大規模AIモデルの急速な拡大およびコンピューティング・クラスターのスケール拡大に伴い、AIデータセンターはリチウムイオン電池バックアップおよびエネルギー貯蔵システムに対して、極めて高い性能と信頼性を要求しています。リチウム系バックアップ電源ユニットの中央制御ハブとして機能するバッテリー管理システム（BMS）は、セル状態の監視、充放電保護、セルバランス調整、異常アラート、安全管理といったコア機能を実行します。このため、BMS内部部品の信頼性は、コンピューティングインフラの電力継続性および運用安全性を直接左右します。当社は独自開発の磁性コア材料配合技術と、インダクタ業界における25年にわたる技術ノウハウを活かし、 コダカ aIデータセンターのバックアップ用バッテリーマネジメントシステム（BMS）向けに、専用シリーズのパワーインダクタを新たに投入しました。本製品は、データセンター環境において顕在化する主要な技術課題——双方向の大電流サージ、高周波リップル干渉、年間を通じた連続運転、および厳しい周囲温度変動——に直接対応し、AIデータセンターにおけるエネルギー貯蔵およびバックアップ電源アーキテクチャに、高信頼性の磁気部品ソリューションを提供します。
1. AIデータセンターにおけるバックアップBMSが直面する新たなアプリケーション課題
AIサーバーのGPUによる計算負荷は、ミリ秒単位で激しく変動し、瞬間的な電力ピークが定常負荷の数倍に達することがあります。このような動的な負荷特性に対応するには、従来型の集中型UPS構成だけでは、経済的・運用的に困難が伴います。このため、新たに建設されるAIデータセンター（AIDC）では、リチウムイオン電池を用いたバックアップバッテリーユニット（BBU）が主要な技術構成として登場しています。リチウムイオン系バックアップ電源ユニットの安全性を支える核となるバッテリーマネジメントシステム（BMS）では、内部のDC-DC電源変換モジュール、アクティブセルバランス回路、信号フィルタリングネットワークなどに、電力用および信号用インダクタが広く採用されています。インダクタの性能不良や部品故障は、BMSの電源異常、セルバランス機能の不具合、SOC推定誤差といった問題を直接引き起こす可能性があります。極端な運用条件下では、こうした問題が緊急バッテリー保護によるシャットダウンを誘発し、結果としてサーバー停止および計算サービスの中断に至るおそれがあります。
一般的な産業用エネルギー貯蔵システム向けBMSと比較して、AIデータセンター向けバックアップBMSには、いくつかの特有の設計上の課題があります。
(1) 双方向の過渡的高電流サージ： バックアップ電源システムは、短時間に高電力を出力する必要があり、ピークカットにも対応しなければなりません。厳しいdi/dt負荷過渡条件下では、インダクタは大きなパルス電流振幅および高いピークサージに耐える必要があります。磁気コアが飽和すると、BMSの電源故障や誤動作による保護トリップが発生する可能性があります。
(2) 年間を通じた連続運転： データセンターの寿命は8～10年と長期間にわたり、電源インダクタは運用期間中、常に負荷状態にさらされます。このため、DCRによる銅損、磁気コア損失、および長期的な熱上昇安定性に対して極めて厳しい要求が課せられます。経年劣化に起因する性能変動や熱的故障が一切許されません。
(3) 高密度サーバーラック内における厳しいEMI環境： 高密度サーバーキャビネットには、多数のSiC／GaNスイッチング電源が収容されており、強い高周波スイッチングノイズを発生させます。バッテリーマネジメントシステム（BMS）内では、アナログフロントエンド（AFE）によるサンプリングおよび電圧／電流検出回路が極めて感度の高い信号を処理します。遮蔽が不十分または未遮蔽のインダクタから漏れる磁束は、これらのサンプリング経路に干渉を誘発し、結果として充電状態（SOC）および健全性状態（SOH）の算出誤差を生じ、最終的にはバッテリーの安全性を損なう可能性があります。
