(57)【要約】  交流電力を入力して負荷機器(４)に給電する直流出力電圧を生成する電源ユニット(１２)と、この電源ユニット(１２)に対して並列に設けられて該電源ユニット(１２)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出力電圧の生成に供するバッテリユニット(１３)とを具備した直流出力型の無停電電源装置(１４)を備え、前記交流電力を供給する系統電源に遮断器(２)を介して前記無停電電源装置(１４)を接続して前記負荷機器(４)に対する電源系を構築する。そして前記電源ユニット(１２)の動作状況に応じて前記バッテリユニット(１３)の充放電を制御する。
2014132452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を入力して負荷機器に給電する直流出力電圧を生成する電源ユニットと、この電源ユニットに対して並列に設けられて該電源ユニット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出力電圧の生成に供するバッテリユニットとを具備した直流出力型の無停電電源装置を備え、
前記交流電力を供給する系統電源に電源分配器を介して前記無停電電源装置を接続して前記負荷機器に対する電源系を構築したことを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記系統電源は、４００Ｖ系または２００Ｖ系の高電圧交流電力を給電するものであって、前記負荷機器に給電する直流出力電圧は４８Ｖ以下の低電圧である請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記電源ユニットは、交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換器と、このＡＣ／ＤＣ変換器の出力電圧を前記負荷機器に給電する前記直流出力電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換器とを備え、
前記ＡＣ／ＤＣ変換器は、中性点クランプ方式の３レベル電力変換回路からなる請求項１に記載の電源システム。
【請求項４】
前記負荷機器は、低電圧の直流電源を駆動源として動作するものであって、
前記負荷機器の駆動源として用いられる前記無停電電源装置は、前記負荷機器に近接して配置されるものである請求項１に記載の電源システム。
【請求項５】
前記無停電電源装置と前記負荷機器との近接配置は、前記負荷機器を複数台収納するラックに前記無停電電源装置を該負荷機器と一体に収納して行われるものである請求項４に記載の電源システム。
【請求項６】
前記負荷機器は、マルチノードサーバを構築する複数台のサーバであって、
前記無停電電源装置は、複数台のサーバからなるサーバ群毎に前記ラックに複数台分散配置されるものである請求項５に記載の電源システム。
【請求項７】
前記電源ユニットは、交流電圧を直流電圧に変換する第１のＡＣ／ＤＣ変換器と、この第１のＡＣ／ＤＣ変換器の出力電圧を前記負荷機器に給電する前記直流出力電圧に変換する第１のＤＣ／ＤＣ変換器とを備え、
前記バッテリユニットは、直流電力を蓄電可能なバッテリと、前記第１のＡＣ／ＤＣ変換器の電圧出力端子または前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器の電圧出力端子に接続されて前記バッテリを選択的に充放電する双方向ＤＣ／ＤＣ変換器とを備える請求項１に記載の電源システム。
【請求項８】
前記電源ユニットは、交流電圧を直流電圧に変換する第１のＡＣ／ＤＣ変換器と、この第１のＡＣ／ＤＣ変換器の出力電圧を前記負荷機器に給電する前記直流出力電圧に変換する第１のＤＣ／ＤＣ変換器とを備え、
前記バッテリユニットは、直流電力を蓄電可能なバッテリと、前記第１のＡＣ／ＤＣ変換器の出力電圧を電圧変換して前記バッテリを充電する第２のＤＣ／ＤＣ変換器と、前記バッテリに蓄電された直流電力を電圧変換して前記負荷機器に給電する前記直流出力電圧を生成する第３のＤＣ／ＤＣ変換器とを備える請求項１に記載の電源システム。
【請求項９】
前記電源ユニットは、交流電圧を直流電圧に変換する第１のＡＣ／ＤＣ変換器と、この第１のＡＣ／ＤＣ変換器の出力電圧を電圧変換して前記負荷機器に給電する前記直流出力電圧を生成する第１のＤＣ／ＤＣ変換器とを備え、
前記バッテリユニットは、直流電力を蓄電可能なバッテリと、前記交流電圧を直流電圧に変換して前記バッテリを充電する第２のＡＣ／ＤＣ変換器と、前記バッテリに蓄電された直流電力を電圧変換して前記負荷機器に給電する前記直流出力電圧を生成する第３のＤＣ／ＤＣ変換器または前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器の電圧入力端子に給電する直流電圧を生成する第４のＤＣ／ＤＣ変換器とを備える請求項１に記載の電源システム。
【請求項１０】
前記バッテリは、前記電源ユニットの出力電力が定格出力電力に満たないとき、該定格出力電力と上記出力電力との差分以下の電力にて充電されるものである請求項７〜９のいずれかに記載の電源システム。
【請求項１１】
前記バッテリユニットは、前記交流電力の給電が途切れたとき、または前記交流電力の給電量が不足したときに前記バッテリに蓄電した直流電力を放電して前記電源ユニットの出力電力を補うものである請求項７〜９のいずれかに記載の電源システム。
【請求項１２】
前記バッテリユニットは、前記電源ユニットと同時に動作して、前記電源ユニットに対する要求電力量と該電源ユニットの効率が最大となる出力電力との差分に相当する電力を充放電して前記電源ユニットの効率を最大化するものである請求項７〜９のいずれかに記載の電源システム。
【請求項１３】
前記バッテリユニットは、前記電源ユニットに対する要求電力量が一時的に該電源ユニットの定格出力電力を超えたとき、前記バッテリに蓄電した直流電力を電圧変換して前記負荷機器に給電する前記直流出力電圧を生成して前記電源ユニットの出力電力を補うものである請求項７〜９のいずれかに記載の電源システム。
【請求項１４】
請求項５に記載の電源システムにおいて、更に前記複数のサーバ群を管理する管理サーバを備え、
該管理サーバは、前記電源ユニットの１つが過負荷となったとき、当該電源ユニットを含む無停電電源装置が給電する前記サーバ群に対する負荷の一部を、他の無停電電源装置が給電するサーバ群に振り分ける負荷分散機能を備えることを特徴とする電源システム。
【請求項１５】
前記サーバ群に対する負荷の振り分けは、過負荷となった電源ユニットに対して並列に設けられた前記バッテリユニットからの電力供給が終了する前に実行されるものである請求項１４に記載の電源システム。
【請求項１６】
請求項７〜９のいずれかに記載の電源システムにおいて、
前記バッテリユニットは、更に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ことを特徴とする電源システム。
【請求項１７】
請求項７〜９のいずれかに記載の電源システムにおいて、
前記バッテリユニットは、更に前記バッテリに蓄電された直流電力を交流電力に変換して前記無停電電源装置の交流電力入力端子側に出力して前記系統電源から給電される交流電力量の低下を補償するＤＣ／ＡＣ変換器を備えることを特徴とする電源システム。
【請求項１８】
前記管理サーバは、前記複数の無停電電源装置における各バッテリユニットにそれぞれ蓄電された電力容量に応じて前記各バッテリユニットからの放電量に重み付けして前記各バッテリユニットから前記無停電電源装置の交流電力入力端子側に出力する電力量をそれぞれ制御する放電制御手段を備える請求項１４に記載の電源システム。
