DC-UPSモジュールはバッテリー式か、キャパシタ式か

寿命と耐熱性に関する根本的な違い

寿命

鉛蓄バッテリーは、周囲温度 20°Cの理想的な環境下では長寿命ではあるものの、限界はあります。EUROBAT（欧州自動車用・産業用電池製造者連盟）によれば、鉛蓄バッテリーの寿命は 6～9年です。鉛蓄バッテリーの寿命に影響を与える要因はいくつかあります。保管中の早期劣化も考慮しなければなりません。しかし、鉛蓄バッテリーの寿命を縮める最大の要因は温度です。例えば、10°C上昇すると、所定の寿命値の半分になります（図 3参照）。

キャパシタはデバイスに内蔵されており、交換できないため、適切に設計されていれば電源装置本体の耐用年数と同じ寿命になります。一般的な用途における電源装置の耐用年数は 10年以上ですから、スーパーキャパシタは概してメンテナンスフリーです。スーパーキャパシタの蓄電時間はほぼ無制限であり、定期的に充電する必要はありません。また、システムの稼働が予想より遅れたり、長期間使用しなかったりしても、予期せぬ事態につながる心配もありません。

バッテリーと同様に、キャパシタの寿命も温度の影響を受けます。10°C上昇すると、キャパシタの寿命は半減します（図4参照）。これは、気温が高いほど電解コンデンサの乾燥が進むためです。

温度

鉛バッテリーには、極端な低温や高温に弱いという特徴があります。充電中、-10 °C以下になると水素が凍結し、バッテリーに悪影響を及ぼします。このような寒冷地での用途には、代わりに純鉛バッテリーを使用することができます。鉛バッテリーは+45 °C以上の温度では水素が漏れるため、制御キャビネットの外側に設置しましょう。

スーパーキャパシタは低温に強く、-40 °Cまで対応できます。そのため、屋外や移動先、太陽光発電や風力発電での用途に最適なコンポーネントです。+60 °Cまでフル性能を発揮するスーパーキャパシタは、換気されない密閉型の制御キャビネット内での使用にも適しています。キャパシタは鉛蓄バッテリーのように水素が漏れないため、EN 50272-2で鉛蓄バッテリーに要求されているスイッチキャビネットの換気も不要です。

図3：温度に応じたバッテリーの寿命

図4：温度に応じたキャパシタの寿命

バッテリーやキャパシタの電力量の計算方法

バッテリーの公称容量は Ah（アンペア時）で表します。電圧と合わせて、おおよその電力量を知ることができます。

電力量（Wh）＝電圧（V）× 容量（Ah）

複数の測定単位（kW、kJ）に関する注意事項：

キャパシタの電圧は、放電中に連続的に減少します。バッテリーのように Ah（アンペア時）で電力量を示しても意味がないため、電力量は Wh（ワット時）やkWs（キロワット秒）で示します。また、kJ（キロジュール）の表示もよく見受けられます。1 kJはちょうど 1 kWsに相当します。1 kWsは 1 kWの電力を 1秒間、100 Wを 10秒間使用できることを意味します。キャパシタの電力量は、次の式で算出します。

電力量（Ws）＝ ½ CU2

これは、キャパシタが完全にゼロボルトまで放電された場合の電力量を表しています。しかし、実際にはコンバータはゼロボルトまで放電できないので、電力を完全に使い切ることはできません。この点には注意が必要です。バッファモジュールは、使用可能な電力ではなく定格電力で分類されています。ホールドアップ時間を決定する際には、上記のように単純な方法ではなく、必ずデータシートの数値や図表を参照してください。

まとめ

用途に応じた UPSのタイプ

どの UPSシステムがどの用途に適しているかという質問に対する答えは一つではありません。用途はそれぞれに異なるため、個別の分析が必要です。これが、無停電給電を確実に実現する唯一の方法です。なお，自社のシステムに最適なバックアップ電源を見極める上で役立つ質問もあります。

1. どの程度の出力電圧が必要ですか？
2. バックアップ電力はどの程度必要ですか？
3. バックアップ時間はどの程度必要ですか？
4. 最後に、この用途でバックアップ電源を必要としない負荷はありますか？ある場合は、その数量も教えてください。

この情報を基に、バックアップ電源に必要な出力電力、バックアップ方法、必要な補助機器などを提案できます。

バッテリーを搭載した UPSモジュールは、緊急時のバッファ時間が長い用途に適しています。
プルスの UBバッテリーを搭載したUPSモジュールは、保守要員が到着するまでの長い待ち時間に備えておくべきシステムによく使用されます。例としては、ラジオ塔の信号灯や風力タービンなどがあります。

キャパシタを搭載した UPSモジュールは、バッファ時間の短い用途に適しています。
送電網が整備されていない地域では、プルスの UFキャパシタが個々の半波長の不具合に対応します。なお、通常は3 Aで動作し、ときには 12 Aで短時間動作するような機器に給電するために使用することも可能です。

停電が発生した場合、プルスの UCキャパシタは、システムのスイッチオフとシャットダウンを安全に行い、データもバックアップします。さらに、機械のアームや軸を安全な位置に移動させることもできます。