UPSバッテリーシステム拡張の計画方法：容量、電力およびモジュール式設計

既存のUPSバッテリーシステムを拡張することで、バックアップ時間の延長、追加の重要な負荷のサポート、または電力の耐障害性の向上が可能になります。適切なアプローチは、現在のシステムを制限している要因に依存します。それは、蓄えられたエネルギー、バッテリー放電能力、UPS出力電力、または既存の電力構造である可能性があります。</p>

バッテリーを追加することが常に答えではありません。十分なUPS出力容量はあるものの、バッテリーの駆動時間が不足しているシステムには、追加のバッテリー容量が必要になる場合があります。より高い負荷をサポートできないシステムにはUPSのアップグレードが必要であり、冗長性を改善するには電源アーキテクチャの変更が求められることがあります。

このガイドを使用して、拡張要件を特定し、既存のシステムがサポートできる内容を確認し、新しい機器に取り組む前に現実的な道を選択してください。

何が必要ですかを拡大?

解決する必要がある運用上の問題から始めましょう。下のテーブルを使用して、関連するセクションに直接ジャンプしてください。

あなたの要件	セクションにジャンプ	キーデシジョン
バックアップ実行時間を拡張する	追加のバッテリー容量を計算する	どのくらいの追加の使用可能なエネルギーが必要ですか？
高いクリティカルロードをサポートする	UPSとバッテリ電源を確認してください	UPSの出力は制限されているのでしょうか、それともバッテリ放電能力が不足しているのでしょうか？
冗長性を増加させる	拡張方法を選択してください	システムが耐えなければならない失敗シナリオはどれですか？
バッテリーを注文する前に互換性を確認してください	バッテリーの互換性を確認する	既存のUPSは、提案されたバッテリー構成をサポートしていますか？
劣化したバッテリー システムを拡張する	置き換えるか、再設計するか？	拡張の方が取り替えや再設計よりも実用的でしょうか。

これらの要件は重なることがあります。例えば、サーバーを追加すると、必要なバックアップ電力とバッテリー放電電力の両方が増加する場合があります。その場合、運用時間だけに焦点を当てて拡張を設計するのではなく、両方の制約を評価してください。</p>

1. 必要な追加バッテリー容量を計算する

重要な負荷が概ね一定のままでも、必要なバックアップ時間が増えた場合、バッテリーシステムが追加で供給しなければならないエネルギーを推定してください。

追加のエネルギー要件を推定してください

役立つ最初の計算は：

追加負荷エネルギー（kWh）＝必須負荷（kW）× 追加運転時間（時間）

データセンタが、100kWの一定の重要な負荷をサポートしながら、バックアップの実行時間を10分から15分に拡張する必要があると仮定してください。</p>

追加の実行時間は5分です：

100 kW × 5/60時間 = 8.33 kWh

これは負荷に供給しなければならない追加のエネルギーです。これにより、8.33kWhのバッテリー拡張が十分であることを意味するものではありません。</p>

電池は、UPSの変換損失を考慮し、指定された運用条件での利用可能な電池エネルギーを差し引いた後、必要なエネルギーを供給しなければなりません。放電率、温度、電池の劣化、およびメーカーの運用制限がすべて結果に影響を与える可能性があります。

事前計画のために、関係は次のように表すことができます：

推定名義電池エネルギー ≈ 必要なロード側エネルギー ÷ (UPS効率 × 適用可能な使用可能容量係数)

使用可能容量の割合は、関連する運用および終了時の仮定を反映すべきです。使用している容量または実行時間のデータにすでに含まれている場合は、追加のデレーティングを適用しないでください。それ以外の場合、同じ制限が2回カウントされる可能性があります。

この推定値は、必要な拡張の規模を確立するのに役立ちますが、最終的なバッテリー仕様として扱うべきではありません。UPSアプリケーションでは、比較的短期間で高い放電率が含まれることが多いので、定格kWhだけでは実際の動作時間を見誤る可能性があります。</p>

サイズの仮定に関する詳細な説明については、UPSバッテリーサイズの計算方法.

