(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を変換して負荷機器に給電する直流電力を生成する電源ユニットと、
この電源ユニットに並列に接続されて、前記電源ユニットから出力される直流電力を変換して得られる電力のみで蓄電する第１のバッテリを備え、前記交流電力の給電停止時にのみ前記第１のバッテリに蓄電した電力を変換して前記負荷機器に給電する直流電力を生成する第１のバッテリユニットと、
前記電源ユニットに並列に接続されて、前記電源ユニットから出力される直流電力を変換して得られる電力のみで蓄電する第２のバッテリを備え、前記交流電力の給電時にのみ少なくとも前記電源ユニットの負荷状況に応じて前記第２のバッテリに蓄電した電力を変換して前記負荷機器に給電する直流電力を生成し、その出力電流容量が前記第１のバッテリユニットの出力電流容量よりも小さい第２のバッテリユニットと、
を具備した無停電電源装置であって、
さらに、前記電源ユニットに並列に接続されて、前記交流電力を変換して得られる電力のみで蓄電する第３のバッテリを備え、前記交流電力の給電時にのみ少なくとも前記電源ユニットの負荷状況に応じて前記第３のバッテリに蓄電した電力を変換して前記負荷機器に給電する直流電力を生成する第３のバッテリユニットを備える
ことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
前記第１のバッテリは高率放電バッテリからなり、
前記第２のバッテリは低率放電バッテリからなる請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項３】
前記第１のバッテリユニットは、前記交流電力の給電停止時に所定時間に亘って前記負荷機器の継続運転に必要な電力を供給するものであって、
前記第２のバッテリユニットは、前記電源ユニットの出力を補助し、前記負荷機器の運転に必要な電力を供給するものである請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項４】
前記第３のバッテリユニットの出力電流容量は、前記第１のバッテリユニットの出力電流容量よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項５】
前記第３のバッテリは、前記第２のバッテリよりも長い時間に亘って前記負荷機器に電力を供給可能な容量の低率充放電バッテリからなる請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項６】
前記電源ユニット並びに前記第１、第２および第３のバッテリユニットは、複数台の負荷機器が装着されるラックに、近接配置されて装着されるものである請求項１に記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷機器の電力要求量と交流電力の供給状況等に応じて前記負荷機器に効率的に電力を供給して省電力化を図ることのできる無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６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。【０００３】
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。【０００４】
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で配電される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。【０００５】
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）。【０００６】
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。【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−１４３１０４号公報
【特許文献２】特開平７−１８４３２２号公報
【特許文献３】特開２００６−２３００２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで前記データセンターにおける消費電力量は、例えば数百ｋＷ以上に及ぶことが稀ではない。この為、図１に示すように系統電源に介装される前記無停電電源装置１としても、数百ｋＷ以上の大きな電力容量を有する大型のものが必要となる。これ故、前記無停電電源装置１の設置に広大なスペースが必要となる。また前述した特許文献２,３にそれぞれ開示されるように複数の無停電電源装置１を並列に用いた場合には、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。【００１０】
また図６に示す構成の電源システムにおいては、前記無停電電源装置１に不具合が生じた際、その影響が前記全てのサーバ（負荷装置）４に及ぶことが否めない。更に前記無停電電源装置１は、前記系統電源からの交流電力の給電停止（停電）に一時的に対処し得るだけであり、例えば前記系統電源における電力供給事情が逼迫しても、これに対処することができない。更には負荷機器側における電力要求量が変化しても、これに対処することはできない。【００１１】
