JP2003309935A - 直流バックアップ電源装置 - Google Patents

直流バックアップ電源装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄型の直流バックアップ電源１を提供し、１
９インチラック４１に、情報処理装置２６等と一体に２
〜３台収納すること。また、廃棄時に環境への悪影響を
少なくすること。 【解決手段】 電池５に高エネルギー密度のニッケル水
素電池を用い、多数の電池セル１５の円筒部を水平に寝
かせて配置する。この電池５と、負荷３９が接続される
直流路２９との間に、充放電回路（昇降圧チョッパ）６
を接続して、直流バックアップ電源１を構成する。 【効果】 １９インチラック４１の１ユニットサイズに
収納できる薄型化を実現した。ニッケル水素電池１５に
は鉛を含まないため環境負荷も軽減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直流バックアップ
電源装置、特に、電池と直流路との間で電力の充放電を
行う充放電回路を備えた直流バックアップ電源装置の改
良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、商用交流電源が万一停電すること
によって、データ喪失などの被害発生が懸念されるサー
バ、ルータ、ストレージ装置などのいわゆるネットワー
ク情報処理装置においては、外部にＵＰＳ（無停電電源
装置）を設置し、停電対策を行っている。このうち、１
９インチラックと呼ばれる幅約４８０［ｍｍ］のラック
に実装されるラックマウントタイプの情報処理装置に対
し、同じラック内にマウント可能なラックマウントタイ
プのＵＰＳが製品化されている。これは、例えば（株）
ＡＰＣ Japan社の「Smart-UPS」カタログに見られるよ
うな形状寸法である。これは、交流バックアップ電源装
置であり、二次電池からインバータとトランスを介して
負荷に交流電力を出力し、負荷の動作を維持するもので
ある。
【０００３】一方、交流電源からＡＣ／ＤＣコンバータ
及びＤＣ／ＤＣコンバータを介して負荷に直流を供給し
ているものにおける直流バックアップ電源として、特開
２０００−１９７３４７号公報が知られている。この公
報では、両コンバータの中間直流路に直流バックアップ
電源装置を接続することで、変換効率を高め、容積及び
コストを低減することが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、二次電池とし
てＵＰＳに一般的に用いられるシール型鉛蓄電池は比較
的安価であるが、体積が大きく、情報処理装置等への実
装が難しい課題がある。しかも、情報処理装置等におい
ては、その信頼性を確保するため、バックアップ電源と
して、２重あるいは３重の冗長系が要求され、更に寸法
が大きくなり、実装上の問題は切実であった。
【０００５】なお、シール型鉛蓄電池は、鉛を含んでい
るため、廃棄物として環境に悪影響を与えるという課題
もある。
【０００６】本発明の目的は、薄型化された直流バック
アップ電源装置を提供することである。具体的には、１
〜１．４［ｋＶＡ］の容量の直流バックアップ電源装置
を１９インチラックの１ユニットサイズへ実装できる高
さ、すなわち、４５［ｍｍ］以下に薄型化を図ることで
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴とす
るところは、電池と直流路との間で電力の充放電を行う
充放電回路と、この充放電回路を制御する制御回路とを
備えた直流バックアップ電源装置において、前記電池は
多数の電池セルを備え、これらのセルの円筒部がほぼ水
平になるように寝かせて配置したことである。
【０００８】本発明の第２の特徴とするところは、これ
らの電池セルに、高いエネルギー密度を有するニッケル
水素（ＮｉＭＨ）二次電池を用いることである。
【０００９】このような構成により、バックアップ電源
１台あたり、高さ約４３［ｍｍ］、直径約２２．５［ｍ
ｍ］のＳｕｂ−Ｃ（サブＣ）サイズのニッケル水素電池
を多数内蔵することにより、薄型の直流バックアップ電
源装置を実現する。
【００１０】具体的には、１台あたりの定格出力７００
［Ｗ］以上を確保するために、４０セル以上のニッケル
水素電池を内蔵することにより、薄型化のネックとなっ
ていたシール型鉛蓄電池をなくすことが可能となる。そ
の結果、１９インチラックの１ユニット（１Ｕ）サイズ
にバックアップ電源２台を収納できる。このとき、前記
ニッケル水素電池を少なくとも２組以上を並列接続する
ことが望ましい。
【００１１】また、前記１９インチラックの１Ｕサイズ
