停電バックアップ電源は、コストとサイズの面で過大設計しやすく、同様に過小設計してシャットダウン失敗を招きやすいものです。ペーパーBは、規律ある中間の道を示します。保護する負荷と必要なバックアップ時間をエネルギー収支に変換し、インバータ効率、放電深度、温度、寿命末期の容量劣化を考慮してディレーティングし、短時間の大電流バックアップを実際に左右する評価軸に基づいて電池種とトポロジーを選び、100回目の停電でも1回目と同じクリーンな切り替えが得られるようにパックと充電器を設計するのです。
バックアップのエネルギー収支は、アンペアアワーではなくワットから始めます。PLCやコントローラ、入出力・通信モジュール、コンタクタのコイル、センサー、HMIやネットワーク機器など、保護する負荷ごとに実際の電力をリストアップし、バックアップ中に起動する必要がある機器の瞬間的な突入電流も含めます。合計した電力に必要なバックアップ時間（時間単位）を掛けてワットアワーを求め、DCバス電圧で割ってアンペアアワーとし、さらに経路の効率を適用します。インバータ段の効率は約0.85、直接DC-UPS経路はそれよりやや良好です。
アニメーションのウォーターフォール図は、60Wを10分間支える代表的な24V機器用UPSを計算します。60W×1/6時間は10Wh、24Vでは約0.42Ahです。インバータ効率0.85で割り、放電深度を制限し、寿命末期のマージンを確保し、予備分を加えると、公称で必要な容量は約0.8Ahになります。生のエネルギーと搭載容量の間のこの乗数は、あらゆる予備用途で共通の規律であり、同じくらい頻繁に見落とされます。
UPSでは3つのディレーティングが重なり合うため、混同してはなりません。電流：セルの公称容量は控えめな基準電流で測定されますが、バックアップはC/2以上で放電する場合があり、そこでは使用可能な容量が低く、電圧の膝が早く訪れます。温度：低温は内部インピーダンスを高めて利用可能な容量を減らし、熱は劣化を加速します。盤内での設計では、季節ごとの最悪の周囲温度を使います。経年：容量はサイクルとカレンダー寿命に伴って低下するため、宣言した寿命末期でもバックアップが完了しなければなりません。楽観的な単一の「安全率」を適用するのではなく、3つすべてをペーパーBのウォーターフォールに折り込むことで、定格のバックアップ時間が初日だけの結果ではなく保証となります。
バックアップは短時間なので、設計者は発電機の再起動や2回目の制御されたシャットダウン試行に備えて明確な予備を加えることがよくあります。これは小型パックでは安価で、保護データを書き込んでいる最中にUPSが停止するという最悪の故障モードを防ぎます。
アニメーションの評価カードは、通常の3種類にスーパーキャパシタを加え、1サイクル未満の移行、大電流パルス、高温盤内での寿命、繰り返し停電後のサイクル、コスト価値のすべてで評価します。鉛蓄電池は安価ですが、電流と温度に制約があり、浅いサイクルで劣化します。リチウムは電流と重量面で優れますが、保護電子回路が必要で輸送上の負荷があります。スーパーキャパシタはサイクル寿命と瞬時の切り替えでは比類ないものの、数秒分のエネルギーしか保持できず、数日かけて漏れ出します。
NiMHは、分単位のバックアップにおける実用的な中央位置を占めます。クリーンな切り替えと安定した電圧レールに十分な高率・低インピーダンスを備え、繰り返しの浅いサイクルに強く、寒冷下では鉛蓄電池よりはるかに優れ、水溶液系で本質的に安全で、リチウムの輸送制約もありません。明快な設計メッセージは、蓄電デバイスをバックアップ長に合わせることです。1秒未満の保持にはスーパーキャパシタ、数秒から数十分のバックアップにはNiMH、時間単位の自立にはより大型の電池種を合わせます。
IEC 62040-3のVFD、VI、VFIクラスは、蓄電デバイスに異なる要件を課します。VFDのパッシブ待機ユニットは、数ミリ秒の切り替え後に突然のステップ負荷を受け入れるバッテリーを必要とします。VIのラインインタラクティブユニットは、バッテリーに触れることなく電圧低下を処理する自動電圧調整器を追加し、バッテリーを本当の停電に取っておきます。VFIの二重変換ユニットは、バッテリーをDCバス上に常時浮動させるため、浮動充電の規律が最も重要です。DCネイティブの機器には、IEC 62040-5に基づくDC UPSが24Vレールを直接支え、インバータ損失を避け、高率NiMHの組電池に特によく適します。
最初にトポロジーを選ぶと、パックがときどきステップ負荷を受けるのか（VFD/VI）、常時浮動しているのか（VFI/DCバス）が明確になり、それが保守充電の体制と予想される熱環境、つまりパックの容量設計に必要な入力を決めます。
バックアップ電源では、セル形状は電力を優先すべきです。サブCなどの高率電極設計は、同じ公称容量のエネルギー最適化AAセルより、電圧低下を抑えて持続的な電流を供給します。直列数がバス電圧を決め（公称24Vレールには20セル、12Vには10セル）、マッチング選別によって膝を均一に保ち、大電流放電時に弱いセルが逆転しないようにします。溶接されたニッケルタブ、堅牢なホルダー、統合PTCまたは温度ヒューズは、産業盤の振動と故障電流環境に適し、サーミスタは充電器が盤の温度に適応することを可能にします。
パックはまた、対応する保護負荷範囲とバックアップ時間をラベル表示した、明確で交換可能なユニットとすべきです。そうすれば保守技術者は、実際の停電で状態を知るのではなく、機器の定期的な検証試験の一環としてバックアップを確認できます。
停電バックアップ用バッテリーは各事象の後に充電され、その間は準備状態に保たれるため、充電器が実際の寿命を左右します。停電後にパックを満充電に戻す制御された定電流充電と、その後のC/20以下の穏やかな保守充電（VFI/DCバス設計では温度補償付き浮動充電）は、水溶液系セルを乾燥させる持続的な過充電を避け、サーミスタによる電流抑制は密閉された夏の盤を保護します。再充電時間は、次の停電に備えるという用途のニーズを満たすべきで、停電しやすい系統では数時間以内にバックアップ容量の大部分を回復することを意味します。
その充電の規律を、高率でマッチングされたNiMHパックとペーパーBのディレーティングと組み合わせると、切り替えがクリーンで、毎回バックアップが完了し、証跡（ペーパーCでまとめる）の文書化が容易な小型UPSができます。
Weijiang Power は、小型UPSおよびDC-UPSのOEM向けに高率NiMHバックアップパックを製造しています。サブCおよびCの組電池を、保護負荷とバックアップ時間に合わせ、電流・温度・寿命末期の完全なディレーティングを適用し、低インピーダンスの選別セルでVFD/VI/VFIのクリーンな切り替えを実現し、密閉盤向けにサーミスタ対応充電を行い、IEC 61951-2、IEC 62133-1、UN 38.3の書類を提供します。負荷リスト、バックアップの目的（シャットダウンか発電機）、バス電圧をお送りいただければ、容量計算を行います。
