(57)【要約】【課題】バッテリィ・モジュールの容量を拡大する方法を提供する。【解決手段】バッテリィ・モジュール４００は、ＰＳＵ２１の交流電源が停止したときにＤＩＭＭスロット３０５ａ、３０５ｂに装着されたＤＩＭＭ３０６ａ、３０６ｂに電力を供給する。ＤＩＭＭはＤＲＡＭとフラッシュ・メモリを含み、バッテリィ・モジュール４００から電力の供給を受けることでＮＶＤＩＭＭを構成する。バッテリィ・モジュール４００は、ＤＩＭＭの追加に応じて容量を拡大することができる。容量を拡大する際に、予備のファン・ユニット１９ａを負荷として追加のセルを放電させて、既存のセルと電圧を一致させる。両者の電圧が一致してから並列接続するため循環電流を低減することができる。予備のファン・ユニット１９ａはＰＷＭ制御で消費電力を一定にすることができるため精度の高い電圧調整が可能になる。【選択図】図４
2016091523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報処理装置に搭載するバックアップ・システムであって、
負荷と、
交流電源から直流電圧を生成して前記負荷に電力を供給する電源ユニットと、
電荷を蓄積する蓄電素子を含むセル・ユニットを備え、前記電源ユニットが電力の供給を停止したときに前記負荷に電力を供給するバックアップ機能を備えたバックアップ・モジュールとを有し、
前記バックアップ・モジュールは前記情報処理装置が動作中に前記バックアップ・モジュールに装着された追加のセル・ユニットを前記バックアップ・モジュールが含む既存のセル・ユニットに接続することが可能なバックアップ・システム。
【請求項２】
前記既存のセル・ユニットに前記追加のセル・ユニットを接続する前に、前記バックアップ・モジュールの電荷を放電させて前記既存のセル・ユニットと前記追加のセル・ユニットの出力電圧を調整するための放電装置を有する請求項１に記載のバックアップ・システム。
【請求項３】
前記放電装置が前記情報処理装置に実装された消費電力の制御が可能なデバイスである請求項請求項２に記載のバックアップ・システム。
【請求項４】
前記出力電圧を調整する間に前記バックアップ機能を維持する請求項２に記載のバックアップ・システム。
【請求項５】
前記デバイスが前記情報処理装置の熱を排出するための予備のファン・ユニットである請求項３に記載のバックアップ・システム。
【請求項６】
前記負荷が揮発性メモリと不揮発性メモリを含むメモリ・モジュールである請求項１に記載のバックアップ・システム。
【請求項７】
前記蓄電素子が、二次電池である請求項１に記載のバックアップ・システム。
【請求項８】
前記蓄電素子が、電気二重層キャパシタである請求項１に記載のバックアップ・システム。
【請求項９】
情報処理装置において、電荷を蓄積する蓄電素子を含む既存のセル・ユニットを備えたバックアップ・モジュールに追加のセル・ユニットを実装して容量を拡大する方法であって、
前記既存のセル・ユニットの出力電圧を検出するステップと、
電力母線に接続する前の前記追加のセル・ユニットの出力電圧を検出するステップと、
前記既存のセル・ユニットの出力電圧と前記追加のセル・ユニットの出力電圧の差が所定値未満になるように調整するステップと、
前記出力電圧の差が所定値未満のときに、前記追加のセル・ユニットを前記既存のセル・ユニットと並列に前記電力母線に接続するステップと
を有する方法。
【請求項１０】
前記調整するステップが、前記追加のセル・ユニットの蓄電素子の電荷を放電させるステップを有する請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記情報処理装置が実装するデバイスの消費電力を制御しながら前記蓄電素子の電荷を放電させる請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
交流電源から直流電圧を生成する電力ユニットから電力の供給を受けて動作する情報処理装置であって、
プロセッサと、
揮発性メモリと、
前記揮発性メモリが記憶するデータを退避させる不揮発性メモリと、
それぞれ電荷を蓄積する蓄電素子を含む複数のセル・ユニットを実装し、前記交流電源の停電時に前記揮発性メモリのデータを前記不揮発性メモリに退避させるまでの電力を前記揮発性メモリと前記不揮発性メモリに供給するバックアップ・モジュールを含み、
前記バックアップ・モジュールは、既存の前記セル・ユニットに追加の前記セル・ユニットを追加する際に両者の電圧差を調整してから前記既存のセル・ユニットと前記追加のセル・ユニットを接続する情報処理装置。
【請求項１３】
前記揮発性メモリと前記不揮発性メモリがメモリ・モジュールに実装されて前記プロセッサが実行するプログラムを記憶するシステム・メモリを構成する請求項１２に記載の情報処理装置。
【請求項１４】
前記メモリ・モジュールがＮＶＤＩＭＭロジック回路を実装する請求項１３に記載の情報処理装置。
【請求項１５】
前記情報処理装置の熱を排出する放熱ファンを有し、前記バックアップ・モジュールは電圧差を調整するために前記放熱ファンを通じて前記バックアップ・モジュールの電荷を放電させる請求項１２に記載の情報処理装置。
【請求項１６】