への収納台数を３台とし、１台あたりの定格出力を４０
０［Ｗ］以上とすることも可能である。このときには、
Ｓｕｂ−Ｃサイズのニッケル水素電池を２０セル以上内
蔵することによって実現することが可能である。
【００１２】さらに、本発明の他の特徴とするところ
は、電池の満充電電圧が４８［Ｖ］以内であるとき、前
記直流路すなわち充放電回路との接続点の電圧を、５１
［Ｖ］〜５５［Ｖ］に設定したことを特徴とする また、停電発生時における負荷装置のバックアップ時間
については、ニッケル水素電池を用いることにより、電
池温度が１０［℃］以上かつ電池の内部インピーダンス
が初期値の２倍以下、かつ満充電状態の条件において、
定格電力の６分間以上の出力を保証できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
による直流バックアップ電源装置（ＵＰＳ）と情報処理
装置の、１９インチラックへの実装状況を示す斜視図で
ある。図１において、４１は１９インチラックであり、
情報処理装置２６が、６段×２ユニット＝１２ユニット
分の高さに収納されている。その最下部の１ユニット分
の高さスペース内には、本発明の第１の実施形態による
直流バックアップ電源装置１が２台実装されている。こ
の図から、僅かのスペース内に２台の直流バックアップ
電源装置１を収容していることが分かる。なお、前面に
見える３はラック取り付け金具、４はＬＥＤ、１２は空
気孔、１９は引き出しハンドルである。
【００１４】図２は、本発明の第１の実施形態による直
流バックアップ電源のみの外観を示す斜視図である。図
示のように、バックアップ電源１は、筐体２に２台並べ
て実装できる形状となっており、それぞれ個別に引き出
すことが可能である。バックアップ電源１の横幅Ｌは約
２２５［ｍｍ］以下、高さＨ２は４４［ｍｍ］以下、奥
行きＤは６００［ｍｍ］以下である。筐体２の高さＨ２
は１ユニット（１Ｕ）すなわち約４４．４５［ｍｍ］で
あり、いわゆる１９インチラックに搭載可能な寸法とな
っている。筐体２には、ラック取り付け金具３が左右に
取り付けられており、また、バックアップ電源１の正面
には、前述したようにＬＥＤ４と空気孔１２およびハン
ドル１９が備えられている。
【００１５】図３は、本実施の形態における直流バック
アップ電源１の蓋を開け、その内部を上方向から見た平
面図である。図３において、図１，２と同じ構成要素に
は同じ符号を付している。図において、電池パック５が
２つ奥行き方向に並べられており、それらの手前側には
コイル８、電解コンデンサ９、ヒートシンク１１を搭載
した充放電回路６とマイコン１０を搭載した制御回路７
の基板が取り付けられている。裏面側には、冷却ファン
１３、コネクタ２０と２１、及びスイッチ２２が設置さ
れている。
【００１６】図４は、本実施の形態における直流バック
アップ電源に用いる電池パック５の内部の電池セル構成
を表わす斜視図である。図において、電池セル１５は、
横方向に７セルが導電材１８により直列に接続され、こ
の組が４組縦方向に並べられている。また、各電池セル
の組の間には絶縁シート１４が設置されている。このよ
うにして、プラス電極１６とマイナス電極１７の間に計
２８個の電池セルが全て直列接続されている。電池セル
１５は、１セルあたり、高さ約４３［ｍｍ］、直径約２
２．５［ｍｍ］のＳｕｂ−Ｃ（サブＣ）サイズのニッケ
ル水素電池を使用している。このため、電池パックの寸
法は、横方向が約１６０［ｍｍ］、縦方向が約１８０
［ｍｍ］、厚さが約２５［ｍｍ］である。そして、電池
パック５のバックアップ電源１への実装形態は、厚さ方
向が高さ方向になるように配置される。すなわち、電池
セル１５の円筒部がほぼ水平になるように寝かせた形で
実装される。これにより、高さ１Ｕサイズの直流バック
アップ電源を実現することが可能となる。
【００１７】図５は、本実施の形態における直流バック
アップ電源と情報処理装置との接続関係についてラック
裏面から見た外観を表わす斜視図である。図において、
図１〜３と同じ構成要素には同じ符号を付している。情
報処理装置２６の背面には２台の装置電源２５が設置さ
れている。この装置電源２５の背面には、ＡＣプラグ２
７、電源スイッチ２８の他、コネクタ２９、ハンドル３
０、及び冷却ファン３１が設置されている。情報処理装
置２６の背面には、この他、２つのコネクタ３３が設置
される。一方、筐体２には、バックアップ電源１が２台
実装されている。筐体２と情報処理装置２６は、同じ１
９インチラックに搭載される。装置電源２５とバックア
ップ電源１は、それぞれコネクタ２９から直流電力・信
号ケーブル２４、コネクタ２１を介して接続される。ま
た、情報処理装置２６とバックアップ電源１は、それぞ
