電力貯蔵システムを活用したデータセンターの信頼性および持続可能性の最適化

著者 Jeff Shepard（ジェフ・シェパード）氏

DigiKeyの北米担当編集者の提供

2025-07-30

電力はデータセンターにとって不可欠であり、かつ高額なコスト要因です。バッテリ電力貯蔵システム（BESS）の導入は、再生可能エネルギーの活用、継続的な電力供給の確保、および運用コストの削減により、データセンターの信頼性と持続可能性を向上させます。バッテリポールコネクタは、BESSが最大の効果を発揮するために不可欠な重要コンポーネントです。

BESS用バッテリポールコネクタには、高電流および高電圧に対応するため強固な機械的耐久性、IP67の環境保護等級、安全で信頼性の高い接続性能が求められます。また、極性保護機能により誤接続を防止し、誤って外れることを防止する保持機構を備え、取り付けやメンテナンスが容易である必要があります。さらに、UL規格4128の要件にも準拠している必要があります。

この記事では、データセンターにおける電力消費が増加する要因を分析し、それが無停電電源装置（UPS）の設計に与える影響について解説します。さらに、データセンターにおけるモジュール式BESSの信頼性と持続可能性のメリットを検討し、UL 4128に焦点を当てたバッテリポールコネクタの性能要件について説明します。最後に、Weidmüllerのバッテリポールコネクタとケーブルアセンブリが、積極的な電力管理を支援し、データセンター用BESSシステムの設置を成功かつ高パフォーマンスで実現する方法を示します。

クラウドデータセンターにおけるラック密度の増加は、人工知能（AI）と機械学習（ML）の普及により、電力需要を大幅に増加させています。データセンターの電力消費量は、2024年から2030年にかけて、総電力消費量に占める割合が3倍に増加すると予測されています。具体的には、2024年の米国における総電力需要の約3～4%から、2030年には11～12%に上昇すると見込まれています（図1）。

米国におけるデータセンターの電力消費量の予測グラフ図1：2024年から2030年にかけて、米国におけるデータセンターの電力消費量は、総電力消費量に占める割合で3倍に増加すると予測されています（縦軸に示されています）。（画像提供：Weidmüller）

進化する電源アーキテクチャ

電力消費量の急増は、データセンターの電源アーキテクチャに重大な変化をもたらしており、UPSの構造の見直しを含む、安定した電源供給の確保、持続可能性の向上、および急激な電力コストの管理を支援する取り組みが進められています。

従来、UPSは主に、メインの電源供給が停止した際にデータセンターを動かすために設計されたモータ発電機の起動時に短時間の電源を供給する目的で用いられていました。しかし、この状況は変化しています。

UPSは、モータ発電機が排出する温室効果ガスの削減またはそれを無くすため、、バックアップ電源の主要な供給源としてますます重視されるようになっています。これにより、UPSの設計にさらなるその要件が課せられています。スケーラビリティと柔軟性は、重要な機能として求められています。

モジュール式設計により、BESSはサイズを大きくして長時間運転や再生可能エネルギーとの統合などの機能に対応できるようになります。さらに、従来の制御弁式鉛畜電池（VRLA）は、チウムイオン電池（Li-ion）に置き換えられています。新しいバッテリ技術は、より長い寿命、より速い充電時間、およびより高い電力密度を備えており、電力需要が拡大するデータセンターにおいて、これらの特性は極めて重要な要素となっています。

リチウムイオンベースのBESSを採用したモジュール式UPSは、VRLAソリューションに比べてメンテナンスが容易です。VRLAソリューションは、バッテリ交換が頻繁に必要となるからです。バッテリポールコネクタを使用してモジュールを追加または取り外す方法は、データセンターの電力ニーズの変化に対応するコスト効果の高い方法です。