前記バックアップ・モジュールは、前記追加のセル・ユニットが放電している間に前記交流電源が停止したときに、前記既存のセル・ユニットから前記揮発性メモリと前記不揮発性メモリに電力を供給する請求項１５に記載の情報処理装置。
【請求項１７】
情報処理装置に実装する統合バックアップ型のＮＶＤＩＭＭシステムであって、
それぞれ揮発性メモリと不揮発性メモリとＮＶＤＩＭＭロジック回路を含む複数のメモリ・モジュールと、
それぞれ電荷を蓄積する蓄電素子を含む複数のセル・ユニットを実装し、交流電源の停電時に前記揮発性メモリのデータを前記不揮発性メモリに退避させるまでに必要な電力を前記複数のメモリ・モジュールに供給するバックアップ・モジュールを含み、
前記バックアップ・モジュールは、前記情報処理装置が動作中に既存の前記セル・ユニットに追加の前記セル・ユニットを接続することが可能なＮＶＤＩＭＭシステム。
【請求項１８】
前記バックアップ・モジュールは、前記追加のセル・ユニットを前記バックアップ・モジュールに装着したときに前記既存のセル・ユニットと前記追加のセル・ユニットの電圧差を所定値未満にしてから前記既存のセル・ユニットと前記追加のセル・ユニットを接続する請求項１７に記載のＮＶＤＩＭＭシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は情報処理装置に搭載するバックアップ・モジュールの容量を拡大する技術に関し、さらには稼働中の情報処理装置においてバックアップ機能を維持しながら容量を拡大する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ネットワークに接続するサーバは主記憶装置として、ＤＩＭＭ（Dual In-line Memory 
Module）という揮発性のメモリ・モジュールを実装する。ＤＩＭＭは印刷回路基板に複数のＤＲＡＭチップを実装する。近年、主記憶装置としてＤＩＭＭに代わってＮＶＤＩＭＭ（Non-Volatile Dual In-line Memory Module）という不揮発性のメモリ・モジュールが使用されることがある。
【０００３】
ＮＶＤＩＭＭは、図７に示すように印刷回路基板６０１に複数のＤＲＡＭチップ６０３と複数のフラッシュ・メモリ・チップ６０５とＮＶＤＩＭＭロジック６０７を実装したメモリ・モジュールが、電気二重層キャパシタ（EDLC：Electric Double Layer Capacitor）６５１またはリチウム・イオン電池をバックアップ電源として備える。サーバは、ＮＶＤＩＭＭを装着する多数のＤＩＭＭスロット６１１を備えており、システムの機能の拡大に応じてＮＶＤＩＭＭを拡張できるようにしている。
【０００４】
現在のＮＶＤＩＭＭではバックアップ電源をメモリ・モジュールごとに設けている。このようにメモリ・モジュールが個別に電気二重層キャパシタ６５１を備えるＮＶＤＩＭＭを本明細書においては個別バックアップ型のＮＶＤＩＭＭということにする。交流電源が電力を供給する間は、ＮＶＤＩＭＭのＤＲＡＭチップが記憶するデータおよびプログラムをプロセッサが実行する。
【０００５】
ＮＶＤＩＭＭロジックは、交流電源が急に停止したときや電源ユニットが故障したときに、ＤＲＡＭチップのデータをフラッシュ・メモリ・チップに退避し、交流電源が復帰したときにフラッシュ・メモリ・チップのデータをＤＲＡＭチップに復帰する。そしてフラッシュ・メモリ・チップにデータを退避するために必要な電力を電気二重層キャパシタ６５１が供給することで、ＤＲＡＭは不揮発性メモリのように動作する。
【０００６】
特許文献１は、複数のバッテリィが直列接続された複数のストリングが並列に接続されたバッテリィ・システムにおいて、各ストリングを構成するバッテリィの電圧を測定して、ストリングの電圧をバランスさせるように接続を変更する発明を開示する。特許文献２は、停電時にバッテリィで電力を供給しながらキャッシュ・メモリのデータを不揮発性メモリに退避させる発明を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１１５１４８号
【特許文献２】特開２０１４−１０６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
サーバに搭載するＮＶＤＩＭＭは枚数が多く、個別にバックアップ電源を設ける個別バックアップ型のＮＶＤＩＭＭでは、コストやスペースの面で不合理である。そこで、バックアップ電源を１カ所または複数カ所に統合した統合バックアップ型のＮＶＤＩＭＭの導入が考えられる。統合バックアップ型ＮＶＤＩＭＭでは、容量の大きなバックアップ電源が複数のＮＶＤＩＭＭの電源をバックアップする。この場合ＮＶＤＩＭＭはサーバの機能拡大に伴って追加されるため、サーバに搭載可能なＮＶＤＩＭＭの最大枚数に対応できる容量のバッテリィを当初から設けておくことは、設備が過剰になったり不必要な劣化を招いたりするため好ましくない。したがって、統合バックアップ型のＮＶＤＩＭＭでは、ＮＶＤＩＭＭの増加に応じてバッテリィや電気二重層キャパシタの容量を拡大できることが望ましい。
【０００９】