れコネクタ３３から、信号ケーブル２３及びコネクタ２
０を介して接続される。
【００１８】バックアップ電源１の発熱は主に放電時に
発生する。このとき制御回路７は、冷却ファン１３を回
転させて正面の空気孔１２から充放電回路６、電池パッ
ク、冷却ファン１３という経路で風を流し、バックアッ
プ電源１を冷却する。
【００１９】図６は、図１〜５に示す第１の実施形態に
おける直流バックアップ電源１と情報処理装置２６との
電気的な接続関係を示すブロック図である。図におい
て、図１〜５と同じ構成要素には同じ符号を付してい
る。バックアップ電源１の内部の電池パック５は、充放
電回路６に接続されるとともに、充放電回路６の制御回
路７に電源及び信号を供給／出力する。充放電回路６の
出力端子はコネクタ２１に接続される。また、制御回路
７はコネクタ２０とコネクタ２１に接続されている。情
報処理装置２６の内部には、図５で説明した通り、装置
電源２５が２台内蔵されている。これらの装置電源２５
は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３４とＤＣ／ＤＣコンバータ
３５を備えている。交流電源３２から、ＡＣプラグ２
７、ＡＣ／ＤＣコンバータ３４、及びＤＣ／ＤＣコンバ
ータ３５を介して負荷３９に直流電力を供給する。２台
の装置電源２５は全く同じ構成となっており、その出力
が負荷３９に並列に接続される。負荷３９は、制御回路
３６、ディスク３７、及びメモリ３８が含まれている。
また、装置電源２５内のＡＣ／ＤＣコンバータ３４とＤ
Ｃ／ＤＣコンバータ３４の接続点がコネクタ２９に接続
される。この他、ＡＣ／ＤＣコンバータのパワーグッド
信号がコネクタ２９に接続される。コネクタ２９は、直
流電力・信号ケーブル２４を介してバックアップ電源１
のコネクタ２１に接続される。また、負荷３９内の制御
回路３６はコネクタ３３に接続され、信号ケーブル２３
を介してバックアップ電源１のコネクタ２０に接続され
ている。
【００２０】制御回路７は、電池パックの状態を常に監
視しており、充放電回路の充電電流をコントロールす
る。また、電池パック５が満充電状態となった時には制
御回路７から充放電回路６の動作を停止させる。２台の
バックアップ電源１はそれぞれ同じ構成となっており、
個別に電池パック５の状態を把握して充電制御を行う。
また、満充電状態で充放電回路６の動作を止めることに
よって、いわゆるトリクル充電を防止し、ニッケル水素
電池の長寿命化を図ることができる。
【００２１】ここで、２８セル×２並列＝５６セルのニ
ッケル水素電池１５への充電を考えると、公称１．２
［Ｖ］のセルは、その満充電近くでは１．６［Ｖ］に達
するので、電池パック５の端子電圧は、２８セルで４
４．８［Ｖ］となる。この場合、中間直流路２９の設定
電圧すなわちバックアップ電源１の出力端子２１の設定
電圧を４８［Ｖ］中心に設定すると、電池パック５の端
子電圧４４．８［Ｖ］を維持することができなくなる。
これは、ＡＣ／ＤＣコンバータ３４の制御誤差±１０％
による直流出力電圧のばらつきや、回路の電圧降下のた
めである。そこで，本発明の実施形態では、中間直流路
２９の電圧の中心値（設計値）を、余裕を持たせて５４
［Ｖ］に設定し、前記ばらつきや電圧降下を考えても確
実に充電電圧を保つようにしている。しかし、通常、５
１［Ｖ］〜５５［Ｖ］に設定すれば、問題は無い。
【００２２】図７は、本実施の形態における直流バック
アップ電源の動作状態を表わす簡略化ブロック図であ
る。図において、他の図と同じ構成要素には同じ符号を
付している。図６で説明したように、商用交流電源３２
は２系統があるが、これは同じ交流電源でも構わない
し、また、一方は発電機あるいは大容量の無停電電源装
置などに接続していても良い。これら商用電源３２が両
方とも健全な状態であるときには、バックアップ電源１
は充電状態あるいは待機状態にある。
【００２３】図７（ａ）は、充電状態におけるブロック
図であり、２つの電力経路がある。第１の電力経路は、
商用交流電源３２からＡＣ／ＤＣコンバータ３４、ＤＣ
／ＤＣコンバータ３５を通って負荷３９に供給する経路
である。もうひとつは、ＡＣ／ＤＣコンバータ３４の出
力点から、バックアップ電源１の充放電回路６を介して
電池パック５を充電する電力経路である。ＡＣ／ＤＣコ
ンバータ３４の出力点の電圧は、およそＤＣ４８［Ｖ］
（又は前述した５１〜５５［Ｖ］）であることが望まし
い。他の１２［Ｖ］や２４［Ｖ］などでも実現可能であ
るが、負荷３９の電力容量に比べて電圧が低い場合に
は、その分だけ電流が増加するので直流電力・信号ケー
ブル２４は太くする必要がある。
【００２４】一方、一般的なＡＣ／ＤＣコンバータ３４