見積もりを拡張決定に変換してください

追加のエネルギー需要を推定した後、必要な実行時間を、意図された負荷下での既存システムの示されたまたはメーカーが計算した実行時間と比較してください。

• UPSは追加のバッテリー容量をサポートしており、既存システムは必要な放電出力を提供できます: メーカーの放電データまたは検証されたUPS運行時間ツールを使用して、追加のバッテリ構成を決定してください。
• バッテリー系統は許容放電限界に達しました:承認された代替構成が必要な放電能力を提供できるかどうかを確認してください。定格容量を追加するだけでは問題が解決しない場合があります。
• 必要な構成は、UPSメーカーがサポートする制限を超えております。より大きなバッテリーバンクを計算して接続可能と仮定しないでください。承認されたシステムの修正または再設計を評価してください。

100kWの例では、8.33kWhの数値は負荷での追加エネルギーを示しています。実際のバッテリーエクスパンションは、既存システムの性能、バッテリー放電特性、および許容される構成から決定する必要があります。

決定： 実行時間のギャップをまず設定し、それを埋めるために必要な追加のバッテリーコンフィギュレーションを決定してください。ロード側のエネルギー計算を直接の購入数量として使用しないでください。

2. UPSとバッテリーがより高い負荷をサポートできるかを確認してください

新しいサーバー、ストレージ機器、またはその他の重要なデバイスが負荷を増加させた場合、まずUPSの出力能力を確認してください。その後で、バッテリーシステムが必要な直流電力を供給できるかどうかを評価してください。

ステップ1: UPSが新しい負荷をサポートできるか確認してください

UPSの技術文書と現在のモジュール構成を使用して、提案されたロードがシステムの許容出力および冗長性の制限内で残っているかどうかを判断してください。</p>

該当する場合、kWおよびkVAの両方の定格出力を確認し、予期される負荷の力率、関連する過負荷制限、および冗長性のために保持しなければならない容量を確認してください。

追加の負荷がUPSのサポートされる出力容量を超過した場合、バッテリーを追加しても、UPSの定格出力電力は向上しません. 付加的なUPS電源モジュール、より大きなUPS、または再設計された電源システムを検討した上で、バッテリの購入を決定してください。

UPSが提案された負荷をサポートし、必要な冗長レベルを満たすことができる場合は、バッテリー側の評価に進んでください。

ステップ2：バッテリーが必要な電力を供給できるか確認してください

バッテリーシステムは、停電中のUPSをサポートするために十分な直流電力を供給しなければなりません。その能力は、許容放電電流、動作電圧、バッテリーの設計、BMSの制限、およびシステムに承認された構成に依存します。

事前見積もりのために：

バッテリー側の直流電流 ≈ 必要な直流電力 ÷ バッテリー直流電圧

実際の電流は、変換損失と放電時の直流電圧に依存します。この関係を、最終的なケーブル、保護、バッテリーの定格を確立するのではなく、概算の電流需要を理解するために使用してください。

次に、必要な電力と電流をメーカーの放電データおよび関連する電圧と運用条件での許容運転限界と比較してください。

• UPS出力が不十分です： UPSの電源アップグレードまたはシステム再設計を評価してください。
• UPSの出力は十分ですが、バッテリーの放電能力が不十分です:承認されたバッテリーコンフィギュレーションが、より高い電力需要を満たすことができるかどうかを確認してください。
• 両方とも不十分です： バッテリーエクスパンションを単一の解決策として扱うのではなく、統合されたUPSとバッテリーのアップグレードを評価してください。

決定： 電源ユニット（UPS）の出力能力を確認した上で、バッテリー放電能力を評価してください。これにより、実際の制約がUPS自体である場合に、追加のバッテリーキャパシティに投資しないことができます。

3. システムに適した拡張方法を選択してください

制限要因を特定した後、利用可能な拡張経路を比較してください。正しいオプションは、既存のプラットフォームの文書化された機能および必要な変更の規模に依存します。

オプション1: 既存のシステム内でバッテリーモジュールを追加する

既存のバッテリープラットフォーム内でモジュールを追加する場合、メーカーがモジュールレベルの拡張を明示的にサポートしており、現在のシステムに十分な構成余裕がある場合は適している可能性があります。

このアプローチにより、追加されたモジュールがプラットフォームの承認された容量、排出、充電、制御の制限内で保たれれば、既存のインストールへの変更を制限することができます。

次のパスを選択してください:</p> 既存のバッテリープラットフォームは追加モジュールをサポートしており、必要な増加はその承認された構成を超えないようにして対応できます。

オプション2: 並列接続のバッテリーケビンやストリングを追加する

既存のキャビネット配置が十分な容量または放電能力を提供できない場合、追加のキャビネットやバッテリーストリングが適切である可能性があります。

ただし、並列動作はシステム設計によってサポートされなければならない。定格電圧の一致がバッテリーケースやストリング間の互換性を確立するものではない。提案された構成は、電流共有、分離、保護および制御のための承認された配置を持つ必要がある。</p>

次のパスを選択してください:</p> バッテリープラットフォームは、提案された並列構成をサポートし、関連する電気および制御インフラストラクチャは拡張を許容します。

メインのデザイン上の問いが追加のバッテリー容量を収納し配置する方法である場合、参照してください UPSバッテリーケーブルとバッテリラック：データセンタに適しているのはどちらですか？.