ところで、バッテリィの容量を拡大する際には、追加のバッテリィを既存のバッテリィに並列に接続したり、並列に接続した既存のバッテリィに追加のバッテリィを直列に接続したりする。このとき、既存のバッテリィと追加のバッテリィの間に電圧差がある状態で接続すると大きな循環電流が流れ、バッテリィが発熱したり焼損したりするため、事前に両者の電圧を一致させてから接続する必要がある。
【００１０】
さらに一旦動作を開始したサーバは停止することが困難である。このことは、バッテリィの容量を拡大する際にはサーバを停止させないで、かつ、バックアップ機能を維持しておくことが求められることを意味する。したがって、完全に放電させた既存のバッテリィに、完全に放電した追加のバッテリィを接続する方法は、一時的にバックアップ機能が喪失するため採用できない。また、追加のバッテリィは、工場で所定の電圧に充電してもサーバに装着するまでの間に電圧が変化し、既存のバッテリィは自然放電と充電の状態で電圧が変化する。したがって、追加のバッテリィをサーバに装着してから、追加のバッテリィを既存のバッテリィに接続する前に両者の電圧が一致するように調整する必要がある。
【００１１】
電圧差による循環電流を抑制するのは、バッテリィの内部抵抗だけであるため、電圧差は高い精度で一致させる必要がある。また、追加するバッテリィは装着したのちにできるだけ短時間で電圧調整して既存バッテリィに接続する必要がある。本発明はこのように統合バックアップ型のＮＶＤＩＭＭの導入を検討するなかで見いだしたさまざまな問題を解決する過程で想起したものである。ただし、本発明の適用範囲は統合バックアップ型のＮＶＤＩＭＭに限定する必要はない。
【００１２】
そこで本発明の目的は、情報処理装置に搭載するバックアップ・モジュールの容量を拡大する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、情報処理装置が動作中に容量を拡大する方法を提供することにある。さらに本発明の目的はバックアップ機能を維持しながら容量を拡大する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、安全にバックアップ・モジュールの容量を拡大する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、情報処理装置の内部で電圧調整してからバックアップ・モジュールの容量を拡大する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような方法を実現するバックアップ・システム、情報処理装置および統合バックアップ型のＮＶＤＩＭＭ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】
【００１３】
本発明は情報処理装置に搭載するバックアップ・システムに関する。バックアップ・システムは、負荷と、交流電源から直流電圧を生成して負荷に電力を供給する電源ユニットと、電荷を蓄積する蓄電素子を含むセル・ユニットを備え、電源ユニットが電力の供給を停止したときに負荷に電力を供給するバックアップ機能を備えたバックアップ・モジュールを含む。バックアップ・モジュールは情報処理装置が動作中にバックアップ・モジュールに装着された追加のセル・ユニットをバックアップ・モジュールが含む既存のセル・ユニットに接続することができる。
【００１４】
上記構成の結果、情報処理装置が動作中に、バックアップ・モジュールに追加のセル・ユニットを実装して、負荷の増大に応じてバックアップ・モジュールの容量を拡大することができる。既存のセル・ユニットに追加のセル・ユニットを接続する前に、バックアップ・モジュールを放電させて既存のセル・ユニットと追加のセル・ユニットの出力電圧を調整するための放電装置を有することができる。放電の対象は、調整時間およびバックアップ機能の維持の点において、追加のセル・ユニットとすることが望ましい。
【００１５】
この構成により、追加のセル・ユニットと既存のセル・ユニットの出力電圧を事前に接近させて、両者を接続する際の循環電流を小さくすることができる。追加のセル・ユニットを既存のセル・ユニットに接続する前に情報処理装置に搭載するバックアップ・システムにおいて出力電圧を調整することができるため、電圧調整のための特別な装置を情報処理装置に設ける必要がない。情報処理装置は一例においてサーバ、またはＲＡＩＤ記憶装置とすることができる。
【００１６】
負荷は揮発性メモリと不揮発性メモリを含むメモリ・モジュールとすることができる。メモリ・モジュールがＮＶＤＩＭＭロジック回路を含むことで、バックアップ・モジュールとメモリ・モジュールで統合バックアップ型のＮＶＤＩＭＭシステムを構成することができるため、メモリ・モジュールが個別にバックアップ電源を設ける必要がなくなる。蓄電素子は、二次電池または。電気二重層キャパシタとすることができる。
【００１７】
放電装置を消費電力の制御が可能で、かつ、情報処理装置に実装されたデバイスとすれば、セル・ユニットの出力電圧の変化に応じてデバイスの消費電力の大きさまたは放電電流の大きさを制御することができるため、精度の高い電圧調整が可能になる。消費電力をＰＷＭ制御すれば、放電電流を電圧差に応じた一定の値に設定できるため一層高い精度での電圧調整が可能になる。