内に既存のＰＦＣ（力率改善回路）の出力であるＤＣ３
８０［Ｖ］をこの出力点とすることもできる。しかし、
このときはバックアップ電源や電力・信号ケーブル２４
の絶縁が４８［Ｖ］（又は前述した５１〜５５［Ｖ］）
系に比較して難しくなる点に注意することが必要であ
る。
【００２５】図７（ｂ）は、本実施の形態におけるピー
クカット機能時の電力経路を示すブロック図である。こ
のピークカット機能は、商用交流電源３２の健全時に、
ＤＣ／ＤＣコンバータ３５に予定値を超える負荷電流が
流れた際に、ＡＣ／ＤＣコンバータ３４から給電する電
力に加えてバックアップ電源１側からも電力を供給する
制御手段を備えるものである。この制御手段は、充放電
回路６と制御回路７によって構成される。これにより、
ＡＣ／ＤＣコンバータ３４の出力電流を予定値以内に押
さることができる。この結果、ＡＣ／ＤＣコンバータの
定格容量を低く抑えることができる他、商用交流電源３
２から入力する電流も低く抑えることができるため、電
力平準化や契約電力の低減などのユーザメリットを発揮
することができる。
【００２６】図７（ｃ）は、停電のときの電力経路を示
すブロック図である。本実施形態では、ＡＣ／ＤＣコン
バータ３４のパワーグッド信号を受けて放電を開始する
ため、停電のみならず、ＡＣ／ＤＣコンバータの故障に
対しても全く同様の手順により負荷への電力供給をバッ
クアップすることが可能である。これにより装置の信頼
性をより向上することができる。
【００２７】以下に、商用交流電源３２が停電した場合
の動作を説明する。商用交流電源３２が停電すると、Ａ
Ｃ／ＤＣコンバータ３４の出力電圧が低下するが、この
ときＡＣ／ＤＣコンバータ内部にあるパワーグッド信号
が異常状態信号へと変化する。これは、上記のように、
ＡＣ／ＤＣコンバータ３４の故障時にも同じと考えて良
い。このパワーグッド信号の変化は、コネクタ２９から
直流電力・信号ケーブル２４、コネクタ２１の経路によ
って、バックアップ電源１内の制御回路７に電気的に伝
えられる。バックアップ電源１はこのパワーグッド信号
の変化を受けて充放電回路６の放電動作を開始する。こ
のとき、電池パック５の直流電力が、充放電回路６の昇
圧チョッパにより所定の４８［Ｖ］（又は前述した５１
〜５５［Ｖ］）に電力変換され、ＡＣ／ＤＣコンバータ
３４の出力点に出力される。昇圧チョッパは、コイル
８、ヒートシンク１１に取り付けられたパワーＭＯＳＦ
ＥＴなどの半導体デバイスおよび電解コンデンサ９から
構成される公知の回路を用いることができる。
【００２８】本実施の形態における電池パック５は、図
４で述べたように、ニッケル水素電池２８セルの直列体
で、これを２つ並列接続して使用している。この端子間
電圧は状態により変化するが、公称電圧は３３．６
［Ｖ］（１．２［Ｖ］／セル）である。この電池から安
定な４８［Ｖ］（又は前述した５１〜５５［Ｖ］）を作
成する電力変換回路はいくつかあるが、上記したように
昇圧チョッパ回路が最も簡便である。
【００２９】図８は、本実施の形態に関するニッケル水
素電池セル数をパラメータとして、電池最大供給可能電
力およびバックアップ電源の最大供給可能電力と、バッ
クアップ時間の関係を示すグラフである。このグラフ
は、Ｓｕｂ−Ｃサイズのニッケル水素（ＮｉＭＨ）電池
を用い、充放電回路の効率を９０％、内部インピーダン
スが初期値の２倍となった電池劣化時で、かつ１０
［℃］の低温という過酷な条件を想定している。これに
よると、７００［Ｗ］出力で６分間バックアップ可能な
バックアップ電源を構成するためには、４０セルと５０
セルの間の電池セルが必要であることが分かる。図８
は、上記のように最悪条件で出力を出すためのグラフで
あり、初期値としては、４０セルで十分に７００［Ｗ］
出力×６分間のバックアップが可能である。但し、上記
の最悪条件でも７００［Ｗ］出力で６分間バックアップ
を確実にする必要がある用途のためには、およそ４５セ
ル以上の電池を用意することが望ましい。
【００３０】同様に、４００［Ｗ］出力×６分間、ある
いは５００［Ｗ］出力×５分間（図８に破線記入）バッ
クアップという仕様では，図８から明らかなように、２
０〜３０セルが必要である。したがって、上記と同様の
理由により、２０セル以上、望ましくは２８セル程度が
必要であることが分かる。
【００３１】さて、前記第１の実施形態であるＳｕｂ−
Ｃサイズのニッケル水素電池１５を２８セル×２並列＝
５６セル用いた直流バックアップ電源におけるバックア
ップ能力を図８で見てみる。条件は、充放電回路６の効
率を９０％とし、電池が内部インピーダンス２倍にまで
劣化した状態において、１０［℃］の低温という過酷条