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において、前記負荷機器の電力要求量と交流電力の供給状況等に応じて前記負荷機器に効率的に電力を供給して省電力化を図ることのできる無停電電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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力を生成する電源ユニットと、
この電源ユニットに並列に接続されて、前記電源ユニットから出力される直流電力を変換して得られる電力のみで蓄電する第１のバッテリを備え、前記交流電力の給電停止時にのみ前記第１のバッテリに蓄電した電力を変換して前記負荷機器に給電する直流電力を生成する第１のバッテリユニットと、
前記電源ユニットに並列に接続されて、前記電源ユニットから出力される直流電力を変換して得られる電力のみで蓄電する第２のバッテリを備え、前記交流電力の給電時にのみ少なくとも前記電源ユニットの負荷状況に応じて前記第２のバッテリに蓄電した電力を変換して前記負荷機器に給電する直流電力を生成し、その出力電流容量が前記第１のバッテリユニットの出力電流容量よりも小さい第２のバッテリユニットと、
を具備したことを特徴としている。
【００１３】
ちなみに前記第１のバッテリは、所定時間に亘って電力を放電可能な高率放電バッテリからなる。また前記第２のバッテリは、前記第１のバッテリよりも電流容量が少なく、且つ前記第１のバッテリよりも長い時間に亘って電力を放電可能な低率放電バッテリからなる。そして前記第１のバッテリユニットは、前記交流電力の給電停止時に所定時間に亘って前記負荷機器の継続運転に必要な電力を供給前記負荷機器への給電に必要な電流量の電流を出力するように構成される。また前記第２のバッテリユニットは、好ましくは並列に設けられて並列運転される複数台のバッテリユニットをからなる。そしてこれらの各バッテリユニットからそれぞれ出力される電流を統合して前記第１のバッテリユニットよりも長い時間に亘って前記負荷機器の運転に必要な電力を供給するように構成される。【００１４】
また、
前記電源ユニットおよび前記第１のバッテリユニットを動作させると共に前記第２のバッテリユニットを休止させる第１の制御モード、
前記電源ユニットおよび前記第１のバッテリユニットを休止させると共に前記第２のバッテリユニットを動作させる第２の制御モード、
および前記電源ユニット並びに前記第１および第２のバッテリユニットの全てを動作させる第３の制御モード
の中の１つを、前記負荷機器の電力要求量と前記交流電力の給電事情とに応じて選択的に設定するように構成される制御手段を設けるようにしても良い。
【００１５】
好ましくは前記第１および第２のバッテリユニットは、前記電源ユニットから出力される電流の一部を入力して前記第１および第２のバッテリをそれぞれ充電して電力を蓄えるように構成される。【００１６】
また前記第２のバッテリユニットを、前記電源ユニットから出力される電流の一部を入力して電力を蓄える直流入力型のバッテリユニットと、前記交流電力を入力して電力を蓄える交流入力型のバッテリユニットとを含んで並列に設けられた複数台のバッテリユニットとして構成しても良い。この場合、前記交流入力型のバッテリユニットが備えるバッテリ（第３のバッテリ）として、前記直流入力型のバッテリユニットよりも長い時間に亘って前記負荷機器に電力を供給可能な容量の低率充放電バッテリを用いることが望ましい。【００１７】
そして前記電源ユニット並びに前記第１、第２および第３のバッテリユニットを、複数台の負荷機器が装着されるラックに、互いに近接配置して装着することが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
上述した構成の無停電電源装置によれば、電源ユニットに対して並列に設けた第１のバッテリユニットを停電対策用として用いると共に、第２のバッテリユニットを負荷機器の電力要求量と交流電力の供給状況に応じて前記電源ユニットの電力供給能力を補助するアシスト用として用いることができる。従って前記第１のバッテリユニットにより無停電電源装置としての本来の機能を確立した上で、前記第２のバッテリユニットの運転を制御することで前記電源ユニットの負担、ひいてはその消費電力を軽減することができる。【００１９】
具体的には前記制御手段により負荷機器の電力要求量に応じて前記電源ユニット並びに前記第１および第２のバッテリユニットを互いに関連させて動作させることで、例えば系統電源における電力供給事情が逼迫したときには前記電源ユニットでの消費電力量をピークカットすることができる。また前記負荷機器での消費電力量が増大し、これに伴って前記電源ユニットでの消費電力量が増大したときには、前記第２のバッテリユニットから前記負荷機器に電力供給することで、前記電源ユニットでの消費電力量を平準化することができる。従って上記構成の無停電電源装置によれば、前記負荷機器の電力要求量と交流電力の供給状況等に応じて前記負荷機器に効率的に電力を供給しながら、その省電力化を図ることが可能となる。【００２０】