【００１８】
放電に利用するデバイスを情報処理装置の熱を排出するための予備のファン・ユニットとすれば、システムの動作に制約を与えないで情報処理装置が動作中に電圧調整してセル・ユニットを追加することができる。バックアップ・モジュールを放電させている間に、交流電源が停止したときは、既存のセル・ユニットから負荷に電力を供給できるようにすることで、バックアップ機能を維持しながらセル・ユニットを追加することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、情報処理装置に搭載するバックアップ・モジュールの容量を拡大する方法を提供することができた。さらに本発明により、情報処理装置が動作中に容量を拡大する方法を提供することができた。さらに本発明によりバックアップ機能を維持しながら容量を拡大する方法を提供することができた。さらに本発明により、安全にバックアップ・モジュールの容量を拡大する方法を提供することができた。さらに本発明により、情報処理装置の内部で電圧調整してからバックアップ・モジュールの容量を拡大する方法を提供することができた。さらに本発明により、そのような方法を実現するバックアップ・システム、情報処理装置および統合バックアップ型のＮＶＤＩＭＭシステムを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態にかかるブレード・サーバ１０の外形を示す斜視図である。
【図２】ブレード・サーバ１０の概略的な構成を説明するためのブロック図である。
【図３】サーバ・ユニット１００ａの構成を説明するための機能ブロック図である。
【図４】バックアップ・システム３００の構成を説明するための機能ブロック図である。
【図５】バッテリィ・モジュール４００の構成を説明するための機能ブロック図である。
【図６】バックアップ・システム３００の動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】周知のＮＶＤＩＭＭの構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１〜図３は、本発明の適用が可能な情報処理装置の一例としてのブレード・サーバ１０の概要を説明するための図である。図１（Ａ）はブレード・サーバ１０の外形を示し、図１（Ｂ）は概略的な内部構成を示している。図２は、ＰＳＵ２１と各サーバ・ユニット１００ａ〜１００ｈで構成する電源系統の概要を示している。図３は、ほぼ同一の構成であるサーバ・ユニット１００ａ〜１００ｈの中から代表的に抽出したサーバ・ユニット１００ａの概要を示している。
【００２２】
図１でラック１１は表面にフロント・パネル２３を備え、内部に複数のサーバ・ユニット１００ａ〜１００ｈ、ミッドプレーン１３、スイッチ・モジュール１５、シャーシ・マネジメント・モジュール（ＣＭＭ）１７、ファン・モジュール１９、電源供給ユニット（ＰＳＵ）２１およびバッテリィ・モジュール４００（図２、図４）を収納する。ミッドプレーン１３は、信号および電力の配線と、両面に各モジュールを結合するコネクタを含む回路基板である。サーバ・ユニット１００ａ〜１００ｈは、ＰＳＵ２１の出力電圧で通電しているミッドプレーン１３にホットスワップで接続することができる。
【００２３】
スイッチ・モジュール１５は、ネットワークや外部の記憶装置に接続するためのスイッチ群を含む。ＣＭＭ１７は、ブレード・サーバ１０の動作状態を遠方に通知したり、フロント・パネル２３に表示したりする。ファン・モジュール１９は、複数のファン・ユニット１９ａ〜１９ｄ（図４）で構成されており、ラック１１の内部の熱を外に排出する。ＰＳＵ２１は、交流電圧を直流電圧に変換して、サーバ・ユニット１００ａ〜１００ｈおよびその他のモジュールに電力を供給する。
【００２４】
図２で、サーバ・ユニット１００ａ〜１００ｈは、電力端子１０５ａ〜１０５ｈおよび信号端子１０７ａ〜１０７ｈでミッドプレーン１３に接続されている。ミッドプレーン１３には、ＰＳＵ２１、ＣＭＭ１７およびバッテリィ・モジュール４００が接続されている。ＣＭＭ１７にはフロント・パネル２３が接続されている。ＰＳＵ２１は、ミッドプレーン１３および電力端子１０５ａ〜１０５ｈを通じて各サーバ・ユニット１００ａ〜１００ｈに電力を供給する。
【００２５】
バッテリィ・モジュール４００は、ＰＳＵ２１が電力の供給を停止したときに、複数のＤＩＭＭ２１３ａ、２１３ｂ（図３）のＤＲＡＭのデータをフラッシュ・メモリに退避するのに必要な１０秒〜２０秒程度の短い時間だけサーバ・ユニット１００ａ〜１００ｈに電力を供給する。サーバ・ユニット１００ａ〜１００ｈは、それぞれ独立したエンクロージャにマザーボードを含んでおり、一例において、各サーバ・ユニットは２つの主サブシステムと１つの共通サブシステムで構成している。
【００２６】
図３でサーバ・ユニット１００ａは、それぞれマザーボードを含む主サブシステム１５１ａ、１５１ｂと共通サブシステム１５１ｃで構成している。サーバ・ユニット１００ａは、電源端子１０５ａと信号端子１０７ａで、ミッドプレーン１３に接続する。電源端子１０５ａは、ＰＳＵ２１またはバッテリィ・モジュール４００から受け取った電力を主サブシステム１５１ａ、１５１ｂ、および共通サブシステム１５１ｃに供給する。