【請求項１９】
前記管理サーバは、前記電源ユニットの出力電力が増大したとき、またはその周囲温度が上昇したとき、該電源ユニットに設けられた冷却用のファンと共に前記バッテリユニットに設けられた冷却用のファンを駆動するファン制御手段を備える請求項１４に記載の電源システム。
【請求項２０】
前記無停電電源装置は、前記一時的に前記負荷機器の電力消費が増大したとき、前記バッテリユニットから前記負荷機器への給電を実行させて該無停電電源装置での電力消費量を平準化する平準化機能を備えることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項２１】
前記無停電電源装置は、前記電源ユニットの出力を零にして、または低下させて前記バッテリユニットから前記負荷機器への給電を実行させ、そのときの前記バッテリの放電特性から該バッテリの劣化診断を行う自己診断機能を備えることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばデータセンターに設備される電源システムに係り、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）に対する電源系の高効率化を図ると共に、省スペースで構築することのできる電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。【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。【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。【０００７】
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。【０００８】
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２の遮断器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）。【０００９】
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の遮断器２ａを介して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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１２−１４３１０４号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】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
【非特許文献２】Mark Murrill and B.J.Sonnenberg「Evaluating the Opportunity for DC Power in Data Center」2010 Emerson Network Power Energy Systems,North America,Inc.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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。【００１３】
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。【００１４】
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。【００１５】
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対する電源系の高効率化を図ると共に、設備コストを抑えて省スペースで構築することのできる電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した目的を達成するべく本発明に係る電源システムは、
交流電力を入力して負荷機器に給電する直流出力電圧を生成する電源ユニットと、この電源ユニットに対して並列に設けられて該電源ユニット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出力電圧の生成に供するバッテリユニットとを具備した直流出力型の無停電電源装置を備え、
前記交流電力を供給する系統電源に電源分配器を介して前記無停電電源装置を接続して前記負荷機器に対する電源系を構築したことを特徴としている。【００１７】
ちなみに前記系統電源は、４００Ｖ系または２００Ｖ系の高電圧交流電力を給電する交流給電系であって、前記負荷機器に給電する直流出力電圧は、該負荷機器の駆動電源源電圧である４８Ｖ以下の低電圧、例えば１２Ｖの直流電圧である。【００１８】
また前記電源ユニットは、交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換器と、このＡＣ／ＤＣ変換器の出力電圧を前記負荷機器に給電する前記直流出力電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換器とを備えて構成される。そして前記ＡＣ／ＤＣ変換器は、前記高電圧交流電力を入力して直流電圧に変換することから、例えば中性点クランプ方式の３レベル・コンバータとして実現される。【００１９】
また前記負荷機器は、低電圧の直流電源、例えば１２Ｖの直流電圧を駆動源として動作するものであって、前記負荷機器の駆動源として用いられる前記無停電電源装置は、前記負荷機器に近接して配置する。好ましくは前記負荷機器を複数台収納するラックに前記無停電電源装置を該負荷機器と一体に収納する。具体的には前記負荷機器は、マルチノードサーバを構築する複数台のサーバであり、好ましくは前記無停電電源装置は、複数台のサーバからなるサーバ群毎に前記ラックに複数台分散配置される。【００２０】
ちなみに前記電源ユニットは、交流電圧を直流電圧に変換する第１のＡＣ／ＤＣ変換器と、この第１のＡＣ／ＤＣ変換器の出力電圧を前記負荷機器に給電する前記直流出力電圧に変換する第１のＤＣ／ＤＣ変換器とを備えて構成される。そして前記バッテリユニットは、例えば直流電力を蓄電可能なバッテリと、前記第１のＡＣ／ＤＣ変換器の電圧出力端子または前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器の電圧出力端子に接続されて前記バッテリを選択的に充放電する双方向ＤＣ／ＤＣ変換器とを備えて構成される。【００２１】
或いは前記バッテリユニットは、上記構成に代えて、例えば直流電力を蓄電可能なバッテリと、前記第１のＡＣ／ＤＣ変換器の出力電圧を電圧変換して前記バッテリを充電する第２のＤＣ／ＤＣ変換器と、前記バッテリに蓄電された直流電力を電圧変換して前記負荷機器に給電する前記直流出力電圧を生成する第３のＤＣ／ＤＣ変換器とを備えて構成される。【００２２】
若しくは前記バッテリユニットは、上記各構成に代えて、例えば直流電力を蓄電可能なバッテリと、前記交流電圧を直流電圧に変換して前記バッテリを充電する第２のＡＣ／ＤＣ変換器と、前記バッテリに蓄電された直流電力を電圧変換して前記負荷機器に給電する前記直流出力電圧を生成する第３のＤＣ／ＤＣ変換器または前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器の電圧入力端子に給電する直流電圧を生成する第４のＤＣ／ＤＣ変換器とを備えて構成される。【００２３】