オプション3: UPSの電源モジュールをアップグレードするか、システムを再設計する

UPSの出力定格、冗長構成、または既存のインフラが要件を満たす拡張を妨げている場合、バッテリーを追加してもその制限は解除されません。

UPSモジュールのアップグレードまたはより広範なシステムの再設計が必要になる場合があります。これは、より高い負荷をサポートし、新しい冗長性の目標を満たすため、または大幅に異なる電力アーキテクチャを対応させるためです。</p>

次のパスを選択してください:</p> 必要な出力、冗長性、またはシステム構成が、既存のプラットフォームがバッテリー拡張だけでサポートできる範囲を超えています。

制約に合う解決策をマッチさせましょう

実行時間の不足の場合、UPSおよびバッテリープラットフォームがサポートしていれば、追加のバッテリーキャパシティが十分である場合があります。より高い負荷の場合、UPS出力およびバッテリー放電能力の両方が十分でなければなりません。故障耐性を向上させるために、設計はシステムが耐えなければならない故障シナリオおよび電力経路を考慮する必要があります。

これらは異なるエンジニアリングの目的です。特定された制約を解決する拡張方法を選択するのではなく、最も多くの名目上のバッテリーキャパシティを追加するオプションを選ぶべきではありません。</p>

4. 他のバッテリーを注文する前に互換性を確認してください

適切な拡張方法が選択された後、提案された構成が既存システムに統合可能であることを確認してください。各検証では、設計がサポートされているか、修正が必要か、または拒否されるべきかを確認する必要があります。

サポートされているバッテリ構成を確認してください

正確なUPSモデルと、その外部バッテリーシステムのメーカーのドキュメンテーションから始めましょう。

許可されたDC電圧範囲、サポートされているバッテリーモデル、最大承認されたモジュールまたはキャビネットの構成、および並列操作に関する制限を特定してください。

提案された構成が文書化された制限の範囲外にある場合、注文する前に代替案について技術的承認を取得してください。類似した電圧仕様やコネクタを持つバッテリーが交換可能であると仮定しないでください。</p>

充電とBMSの統合を確認してください

提案されたバッテリーがUPSの充電要件および許容される充電および放電電流をサポートしていることを確認してください。

BMS通信が必要な場合、サポートされているインターフェースおよびプロトコル、関連するファームウェアの互換性、ステータス報告、およびUPSがバッテリーのアラームや保護イベントにどう対応するかを確認してください。</p>

例えば、バッテリーが適切な電圧範囲を持っているかもしれませんが、UPSがそのBMSの状態を解釈できなかったり、保護アラームに正しい応答ができなかったりする場合、依然として不適切である可能性があります。解決策には、承認されたインターフェースや別のバッテリーコンフィギュレーションが必要になるかもしれませんが、単なる接続の変更では済まない場合があります。

カスタム電圧、通信、BMS、または機械的な要件を伴うプロジェクトについては、リチウムUPSバッテリーシステムをカスタマイズする方法.

提案される拡張が現在の配布、保護機器の定格、コネクタ、またはケーブル要件に影響を与えるかどうかを明確にすることが求められます。これらの詳細を、既存の部品が適切であると仮定する代わりに、承認された設計と照合して評価してください。</p>

インストールが拡張を許容できるか確認してください

提案されたキャビネットの寸法と重量を、設置エリアと照合してください。必要な保守用の空きスペース、冷却または換気の配置、ケーブル経路、および関連する配電機器の容量を確認してください。

物理的に適合するキャビネットでも、設置前に配線、配布、または保護の変更が必要になる場合があります。

ライブデータセンターにおいては、作業中に重要な負荷を保護するために必要な許可された設置窓、分離手順、一時的な手配を確立してください。拡張作業が中断することなく行われたり、既存のバッテリーシステムが電力を保持したまま行われるとは仮定しないでください。</p>

注文を出す前にプロジェクトチームは、承認されたバッテリ構成、必要な電気的または制御上の変更、物理的な設置要件、および起動計画を特定できる必要があります。調達を行う前に、関連するメーカーまたはシステム統合業者と互換性の問題を解決してください。</p>