バッテリポールコネクタは、モジュール式BESSの安全性と効率性を確保するためにも重要です。これらのBESS設計は、データセンター内に設置される従来のバッテリラックとして実装可能です。さらに、これらのシステムはコンテナ化ソリューションでデータセンターに隣接して配置することも可能です。これにより、データセンター内の貴重なスペースをサーバ、メモリ、通信機器、その他の重要な電子機器に割り当てることができ、処理能力と接続性の増加するニーズに対応できます（図2）。

モジュール式BESSシステムの設置の画像図2：モジュール式BESSの設置は、上記のようにコンテナ化ソリューションを基盤とするか、データセンター内に設置されたバッテリラックとパワーコンバータを組み合わせた構成で構築可能です。（画像提供：Weidmüller）

再生可能エネルギーとの統合

データセンターは単に電気の消費量が増加しているだけでなく、その電気のキロワット時（kWhr）当たりのコストも上昇しており、コストと持続可能性の課題がさらに深刻化しています。これらの課題に対応するため、太陽光発電などの再生可能エネルギーがデータセンターに導入されています。さらに、バッテリポールコネクタを活用したモジュール式BESS設計は、必要な柔軟性を提供できます。

データセンターの電力消費量の増加により、データセンター運営者は環境に対して責任ある管理者となることが期待されるようになっています。データセンターの運営者は、直接的な電力コストの削減に加え、ピークシェービング、デマンドレスポンスその他のツールを活用して二次的なコストメリットを実現できます。

BESSは、周波数調整や電圧サポートなどの重要なグリッドサービスを提供し、これにより送電網の耐障害性を向上させます。キャンパス環境では、BESSはアイランディングをサポートし、送電網から切り離して動作するマイクログリッドの一部として機能します。

BESSは、再生可能エネルギーを需要の低い時間帯に蓄電し、需要のピーク時に利用することで、送電網への需要を軽減し、コストを平準化します。これは、電力会社がピーク時間帯に高い料金を課すためです。

BESSコネクタに関するUL 4128規格

UL規格4128は、BESSにおいてバッテリセル（セル間）およびバッテリ層（層間）を接続するために使用されるコネクタの接続に関する要件を詳細に規定しています。この規格は、負荷下での接続または取り外しを目的としない、最大2,000V定格電圧のケーブル、ケーブルコネクタ、および接続口を対象としています。

この規格では、コネクタが通電される前に完全に差し込まれ、相互ロックされていることを要求しています。コネクタのわずかな動きでも、接触面積が減少したり、接触抵抗が増加したり、熱集中が発生したりする可能性があり、火災の原因となる可能性があります。このロック機能は、BESSの安全性に重要です。さらに、ケーブルアセンブリ内のコネクタにかかる引張荷重は、指定された上限値を超えてはなりません。

コネクタは、銅または銅合金製の導体との使用を想定して設計されており、+90°C以上の温度に対応しています。これらの製品は工場または現場での組み立てを想定しており、屋外および屋内の両方で使用可能で、機械的な接続と取り外しの操作を100回以上（負荷なし）行うことができます。

UL 4128規格に準拠したコネクタは、危険場所での使用を想定していません。したがって、使用しないコネクタには保護キャップを装着する必要があります。最後に、高温環境下でコネクタを使用する際は、発熱警告が必要になる場合があります。

バッテリポールコネクタ

バッテリポールコネクタ、特にUL 4128規格に準拠したものは、高出力BESSにおいて、シンプルで安価なケーブルラグワイヤアセンブリと比較して、優れた性能と安全性を提供するために開発されました。

ケーブルラグ接続では、モジュール式BESSで必要な柔軟性を実現できません。各ラグのナットを手で取り付け、締め付ける必要があります。これは手間がかかり、ミスが起こりやすい作業です。さらに、ナットが正しく締められていない場合、高抵抗接続となり、熱を発生させ、エネルギーを無駄にし、火災の危険を引き起こす可能性があります。

ケーブルラグ接続の環境保護への配慮不足と耐久性の低さは、長期的な信頼性の低下を招く可能性があります。ラグ接続は高電力を使用している場合、触れると危険で、設置作業者に対して安全上重大な危険を及ぼす可能性があります。