本発明の好ましい態様は前記電源ユニットの出力電力が定格出力電力に満たないとき、該定格出力電力と上記出力電力との差分以下の電力にて前記バッテリを充電する。前記バッテリは、基本的には前記交流電力の給電が途切れたとき、または前記交流電力の給電量が不足したときに該バッテリに蓄電した直流電力を放電し、これによって前記電源ユニットの出力電力を補う役割を担う。【００２４】
尚、好ましくは前記バッテリユニットを前記電源ユニットと同時に動作させ、前記電源ユニットに対する要求電力量と該電源ユニットの効率が最大となる出力電力との差分に相当する電力を充放電して前記電源ユニットの効率を最大化するように動作制御することが望ましい。また前記バッテリユニットを、前記電源ユニットに対する要求電力量が一時的に該電源ユニットの定格出力電力を超えたとき、前記バッテリに蓄電した直流電力を電圧変換して前記負荷機器に給電する前記直流出力電圧を生成して前記電源ユニットの出力電力を補うように動作制御することも望ましい。【００２５】
また上述した構成の電源システムに、更に前記複数のサーバ群を管理する管理サーバを設ける。そして前記電源ユニットの１つが過負荷となったとき、前記管理サーバの制御の下で当該電源ユニットを含む無停電電源装置が給電する前記サーバ群に対する負荷の一部を、他の無停電電源装置が給電するサーバ群に振り分ける負荷分散機能を前記管理サーバに設けることが望ましい。ちなみに前記管理サーバによる前記サーバ群に対する上述した負荷の振り分け制御については、過負荷となった電源ユニットに対して並列に設けられた前記バッテリユニットからの電力供給が終了する前に実行することが望ましい。【００２６】
尚、前述した構成の電源システムにおいて、前記バッテリユニットは、更に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ことも有用である。また前記バッテリユニットは、更に前記バッテリに蓄電された直流電力を交流電力に変換して前記無停電電源装置の交流電力入力端子側に出力し、これによって前記系統電源から給電される交流電力量の低下を補償するＤＣ／ＡＣ変換器を備えることも好ましい。【００２７】
更には前記管理サーバは前記ＤＣ／ＡＣ変換器を動作させるに際して、前記複数の無停電電源装置における各バッテリユニットにそれぞれ蓄電された電力容量に応じて前記各バッテリユニットからの放電量に重み付けして前記各バッテリユニットから前記無停電電源装置の交流電力入力端子側に出力する電力量をそれぞれ制御する放電制御手段を備えることも好ましい。また前記無停電電源装置は、一時的に前記負荷機器の電力消費が増大したとき、前記バッテリユニットから前記負荷機器への給電を実行させて該無停電電源装置での電力消費量を平準化する平準化機能を備えることも望ましい。【００２８】
尚、前記電源ユニットの出力電力が増大したとき、またはその周囲温度が上昇したとき、該電源ユニットに設けられた冷却用のファンと共に前記バッテリユニットに設けられた冷却用のファンを駆動するファン制御手段を持たせることも有用である。更に前記無停電電源装置に、前記電源ユニットの出力を零にして、または低下させて前記バッテリユニットから前記負荷機器への給電を実行させる。そして、そのときの前記バッテリの放電特性から該バッテリの劣化診断を行う自己診断機能を持たせることも好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
上述した構成の電源システムによれば、系統電源から負荷装置に至るＤＣ／ＤＣ変換器等の変換段数を減らすことができ、以て電力変換効率を高くすることができる。また電源分配器を交流給電系に設けるので、前記遮断器として高電圧直流電力や直流大電流を遮断する必要がなく、その小型化・低コスト化を容易に図ることができる。しかもサーバラック内で高電圧直流電力や直流大電流を引き回す必要がないので、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不要であり、また感電に対する特別な配慮も不要ある。【００３０】
更には複数のサーバ群毎に前記電源ユニットとバッテリユニットとからなる無停電電源装置を、例えば複数台のサーバを収納するラックの空きスペースを利用して分散配置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い。【００３１】
更には前記各無停電電源装置において、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が可能となるので、この点でも従来の電源システムでは期待することのできない効果を奏し得る。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、実用的利点が多大である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る電源システムの要部概略構成図。
【図２】図１に示す電源システムにおける無停電電源装置の別の構成例を示す図。
【図３】本発明に係る無停電電源装置のサーバラックへの実装形態の一例を示す図。
【図４】本発明の別の実施形態に係る電源システムの要部概構成図。
【図５】本発明の更に別の実施形態に係る電源システムの要部概構成図。
【図６】無停電電源装置に搭載される制御装置の概略構成図。
【図７】バッテリに対する充電制御の処理手順の一例を示す図。
【図８】電源ユニットに対する変換効率制御の処理手順の一例を示す図。
【図９】電源ユニットの負荷に対する変換効率の変化の一例を示す特性図。
【図１０】電源ユニットに対するアシスト制御の処理手順の一例を示す図。
【図１１】電源ユニットに対する負荷低減制御の処理手順の一例を示す図。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る電源システムについて説明する。
【００３４】
この電源システム１０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。図１はこの種の電源システム１０の概略構成を示すもので、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。
【００３５】
この電源システム１０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１１に前記交流電力を給電するように構成される。ちなみに図１に示す電源システム１０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。
【００３６】
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１１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１２とバッテリユニット１３とからなる無停電電源装置１４が設けられる。前記電源ユニット１２は、前記交流電力（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）を直流電圧に変換する第１のＡＣ／ＤＣ変換器１２ａと、この第１のＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電圧を前記サーバ４に給電する直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）に変換する第１のＤＣ／ＤＣ変換器１２ｂとを備えて構成される。この電源ユニット１２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。従って前記第１のＡＣ／ＤＣ変換器１２ａおよび前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器１２ｂ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。