【００２７】
信号端子１０７ａには、ＣＭＭ１７および他のサーバ・ユニットとの間で交換する制御信号が伝送される。主サブシステム１５１ａ、１５１ｂは、ＣＰＵ２１１ａ、２１１ｂおよびシステム・メモリを構成するＤＩＭＭ２１３ａ、２１３ｂなどを含んで構成しておりそれぞれ相互に独立したコンピュータとして動作する。共通サブシステム１５１ｃは、主サブシステム１５１ａ、１５１ｂがコンピュータとして機能するために両者または一方が利用する必要があるＩ／Ｏコントローラ２１３ｃやＨＤＤ２１１ｃなどを含んで構成しており独立して機能することはない。
【００２８】
ＤＩＭＭ２１３ａ、２１３ｂは、図７に示すように印刷回路基板に複数のＤＲＡＭチップと複数のフラッシュ・メモリ・チップとＮＶＤＩＭＭロジックを実装し、ＤＩＭＭスロットに装着される。サーバ・ユニット１００ｂ〜１００ｈのいずれかではＤＩＭＭスロットが空いており、ＤＩＭＭを追加できるようになっている。
【００２９】
ＤＩＭＭ２１３ａ、２１３ｂは、交流電源が停電になってＰＳＵ２１の出力が停止するときにバッテリィ・ユニット４００から電力の供給を受けて、ＮＶＤＩＭＭロジックがＤＲＡＭチップのデータをフラッシュ・メモリ・チップに退避し、復電したときにフラッシュ・メモリ・チップのデータをＤＲＡＭチップに復帰することでＮＶＤＩＭＭを構成する。共通サブシステム１５１ｃの機能は、各主サブシステム１５１ａ、１５１ｂに組み込んで省略することもできる。
【００３０】
各サブシステム１５１ａ〜１５１ｃは、ＭＯＳ−ＦＥＴ、ＢＭＣ（Base Management Controller）２０３ａ〜２０３ｃ、および電圧調整器（ＶＲ）などを含んでいる。ＶＲは、ＰＳＵ２１の出力電圧をＣＰＵ２１１ａ、２１１ｂやＤＩＭＭ２１３ａ、２１３ｂなどの負荷に応じた所定の安定した電圧に変換するスイッチング・レギュレータである。ＢＭＣ２０３ａ〜２０３ｃは、信号端子１０７ａを通じてサブシステム１５１ａ〜１５１ｃの動作状態をＣＭＭ１７に通知する他に、ＭＯＳ−ＦＥＴを制御する。
【００３１】
図４は、統合バックアップ型のＮＶＤＩＭＭに適用するバックアップ・システム３００の構成を説明するための機能ブロック図である。図４において、実線は直流１２Ｖの電力ラインを示し点線は信号ラインを示している。ＰＳＵ２１は、ＤＩＭＭスロット３０５ａ〜３０５ｃおよびバッテリィ・モジュール４００に直流１２Ｖの電圧で電力を供給する。バッテリィ・モジュール４００は、ＰＳＵ２１の１次側の交流電源が停止したときに、スイッチ３０１を経由してＤＩＭＭスロット３０５ａ〜３０５ｃに電力を供給する。
【００３２】
ＢＭＣ２０３は、バックアップ・システム３００を拡大モードで動作させるための、いずれかのサーバ・ユニット１００ａ〜１００ｈに搭載されている。ＢＭＣ２０３は、バッテリィ・モジュール４００から指示されたときにファン・ユニット１９ａの消費電力を設定するための信号をＰＷＭコントローラ２０に送る。ＰＷＭコントローラ２０はファン・モジュール１９に実装され、各サーバ・ユニット１００ａ〜１００ｈが搭載するＢＭＣまたはＢＭＣ２０３から受け取った信号でファン・ユニット１９ａ〜１９ｄにＰＷＭ信号を送る。ファン・ユニット１９ａ〜１９ｄは、それぞれ放熱用のファンとファンの回転速度を制御するためのスイッチング素子およびスイッチング素子を駆動する駆動回路を備えている。
【００３３】
ファンはＰＷＭ信号に基づくスイッチング素子のデューティに従って回転速度および消費電力が変化する。ファン・ユニット１９ａ〜１９ｄは、各サーバ・ユニット１００ａ〜１００ｈの温度によってＢＭＣ２０３からＰＷＭ信号を受け取り回転速度が制御される。ファン・ユニット１９ａ〜１９ｄは、冗長性を備えており一例においてブレード・サーバ１０が最大の電力を消費するときに３台で放熱できるようになっている。
【００３４】
ファン・ユニット１９ａは、他の３台のいずれかが故障したときにバックアップする予備機に相当する。なお本実施の形態において、バックアップとして動作するファン・ユニットはいずれかに固定する必要はなく、４台のファン・ユニット１９ａ〜１９ｄのいずれもバックアップ機に設定できるようにスイッチ３０３を各ファン・ユニットに対応させて設けるようにしてもよい。予備のファン・ユニット１９ａは、一定のＰＷＭを受け取ったときにほぼ一定の消費電力を消費し、かつ、システムの動作に影響を与えないで消費電力を制御できるため後に説明する電圧調整のための放電装置に適している。
【００３５】
ＤＩＭＭスロット３０５ａ〜３０５ｃは、ＤＩＭＭ３０６ａ〜３０６ｃを装着するためのスロットである。ＤＩＭＭスロット３０５ｃは現在空きのスロットで、ＤＩＭＭ３０６ｃの装着が可能なことを示している。ＤＩＭＭスロット３０５ａ、３０５ｂは、サーバ・ユニット１００ａ〜１００ｈが搭載するＤＩＭＭが実装されたすべてのＤＩＭＭスロットの代表を示し、ＤＩＭＭスロット３０５ｃはサーバ・ユニット１００ａ〜１００ｈが搭載する空きのすべてのＤＩＭＭスロットの代表を示している。
【００３６】