また上記構成の無停電電源装置によれば、従来の電源システムのように大容量の無停電電源装置を系統電源に集中配置する必要がなく、例えば所定の電力容量以下の負荷機器に対して個々に設置することが可能である。従って、例えばデータセンターに大容量の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。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、更には省電力化を図ることのできる無停電電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る無停電電源装置の概略構成と、この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を示す図。
【図２】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。
【図３】電力供給量と要求電力量との関係をモデル化して示す図。
【図４】図１に示す無停電電源装置における消費電力量のピークカットに対する運用形態を模式的に示す図。
【図５】図１に示す無停電電源装置における消費電力量の平準化に対する運用形態を模式的に示す図。
【図６】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。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る無停電電源装置について説明する。
【００２３】
図１は実施形態に係る無停電電源装置１０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。
【００２４】
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５０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５０）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。
【００２５】
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５０には、該サーバラック５０に装着された所定数のサーバ４に電力を供給する為の、本発明に係る無停電電源装置１０が設けられる。この無停電電源装置１０は、前記交流電力（ＡＣ２００Ｖ）を入力して前記サーバ４に給電する所定の電圧（ＤＣ１２Ｖ）の直流電力を出力する電源ユニット２０を備える。更に前記無停電電源装置１０は、前記電源ユニット２０に対して並列に設けられた第１および第２のバッテリユニット３０,４０を備える。
【００２６】
これらの第１および第２のバッテリユニット３０,４０は、直流電力を蓄電するバッテリ３１,４１をそれぞれ備え、各バッテリ３１,４１に蓄電された直流電力から前記サーバ４に給電する所定の電圧（ＤＣ１２Ｖ）の直流電力を生成して出力する役割を担う。尚、前記第１のバッテリユニット３０は、前記交流電力（ＡＣ２００Ｖ）の給電停止時（停電時）に前記電源ユニット２０に代わって前記サーバ４に電力を供給する停電補償の役割を担う。従って前記第１のバッテリユニット３０は、交流電力の停電時に前記サーバ４が停電対応の処理を実行し得る期間に亘って、該サーバ４に供給している電力を速やかに継続して供給し得るように構成される。
【００２７】
これに対して前記第２のバッテリユニット４０は、例えば前記サーバ４の電力要求量が増大し、前記電源ユニット２０に対する電力需要が逼迫したときに該電源ユニット２０を補助して前記サーバ４に電力を供給する役割を担う。従って前記第２のバッテリユニット４０は、上述したように停電検出時に短時間に大電力を供給すること要求される前記第１のバッテリユニット３０に比較して、前記サーバ４の稼働を維持し得る電力を、ある程度長い時間に亘って供給し得るように構成される。
【００２８】
そして本発明に係る無停電電源装置１０は、前記電源ユニット２０、並びに前記電源ユニット２０に並列に設けられた前記第１および第２のバッテリユニット３０,４０をそれぞれ備えて構成される。特にこの実施形態においては、前記第２のバッテリユニット４０が複数台、例えば３台の第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂ,４０ｃが並列に設けられている。このうち２台の第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂは、前述した電力需要が逼迫したとき、臨時に適用的に用いられるものである。これに対して残り１台の第２のバッテリユニット４０ｃは、日常的に前記電源ユニット２０の補助に用いられるものである。これ故、前記バッテリユニット４０ｃについては、例えば電力需要の低い深夜時間帯に電力を蓄電し、電力需要が高くなる昼間時間帯に前記サーバ４に対して電力供給可能なように構成される。
【００２９】
さて前記電源ユニット２０は、前記交流電力（ＡＣ２００Ｖ）を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換器２１と、このＡＣ／ＤＣ変換器２１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２２を備えて構成される。この電源ユニット２０は、図６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。従って該電源ユニット２０を構成する前記ＡＣ／ＤＣ変換器２１および前記ＤＣ／ＤＣ変換器２２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。