【００３７】
また前記バッテリユニット１３は、前記電源ユニット（スイッチング電源）１２に対して並列に設けられ、該電源ユニット１２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出力電圧の生成に供する役割を担う。従って前記前記電源ユニット１２および前記バッテリユニット１３を並列に備えた前記無停電電源装置１４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。
【００３８】
ちなみに前記無停電電源装置１４における前記バッテリユニット１３は、例えば図１に示すように直流電力を蓄電可能なバッテリ１３ａと、前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器１２ｂの電圧出力端子に接続されて前記バッテリ１３ａを選択的に充放電する双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１３ｂとを備えて構成される。この場合、前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１３ｂは、前述した１２Ｖの直流出力電圧を受けて前記バッテリ１３ａ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１３ｂは、前記バッテリ１３ａ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の直流出力電圧を生成して出力する。
【００３９】
尚、図２(ａ)に示すように、前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１３ｂを、前記第１のＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの電圧出力端子と前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器１２ｂの電圧入力端子との接続点に接続して前記バッテリ１３ａを選択的に充放電するように設けることも可能である。この場合、前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１３ｂは、前記第１のＡＣ／ＤＣ変換器１２ａが出力する、例えばＤＣ１２Ｖ〜４００Ｖの直流電圧を受けて前記バッテリ１３ａ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１３ｂは、前記バッテリ１３ａに蓄電された直流電力から前記ＤＣ１２Ｖ〜４００Ｖの直流電圧を生成して前記ＤＣ／ＤＣ変換器１２ｂに供給することになる。
【００４０】
また前記バッテリユニット１３を、例えば図２(ｂ)に示すように前記第１のＡＣ／ＤＣ変換器１２ａの出力電圧を電圧変換して前記バッテリ１３ａを充電する第２のＤＣ／ＤＣ変換器１３ｃと、前記バッテリ１３ａに蓄電された直流電力を電圧変換して前記直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）を生成する第３のＤＣ／ＤＣ変換器１３ｄとを備えた構成としても良い。この場合、前記第３のＤＣ／ＤＣ変換器１３ｄは、前記バッテリ１３ａに蓄電された直流電力から生成した前記直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）を前記電源ユニット１２と並行して前記サーバ４に給電することになる。
【００４１】
或いは前記バッテリユニット１３を、例えば図２(ｃ)に示すように前記交流電圧（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）を直流電圧に変換する第２のＡＣ／ＤＣ変換器１３ｅを用いて前記バッテリ１３ａを充電するように構成することも可能である。更には前記バッテリユニット１３を、例えば図２(ｄ)に示すように前記第２のＡＣ／ＤＣ変換器１３ｅを用いて前記バッテリ１３ａに蓄電した直流電力を電圧変換して前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器１２ｂの電圧入力端子に給電する第４のＤＣ／ＤＣ変換器１３ｆを備えた構成とすることも可能である。
【００４２】
前記バッテリユニット１３としていずれの構成を採用するにしろ、当該バッテリユニット１３は前記電源ユニット１２に対して並列に設けられ、該電源ユニット１２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１２の動作時に前記バッテリユニット１３のバッテリ１３ａ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１２の動作時に前記バッテリ１３ａに蓄電されている直流電力を放電させることも意味する。
【００４３】
ところで前記第１および第２のＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ,１３ｅ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。ちなみに前記第１および第２のＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ,１３ｅ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。従って前記第１および第２のＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ,１３ｅ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。
【００４４】
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。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第１および第２のＡＣ／ＤＣ変換器１２ａ,１３ｅ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、前述したＤＣ／ＤＣ変換器１２ｂ等を含めてコンパクトに構成することができる等の利点がある。
【００４５】
また上記構成の無停電電源装置１４は、前述したように前記電力分配器２に接続されて、所定数のサーバ４からなるサーバ群毎に設けられる。従って前記無停電電源装置１４に要求される充電容量は、従来の電源システムにおける無停電電源装置１に求められる充電容量に比較して小さくすることができる。また前記バッテリ１３ａとして、例えばエネルギ密度の高いＬiイオン電池のような小型で大容量のものを採用すれば、例えば２.５ｋＷ程度の容量のバッテリユニット１３をコンパクトなサイズで実現することができる。
【００４６】
ちなみに上記バッテリユニット１３の容量は、一般的なサーバ４を４台程度まとめたサーバ群を、前記高電圧交流電源（ＡＣ４００Ｖ）の停電時に５分間程度バックアップし得る電力量である。従って系統電源に介装される従来の大容量の無停電電源装置１に比較して、前述したようにコンパクトに構成可能な前記電源ユニット１２と相俟って、前記無停電電源装置１４の全体を前記サーバラック１１に収納可能なコンパクトなサイズで実現することが可能である。具体的には前記サーバラック１１の基本収納サイズ、いわゆる１Ｕサイズで前記無停電電源装置１４を実現することができる。
