続するラックと
を具備したことを特徴としている。

好ましくは前記ラックは、該ラックの前面側から前記電源ユニットおよび前記バッテリユニットとをそれぞれ着脱自在に装着すると共に、該ラックの裏面側において前記電源ユニットおよび前記バッテリユニットの各筐体にそれぞれ設けられたコネクタを介して前記電源回路部および前記バッテリ回路部に結合されて前記電源ユニットと前記バッテリユニットとを並列に接続する接続構造体を備えて構成される。

本発明の一実施形態に係る無停電電源装置を備えて構築される電源システムの概略構成図。 図１に示す無停電電源装置のサーバラックへの装着形態の例を示す図。 三相交流電力を入力する場合の無停電電源装置のサーバラックへの装着形態の例を示す図。 単相交流を入力する無停電電源装置の拡張例を示す図。 三相交流を入力する無停電電源装置の拡張例を示す図。 サーバラックに設けられる接続構造体の概略的な構成例を示す図。 コネクタにおける電源系端子構造の一例を示す図。 太陽光発電装置にて得られる直流電力を蓄電する補助バッテリユニットの構成例を示す図。 風力発電装置にて得られる直流電力を蓄電する補助バッテリユニットの構成例を示す図。 補助バッテリユニットに設けられる交流電力出力回路の構成例を示す図。 電源ユニットおよびバッテリユニットにそれぞれ設けられるファン装置と管理ユニットの構成例を示す図。 複数のサーバを備えたデータセンターにおける従来一般的な電源システムの概略構成図。 高電圧の直流給電系を構築した従来の電源システムの要部概略構成図。 低電圧の直流給電系を構築した従来の電源システムの要部概略構成図。

この電源システム１００は、４００Ｖ系の系統電源に接続された交流用の電源分配器（ＰＤＵ）２を備え、この電源分配器２を介して前記サーバ（負荷機器）４を複数台収納したサーバラック４０に前記交流電力を給電するように構成される。この図１に示す電源システム１００は、前記電源分配器２にトランス２ｂを内蔵し、前記系統電源から給電される高電圧交流電圧（ＡＣ４００Ｖ）を２００Ｖの交流電圧に変換して負荷側（サーバラック４０）に給電するように構成される。尚、前記交流電圧（ＡＣ４００Ｖ）をそのまま前記電源分配器２を介して負荷側に給電するように構成することも勿論可能である。

ちなみに前記電源回路部２１は、前記交流電圧（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換器２２を備える。更に前記電源回路部２１は、上記ＡＣ／ＤＣ変換器２２の出力電圧を前記サーバ４に給電する直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）に変換するＤＣ／ＤＣ変換器２３を備える。この電源回路部２１は、図１２に示した前記スイッチング電源５に相当するものである。従って電源回路部２１を構成する前記ＡＣ／ＤＣ変換器２２および前記ＤＣ／ＤＣ変換器２３は、前記スイッチング電源５における前記ＡＣ／ＤＣ変換器５ａおよび前記ＤＣ／ＤＣ変換器５ｂのそれぞれに対応する。

ところで前記各ＡＣ／ＤＣ変換器２２,３４は、例えば前述したように高電圧交流電圧（ＡＣ４００Ｖ）を所定の直流電圧（ＤＣ８００Ｖ）に変換する役割を担う。ちなみに前記各ＡＣ／ＤＣ変換器２２,３４を一般的な２レベル電力変換回路を用いて構築した場合、その半導体スイッチング素子（例えばＭＯＳ-ＦＥＴやＩＧＢＴ等）には、通常、１０００Ｖ以上の耐圧特性を備えることが要求される。従って前記各ＡＣ／ＤＣ変換器２２,３４については、例えば中性点クランプ方式の３レベル電力変換回路を用いて構成することが望ましい。

また前記補助バッテリユニット７０は、例えば図９に示すようにＬiイオン電池等からなるバッテリ７１と、前記風力発電装置にて得られる交流電圧を電圧変換するＡＣ／ＤＣ変換器７２、およびこのＡＣ／ＤＣ変換器７２の出力電圧を電圧変換して前記バッテリ７１を充電するＤＣ／ＤＣ変換器７３を備える。更に前記補助バッテリユニット７０は、前記バッテリ７１に蓄電された直流電力を前記直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）に変換して出力するＤＣ／ＤＣ変換器７４を備える。そしてこの補助バッテリユニット７０もまた、前記電源ユニット２０と同じ寸法の筐体に収納して構成される。