5. 拡張システムの委託と性能の検証

インストール後、プロジェクトの正当性を示した要件に対して拡張されたシステムをテストします。目的は、承認された構成を検証し、必要なパフォーマンスを示すことであり、単に新しいバッテリーが接続されていることを確認することではありません。

インストールと統合の確認

インストールされたモジュールまたはキャビネットが承認された設計と一致していることを確認してください。システムを運用開始する前に、接続、極性、保護装置、電気的測定の指定されたチェックを完了してください。

UPSがバッテリーシステムを認識しており、BMS通信、バッテリー状態、充電動作および関連するアラームが意図したように機能していることを確認してください。受入前に、メーカーの手順に従って、通信または保護故障を解決してください。</p>

テストのオリジナル拡張目的

委員会の計画は実際のプロジェクト要件を反映すべきです：

• 実行時間の長い場合: agrees で合意されたロードおよびテスト条件の下で、システムが指定されたバックアップ期間を満たしていることを確認してください。
• より高い負荷のために： UPSおよびバッテリーシステムが、承認された出力、放電、電流の制限内で動作していることを確認してください。
• 冗長性の向上のために：必要な運用および障害シナリオを承認されたシステム設計と照合してください。

起動前にテスト方法と受入基準に合意してください。完全放電試験がすべての重要な施設で適切であるとは限りませんので、検証方法は製造業者の手順および現場の運用要件に従う必要があります。

最後に、完成図面、バッテリーコンフィギュレーション記録、モニタリング設定および保守文書を更新してください。これにより、将来的なサービスや拡張の決定が、古くなった設計仮定ではなく、設置されたシステムを反映することになります。

6. いつ交換または再設計を行うべきか、拡張する代わりに？

段階的な拡張は常に信頼性やコスト効率が最も高いオプションではありません。既存のシステムが必要な構成をサポートできない場合、またはリトロフィットが不均衡な運用リスクを生じる場合、交換または再設計がより適切である可能性があります。

次の場合は別の選択肢を検討してください:

• バッテリープラットフォームはもはやサポートされていません。必須モジュールは非対応となり、承認された代替製品は利用できません、またはメーカーがサポートされる拡張経路を確認できません。
• 既存のバッテリーは、メーカーの要件に従って組み合わせることができません。状態、構成、または運用特性の違いにより、提案された拡張が不適切になる場合があります。
• UPSまたは電気インフラがその限界に達しました。 新しい負荷、充電需要、または冗長性のターゲットには、バッテリーエクスパンションだけでは対応できない変更が必要です。
• システムの元のアーキテクチャは、運用上のニーズに適合しなくなりました。施設には異なる冗長性の構成、追加の電力経路、または大幅に高い容量が必要です。
• リトロフィットは安全にまたは経済的に実行するのが難しいです。 インストールの制約、停電時間帯、試験運転の要件、または保守の制限により、段階的な拡張は現実的ではありません。

各々の実現可能なオプションの全体的なコストを比較してください

システムの予想される運用寿命において重要なコストとリスクを用いて、拡張の継続と交換または再設計を比較してください。追加のバッテリー、必要なUPSまたは配電のアップグレード、設置および起動、運用上の中断、および近い将来に別の大きな変更を行う可能性を含めてください。</p>

例えば、比較的小さなバッテリーの追加は初期費用が低くても、既存のUPSが近くに交換が必要になる場合、長期的な価値が低いかもしれません。逆に、現在のプラットフォームに十分な余裕があり、簡単で承認された拡張が可能であれば、全体のシステムを交換する必要はおそらくありません。</p>

決定：既存のシステムが必要な構成をサポートでき、総コストおよび運用リスクが妥当である場合にのみ拡張を続けます。それ以外の場合、新しいバッテリーへの取り組みを行う前に、置き換えや再設計を評価してください。

結論：検証されたシステムの制限に基づいて拡張する

実用的なUPSバッテリーエクスパンションは、目的の結果から始まります。より長い作動時間を確保するための容量ギャップを計算し、高い負荷をサポートする際のUPS出力とバッテリー放電能力を確認し、冗長性を向上させる際の電源アーキテクチャを評価してください。その後、承認された構成を確認し、性能を検証し、既存システムが限界に近づいたときにエクスパンションと交換を比較してください。

プロジェクト評価のために、UPSモデル、現在のバッテリーコンフィギュレーション、重要な負荷、必要な運用時間、および意図された拡張目標を準備してください。 ACE バッテリー クライアントと協力して カスタムバッテリーおよびエネルギー貯蔵ソリューション. これらの詳細は、既存の構成を拡張できるかどうかや、別のバッテリー設計が必要かどうかを議論するための有用な出発点を提供します。