ケーブルラグの代わりに、設計者はUL 4128に準拠した色分けされたバッテリポールコネクタを使用することができます（図3）。UL規格で定義された色分け（オレンジが正極、黒が負極）は、ケーブルコネクタとバスバー接続に使用され、視覚的なキーを作成し、組み立てを迅速化するために使用されます。

バッテリポールコネクタの画像図3：バッテリポールコネクタは、モジュール式BESSにおける迅速かつ効率的な接続を可能にし、安全性と効率性を確保するために重要です。（画像提供：Weidmüller）

色分けに加え、バッテリポールコネクタの両側は、正極と負極の接続を機械的にキーイングされており、コネクタを接続する際の組み立てミスを完全に防止します。Weidmüllerのバッテリポールコネクタのキーイングにより、コネクタを任意の向きで接続することが可能となり、ケーブルアセンブリにおける機械的ストレスを最小限に抑えることができます。

ロック機構は、通電前にコネクタが完全に接続され、相互にロックされるというUL規格の要件を満たしています。コネクタを取り外す前に接点が分離されるため、負荷がかかった状態で偶発的に接続が外れた場合でも、危険なアーク放電による故障が発生しません。

接点は接触抵抗を最小限に抑えるため銀メッキ処理された銅合金製で、UL 4128規格に準拠し、機械的な接続と取り外しを100回以上繰り返すことが可能です。

Weidmüllerのバッテリコネクタ（WBC）は、過酷な環境条件に耐えるように設計されており、塵や水の侵入から保護する防塵および防水性能等級IP67に準拠しています。保護された取り付け面のため、触れても安全です。

UL 4128は、コネクタ本体の材質を規定しておらず、その性能要件のみを定めています。WBCは、バッテリポールアプリケーションに最適な改質熱可塑性樹脂であるポリアミド66（PA 66）を使用して製造されています。PA 66は、通常のPAに比べて、防火性能および連続動作温度の向上という利点があります。PA 66は、鉄道車両での使用に求められる厳しい要件を満たしています。PA 66のその他の利点として、以下のものがあります。

耐火性能の向上
ハロゲンおよびリンの含有なし
低煙性および低ヒューム

WBCシリーズは、導体断面積16mm²～95mm²までの接続が可能で、コネクタ側で最大200Aの定格電流に対応しています。ケーブルアセンブリも用意されており、BESS配線に必要な作業量を大幅に削減できます（図4）。Weidmüllerのバッテリポールコネクタおよびケーブルアセンブリの例には、以下のものがあります。

2905330000、オスコネクタ（負極）、定格電流120A、定格電圧1,500V
2905290000、メスコネクタ（負極）、定格電流120A、定格電圧1,500V
2905320000、オスコネクタ（正極）、定格200A、定格電圧1,500V
2905380000、メスコネクタ（正極）、定格200A、定格電圧1,500V
2938270000、324mm（12.75インチ）長のケーブルアセンブリ、定格電流120A、定格電圧1,500V

オス型とメス型WBCの例の画像 図4：WBCのオス型とメス型のバッテリポールコネクタケーブルアセンブリの例。（画像提供：Weidmüller）

まとめ

大規模データセンターの電源アーキテクチャの変化は、AIとMLの計算処理とストレージ要件に対応するため、ラックあたりの電力密度の増加、および電気料金の増加を管理するためという複数の要因によって推し進められています。これにより、モジュール式BESSを基盤とした新しいUPS設計が生まれ、バッテリポールコネクタを活用してスケーラビリティとモジュール性を実現しています。

信頼性の高い電源供給を確保するだけでなく、モジュール式BESSの設計は、太陽光発電などの再生可能エネルギーとの統合を可能にし、環境への配慮、持続可能性、および回復力に関する高い期待に応えることができます。これらの要件を満たすバッテリポールコネクタは、高電圧かつ潜在的に危険なバッテリ電力レベルにおける安全かつ効率的な接続を保証するため、UL 4128の要件を満たす必要があります。