尚、前記停電制御機能５５は、前記管理ユニット５０の管理の下で複数の無停電電源装置１０を並列に運転制御している場合であって、前記系統電源からの高電圧交流電力（ＡＣ４００Ｖ）の供給が途絶えたときに実行される。具体的には停電時には前記各無停電電源装置１０は、基本的にはそれぞれが受け持つサーバ４に対する給電を前記バッテリユニット３０からの給電に切り替える。この際、停電制御機能５５は、前記複数の無停電電源装置１０の各バッテリユニット３０に蓄電されている電力量と、前記サーバ４に対して供給すべき電流量とから前記各バッテリユニット３０から前記サーバ４に対して電力供給し得るバックアップ可能時間をそれぞれ求める。

また前述した補助バッテリユニット６０,７０を備え、該補助バッテリユニット６０,７０から前記交流電源ライン４２に交流電圧（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）を出力する構成を採用している場合には、次のようにして前記電源ユニット２０の完全停電モードへの移行を防ぐことができる。即ち、前記交流電圧（ＡＣ４００Ｖ／ＡＣ２００Ｖ）が低下しても、前記交流電源ライン４２から前記無停電電源装置１０の動作に必要な電力を或る程度確保できるような場合、前記補助バッテリユニット６０,７０に蓄電された直流電力を交流電圧に変換して前記交流電圧（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）の給電ラインに出力する。

すると前記交流電圧（ＡＣ４００Ｖ／ＡＣ２００Ｖ）の低下分を前記補助バッテリユニット６０,７０から出力される電力にて補うことが可能となり、前記電源ユニット２０の完全停電モードへの移行を未然に防ぐことが可能となる。この制御は、例えば前述した停電制御機能５５の下で実行される。

また前述した構成によれば、前記交流電圧（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）の停電に伴って前記電源ユニット２０が完全停電モードに移行した際、前記バッテリユニット３０からサーバ４に対して電力供給を行うことができる。そして上記停電時においても前記サーバ４の動作（運転）を継続させることができる。従って、例えば前記電源ユニット２０を前記サーバラック４０から取り外せば、これによって該電源ユニット２０の動作を強制的に停止させることができる。つまり当該電源ユニット２０を擬似的に完全停止モードに設定することができる。

従って複数の無停電電源装置１０を備えて構成される電源システム１００によれば、前記交流電圧（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）を擬似的に停電させることなく、該電源システム１００を運用した状態のまま前記バッテリユニット３０が備えるバッテリ３２の劣化診断を簡易に実行することができる。特に複数の無停電電源装置１０における各バッテリユニット３０毎に、前記バッテリ３２の劣化診断を個別に実施することができる。従って本電源システム１００を運用する上で、前記交流電圧（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）を擬似的に停電させる必要がないので、そのメンテナンスを容易に、且つ効率的に、しかも安全に実施することが可能となる等の効果が奏せられる。

即ち、図１２に示した従来一般的な電源システムのような場合、前記無停電電源装置１のバッテリ１ａに不具合が生じたときや、或いは前記スイッチング電源５における前記ＡＣ／ＤＣ変換器５ａや前記ＤＣ／ＤＣ変換器５ｂ等に不具合が生じると停電状態に陥る。そして前記サーバ４に対する給電が途絶えると言うリスクがある。この点、例えば図４や図１１に示したように、並列に設けた複数の無停電電源装置１０が互いに電源として作用するように構成された電源システム１００によれば、前記無停電電源装置１０間で相互に様子を見ながらその出力を絞ることができる。また前記バッテリユニット３０からの給電ができない場合には速やかに前記電源ユニット２０からの給電を再開することが可能である。従って上述した従来の電源システムにおけるリスクを招来することなしに、本電源システム１００を信頼性良く運用することが可能となる。

Claims (12)

