UPSは、電池から作れるのか
オフグリッドのデータセンターを考えていると、次の疑問にたどり着きます。リン酸鉄リチウム電池を束ねて、UPS（無停電電源装置）を作れるのか。
答えは、作れる。ただし、電池をつなげば終わりではありません。電池を管理する仕組みと、電池に合った充電の仕組みが要ります。
なぜ、リン酸鉄リチウムなのか
UPSの電池といえば、昔から鉛蓄電池が使われてきました。リン酸鉄リチウム電池には、それに比べて次のような利点があるとされています。
- 熱に強い：ほかのリチウムイオン電池に比べて熱暴走を起こしにくく、発火しにくい。
- 長持ちする：充電と放電を繰り返せる回数が、鉛蓄電池よりずっと多い。
- 軽い：同じ容量なら、鉛蓄電池より軽い。
その代わり、買うときの値段は高めです。長く使えることを考えて、元が取れるかどうかを判断します。
自作するなら、必ず要るもの
電池の管理装置（BMS）
電池の中の一つひとつのセルの電圧や温度を見張り、充電しすぎ・使いすぎを防ぎ、セルごとのばらつきを整える装置です。電池を束ねて大きくするほど、全体を見張る仕組みが大事になります。BMSを内蔵した電池モジュールを使うのが一般的です。
電池に合った充電の仕組み
鉛蓄電池用の充電器や、古いUPSをそのまま使うと、充電の電圧の決め方が違うため、リン酸鉄リチウム電池を傷めるおそれがあります。リン酸鉄リチウムに対応した充電器・インバーターを使うのが前提です。
大きな電池の組み立てや配線は、感電や火災の危険があり、資格や届出が必要になる場合もあります（連載の第6回）。最初は、完成品を使うことをすすめます。
UPSは、方式で守れるものが変わる
UPSは、停電したときの切り替え方によって、守れる機械が変わります。
| 方式 | 切り替え | 向いているもの |
|---|---|---|
| 常時商用給電 | 停電の瞬間、わずかに途切れる | 一般的なパソコン、周辺機器 |
| ラインインタラクティブ | 途切れは短く、ふだんの電圧の変動も補正する | NAS、小さなサーバー、ネットワーク機器 |
| 常時インバータ給電 | 途切れない | 止まってはいけないサーバー |
方式が上がるほど、値段も、作る難しさも上がります。どこまでの途切れを許せるかで選びます。
市販品の種類
- ポータブル電源：リン酸鉄リチウム電池を積み、停電時に自動で切り替わる機能を持つものがある。コンセントに挿してつなぐだけで、いちばん手軽。
- ラックに載せる電池モジュール＋インバーター：サーバーラックに組み込む形。電池を足して容量を増やせる。
- ハイブリッドインバーター＋電池：充電器、切り替え、太陽光の制御が一体になった装置と、電池を組み合わせる。オフグリッドの電源の中心になる形。
ポータブル電源の「UPS機能」は、製品によって切り替えにかかる時間が違います。仕様に書かれた切り替え時間を確かめ、守りたい機械で実際に停電を試してから頼るようにします。
最初は、モデム・ルーター・NASだけ守る
私が最初に守りたいのは、モデムとルーターとNASだけです。これなら消費電力は小さく、小さなUPSで足ります。
停電中に、何時間もつか
もつ時間は、電池の容量を、つないだ機械の消費電力で割れば、おおよそ出せます。電池から電気を作るときの損失を見込んで、少し割り引きます。
もつ時間（時間） ≒ 電池の容量（Wh） × 0.8 ÷ 機械の消費電力（W）
例：500Whの電池で、合計40Wの機械を守る
500 × 0.8 ÷ 40 ＝ 約10時間0.8は、変換の損失や、電池を使い切らない余裕を見込んだ仮の値です。実際の値は、製品と使い方で変わります。
NASを、安全に止める
電池が尽きる前に、NASを安全に止める必要があります。多くのNASは、UPSからUSBなどで信号を受け取って、自動で止まる機能を持っています。UPSを選ぶときは、自分のNASがそのUPSからの信号を受けられるかを確かめます。受けられない場合は、残りの時間を見て自分で止める手順を決めておきます。
TODO：実際に使うUPS（またはポータブル電源）と、NASとの連携を試した結果を追記する。