件とする。バックアップできる出力は、電池最大で約１
０００［Ｗ］×３分以内、約９２０［Ｗ］×５分（破線
記入）、約８８０［Ｗ］×６分程度、電源効率を考慮す
ると、約７９０［Ｗ］×６分であることが分かる。この
容量は、一般的１［ｋＶＡ］交流ＵＰＳが６７０〜７０
０［Ｗ］×６分を初期状態でバックアップ可能という仕
様を十分に凌駕でき、１．２［ｋＶＡ］の交流ＵＰＳが
８４０［Ｗ］×６分を初期状態でバックアップ可能とい
う仕様に匹敵する。したがって、第１の実施形態のバッ
クアップ電源装置は、１．２［ｋＶＡ］の交流ＵＰＳと
ほぼ等価なバックアップ能力を有する。
【００３２】さらに、本実施形態のバックアップ電源１
は、バックアップを行う際にはＡＣ／ＤＣコンバータを
介して給電しないため、ＡＣ／ＤＣコンバータの効率の
分だけ交流ＵＰＳよりも効率が向上する。言い換えれ
ば、交流ＵＰＳと同容量のバックアップ電源の場合に
は、交流ＵＰＳよりもＡＣ／ＤＣコンバータの効率の分
だけバックアップ時間を長くすることができる。これ
は、たとえばＡＣ／ＤＣコンバータの効率を９０％と
し、交流ＵＰＳのバックアップ時間を６分とすると、同
容量のバックアップ電源の場合で、６分／０．９＝６．
６分のバックアップ時間を確保できる。
【００３３】また、本実施形態においては、停電発生か
ら４８［Ｖ］（又は前述した５１〜５５［Ｖ］）出力ま
での切り替え動作は数１００μｓ以内に行われる。この
ため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３５の入力は大きく変動す
ることがなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ３５は停電に関係
なく動作する。このため、負荷３９は安定に動作を継続
することが可能である。
【００３４】停電が比較的短時間で解消し、商用交流電
源３２が復電した場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータ３４
のパワーグッド信号が異常状態から通常状態に変化する
ため、この信号の変化を制御回路７で捕らえて放電をス
トップする。
【００３５】なお、電池パックの残容量（ＳＯＣ）は制
御回路７により常に監視している。このＳＯＣは主に電
池パック５への充電電流あるいは放電電流を積算するこ
とにより推定することができる。停電が続き、電池パッ
ク５のＳＯＣが低下した場合には、制御回路７は制御回
路３６に対してシャットダウン信号を出力する。制御回
路３６ではこの信号を受けてシャットダウン動作に入
る。この動作は例えばメモリ３８の内容をディスク３７
に退避させるような操作である。
【００３６】シャットダウン動作が終了すると、制御回
路３６はＵＰＳシャットダウン信号を制御回路７に出力
する。制御回路７はこのＵＰＳシャットダウン信号を受
けて電池パックからの放電動作を停止する。
【００３７】次に、バックアップ電源１が故障した場合
について説明する。バックアップ電源１が故障した際に
は、制御回路７は充放電回路７の動作を停止し、ＬＥＤ
４によりアラームを発生する。図示していないがこのア
ラームはバックアップ電源１内に実装されたブザーによ
っておこなってもよい。また、バックアップ電源１の故
障を制御回路３６に伝達し、装置側からユーザに伝達し
てもよい。ユーザはこのようにしてバックアップ電源１
の故障を認識し、バックアップ電源１を交換する。バッ
クアップ電源１の交換手順は、裏面のスイッチ２２をオ
フし、ケーブルを抜き、ハンドル１９によって手前に引
き出す。次に、正常なバックアップ電源１を図１，２の
ように差込み、図５のようにケーブル類をコネクタに配
線し、スイッチをオンする。このとき、負荷である情報
処理装置を止める必要はない。本実施形態のバックアッ
プ電源では、図６に示すように商用交流電源３２から負
荷３６の経路に並列にバックアップ電源１が入っている
ため、負荷を動作させたままバックアップ電源１を挿抜
することが可能である。
【００３８】図９は、本発明の第１の実施形態による直
流バックアップ電源装置の大きさを市販されているいく
つかのラックマウントタイプ交流ＵＰＳと比較説明する
グラフである。この図は、バックアップ電源の出力電力
［Ｗ］とＵＰＳの高さの関係を示す。図に○印でプロッ
トしているように、ラックマウントタイプ交流ＵＰＳの
高さは、１９インチラックの高さピッチが約４４．４５
［ｍｍ］（１Ｕ）であることから、一般的に約４４［ｍ
ｍ］（１Ｕ）、あるいは約８８［ｍｍ］（２Ｕ）…とな
っている。しかし、交流ＵＰＳは、トランス、インバー
タやシール型鉛蓄電池の体積がネックとなるため、最も
高さが低い１ＵサイズのＵＰＳは出力の比較的小さな４