1. 交流電力を変換して負荷機器に給電する直流電圧を生成する電源回路部を所定寸法の筐体に収納した電源ユニットと、
   この電源ユニットに並べて設けられて直流電力を蓄電すると共に、蓄電した直流電力を放電させて前記負荷機器に給電する直流電圧を生成するバッテリ回路部を前記電源ユニットと同一寸法の筐体に収納したバッテリユニットと、
   前記電源ユニットと前記バッテリユニットとをそれぞれ着脱自在に装着して該電源ユニットの電源回路部と前記バッテリユニットとのバッテリ回路部とを並列接続するラックと
   を具備したことを特徴とする無停電電源装置。
2. 前記ラックは、該ラックの前面側から前記電源ユニットおよび前記バッテリユニットとをそれぞれ着脱自在に装着すると共に、該ラックの裏面側において前記電源ユニットおよび前記バッテリユニットの各筐体にそれぞれ設けられたコネクタを介して前記電源回路部および前記バッテリ回路部に結合されて前記電源ユニットと前記バッテリユニットとを並列に接続する接続構造体を備えている請求項１に記載の無停電電源装置。
3. 前記接続構造体は、系統電源に接続された交流電源ラインと、負荷機器に直流電圧を給電する直流電力ラインとからなる請求項２に記載の無停電電源装置。
4. 前記バッテリユニットは、前記直流電力ラインを介して前記電源ユニットに対して並列接続されるものであって、
   前記バッテリ回路部は、前記電源ユニットから出力される直流電圧を入力してバッテリに直流電力を蓄電し、該バッテリに蓄電した直流電力から前記負荷機器に給電する直流電圧を生成するＤＣ／ＤＣ変換器を備えている請求項３に記載の無停電電源装置。
5. 前記コネクタは、前記ラックへの前記電源ユニットまたは前記バッテリユニットの装着に伴って連結されると共に、前記電源ユニットまたは前記バッテリユニットの前記ラックからの取り外しに伴って連結解除されるプラグイン型の対をなす接栓および接栓座の一方からなり、
   前記接続構造体は、前記接栓および接栓座の他方を備えたものである請求項２に記載の無停電電源装置。
6. 前記接続構造体は、前記電源ユニットまたは前記バッテリユニットが選択的に装着される前記ラックの複数の収納領域に跨って設けられるものであって、
   前記接続構造体は、隣接する前記収納領域間で前記直流電力ラインを切り離した端子部を備え、該端子部に装着される端子ユニットを介して前記直流電力ラインを直列に接続する連結構造を有する請求項３に記載の無停電電源装置。
7. 前記バッテリ回路部は、前記バッテリに蓄電した直流電力から前記電源ユニットら給電する交流電力を生成して前記交流電源ラインに出力するＤＣ／ＡＣ変換器を備える請求項３に記載の無停電電源装置。
8. 前記バッテリ回路部は、前記交流電源ラインとは別に設けられた電源入力系に接続され、該電源入力系を介して太陽光発電装置または風力発電装置から得られる電力を電圧変換して前記バッテリに蓄電する変換器を備える請求項７に記載の無停電電源装置。
9. 前記ラックは、複数台の負荷機器を縦並びに装着可能なＥＩＡ規格に準拠した寸法を有するものであって、
   前記電源ユニットおよび前記バッテリユニットをそれぞれ個別に収納した前記所定寸法の筐体は、前記ラックの基本収納サイズ、またはこの基本収納サイズを幅方向にＮ等分（Ｎは２以上の自然数）した分割サイズを有し、所定数の前記負荷機器と共に前記ラックに装着されるものである請求項１〜８のいずれかに記載の無停電電源装置。
10. 前記電源ユニットは、三相交流電源の各相に対してそれぞれ個別に設けられるものである請求項１〜８のいずれかに記載の無停電電源装置。
11. 前記バッテリユニットは、１台の電源ユニットに対して複数台並列に設けられるものである請求項１〜８のいずれかに記載の無停電電源装置。
12. 前記電源ユニットおよび前記バッテリユニットは、前記各筐体の内部に空気を通流させて前記電源回路部および前記バッテリ回路部における熱を放出させるファン装置をそれぞれ備え、
    これらのファン装置は、前記電源回路部および前記バッテリ回路部の動作停止時においても駆動される請求項１〜８のいずれかに記載の無停電電源装置。