UPS（無停電電源装置）のバッテリー寿命を延ばす方法

2021-05-26

UPS（無停電電源装置）は、電源の状態に関わらず、電気設備をスムーズに稼働させるために設計された、インフラにおいて重要なシステムです。しかし、UPSもバッテリー技術がベースとなっているため、停電時に際限なく電力を供給することはできません。

UPSバッテリーの寿命が短くなる理由には、以下のようなものが挙げられます。

UPSデバイスの不適切な保管（電荷保持能力を低下させる）。
高温の場所での保管。
頻繁に使用し、サイクル回数が多すぎる。
誤った電圧で充電する。
誤った種類のバッテリーの使用：UPSシステムの大多数は、一時的かつ短時間の電力供給を目的とするため、使用するバッテリーの化学物質の種類に影響します。

そのため、多くの方々や企業が、UPSのバッテリーを長持ちさせる方法を知りたいと考えています。稼動時間が長ければ長いほど、停電や電力制限時の対応を向上させることができます。

定期的なバッテリーテスト

市販されているUPS製品の多くは、リチウムイオン電池、ニカド電池、鉛蓄電池を使用しています。これらの化学物質の特徴は一長一短ですが、いずれも最終的には劣化してバッテリーの性能が低下させます。

そのため、定期的にバッテリーテストを行うことが重要となります。バッテリーの充電量などをチェックすることで、規定の動作時間を確保することができます。一部の機器（例、Champ 1k/2k/3k、Champ RM 6k/10k）には、UPSの状態を表示するディスプレイが提供されています。

UPSシステムに最適なバッテリーテストはインピーダンステストであり、AC信号を印加してバッテリーの長さに応じたAC電圧の損失を測定します。このようにオームの法則を使って、電池の電圧損失であるインピーダンスを計算することができます。バッテリーのインピーダンスが大きいほど容量が少なくなり、交換が必要になる可能性が高まります。

バッテリーを適切な温度範囲に保つ

バッテリーは、化学物質をベースにして、ある物質から別の物質へイオンを移動させ、そのイオンが電子を放出して回路を形成します。そのため、バッテリーの大多数は、最もスムーズに反応する最適な温度範囲を有しています。この範囲を超えると、性能の低下や電圧不足の原因となり、またバッテリーの内部構造が早期に破損する可能性が高まります。

バッテリーの種類に応じた最適な温度範囲は以下の通りです。

リチウムイオン：15～35℃
ニッケル：0～30℃
鉛酸：20～25℃

例えば、リチウムイオン電池は0℃から45℃まで、ニカド電池は-60℃まで使用できます。ニッケルカドミウム電池は-60℃までの温度で動作します。

しかし、鉛蓄電池は安定性が低く、試算では、25℃から8℃上昇するごとに、バッテリー寿命が半分になります。

放電サイクル回数の削減

メーカーは、製品が劣化するまでに何回充放電できるかを示すサイクル寿命を記載しています。既存のバッテリーは、充放電によって電池自体が物理的に変化するため、一定の寿命（例えば500回）があります。電気分解の過程で発生する酸化物は、陽極から液体電極へと変化します。時間が経つと、これらがショートの原因となり、完全に充電されていてもバッテリーの容量が減ってしまいます。

このような理由から、UPSの所有者は通常、バッテリーの放電頻度を減らす努力をしていますが、大多数のバッテリーにおいて、偶発的な停電時にしか放電されません。

そして、停電は偶発的なものでした。しかし、電力供給が不安定な場合は、UPS を繰り返し起動する必要があり、バッテリーの消耗が早くなる可能性があります。

もしUPSは常に起動する場合は、電気技術者に原因の調査を依頼し、問題を解決してください。

涼しく乾燥した場所にバッテリーを保管する

多くの企業や個人は、必要な時にバックアップ電源を供給するために、UPS機器や予備バッテリーを保管しています。しかし、適切な温度で保管しないと、バッテリー内部の化学物質が劣化する可能性があります。

前述のように、鉛蓄電池は25℃以上の環境温度上昇に非常に弱く、8℃上昇するごとに電池寿命が半分になるため、高温の部屋で保管するとバッテリーのサイクル寿命が短くなる可能性があります。

バッテリーを保管する際には、空気の流れも重要です。バッテリーをケースに密閉された状態で保管せず、空気が自由に流れるように両サイドに約2インチのスペースを確保してください。また可能な限り10℃以下で保管してください。

最後に、必ず乾燥した環境で保管してください。水や湿気がバッテリーに浸入すると、腐食の原因となり、機器の寿命を縮める可能性があります。

パワーセーブデバイスの搭載

停電が発生し、UPSが起動してすべての機器に電力が供給されたと仮定します。電化製品や照明が使われていると、バッテリーの消耗が激しいため、機器を動かすためには主電源を復旧させる必要があります。

しかし、省エネ機器を導入すれば、UPSの消費量を減らすことができます（同時に電気代を削減することができます）。LEDランプは、一般的な白熱電球と比較して、消費電力を最大75％削減でき、バッテリーの負荷を大幅に軽減できます。また、一部UPS （Champ RMなど）には、省エネ効果のあるECOモードが搭載されています。

UPSでバッテリーの早期劣化を抑える方法

UPSユニットは、バッテリーの早期老化を防ぐために、バッテリー状態の情報を提供します。

バッテリーの寿命を決定する主な要因は、温度とサイクル回数です。測定値を提供するUPSシステムにより、ユーザーはバッテリーの現在の負荷や動作条件を変更すべきかどうかを判断することができます。

UPSのパラメータ設定は、異常があるかを判断するためのツールでもあります。UPSはパラメータデータを監視センターに送信することができるため、遠隔地または現場のチームが電力の変化を検知し、解決すべき問題があるかどうかを判断することができます。ユーザーは、UPSシステムをダッシュボードやアプリケーションと統合して、直感的なインターフェイスによってバッテリー関連の問題を特定し、修正することができます。企業にとっては、IT機器の管理にかかる時間を短縮し、リスクを軽減することができます。