【００４７】
このような１Ｕサイズの前記無停電電源装置１４は、同じ１Ｕサイズの複数台のサーバ４と共に、図３に例示するように上下方向に並べて前記サーバラック１１に実装される。例えば４台のサーバ４により構成される１つのサーバ群毎に１台の無停電電源装置１４を設ける場合には、図３に示すように前記無停電電源装置１４は、上下方向に並べられる前記４台のサーバ４の中央部に位置付けられて前記サーバラック１１に実装される。
【００４８】
従って複数のサーバラック１１にサーバ群を２組ずつ収納するような場合には、前記各サーバラック１１におけるサーバ群毎に前記無停電電源装置１４が分散して配置される。そして前記各無停電電源装置１４は、当該無停電電源装置１４の上下に隣接して設けられる４台のサーバ４のそれぞれに前記直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）を給電する。換言すれば前記複数の無停電電源装置１４は、複数のサーバ群にそれぞれ対応付けられて複数のサーバラック１１に分散配置される。
【００４９】
かくして上述した如く構成される電源システムによれば、系統電源から前記サーバラック１１に実装される前記無停電電源装置１４まで、前記電力分配器２を介して４００Ｖ系または２００Ｖ系の高電圧交流電力を給電するので、従来の直流電圧を給電する場合のような不具合を招来することがない。しかもその給電ラインの電圧が高い分、該給電ラインを介する給電電流量を少なくすることができる。従って前記給電ラインを形成する電線の太さを細くすることが可能であり、また該電線での損失を低減することができる。
【００５０】
更には前記無停電電源装置１４から前記複数のサーバ４に対する前記直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）の供給についても、前記サーバラック１１内において前記無停電電源装置１４に近接して配置した前記各サーバ４に対して行うだけで良い。従って前記各サーバ４に対する前記直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）の供給ラインについても前記サーバラック１１内において徒に引き回すことなく、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。故に前記直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）の供給ラインに低電圧の大電流が流れる場合であっても該供給ラインでの損失を十分に低減することができる。
【００５１】
更には前記直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）の供給ラインの配線長（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１４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出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）の変動を最小限に抑え、該直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）の安定化を図ることが可能となる。
【００５２】
ところで上述した如く構成される電源システムにおいて、更に図４に示すように太陽光発電装置４０にて得られる電力や、風力発電装置５０にて得られる電力を有効利用することも可能である。この場合、例えば図４に示すように前記太陽光発電装置４０にて得られる直流電力を、第５のＤＣ／ＤＣ変換器４１を介して電圧変換して前記バッテリユニット１３におけるバッテリ１３ａに給電するように構成する。また前記風力発電装置５０にて得られる交流電力については、第３のＡＣ／ＤＣ変換器５１を介して直流電力に変換した後、第６のＤＣ／ＤＣ変換器５２を介して電圧変換して前記バッテリユニット１３におけるバッテリ１３ａに給電するように構成する。
【００５３】
尚、前記太陽光発電装置４０および前記風力発電装置５０からの各給電ラインについては、前述した電源分配器２から前記サーバラック１１への給電ラインと明確に異なるように、例えば前記無停電電源装置１４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１１に前記無停電電源装置１４を実装したとき、該無停電電源装置１４の裏面（背面）側において前記高電圧交流電力の給電ラインに連結するコネクタ（端子）構造が採用されているとする。この場合には、前記太陽光発電装置４０および前記風力発電装置５０との接続端子部を前記無停電電源装置１４の表面（前面）側に設けておけば良い。この際、前記太陽光発電装置４０および前記風力発電装置５０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き、誤接続ができないような工夫を施しておくことが好ましい。
【００５４】
このように構成した電源システムによれば、前述したように前記系統電源から給電される交流電力にて前記バッテリ１３ａに直流電力を蓄電するだけでなく、前記太陽光発電装置４０および前記風力発電装置５０からそれぞれ得られる電力にて前記バッテリ１３ａに直流電力を蓄電することが可能となる。即ち、仮に前記系統電源からの前記高電圧交流電力（ＡＣ４００Ｖ）の給電が途絶えても（停電しても）、前記太陽光発電装置４０および前記風力発電装置５０からそれぞれ得られる電力にて前記バッテリ１３ａを蓄電することができる。
【００５５】
従って上記構成によれば前記バッテリ１３ａに直流電力を蓄電しながら該バッテリ１３ａから直流電力を取り出して前記ＤＣ／ＤＣ変換器１３ｂを動作させることで、前記複数のサーバ４に給電する前記直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）を生成することができる。換言すれば前記太陽光発電装置４０および前記風力発電装置５０からそれぞれ得られる電力にて前記バッテリユニット１３を動作させることで、該バッテリユニット１３から前記複数のサーバ４に対して前記直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）を供給することが可能となる。
【００５６】
また前記バッテリユニット１３に、前記バッテリ１３ａ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ことも有用である。この場合、例えば図５に示すように前記バッテリユニット１３に、前記バッテリ１３ａに蓄電された直流電力を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換器１３ｇを設けるようにすれば良い。尚、前記ＤＣ／ＡＣ変換器１３ｇを新たに設けること代えて、図２(ｃ),(ｄ)にそれぞれ示した前記第２のＡＣ／ＤＣ変換器１３ｅを双方向型のものとして構成することも勿論可能である。またこのような構成を採用する場合には、前述したように前記太陽光発電装置４０および前記風力発電装置５０からそれぞれ得られる電力にて前記バッテリ１３ａを充電するようにしておくことが望ましい。
【００５７】