スイッチ３０１、３０３は、ＭＯＳ−ＦＥＴで構成している。スイッチ３０１は、ＰＳＵ２１が制御し、スイッチ３０３はＢＭＣ２０３が制御する。ＰＳＵ２１は、交流電源が停止したときにスイッチ３０１、バッテリィ・モジュール４００およびその他の停電処理が必要なＣＰＵ２１１ａ、２１１ｂなどに停電信号（ＥＰＯＷ信号）を出力する。ＰＳＵ２１は、交流電源が電力を供給する間はスイッチ３０１をオフ状態にしてＤＩＭＭスロット３０５ａ、３０５ｂおよびファン・ユニット１９ａ〜１９ｄに電力を供給し、交流電源が停止するときにＥＰＯＷ信号を送ってスイッチ３０１をオン状態にする。
【００３７】
バックアップ・システム３００は、通常モードと拡大モードで動作する。通常モードは、バッテリィ・モジュール４００の容量を拡大しない動作モードである。通常モードでは、交流電源が有効な間は、ＤＩＭＭスロット３０５ａ、３０５ｂおよびファン・ユニット１９ａ〜１９ｄにＰＳＵ２１から電力を供給し、停電時にはＤＩＭＭスロット３０５ａ、３０５ｂにバッテリィ・モジュール４００から電力を供給する。
【００３８】
拡大モードは、ＤＩＭＭスロット３０５ｃにＤＩＭＭ３０６ｃを挿入してシステム・メモリの容量を拡大することに伴って、バッテリィ・モジュール４００の容量を拡大するための動作モードに相当する。拡大モードでは、ＤＩＭＭスロット３０５ａ、３０５ｂおよびファン・ユニット１９ｂ〜１９ｄにはＰＳＵ２１から電力を供給し、一時的にＢＭＣ２０３がスイッチ３０３を切り換えて予備のファン・ユニット１９ａだけにバッテリィ・モジュール４００から電力を供給する。
【００３９】
ＢＭＣ２０３は、通常モードのときにファン・ユニット１９ａにＰＳＵ２１から電力を供給するようにスイッチ３０３を制御する。ＢＭＣ２０３は、拡大モードのときに電圧調整をする間ファン・ユニット１９ａにバッテリィ・モジュール４００から電力を供給するようにスイッチ３０３を制御する。バッテリィ・モジュール４００は、短時間でかつ高い精度で電圧調整をするために、ファン・ユニット１９ａの消費電力を決定しＢＭＣ２０３に指示する。ＢＭＣ２０３はファン・ユニット１９ａの消費電力を設定するためにＰＷＭコントローラ２０に指示する。
【００４０】
図５は、バッテリィ・モジュール４００の構成を説明するための機能ブロック図である。図５において実線は電力ラインを示し点線は信号ラインを示している。バッテリィ・モジュール４００は、電力母線４１０に接続されている３個のセル・ユニット４５１ａ〜４５１ｃを含む既存のセル・ユニット群４５０と、バッテリィ・モジュール４００の容量の拡大のためにバッテリィ・モジュール４００に装着されたが、スイッチ４５２ｄをオフ状態にすることで電力母線４１０に接続していないセル・ユニット４５１ｄを示している。既存のセル・ユニット群４５０と追加のセル・ユニット４５１ｄの数は一例を示している。
【００４１】
各セル・ユニット４５１ａ〜４５１ｄは、同一の仕様で構成しており相互に互換性がある。セル・ユニット群４５０を構成する代表的なセル・ユニット４５１ａは、ＭＯＳ−ＦＥＴで構成したスイッチ４５２aに直列に接続された２個のリチウム・イオン・バッテリィ・セル４５３ａ、４５５ａを含んでいる。以後の説明において、セル・ユニット４５１ａ、スイッチ４５２ａ、およびリチウム・イオン・バッテリィ・セル４５３ａ、４５５ａの参照番号は、セル・ユニット４５１ｂ、４５１ｃにも適用する。セル・ユニット４５１ａ、４５１ｄは、コネクタ４６１ａ、４６１ｄで電力母線４１０に並列に接続または取り外しをすることができる。
【００４２】
コネクタ４６１ｅおよびコネクタ４６１ｆにはさらに追加のセル・ユニットを装着してバッテリィ・モジュール４００の容量を拡大することができる。既存のセル・ユニット群４５０のスイッチ４５２ａはオン状態であるが、追加のセル・ユニット４５１ｄのスイッチ４５２ｄは、本実施の形態にかかる手順で電圧調整が終わったときにオン状態になる。
【００４３】
直列に接続するリチウム・イオン・バッテリィ・セルの数は１個または３個以上でもよい。電力母線４１０は、スイッチ４０７を経由して充電器４０３に接続され、さらにスイッチ４０９を経由してＶＲ４０５に接続される。充電器４０３は、ＰＳＵ２１から受け取る電力でセル・ユニット４５１ａ〜４５１ｄを充電する。ＶＲ４０５は、電力母線４１０の電圧を所定の出力電圧（たとえば１２Ｖ）に制御し、スイッチ３０１を経由してＤＩＭＭ３０６ａ〜３０６ｃに電力を供給する。コントローラ４０１は、スイッチ４０７、４０９、４５２ａ、４５２ｄ、充電器４０３およびＶＲ４０５を制御して、バッテリィ・モジュール４００が通常モードまたは拡大モードで動作するように制御する。
【００４４】
コントローラ４０１は通常モードでは、スイッチ４０９をオフ状態にしてＶＲ４０５の動作を停止する。またコントローラ４０１は、セル・ユニット４５１ａ〜４５１ｃの電圧を監視して充電器４０３を動作させ、所定の電気量を維持するように充電する。コントローラ４０１は、ＰＳＵ２１からＥＰＯＷ信号を受け取ったときに、スイッチ４０９をオン状態にしてＶＲ４０５を動作させる。
【００４５】