【００３０】
また前記第１のバッテリユニット３０は、前述した停電時に、短時間に直流電力を蓄電する第１のバッテリ３１と、この第１のバッテリ３１の充放電に用いられる双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３２とを備える。この双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３２は、前記電源ユニット２０の動作時に該電源ユニット２０が出力する直流電流の一部を入力して前記第１のバッテリ３１を充電する。また前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３２は、前記交流電力の給電停止（停電）に伴う前記電源ユニット２０の動作停止時に前記第１のバッテリ３１を放電させ、該第１のバッテリ３１に蓄電された直流電力から前記直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）を生成して前記サーバ４に給電する。
【００３１】
一方、前述した３台の第２のバッテリユニット４０の内、２台の第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂは、前述したように電力需要が逼迫したときに臨時に適用的に用いられるものである。これ故、前記バッテリユニット４０a,４０ｂは、その変換効率を高めることに優先して、むしろ電源システムに簡易に組み込み得るように構成される。これ故、前記バッテリユニット４０ａ,４０ｂは、例えば前記電源ユニット２０から出力される電流の一部を入力して電力を蓄える直流入力型のバッテリユニットとして実現される。
【００３２】
そして残された１台の第２のバッテリユニット４０ｃは、前記電源ユニット２０と並行して日常的に運転制御され、深夜時間帯に電力を蓄電する機能を備えれば良いことから、例えば前記交流電力を入力して電力を蓄える交流入力型のバッテリユニットとして構成される。ちなみに前記第２のバッテリユニット４０ｃを深夜時間帯にだけ電力を蓄電するように構成すれば、一般的に深夜時間帯における電力料金が安価であることと相俟って、電源システムを低コストで運用することが可能となる。
【００３３】
具体的には前記２台の第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂは、それぞれ直流電力を蓄電する第２のバッテリ４１と、この第２のバッテリ４１の充放電に用いられる双方向ＤＣ／ＤＣ変換器４２とを備える。この双方向ＤＣ／ＤＣ変換器４２は、前記電源ユニット２０の動作時に該電源ユニット２０が出力する直流電流の一部を入力して前記第２のバッテリ４１を充電する。また前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換器４２は、前記電源ユニット２０の負荷状況に応じて前記第２のバッテリ４１を放電させ、該第２のバッテリ４１に蓄電された直流電力から前記直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）を生成して前記サーバ４に給電する。
【００３４】
これに対して３台目の前記第２のバッテリユニット４０ｃは、直流電力を蓄電する第３のバッテリ４３と、前記交流電力を電圧変換して上記第３のバッテリ４３を充電するＡＣ／ＤＣ変換器４４とを備える。更に前記第２のバッテリユニット４０ｃは、前記電源ユニット２０の負荷状況に応じて前記第３のバッテリ４３を放電させ、該第３のバッテリ４３に蓄電された直流電力から前記直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）を生成して前記サーバ４に給電するＤＣ／ＤＣ変換器４５を備える。
【００３５】
このように構成された前記第２のバッテリユニット４０ｃによれば、交流電力を電圧変換して上記第３のバッテリ４３を充電し、該第３のバッテリ４３に蓄電された電力を変換して前記サーバ４に給電するだけなので、前記第１のバッテリユニット３０、および前記第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂに比較して電力変換に伴う損失を少なく抑えることができ、その変換効率を高め得ると言う利点がある。
【００３６】
ちなみに前記第１のバッテリユニット３０が備える前記第１のバッテリ３１は、前記サーバ４が停電時に対処可能な一定の時間（例えば５分）に亘って所要の電力を放電し得る、例えば２.５ｋＷの電力容量を有する高率放電バッテリからなる。そして前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３２は、前記第１のバッテリ３１から得られる電力を変換して前記直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）を、例えば最大電流２０８Ａで出力可能な電力容量を備えたものとして実現される。従って前記第１のバッテリユニット３０は、前記交流電力の給電停止時に所定時間に亘って前記サーバ４の継続運転に必要な電力、具体的には最大２０８Ａの電流を５分間に亘って前記サーバ４に供給する給電能力を備える。