このように構成された無停電電源装置１４によれば、図５に示すように前記バッテリ１３ａに蓄電された直流電力を前記電源ユニット１２に供給する交流電力として、更には当該無停電電源装置１４と並列に設けられた他の無停電電源装置１４に供給する交流電力として利用することが可能となる。換言すれば前記電力分配器２を介して前記系統電源から給電される交流電力の一部を、前記バッテリ１３ａに蓄電された電力エネルギ（直流電力）にて補うことができる。
【００５８】
ここで前記無停電電源装置１４に搭載される制御装置２０とその制御機能について説明する。
【００５９】
図６は前記制御装置２０の概略構成図であり、該制御装置２０は概略的にはマイクロプロセッサを主体として構成される主制御部２１と、前記電源ユニット１２の動作を制御する電源ユニット制御部２２、および前記バッテリユニット１３の動作を制御するバッテリユニット制御部２３を備える。また前記制御装置２０は、前記電源ユニット１２および前記バッテリユニット１３との間での情報通信、更には複数の前記無停電電源装置１４の各動作を互いに関連付けて制御する管理ユニット１５（図１を参照）との間での情報通信を行う通信部２４を備える。前記管理ユニット１５は、前記各無停電電源装置１４に対する上位の制御装置として、本電源システムの全体を制御する役割を担う。
【００６０】
また前記制御装置２０は、前記無停電電源装置１４における前記電源ユニット１２および前記バッテリユニット１３の各動作を制御する上で必要な情報を収集する為のセンシング手段２５を備える。このセンシング手段２５は、具体的には前記電源ユニット１２に給電される前記交流電源（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）の入力電圧を検出する入力電圧検出部２５ａ、前記電源ユニット１２が生成する前記直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）を検出する出力電圧検出部２５ｂを含む。
【００６１】
また前記センシング手段２５は、前記電源ユニット１２から前記サーバ４に対して給電される負荷電流を検出する負荷電流検出部２５ｃを備える。この負荷電流検出部２５ｃの出力を受ける過負荷検出部２５ｄは、前記負荷電流検出部２５ｃにて検出される負荷電流量に応じて、前記電源ユニット１２が過負荷状態であるか否かを判断し、更には該電源ユニット１２の運転状態（運転効率）をモニタする役割を担う。
【００６２】
更に前記センシング手段２５は、当該無停電電源装置１４の動作温度（周囲温度）を検出する温度検出部２５ｅを備える。更にまた前記センシング手段２５は、前記バッテリユニット１３における前記バッテリ１３ａの充放電電流を検出する充放電電流検出部２５ｆを備える。この充放電電流検出部２５ｆにて検出された前記バッテリ１３ａの充放電電流の情報はバッテリ容量検出部２５ｇに与えられて該バッテリ１３ａに蓄電されている直流電力量（充電容量）が求められる。
【００６３】
ここで前記主制御部２１は、前記センシング手段２５を介して収集される前述した各種の情報に従って前記電源ユニット制御部２２に指令を与え、これによって前記電源ユニット１２の動作を制御する。また前記主制御部２１は、前記電源ユニット１２に対する動作制御と並行して前記バッテリユニット制御部２３に指令を与え、これによって前記バッテリユニット１３の動作を制御する。
【００６４】
ちなみに前記電源ユニット１２および前記バッテリユニット１３のそれぞれに対する動作制御は、前記主制御部２１に組み込まれたバックアップ制御プログラム２１ａおよび変換効率制御プログラム２１ｂ等に基づいて実行される。尚、前記主制御部２１は、上記プログラム２１ａ,２１ｂに加えて、以下に順を追って説明する過負荷制御プログラム２１ｃ、停電制御プログラム２１ｄ、平準化制御プログラム２１ｅ、更にはバッテリ劣化診断プログラム２１ｆ等を備える。
【００６５】
前記主制御部２１は、基本的には前記電源ユニット制御部２２を介して前記電源ユニット１２の動作を制御し、これによって前記複数のサーバ４にそれぞれ供給する前記直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）を生成する役割を担う。また同時に前記主制御部２１は、前記バッテリユニット制御部２３を介して前記バッテリユニット１３の動作を制御し、前記バッテリ１３ａに直流電力を蓄電する。更に前記主制御部２１は、前記電源ユニット１２ａの入力が途絶えたことを前記入力電圧検出部２５ａが検出したとき、前記バッテリユニット１３の動作を制御することで前記電源ユニット制御部２２に代わって該バッテリユニット１３から前記直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）を出力させる役割を担う。
【００６６】
この際、前記電源ユニット１２は、該電源ユニット１２が内蔵しているコンデンサ等の蓄電素子により、例えば数１０ｍｓ程度の短時間だけ電力供給が可能である。従ってこの期間に前記バッテリユニット１３の出力を立ち上げることで、前記直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）を殆ど低下させることなく、その給電を切り替えることが可能となる。またこのとき、例えば前記電源ユニット１２の出力電流をランプ状に低下させ、その分、前記バッテリユニット１３の出力電流をランプ状に上昇させる等の制御を行うことも有用である。このような出力電流の制御を併用すれば、給電源の切り替えに伴う前記直流出力電圧（ＤＣ１２Ｖ）の変動を最小限に抑制することが可能となる。
【００６７】
ちなみに図１２に示したように前記電源分配器２の前段側の系統電源に介装して用いられる従来一般的な前記無停電電源装置１においては、専ら、前記バッテリ１ａの蓄電状態（充電容量）を監視して、その充電（蓄電）を制御している。そして前記バッテリ１ａに予め定めた規定容量の電力エネルギ（直流電力）が蓄電されるようにしている。この蓄電制御は、前記スイッチング電源５を含む負荷設備側の状態とは独立して当該無停電電源装置１において独立に実行される。
【００６８】
この点、本電源システム１０における前記無停電電源装置１４における前記バッテリ１３ａの蓄電制御（充電制御）は、前記バックアップ制御プログラム２１ａの下で、例えば図７に示す手順に従って実行される。即ち、この充電制御は、先ず前記負荷電流検出部２５ｃにて検出される負荷電流量に応じて、前記電源ユニット１２の運転状態（出力電流）が該電源ユニット１２の定格電流以下であるか否かを判定する＜ステップＳ１,Ｓ２＞。そして前記電源ユニット１２の出力電流量が定格電流以下である場合、次に前記バッテリ１３ａの蓄電状態（充電容量）が満充電であるか否を判定する＜ステップＳ３＞。
【００６９】
その上で前記バッテリ１３ａが満充電状態でない場合、前記電源ユニット１２の定格電流と該電源ユニット１２の出力電流量との差分を、当該電源ユニット１２が更に出力可能な余剰電流量、即ち、余剰電力量として算出する＜ステップＳ４＞。そして上記余剰電力を利用して前記バッテリ１３ａを充電し＜ステップＳ５＞、該バッテリ１３ａに直流電力を蓄電する。このバッテリ１３ａの充電は、該バッテリ１３ａ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４０や風力発電装置５０から電力エネルギが得られない場合に特に有効である。
【００７０】
またこのようなバッテリ１３ａの充電制御に加えて前記制御装置２０は前記変換効率制御プログラム２１ｂの下で前記バッテリ１３ａの充放電を制御し、これによって前記電源ユニット１２の変換効率を高める機能を備える。この変換効率制御は、例えば図８に示す手順に従って実行される。即ち、この変換効率制御は、前記負荷電流検出部２５ｃにて検出される負荷電流量に応じて前記電源ユニット１２の最大負荷に対する割合（負荷割合）を求めることから開始される＜ステップＳ１１,Ｓ１２＞。