(4) 広範囲温度対応の車載使用環境： BMSのプリント基板（PCB）上では局所的な熱集中（ホットスポット）が頻繁に発生するため、搭載部品は－40℃～＋125℃という広い温度範囲において、電気的パラメータの安定性を維持する必要があります。特に、パワーインダクタは高温動作下でも飽和電流の低下（デレーティング）が極めて小さくなければならず、回路の信頼性ある動作を確保する上で不可欠です。
(5) 高出力密度のハードウェア配置： サーバーラックの設置スペースは限られており、BMSコントローラ基板の実装密度は絶えず高まっています。このため、電源用インダクタは大電流対応性能と小型表面実装パッケージを両立させる必要があり、さらにプリント基板（PCB）レベルでの機械的応力および振動耐性に関する厳しい規格も満たさなければなりません。
2．AIデータセンター向けバックアップBMSシステムにおけるインダクタの中心的役割
AIデータセンター向けリチウムイオン電池バックアップBMSアーキテクチャにおいて、電源用インダクタは主に電力変換段、セルバランス回路、信号フィルタリングサブ回路に配置されます。各段の動作安定性は、バックアップ電源システム全体の信頼性および安全性に直結します。
（1）メイン制御DC-DC電源回路
BMSメインボードのMCU、アナログ・フロントエンド（AFE）IC、サンプリング用オペアンプ、および通信インタフェーストランシーバーは、主電池バス電圧からバック／ブーストDC-DCコンバータを介して生成される複数の安定した低電圧電源に依存しています。電源インダクタは、エネルギー貯蔵およびフィルタリングの主要な部品として機能し、BMS制御ユニットへクリーンで安定した電源を供給します。インダクタが飽和したり異常な電力損失を示したりした場合、BMSの主電源が不安定になり、結果として重要なバッテリ監視および保護機能が失われる可能性があります。
（2）アクティブバランス回路
AIバックアップバッテリーモジュールでは、セル数が多いため、長期間の充放電サイクルを経るにつれてセル間の一致性が徐々に劣化します。インダクタを用いた能動型バランス技術は、エネルギーを蓄えるインダクタを利用して、個々のバッテリーセル間でエネルギーを移動させます。これらのインダクタのパラメータ安定性は、バランス効率および精度を直接左右し、バッテリーパック全体における容量の完全な活用、セルの過充電・過放電リスクの低減、およびエネルギー貯蔵用バッテリーの総合的な寿命延長を実現します。代表的な能動型セルバランス方式には、直接変圧器方式（双方向フライバックコンバータ）、スイッチマトリクスと変圧器を組み合わせた構成、および非絶縁型双方向バックブーストインダクタ方式があります。前者2つの方式は変圧器を用いてセル間のエネルギー移動を行いますが、双方向バックブースト方式は標準的なバックブースト回路の原理に基づき、よりシンプルで実装が容易なハードウェア構成を実現します。バックブースト方式の能動バランスは、パック内での離れた位置にあるセル間ではなく、隣接するバッテリーセル間で電荷を直接移動させる仕組みです。この設計により、バランス回路の複雑さが大幅に簡素化されるとともに、複数のバランス回路を同時に動作させることで、バッテリーストリング全体にわたって電荷を効果的に再配分できます。
図1 双方向バック・ブースト型アクティブ・バランス回路構成
図1に示すように、各セル対ごとに1台の双方向バック・ブースト型バランス装置が配置されています。バックおよびブーストの両バランスモードを用いることで、隣接する2つのセル間で双方向の充電エネルギー移動を実現し、最終的にすべてのセルの容量を均一化します。バックバランスモードでは、アクティブ・バランス装置が上位セルから下位セルへエネルギーを転送し、ブーストバランスモードでは、下位セルから上位セルへエネルギーを転送します。
（3）EMI／EMCフィルタ回路