【００３７】
また前記２台の第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂは、前記電源ユニット２０を補助する役割を担うだけである。これ故、前記２台の第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂがそれぞれ備える前記第２のバッテリ４１としては、前記第１のバッテリ３１よりも電流容量が少なく、且つ前記第１のバッテリ３１よりも長い時間に亘って電力を放電可能な、例えば０.５ｋＷの電力容量を有する低率放電バッテリが用いられる。そして前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換器４２は、前記第２のバッテリ４１から得られる電力を変換して前記直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）を、例えば最大電流４２Ａで出力可能な電力容量を備えたものとして実現される。従って前記第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂは、それぞれ最大４２Ａの電流を５０分間に亘って前記サーバ４に供給する給電能力を備える。
【００３８】
更に前記第２のバッテリユニット４０ｃが備える前記第３のバッテリ４３は、前述したように日常的に充放電が繰り返されて前記電源ユニット２０の補助に用いられる。従って前記第３のバッテリ４３としては、前記第２のバッテリ４１よりも大容量で、且つ前記第２のバッテリ４１よりも長い時間に亘って電力を放電可能な、例えば１ｋＷの電力容量を有する低率充放電バッテリが用いられる。そして前記ＡＣ／ＤＣ変換器４４による前記第３のバッテリ４３の充電は、例えば０.２ｋＷの電力で８時間に亘って行われる。また前記ＤＣ／ＤＣ変換器４５は、前記第３のバッテリ４３から得られる電力を変換して前記直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）を、例えば最大電流８３Ａで出力可能な電力容量を備えたものとして実現される。従って前記第２のバッテリユニット４０ｃは、最大８３Ａの電流を１２０分間に亘って前記サーバ４に供給する給電能力を備える。
【００３９】
そしてこれらの３台の第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂ,４０ｃからそれぞれ出力される電流は、該第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂ,４０ｃの出力端にて統合されて前記サーバ（負荷機器）４に給電される。従って前記サーバ（負荷機器）４には、該サーバ４の運転に必要な最低限の電流（４２Ａ＋４２Ａ＋８３Ａ＝１６７Ａ）が、前記第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂ,４０ｃから給電される。
【００４０】
ここで前記電源ユニット２０に設けられる前記ＡＣ／ＤＣ変換器２１、および第２のバッテリユニット４０ｃに設けられる前記ＡＣ／ＤＣ変換器４４は、前述したように高電圧交流電力（ＡＣ２００Ｖ）を所定の直流電圧（ＤＣ４００Ｖ）に変換する役割を担う。ちなみに前記各ＡＣ／ＤＣ変換器２１,４４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、５００Ｖ以上の耐圧特性を備えることが要求される。
【００４１】
従ってこの種の前記各ＡＣ／ＤＣ変換器２１,４４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。尚、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。
【００４２】
従ってこの実施形態においては、例えば耐圧が３００Ｖ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２１,４４を安価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、交流電力を入力する前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット４０ｃを、前記ＤＣ／ＤＣ変換器２２,４５を含めてそれぞれコンパクトに構成することができる。特にＡＣ２００Ｖの高電圧交流電力をＤＣ４００Ｖの直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換器の場合、その効果が大きい。
【００４３】
図２は上述した構成の無停電電源装置１０の前記サーバラック５０への装着例を示している。このサーバラック５０は、複数台のサーバ（負荷機器）４を縦並びに装着可能な、例えばＥＩＡ規格に準拠した寸法を有する。また前記無停電電源装置１０を構成する前記電源ユニット２０、前記第１のバッテリユニット３０、および前記第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂ,４０ｃは、その回路部を互いに独立した筐体（ケーシング）にそれぞれ収納してユニット化されている。
【００４４】