【００７１】
ちなみに前記電源ユニット１２の電力変換効率（電源効率η）は、前記ＡＣ／ＤＣ変換器１２ａおよび前記ＤＣ／ＤＣ変換器１２ｂにおけるスイッチング制御に伴う損失等の要因により、例えば図９に示すように負荷電流量によって変化する。そして上記電力変換効率（電源効率η）は、一般的にはその最大負荷時よりも低い負荷時（図９においては３０％負荷時）に最大となる。
【００７２】
そこで前記制御装置２０においては、前述した如く求められる前記電源ユニット１２の負荷割合（Ｘ％負荷）と、予め求められている当該電源ユニット１２の最大変換効率を得る負荷割合（例えば３０％負荷）との差分を求める＜ステップＳ１３＞。そして前記電源ユニット１２の負荷割合が上記３０％負荷となるように前記バッテリ１３ａに対する充放電を制御し、前記電源ユニット１２が出力する電流量を調整する＜ステップＳ１４＞。
【００７３】
具体的には、例えば前記電源ユニット１２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１３から供給する。そして前記電源ユニット１２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１２の運転を３０％負荷状態とする。逆に前記電源ユニット１２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１２から取り出す。そしてこの５％負荷分の電流を前記バッテリ１３ａの充電に用いることで前記電源ユニット１２の運転を３０％負荷状態とする。このようなバッテリ１３ａに対する充放電制御により、前記電源ユニット１２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１４の全体を高効率化する。
【００７４】
また前記制御装置２０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１２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１２の過負荷動作を抑制するアシスト制御機能を備える。このアシスト制御は、前記過負荷制御プログラム２１ｃの下で、例えば図１０に示す手順に従って実行される。即ち、このアシスト制御は、前記負荷電流検出部２５ｃにて検出される負荷電流量に応じて、前記電源ユニット１２の運転状態（出力電流量）が該電源ユニット１２の定格電流を超えるか否かを判定する＜ステップＳ２１,Ｓ２２＞。
【００７５】
次いで前記電源ユニット１２の出力電流量が定格電流を超える場合、その出力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る＜ステップＳ２３＞。そして前記バッテリユニット１３から上記不足電流量に相当する電流が得られるように前記バッテリ１３ａを放電させ、これによって前記バッテリユニット１３から前記サーバ４に対して電流を供給する＜ステップＳ２４＞。
【００７６】
この結果、前記サーバ４には前記電源ユニット１２から出力される電流と、前記バッテリユニット１３から出力される電流とが併せて供給されることになり、前記電源ユニット１２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１２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１３によって補う。これによって前記電源ユニット１２の安定した動作をアシストすることができる。従って前記サーバ４に加わる負荷が一時的に増加しても、当該無停電電源装置１４の電源ユニット１２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可能となる。
【００７７】
尚、前述したように前記管理ユニット１５の管理の下で複数の無停電電源装置１４を並列に運転制御しているような場合、例えば図１１に示すように負荷の低減制御を行うようにしても良い。具体的には或る無停電電源装置１４において前記電源ユニット１２の出力電流量が定格電流を超え、該無停電電源装置１４に接続されたサーバ４に給電する電流量が不足する場合＜ステップＳ３１,Ｓ３２＞、その不足電流量を求める＜ステップＳ３３＞。
【００７８】
更に当該無停電電源装置１４における前記バッテリ１３ａの残容量、即ち、前記バッテリ１３ａに蓄電されている直流電力量を求める＜ステップＳ３４＞。ちなみに前記バッテリ１３ａの残容量は、例えば前記充放電電流検出部２５ｆにて検出される該バッテリ１３ａに対する充電電流および放電電流の各積算値の差分として求められる。そして求められた残容量と前記不足電流量とを前記管理ユニット１５に通知して負荷の低減を促す＜ステップＳ３５＞。また前記残容量に応じて、前記不足電流量を前記バッテリユニット１３にて補うように前記バッテリ１３ａの放電を制御する＜ステップＳ３６＞。
【００７９】
そして上記通知を受けた前記管理ユニット１５においては、前記残容量と前記不足電流量とから前記バッテリユニット１３が前記電源ユニット１２をアシスト可能な時間を求める。その上で上記アシスト可能な時間内に前記無停電電源装置１４が給電しているサーバ４の負荷の一部を、当該無停電電源装置１４と並列に設けられている別の無停電電源装置１４が給電しているサーバ４に移し替える＜ステップＳ３７＞。即ち、複数の無停電電源装置１４に対する負荷の振り分けを実行し、前述したアシスト制御を実行している前記無停電電源装置１４の負荷を低減する。
【００８０】
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、前述したアシスト制御によって前記バッテリ１３ａの残容量が零［０］となる前に、その無停電電源装置１４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１４の電源ユニット１２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１２の安定した動作を保証することが可能となる。
【００８１】
ところで前記無停電電源装置１４の負荷には、前記サーバ４に加えて該無停電電源装置１４が備える冷却用のファン（図示せず）等が含まれる。冷却用のファンは、前記電源ユニット１２やバッテリユニット１３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し、また前記サーバラック１１内の熱を外部に排出することで、前記無停電電源装置１４の全体を冷却する役割を担う。
【００８２】
従って、例えば前記電源ユニット１２の出力電力が大きくなったり、或いはその周囲環境温度が高くなり、前記冷却用のファンを大電力で駆動して風量を多くしてその冷却効率を高める必要が生じた場合、該冷却用のファンの駆動に前記バッテリユニット１３から得られる電力を用いるようにする。この場合、本来冷却が不要な、或いは最低限の冷却で十分なユニットにおける冷却用のファンも駆動する。この制御は前記制御装置２０に設けられたファン制御プログラム２１ｇの下で実行する。
【００８３】
このようにして冷却用のファンを駆動すれば前記電源ユニット１２に余分な負担を掛けることなく、該電源ユニット１２における発熱部である半導体スイッチング素子等のみならず、前記無停電電源装置１４の全体を効果的に冷却することが可能となる。しかも前記電源ユニット１２の冷却用のファン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。特にこのような冷却用ファンの駆動形態は、前記太陽光発電装置４０や風力発電装置５０から前記バッテリユニット１３に電力供給している場合に有用である。