００［Ｗ］以下のものしか存在しない。生産台数の多い
１〜１．４［ｋＶＡ］（およそ７００〜１０００［Ｗ］
に相当）のラックマウントタイプ交流ＵＰＳは、１台あ
たり２Ｕ〜３Ｕの高さを占有する。しかしながら、情報
処理装置は実装密度の向上を図るために年々薄型化が進
展し、最近では１Ｕサイズのサーバが発表されており、
ラック全体の実装密度を向上させる要求が高まってい
る。
【００３９】これに対して、図９に●印（ａ）でプロッ
トしたように、本発明の第１の実施形態によれば、生産
台数の多い１〜１．４［ｋＶＡ］（およそ７００〜１０
００［Ｗ］に相当）のラックマウントタイプ直流ＵＰＳ
×２台を１Ｕに収納できる。
【００４０】次に、本発明の第２の実施形態による直流
バックアップ電源装置について、図１０−１２を用いて
説明する。
【００４１】図１０は、本発明の第２の実施形態による
直流バックアップ電源の形状を表わす外観斜視図であ
り、基本的には図２と同じであるので相違点のみ説明す
る。図では、３台のバックアップ電源１を筐体２に実装
できることを示しており、筐体２の高さＨ２は図１と同
じ１Ｕである。したがって、バックアップ電源１の高さ
Ｈ１も図１と同じ４４［ｍｍ］以下である。バックアッ
プ電源１の幅であるＬ２は１５０［ｍｍ］以下である。
【００４２】図１１は、本発明の第２の実施形態による
直流バックアップ電源１の内部の構成を示す平面図であ
る。充放電回路６と制御回路７は図３と同じ寸法である
が、Ｌ２が１５０［ｍｍ］以下と狭くなっているため、
正面側から制御回路７、充放電回路６、電池パック５の
順序で配置している。
【００４３】図１２は、電池パック５の内部構造を示す
電池構成斜視図である。電池パック５は並列接続せず、
Ｓｕｂ−Ｃサイズのニッケル水素電池を３０セル直列に
した構成である。１列に５個の電池セルを並べ、これを
縦方向に６組積み上げ、それらの間に絶縁シート１４を
挟んだ構成であり、両端にプラス電極１６およびマイナ
ス電極１７が設置される。この電池パックの寸法は、縦
が約２７０［ｍｍ］、幅は約１１５［ｍｍ］である。ま
た、厚さは約２５［ｍｍ］であって、図１１の寸法に実
装することが可能である。
【００４４】本第２の実施形態におけるバックアップ電
源１の動作は、第１の実施の形態における動作と同じで
ある。ただし、１台あたりの容量が異なる。これについ
て図８を用いて説明する。図８において、今、電池パッ
ク５に含まれるＳｕＢ−Ｃサイズのニッケル水素電池は
３０セルである。そこで、充放電回路６の効率を９０％
とし、電池が内部インピーダンス２倍にまで劣化した状
態において、１０［℃］の低温でバックアップできる出
力は次の通りである。図示のように、電池最大で約５５
０［Ｗ］×３分以内、約４８０［Ｗ］×６分程度、電源
効率を考慮すると４３０［Ｗ］×６分である。これは、
５００［ＶＡ］（３５０［Ｗ］）の交流ＵＰＳの出力を
凌駕し、７００［ＶＡ］（４９０［Ｗ］）の交流ＵＰＳ
の初期性能に匹敵する。したがって、本第２の実施形態
におけるバックアップ電源１の出力は、劣化時において
も、７００［ＶＡ］の交流ＵＰＳの初期値として保証さ
れている容量をバックアップする能力を有している。
【００４５】図９に●印（ｂ）でプロットしたように、
上記の４３０［Ｗ］×６分のバックアップ能力を持つ第
２の実施形態の直流バックアップ電源１は、１９インチ
ラックの１ユニット（１Ｕ）サイズの高さ内に３台を収
納できる。
【００４６】ここで、３０セルのニッケル水素電池１５
への充電を考えると、満充電近くでは１セルあたり１．
６［Ｖ］になるので、電池パック５の端子電圧は、３０
セルで４８［Ｖ］となる。この場合、中間直流路２９の
設定電圧すなわちバックアップ電源１の出力端子２１の
設定電圧は、少なくとも回路の電圧降下分以上、高く設
定しなければならない。そこで，本発明の第２の実施形
態においても、中間直流路２９の電圧を５４［Ｖ］に設
定し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３４のレギュレーションに
よるばらつきや回路の電圧降下を考えても、余裕を持っ
て充電電圧を保つようにしている。
【００４７】本実施形態のバックアップ電源において
も、充電、放電、およびピークカットの各機能は、第１
の実施の形態と同じように動作させることが可能であ
る。
【００４８】以上の実施例によれば、ラックマウントタ
イプの交流ＵＰＳを本実施形態のバックアップ電源に置
き換えることにより、同容量のバックアップ機能を、よ
り薄型のサイズである１Ｕサイズで実現することが可能
である。この結果、システム装置、情報処理装置、サー
バなどの実装台数を増加することができる。また、これ