具体的には前記電源ユニット２０、および前記第１のバッテリユニット３０、更には前記第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂ,４０ｃの内の２台のバッテリユニット４０ａ,４０ｂは、前記サーバラック５０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、例えば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）の筐体に収納されている。そして前記バッテリユニット４０ｃは、大容量の前記第３のバッテリ４３を搭載することから、前記サーバラック５０の基本収納サイズ（１Ｕサイズ）の筐体に収納されている。
【００４５】
図２は前記各ユニット２０,３０,４０ａ,４０ｂ,４０ｃの前記サーバラック５０への収納例を示している。具体的には１Ｕ４サイズの筐体に収納された前記電源ユニット２０、第１のバッテリユニット３０、および２台の第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂは、前記サーバラック５０の１つの収納段に横並びにして装着される。そして１Ｕサイズの筐体に収納された第２のバッテリユニット４０ｃは、前記電源ユニット２０等が装着された収納段に隣接する下側（若しくは上側）の収納段に装着される。
【００４６】
そして前記各ユニット２０,３０,４０ａ,４０ｂ,４０ｃは、前記サーバラック５０の裏面側において、前記直流電圧（ＤＣ１２Ｖ）を出力する各直流端子をそれぞれ並列に接続されて前記無停電電源装置１０を構築するものとなっている。尚、前記各ユニット２０,３０,４０ａ,４０ｂ,４０ｃの並列接続は、例えば前記サーバラック５０の裏面側に敷設されて複数台のサーバ（負荷機器）４に接続された直流電源ラインにコネクタ（図示せず）を介してそれぞれ結合することによってなされる。そして前記直流電源ライン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。
【００４７】
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３０，４０ａ,４０ｂ,４０ｃの各筐体の裏面側にそれぞれ設けられるコネクタは、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。また前記直流電源ラインには、前記接栓および接栓座の他方が設けられる。これらのプラグイン型の対をなすコネクタは、前記サーバラック５０への前記各ユニット２０,３０,４０ａ,４０ｂ,４０ｃの装着に伴って連結される、また前記各ユニット２０,３０,４０ａ,４０ｂ,４０ｃの前記サーバラック５０からの取り外しに伴って連結解除される。
【００４８】
尚、ここでは単相の交流電力（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）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。そしてこれらの各相に対する前記電源ユニット２０のそれぞれに対して、前記第１および第２のバッテリユニット３０,４０ａ,４０ｂ,４０ｃが設けられる。この場合には、例えば前記サーバラック５０の縦方向に隣接する６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３０,４０ａ,４０ｂをそれぞれ横並びにして収納する。
【００４９】
尚、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３０，４０ａ,４０ｂ,４０ｃは、例えばシリアル通信用のコネクタ（図示せず）を介して相互に結合される。そして前記各ユニット２０,３０，４０ａ,４０ｂ,４０ｃは相互に情報通信し、例えば前記電源ユニット２０の負荷状況や前記サーバ（負荷機器）４の電力要求量、更には前記交流電源（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）の電力供給事情等に応じて前記各ユニット２０,３０，４０ａ,４０ｂ,４０ｃの動作をそれぞれ制御する。
【００５０】
上記構成の無停電電源装置１０によれば、前記サーバラック５０に装着される前記サーバ４に近接して配置することで、前記直流電源ライン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。従って前記直流電源ラインを、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。故に前記直流電源ラインに低電圧（ＤＣ１２Ｖ）の大電流が流れる場合であっても該直流電源ラインでの損失を十分に低減することができる。
【００５１】
更には無停電電源装置１０から前記サーバ４への前記直流電源ラインの配線長（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。
【００５２】
ここで前記データセンターにおける前記サーバ（負荷装置）４の電力要求量について説明する。データセンターが自家発電設備及び太陽光発電設備を備えているとする。この場合、該データセンターが自ら賄える電力量は、模式的には図３に示すようにベース発電量Ａに太陽光発電量Ｂを加えたものとなり、その総発電量は前記太陽光発電量Ｂによって変動する。
【００５３】