コントローラ４０１は、ＢＭＣ２０３から指示されて拡大モードに移行するときはスイッチ４０７および既存のセル・ユニット群４５０のスイッチ４５２ａをオフ状態にし、スイッチ４０９および追加のセル・ユニット４５１ｄのスイッチ４５２ｄをオン状態にしてＶＲ４０５を動作させる。その結果、追加のセル・ユニット４５１はファン・ユニット１９ａを負荷として放電する。コントローラ４０１は、既存のセル・ユニット群４５０の出力電圧と追加のセル・ユニット４５１ｄの出力電圧の電圧差が許容値まで縮小したときに、既存のセル・ユニット群４５０のスイッチ４５２ａをオン状態にして、電力母線４１０に対してセル・ユニット４５１ａ〜４５１ｄを並列に接続する。コントローラ４０１は、追加のセル・ユニット４５１ｄの電力母線４１０に対する並列接続が完了したときにＢＭＣ２０３に通知する。
【００４６】
図６は、バックアップ・システム３００の動作を説明するためのフローチャートである。ブロック５０１で、ブレード・サーバ１０は動作中である。バッテリィ・モジュール４００は、既存のセル・ユニット群４５０を実装しており、その時点でブレード・サーバ１０が実装するすべてのＤＩＭＭ３０６ａ、３０６ｂに対して停電時にデータを退避するための電力を供給することができる。スイッチ３０１、４０９はオフ状態で、スイッチ４０７は充電中であればオン状態で充電していない場合はオフ状態である。スイッチ３０３は、ファン・ユニット１９ａにＰＳＵ２１から電力供給するように切り換わっている。
【００４７】
ここでユーザは、ＤＩＭＭ３０６ｃをＤＩＭＭスロット３０５ｃに挿入してシステム・メモリの容量を拡大することを意図する。ブロック５０３でユーザは、スイッチ４５２ｄがオフ状態の追加のセル・ユニット４５１ｄをコネクタ４６１ｄに接続する。ブロック５０５でユーザはフロント・パネル２３を通じてバックアップ・システム３００を拡大モードで動作させる。ＣＭＭ１７は、ＢＭＣ２０３を通じてコントローラ４０１に拡大モードに入る指示をする。コントローラ４０１は、追加のセル・ユニット４５１ｄが実装されたことを認識する。
【００４８】
ブロック５０７でコントローラ４０１は、その時点で充電中であれば充電器４０３を停止してスイッチ４０７をオフ状態にする。つぎにコントローラ４０１は電力母線４１０に接続された既存のセル・ユニット群４５０の出力電圧を測定して記憶する。つぎに、コントローラ４０１は追加のセル・ユニット４５１ｄの出力電圧を測定する。つぎに、コントローラ４０１は既存のセル・ユニット群４５０の出力電圧と追加のセル・ユニット４５１ｄの出力電圧の電圧差を測定する。セル・ユニット群４５０とセル・ユニット４６１ｄの出力電圧はいずれが高くても両者が一致するように調整できるが、セル・ユニット４６１ｄを電力母線４１０に接続する前には電圧差をほぼゼロに近づけておく必要がある。
【００４９】
セル・ユニットの出力電圧を上げるためには充電し下げるためには放電する。本発明においては、電圧を調整する対象は既存のセル・ユニット群４５０と追加のセル・ユニット４５１ｄのいずれでもよいが、電圧を調整する時間を短縮し、かつ、既存のセル・ユニット群４５０が蓄積する電気量がバックアップに必要な所定値を下回らないようにするために追加のセル・ユニット４５１ｄの出力電圧を既存のセル・ユニット群４５０の出力電圧に一致させるように調整する。
【００５０】
また、充電および放電のいずれでも電圧を調整することはできるが、充電の場合はバッテリィに内部抵抗があるため充電を停止したときには、出力電圧が充電電圧より下がり、さらに内部抵抗はバッテリィの劣化状態によって変化するために微細な電圧を調整するには時間がかかる。これに対して小さい放電電流で電圧を調整する場合は放電を終了したときの電圧と放電終了直前の電圧がほぼ一致するため短時間で正確な調整を行うことができる。
【００５１】
したがって、追加のセル・ユニット４５１ｄの出力電圧が低い場合は、一旦追加のセル・ユニット４５１ｄだけを電力母線４１０に接続して既存のセル・ユニット群４５０の出力電圧よりも高くなるまで充電してから放電して電圧を一致させるようにしてもよい。なお、既存のセル・ユニット群４５０および追加のセル・ユニット４５１ｄの両者を完全に放電してから電力母線４１０に接続することも考えられるが、充電が完了するまでの間はバックアップ機能が停止するため、ＰＳＵ２１が停止したときにデータを退避できなくなる。
【００５２】
ブロック５０９でコントローラ４０１はスイッチ４０９をオン状態にして、ＢＭＣ２０３に放電の準備が完了したことを通知する。ＢＭＣ２０３は、バッテリィ・モジュール４００がファン・ユニット１９ａに電力供給するようにスイッチ３０３を制御する。セル・ユニット４５１ｄは、ファン・ユニット１９ａに電力を供給して徐々に出力電圧が低下する。
【００５３】
バッテリィ・モジュール４００が拡大モードで動作する間も、すべてのサーバ・ユニット１００ａ〜１００ｈは動作を継続している。このときＰＳＵ２１の交流電源が停止する場合がある。ＰＳＵ２１は交流電源が停止したことを検出すると各サーバ・ユニット１００ａ〜１００ｈのＣＰＵとバッテリィ・モジュール４００にＥＰＯＷ信号を送りスイッチ３０１をオン状態にする。
【００５４】