ら負荷装置の容量を増加することができ、結果的にラッ
クの実装密度を向上することが可能になる。
【００４９】また、以上の実施形態においては、バック
アップ電源の内部の二次電池や他の部品の保守交換をお
こなう際には、背後のコネクタとケーブルの接離によっ
て、バックアップ電源１を１台ずつ活線挿抜することが
でき、負荷無停止・無瞬断での交換作業を実現できる。
【００５０】さらに、このバックアップ電源では、ピー
クカット機能を使用することによって、入力電力の平準
化や契約電力の低減、ＡＣ／ＤＣコンバータの定格容量
低減を図り、低コスト化を図ることが可能である。
【００５１】また、シール型鉛蓄電池を廃止し、ニッケ
ル水素電池を用いることにより廃棄時の環境負荷を軽減
し安全な装置を提供することができる。
【００５２】
【発明の効果】本発明によれば、直流バックアップ電源
装置を薄型のサイズで実現することが可能であり、シス
テム装置、情報処理装置やサーバなどへの実装を容易に
することができる。
【００５３】また、シール型鉛蓄電池を廃止し、ニッケ
ル水素電池を用いた場合には、廃棄時の環境負荷を軽減
し安全な装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による直流バックアッ
プ電源を実装したラックの実装形態の斜視図。
【図２】本発明の第１の実施形態による直流バックアッ
プ電源の外観斜視図。
【図３】本発明の第１の実施形態による直流バックアッ
プ電源の平面図。
【図４】本発明の第１の実施形態による直流バックアッ
プ電源の電池構成斜視図。
【図５】本発明の第１の実施形態による直流バックアッ
プ電源と情報処理装置との接続関係をラック裏面から見
た外観斜視図。
【図６】本発明の第１の実施形態による直流バックアッ
プ電源と情報処理装置との接続関係を表わすブロック
図。
【図７】本発明の実施形態による直流バックアップ電源
の動作状態を示すブロック図。
【図８】本発明の第１の実施形態による直流バックアッ
プ電源の最大供給可能電力とバックアップ時間の関係
を、電池セル数をパラメータとして表わしたグラフ。
【図９】本発明の第１の実施形態によるＵＰＳの高さと
出力電力関係の従来比較図。
【図１０】本発明の第２の実施形態による直流バックア
ップ電源の外観斜視図。
【図１１】本発明の第２の実施形態による直流バックア
ップ電源の平面図。
【図１２】本発明の第２の実施形態による直流バックア
ップ電源の電池構成斜視図。
【符号の説明】
１…バックアップ電源、２…筐体、３…ラック取り付け
金具、４…ＬＥＤ、５…電池パック、６…充放電回路、
７…制御回路、８…コイル、９…電解コンデンサ、１０
…マイコン、１１…ヒートシンク、１２…空気孔、１３
…冷却ファン、１４…絶縁シート、１５…電池セル、１
６…プラス電極、１７…マイナス電極、１８…導電材、
１９…ハンドル、２０，２１，２９，３３…コネクタ、
２２…スイッチ、２３…信号ケーブル、２４…直流電力
・信号ケーブル、２５…装置電源、２６…情報処理装
置、２７…ＡＣプラグ、２８…電源スイッチ、３０…ハ
ンドル、３１…冷却ファン、３２…商用交流電源、３４
…ＡＣ／ＤＣコンバータ、３５…ＤＣ／ＤＣコンバー
タ、３６…制御回路、３７…ディスク、３８…メモリ、
３９…負荷、４１…１９インチラック。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 叶田 玲彦 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 根本 峰弘 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 高橋 史一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 濱荻 昌弘 神奈川県足柄上郡中井町境781 日立コン ピュ−タ機器株式会社内 (72)発明者 高橋 芳秀 神奈川県足柄上郡中井町境781 日立コン ピュ−タ機器株式会社内 (72)発明者 田邉 節 神奈川県足柄上郡中井町境781 日立コン ピュ−タ機器株式会社内 (72)発明者 後藤 隆雄 神奈川県足柄上郡中井町境781 日立コン ピュ−タ機器株式会社内 (72)発明者 磯貝 正人 大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号 日立マ クセル株式会社内 (72)発明者 宮田 寿勝 大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号 日立マ クセル株式会社内 Ｆターム(参考） 5G015 FA10 GB03 HA02 HA03 JA10 JA32 JA33 JA53 JA55 KA06 5H030 AA06 AA09 AS03 AS06 BB01 BB21 5H040 AA01 AA06 AA38 AS11 AT01 AY03 JJ03 NN01 NN03 NN05