【００８４】
また前述した図５に示した前記バッテリ１３ａ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構成を採用した場合には、次のようにして前記電源ユニット１２の完全停電モードへの移行を防ぐことができる。即ち、前記無停電電源装置１４に対する入力電圧、換言すれば前記電源分配器２から出力される前記交流電力（ＡＣ４００Ｖ／ＡＣ２００Ｖ）の電圧が低下しても、その給電ラインから前記無停電電源装置１４の動作に必要な電力を或る程度確保できるような場合、前述したように前記バッテリ１３ａ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。
【００８５】
すると前記交流電力（ＡＣ４００Ｖ／ＡＣ２００Ｖ）の低下分を前記バッテリユニット１３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１２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。特に図４を参照して説明したように前記太陽光発電装置４０や風力発電装置５０から前記バッテリユニット１３に電力供給する構成を採用した場合、上述したバッテリユニット１３から前記交流電力（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）の給電ラインへの交流電力の出力制御が有効に作用する。尚、この制御は前述した停電制御プログラム２１ｄの下で実行される。
【００８６】
尚、上述した各制御に加えて、例えば前記平準化制御プログラム２１ｅの下で前記無停電電源装置１４での電力消費量を平準化することも可能である。具体的には前記サーバ４の電力消費量が一時的に増大したとき、その後の所定時間に亘って前述した前記バッテリユニット１３から前記サーバ４への給電を実行させる。そして前記バッテリユニット１３から前記サーバ４への給電時における前記電源ユニット１２での電力消費を低減する。この結果、消費電力量の計測が行われる単位時間当たりの前記電源ユニット１２における平均消費電力を低減することが可能となり、これによって前記無停電電源装置１４での電力消費量を平準化が達成できる。
【００８７】
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１２が完全停電モードに移行した際、前記バッテリユニット１３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。従って前記バッテリ劣化診断プログラム２１ｆの下で前記電源ユニット１２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１３における前記バッテリ１３ａの放電特性、具体的には時間経過に伴う前記バッテリ１３ａの充電電圧の変化を計測する。すると計測した前記バッテリ１３ａの放電特性から、該バッテリ１３ａの特性劣化の程度を診断することが可能となる。
【００８８】
従って上記構成の電源システム１０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１０を運用した状態のまま前記バッテリユニット１３が備えるバッテリ１３ａの劣化診断を実行することができる。特に複数の無停電電源装置１４を並列に備えて構成される電源システム１０によれば、各無停電電源装置１４毎に個別に前記バッテリ１３ａの劣化診断を実施することができる。従って本電源システム１０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。
【００８９】
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、上述したように並列に設けた複数の無停電電源装置１４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１０によれば、前記無停電電源装置１４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１３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１２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１０を信頼性良く運用することが可能となる。
【００９０】
また前記交流電力（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）の停電時に次のような制御を行うことも有用である。即ち、前記無停電電源装置１４を複数台並列に備えている場合、停電時における前記各無停電電源装置１４におけるバッテリ１３ａの残留容量をそれぞれ求めて前記管理ユニット１５に集約する。そして各無停電電源装置１４のサーバ４に対する電力容量に余裕がある場合には、その余裕量に応じた重み付けの下で各無停電電源装置１４から前記交流電力（ＡＣ２００Ｖ／ＡＣ４００Ｖ）の給電ラインに出力する電力量をそれぞれ調整する。具体的には前記バッテリ１３ａの残留容量に大きい方に大きな重み付けをする。このような重み付け制御を実行すれば、前記複数の無停電電源装置１４のそれぞれにおけるサーバ４に対して略均等に電力供給することが可能となる。従って停電時におけるシステム全体の効率的な運用を図ることが可能となる。
【００９１】
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。例えば上述した各制御については、必ずしもその全てを備える必要はなく、前記電源システム１０の全体的な構成とその規模に応じて適宜設けるようにすれば十分である。また前記バッテリユニット１３における前記バッテリ１３ａを、停電対策用と前記電源ユニット１２に対するバックアップ用とに分けて設けることも可能である。
【００９２】
更には前記電源ユニット１２の電力容量や前記バッテリユニット１３の蓄電容量についても、前記無停電電源装置１４に接続される複数のサーバ４の負荷電流等に応じて定めれば良いことは言うまでもない。また前記電源ユニット１２および前記バッテリユニット１３をそれぞれ構成するＡＣ／ＤＣ変換器やＤＣ／ＤＣ変換器についても、従来より提唱されている種々の方式のものを適宜採用可能である。更には負荷機器としても前述したサーバ４に特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】
【００９３】
１  無停電電源装置（ＵＰＳ）
２  電源分配器（ＰＵＤ）
３  トランス
４  サーバ（負荷機器）
１０  電源システム
１１  サーバラック
１２  電源ニット
１２ａ  ＡＣ／ＤＣ変換器
１２ｂ  ＤＣ／ＤＣ変換器
１３  バッテリユニット
１３ａ  バッテリ（ＢＡＴ）
１３ｂ,１３ｃ,１３ｄ,１３ｆ  ＤＣ／ＤＣ変換器
１３ｅ  ＡＣ／ＤＣ変換器
１３ｆ  ＤＣ／ＡＣ変換器
１４  無停電電源装置
１５  管理ユニット
２０  制御装置
２１  主制御部
２２  電源ユニット制御部
２３  バッテリユニット制御部
２４  通信部
２５  センシング手段
４０  太陽光発電装置
４１  ＤＣ／ＤＣ変換器
５０  風力発電装置
５１  ＡＣ／ＤＣ変換器
５２  ＤＣ／ＤＣ変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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