ＣＰＵは、ＮＶＤＩＭＭロジック回路にＤＲＡＭチップのデータをフラッシュ・メモリ・チップに退避させるように指示する。コントローラ４０１は、放電中の追加のセル・ユニット４５１ｄを電力母線４１０から切り離し、既存のセル・ユニット群４５０を電力母線４１０に接続する。交流電源が喪失したあとにバッテリィ・モジュール４００がバックアップ電力の供給を開始するまでは、ＰＳＵ２１が保有するバックアップ電源が電力を供給する。
【００５５】
その後は、ＤＩＭＭ３０６ａ、３０６ｂのＤＲＡＭチップのデータを退避するまでの電力を、セル・ユニット群４５０が供給する。したがって、拡大モードの間に交流電源が停止しても、ＮＶＤＩＭＭ機能を維持することができる。ブロック５１１でコントローラ４０１は、追加のセル・ユニット４５１ｄの出力電圧を監視する。コントローラ４０１は、電圧差が大きい間は、ファン・ユニット１９ａの消費電力を大きくするために、ＢＭＣ２０３を通じてＰＷＭコントローラ２０にデューティ比の大きいＰＷＭ信号を送るように指示することができる。
【００５６】
さらにコントローラ４０１は、電圧差が小さくなったときはファン・ユニット１９ａの消費電力を小さくするために、ＰＷＭコントローラ２０にデューティ比の小さいＰＷＭ信号を送るように指示することができる。一定のデューティ比のＰＷＭ信号に対してファン・ユニット１９ａは一定の電力を消費するため、セル・ユニット４５１ｄの出力電圧は安定して低下する。さらにコントローラ４０１は、電圧差が小さくなるとファン・ユニット１９ａの消費電力が小さくなるように制御するため、時間的な電圧低下の割合が小さくなり、コントローラ４０１は放電を終了させるタイミングを正確に検出することができる。
【００５７】
追加のセル・ユニット４５１ｄと既存のセル・ユニット群４５０の出力電圧の差が許容値未満になると、ブロック５１３でコントローラ４０１は、セル・ユニット群４５０を電力母線４１０に接続する。さらにコントローラ４０１はＶＲ４０５を停止し、スイッチ４０９をオフ状態にする。ブロック５１５でバッテリィ・モジュール４００は通常モードに戻ったことをＢＭＣ２０３に通知する。ＢＭＣ２０３はスイッチ３０３をＰＳＵ２１から電力供給するように切り換える。ブロック５１７で、ユーザがＤＩＭＭスロット３０５ｃにＤＩＭＭ３０６ｃを挿入する。バッテリィ・モジュール４００はすでに容量が拡大されているため、ＤＩＭＭ３０６ｃが追加されてもデータを退避するための電力を供給できるようになる。
【００５８】
本実施の形態では、電圧調整にブレード・サーバ１０が実装する予備のファン・ユニット１９ａを利用するため、特別な放電回路を用意する必要がなく、かつ、ブレード・サーバ１０の動作を停止しないでバッテリィ・モジュール４００の容量を拡大することができる。予備のファン・ユニット１９ａは、ＰＷＭ制御で消費電力を制御できるため、放電量を一定値に設定して、追加のセル・ユニット４５１ｄの出力電圧を正確に調整することができる。なお、本発明は電圧調整のための放電装置にファン・ユニット１９ａ以外の負荷を使用したり、ＰＷＭ制御できる他の負荷を利用したりすることも含む。
【００５９】
バッテリィ・モジュール４００の容量の拡大をＮＶＤＩＭＭの拡張を例にして説明したが、本発明は容量を拡大する目的をこれに限定するものではない。セル・ユニット４５１ｄを既存のセル・ユニット群４５０に対して並列に拡大する例を説明したが、本発明は並列接続された既存のセル・ユニット群に追加のセル・ユニットを直列に接続して容量を拡大する場合も、並列接続で生じる循環電流の抑制に適用できる。この場合、電力母線４１０の電圧が上昇するが、ＶＲ４０５で出力電圧を一定にすることができる。
【００６０】
これまでブレード・サーバに搭載するバッテリィ・モジュール４００を例示して本実施の形態を説明したが、本発明は、ＲＡＩＤ（Redundant Arrays of Inexpensive Disks）を採用した記憶装置のバックアップ用バッテリィまたはノートブック型パーソナル・コンピュータのメイン・バッテリィに適用することも可能である。また、拡大の対象としてリチウム・イオン・バッテリィを例示して説明したが、バッテリィの型式は特に限定する必要はない。
【００６１】
さらに、電気二重層キャパシタ、リチウム・イオン・キャパシタなどの容量を拡大する場合にも適用することができる。キャパシタは、内部抵抗が小さく、わずかな電圧差でも大きな循環電流が流れるため、既存のキャパシタが所定の電圧を維持した状態で追加のキャパシタを並列接続するためには一層正確な電圧調整が必要になる。この点において、ＰＷＭ制御で一定の放電電流を設定できるファン・ユニットのような負荷は適している。
【００６２】
これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。
【符号の説明】
【００６３】
１０  ブレード・サーバ
１９  ファン・モジュール
２１  ＰＳＵ
３００  バックアップ・システム
４００  バッテリィ・モジュール
４５０  既存のセル・ユニット群
４５１ｄ  追加のセル・ユニット
３０１、３０３、４０７、４０８、４５２ａ、４５２ｄ  スイッチ
【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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