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電池と、この電池と直流路との間で電力の
    充放電を行う充放電回路と、この充放電回路を制御する
    制御回路とを備えた直流バックアップ電源装置におい
    て、前記電池は多数の電池セルを備え、これらのセルの
    円筒部がほぼ水平になるように寝かせて配置したことを
    特徴とする直流バックアップ電源装置。
  2. 【請求項２】電池と、この電池と直流路との間で電力の
    充放電を行う充放電回路と、この充放電回路を制御する
    制御回路とを備えた直流バックアップ電源装置であっ
    て、前記電池は、多数の電池セルを備え、これらのセル
    の円筒部がほぼ水平になるように寝かせて配置され、高
    さが４５［ｍｍ］以下であることを特徴とする直流バッ
    クアップ電源装置。
  3. 【請求項３】電池と、この電池と直流路との間で電力の
    充放電を行う充放電回路と、この充放電回路を制御する
    制御回路とを備えた直流バックアップ電源装置であっ
    て、前記電池は、多数の電池セルを備え、これらのセル
    の円筒部がほぼ水平になるように寝かせて配置され、１
    ９インチラックの１ユニット（１Ｕ）サイズの高さスペ
    ース内に収納されたことを特徴とする直流バックアップ
    電源装置。
  4. 【請求項４】請求項３において、１台あたりの定格出力
    が７００［Ｗ］以上のバックアップ電源を、前記１ユニ
    ット（１Ｕ）サイズの高さスペース内に２台並べて収納
    したことを特徴とする直流バックアップ電源装置。
  5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、バック
    アップ電源１台あたりに４０セル以上のＳｕｂ−Ｃサイ
    ズのニッケル水素電池を内蔵したことを特徴とする直流
    バックアップ電源装置。
  6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれかにおいて、前記ニ
    ッケル水素電池は、２組以上が並列接続されていること
    を特徴とする直流バックアップ電源装置。
  7. 【請求項７】請求項３において、１台あたりの定格出力
    が４００［Ｗ］以上のバックアップ電源を、前記１ユニ
    ット（１Ｕ）サイズの高さスペース内に３台並べて収納
    したことを特徴とする直流バックアップ電源装置。
  8. 【請求項８】請求項７において、バックアップ電源１台
    あたりに、２０セル以上のＳｕｂ−Ｃサイズのニッケル
    水素電池を備えたことを特徴とする直流バックアップ電
    源装置。
  9. 【請求項９】請求項１〜８のいずれかにおいて、前記電
    池の満充電電圧が４８［Ｖ］以内であるとき、前記直流
    路の電圧を、５１〜５５［Ｖ］に設定したことを特徴と
    する直流バックアップ電源装置。
  10. 【請求項１０】請求項４又は７において、電池温度が１
    ０［℃］以上、電池の内部インピーダンスが初期値の２
    倍以下で、前記電池が満充電状態にある条件から、前記
    定格電力を６分間以上出力する容量であることを特徴と
    する直流バックアップ電源装置。
  11. 【請求項１１】電池と、この電池と直流路との間で電力
    の充放電を行う充放電回路と、この充放電回路を制御す
    る制御回路とを備えた直流バックアップ電源装置であっ
    て、前記電池は、多数の電池セルの円筒部がほぼ水平に
    なるように寝かせて配置され、電気的に並列接続された
    複数台のバックアップ電源が１ラック内に並べて収納さ
    れ、前記各バックアップ電源は、活線挿抜可能にコネク
    タとケーブルとで接続したことを特徴とする直流バック
    アップ電源装置。
  12. 【請求項１２】請求項１〜１１のいずれかにおいて、前
    記直流路から給電される負荷で消費する電力が所定の値
    より増加した際に、前記バックアップ電源を起動し、前
    記負荷に電力を供給する制御手段を備えたことを特徴と
    する直流バックアップ電源装置。
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