これに対して前記サーバ（負荷装置）４を運転（稼働）する上で必要な電力量（要求電力量）は、例えば図３に実線Ｃで示すように時間経過に伴って或る程度変化する。そして前記負荷電力量（要求電力量）Ｃが前記データセンターにおいて賄える電力量（総発電量）を上回る場合には、電力会社から前記系統電源を介して電力供給を受けることが必要となる。特に電力会社から供給される電力量Ｄの最大量が契約等によって規定されている場合、図３において破線Ｅで囲むように、前記サーバ（負荷装置）４を運転（稼働）する上での電力余裕量が殆どなくなる虞がある。
【００５４】
しかし前記サーバ（負荷装置）４を継続させて安定に運転（稼働）するには、前記サーバ４の負荷の急激な増大を見込んで上記電力余裕量を或る程度確保しておくことが好ましい。このような電力余裕量が殆どなくなる状況は、前記電力会社からの電力供給だけを受けている場合にも同様に発生する。また電力会社側での電力供給事情等により、その供給電力量が制限されたり、或いは電力供給自体が停止（停電）する場合もある。
【００５５】
本発明に係る無停電電源装置１０は、このような電力事情の変化に対処する為に前記電源ユニット２０および前記バッテリユニット３０,４０ａ,４０ｂの運転を次のように制御するものとなっている。特に前記電源ユニット２０を効率的に運転制御することで、該電源ユニット２０の負担を抑えながら前記サーバ（負荷機器）４に対する電力供給の安定化を実現する。そして電力会社から給電される交流電力に対する前記無停電電源装置１０の運転コストの低減を図るものとなっている。
【００５６】
図４は、ピークカット制御を実行する際の前記無停電電源装置１０の運転形態を示している。前記サーバ（負荷装置）４の処理負担（負荷）が比較的少ない前記無停電電源装置１０の通常運用時には、図４(ａ)に示すように前記電源ユニット２０と停電対策用に設けられた前記第１のバッテリユニット３０だけを運転する。そして前記電源ユニット２０での処理負担を軽減するバックアップ用に設けた前記第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂ,４０ｃの運転を休止させる。
【００５７】
従ってこの通常運用時には前記電源ユニット２０からだけ、前記サーバ（負荷装置）４への電力供給が行われる。そして前記電源ユニット２０に給電される交流電力が停止（停電）したとき、該電源ユニット２０に代わって前記第１のバッテリユニット３０から前記サーバ（負荷装置）４に対して電力供給が行われる。この第１のバッテリユニット３０からの直流電力（ＤＣ１２Ｖ）の給電は、前述した２.５ｋＷの電力容量を有する高率放電バッテリ３１に蓄積された直流電力を用いて、例えば最大２０８Ａの電流で５分間に亘って実行される。
【００５８】
これに対して前記サーバ（負荷装置）４の処理負担（負荷）が高くなった場合、或いは前記サーバ（負荷装置）４での電力消費量の低減が要求されるような場合には、ピークカット制御を実行する。このピークカット制御は、図４(ｂ)に示すように前記電源ユニット２０と停電対策用に設けられた前記第１のバッテリユニット３０の運転を休止させる。そして前記第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂ,４０ｃを運転し、これらの第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂ,４０ｃから前記サーバ（負荷装置）４に対する電力供給を行わせる。
【００５９】
この第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂ,４０ｃからの直流電力（ＤＣ１２Ｖ）の給電は、例えば最大１６７Ａの電流で５０分間に亘って実行される。このようにして給電される直流電力（ＤＣ１２Ｖ）は、前述した小電力を長時間に亘って放電可能な２台の低率放電バッテリ４１からそれぞれ得られる電力、および小電力を長時間に亘って放電可能な大容量の低率充放電バッテリ４３から得られる電力の和として求められる。
【００６０】
このようなピークカット時の前記無停電電源装置１０の運転形態によれば、前記電源ユニット２０の運転を停止させており、前記バッテリユニット４０ｃだけを低電力で充電する状態にすることができる。従って見掛け上、前記交流電力に対して該無停電電源装置１０を動作停止状態とし、前記交流電力の受電量を少なくすることができる。そして前記サーバ（負荷機器）４に対する電力供給を安定に保ちながら、前記無停電電源装置１０における交流電力の消費量を大幅に少なくすることができる。
【００６１】
尚、一般的に前記サーバ（負荷装置）４の処理負担（負荷）が低くなり、また電力会社から給電される前記交流電力の価格が安くなる夜間の時間帯においては、図４(ｃ)に示すような形態で前記無停電電源装置１０を運転する。即ち、前記電源ユニット２０、前記第１のバッテリユニット３０、および前記第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂ,４０ｃを同時に運転する。そして前記電源ユニット２０から前記サーバ（負荷機器）４に給電する直流電力の余剰分を利用して、前記第１のバッテリユニット３０および前記第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂの各バッテリ３１,４１をそれぞれ充電する。また同時に前記交流電力を用いて前記第２のバッテリユニット４０ｃのバッテリ４３を充電する。