主電池の充放電バスには、高周波スイッチングリップルおよび過渡的なノイズスパイクが発生します。差動モードインダクタとコンデンサを組み合わせたLCフィルタ回路は、双方向電力スイッチングによって誘起される電流スパイクを抑制し、BMSのサンプリング回路へのノイズ結合を低減します。これにより、電圧・電流検出の精度が確保され、充電状態（SOC）推定誤差の累積も最小限に抑えられます。また、共模インダクタは電源ライン上での共模ノイズを抑制するために用いられ、外部からの電磁ノイズがBMSへ侵入するのを防ぐと同時に、BMS内部のスイッチングノイズが近接機器へ放射されるのを防止します。
3．CODACAは、AIデータセンター向けバックアップBMSシステムに高信頼性インダクタを提供
AIデータセンターのバックアップ用バッテリー管理システム（BMS）が持つ特有の運用要件に対応するため、コダカ社は、磁性コア材の組成、巻線構造、信頼性設計など、複数の観点からインダクタを最適化しています。AI向けバックアップBMS回路におけるさまざまな電力レベルに対応するよう設計されたコダカ社の製品は、実績のある幅広いラインナップとしてご提供しています：
(1) 高電流電源誘導器
コダカ社独自の高電流パワーコイルは、低損失磁性コア材とフラットワイヤー巻線構造を採用しており、極めて低いコア損失と優れたソフト・サチュレーション特性を実現しています。瞬時の大電流サージが発生した際、インダクタンス値は急激な低下ではなく、滑らかで徐々に減少する特性を示すため、負荷電流の急激な立ち上がり時にコアの完全飽和による故障を効果的に防止します。最大飽和電流（Isat）は最大422A、動作温度範囲は最高170°Cまで対応しており、高連続電流負荷と高い熱的ストレスという厳しい環境条件下でも確実に動作します。長時間の高電流運転時にも表面温度上昇が抑制されるため、さまざまなバッテリーマネジメントシステム（BMS）回路トポロジーへの適用に最適です。
おすすめ商品： CSBX /CSBA /CPRX /CPRA /CPEX /CPEA
(2) 成形電力インダクタ
コダカ社独自の成形パワーコイルは、低損失磁性コア材と先進的なホットプレス成形プロセスを活用し、部品実装面積および電力損失を大幅に削減するとともに、全体的な動作信頼性を高めます。完全磁気シールド構造を採用しているため、磁束漏れが極めて少なく、アナログフロントエンド（AFE）における電圧・電流検出信号といった高感度信号への不要な磁界結合を防止します。これにより、SOCおよびSOHの測定精度が向上し、潜在的なEMI起因のシステム障害が抑制され、装置全体の電磁両立性（EMC）が向上します。最大使用温度は155°C、ピーク電力変換効率は最大98％を実現しており、BMS全体の信頼性向上とDC-DC電力変換効率の最大化に貢献します。
おすすめ商品： CSEG-H /CSEB-H /CSHB /CSAG
(3) コモンモードチョーク
目標周波数帯域において高インピーダンス特性を備えた共模チョークを選定することで、設計者は共模ノイズを効果的に抑制し、バッテリ管理システム（BMS）の動作安定性に及ぼす電磁妨害（EMI）の影響を低減できます。コダカは、お客様の多様なアプリケーション要件に対応する幅広い共模チョークソリューションを提供しています。
おすすめ商品： TCAB /CSTP /CRHCM /CSUC
生成AIの急激な普及を背景に、データセンター向けバックアップ用エネルギー貯蔵システムが急速にアップグレード・進化しています。バックアップ電源の安全性を支えるコアとなる知能部品であるバッテリーマネジメントシステム（BMS）では、磁性部品に対して、電力密度、長期信頼性、EMI性能への要求が一層厳しくなっています。25年にわたりパワーインダクタに特化してきたコダカは、材料革新と先進的な製造プロセスの継続的改善を活かし、AI対応データセンターのバックアップ用エネルギー貯蔵用途に最適化された包括的なインダクタソリューションを提供しています。高信頼性のパワー磁性部品を通じて、コダカは世界中のコンピューティング基盤の安定的かつ継続的な稼働を支えています。
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