【００６２】
このような夜間蓄電時の運転形態により前記第１および第２のバッテリユニット３０,４０ａ,４０ｂ,４０ｃのそれぞれに直流電力が蓄電され、前述した通常運転時およびピークカット時の運転形態に備えられる。また前記第２のバッテリユニット３０,４０ａ,４０ｂ,４０ｃの充電は、前述したように小電力で長時間に亘って行われるので、これによって前記電源ユニット２０の処理負担が大幅に増大することはない。従って前記電源ユニット２０を、電力余裕を持った状態で運転することが可能である。
【００６３】
一方、前記サーバ（負荷機器）４の負荷が一時的に増大するような場合には、次のようなデマンドシフト制御が実行される。このデマンドシフト制御は、基本的には前述したピークカット制御の場合と同様に、図５(ａ)に示すように通常運転時には前記電源ユニット２０と前記第１のバッテリユニット３０だけを運転する。そして前記第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂ,４０ｃの運転を休止させる。
【００６４】
そして前記サーバ（負荷機器）４の負荷が一時的に増大したとき、図５(ｂ)に示すように前記電源ユニット２０、前記第１のバッテリユニット３０、および前記第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂ,４０ｃを同時に運転する。そしてこの場合には、前述したユニット２０,３０,４０ａ,４０ｂ,４０ｃ間での情報通信により、前記サーバ（負荷装置）４の負荷状態（要求電力量）、前記電源ユニット２０の出力電力量（出力電流量）、および前記第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂ,４０ｃの各バッテリ４１,４３に蓄電されている直流電力量を求める。そしてこれらの情報に応じて、前記各バッテリユニット４０ａ,４０ｂ,４０ｃから出力電力（出力電流）をそれぞれ制御することでデマンドシフト制御が行われる。
【００６５】
但し、このデマンドシフト制御時には前記第１のバッテリユニット３０からの直流電力の出力は行わない。即ち、前記第１のバッテリユニット３０についてはデマンドシフト制御から切り離して、前述したように前記交流電源の停電時にだけ該第１のバッテリユニット３０からの直流電力の出力を実行させる。
【００６６】
さて前記デマンドシフト制御は、前記サーバ（負荷機器）４の負荷が一時的に増大したとき、単位時間（例えば３０分間）当たりの前記電源ユニット２０の電力消費量を平準化するものである。従って前記サーバ（負荷機器）４の負荷が増大し、これに伴って前記電源ユニット２０の電力消費量が予め設定した電力量を超えたときに実行される。そして前記第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂ,４０ｃから前記サーバ（負荷機器）４に対して電力供給し、これによって前記電源ユニット２０からの電力供給を補助（アシスト）する。すると前記電源ユニット２０にとっては、前記第２のバッテリユニット４０ａ,４０ｂ,４０ｃから前記サーバ（負荷機器）４に対して供給される電力量の分だけ、該電源ユニット２０から供給する電力量を低減することができる。
【００６７】
この結果、前記サーバ（負荷機器）４に安定的に直流電力を供給しながら、前記単位時間（例えば３０分間）当たりの前記電源ユニット２０の平均的な供給電力量を低減することが可能となる。そして前記電源ユニット２０の電力消費量を平準化し、前記単位時間当たりの平均電力供給量に応じて課金される前記交流電力の使用量を低減することが可能となる。しかも前記サーバ（負荷機器）４を大きな負荷が加わる状態で継続的に安定に運転しながら、前記電源ユニット２０に加わる負荷を軽減し、その電力消費を抑えることが可能となる。従って前記電源ユニット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であり、前記無停電電源装置１０を運用する上での実用的利点が多大である。
【００６８】
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３０,４０ａ,４０ｂ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３０,４０ａ,４０ｂ,４０ｃの数やその電力容量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。
【符号の説明】
【００６９】
１０  無停電電源装置
２０  電源ユニット
３０  第１のバッテリユニット
３１  第１のバッテリ（高率放電バッテリ）
４０ａ,４０ｂ,４０ｃ  第２のバッテリユニット
４１  第２のバッテリ（低率放電バッテリ）
４３  第３のバッテリ（大容量の低率充放電バッテリ）
５０  サーバラック
１００  電源システム
【図１】
0006008040.tif 000002
【図４】
0006008040.tif 000003
【図５】
0006008040.tif 000004
【図６】
0006008040.tif 000005
【図２】
0006008040.tif 000006
【図３】
0006008040.tif 000007