KR102372658B1 - 배터리 팩의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 배터리 팩 및 이의 제어 방법이 개시된다. 상기 배터리 팩은, 저장된 전력을 전기 이동수단의 구동전원으로 공급하는 배터리 모듈과, 배터리 모듈의 충방전 경로에 연결된 전력 변환 모듈로서, 발열 회로와, 발열 회로의 냉각을 위한 송풍팬과, 송풍팬의 유로 상에 배치된 냉각판을 포함하는 전력 변환 모듈과, 발열 회로의 발열을 제어하기 위한 제어부를 구비하며, 제어부는, 냉각판을 이용한 냉각 능력의 경시적인 감소에 따라, 발열 회로의 발열량이 제한되도록 전력 변환 모듈의 가동을 제한할 수 있다.
본 발명에 의하면, 경시적으로 변화되는 냉각 능력의 범위 내에서 전력 변환 모듈의 가동을 제한할 수 있고, 전력 변환 모듈, 특히, 발열 회로의 발열량이 냉각 능력을 초과하지 않도록 전력 변환 모듈의 전류를 제한함으로써, 전력 변환 모듈의 과열을 방지하고 배터리 팩의 적정의 구동을 보장할 수 있다.

Description

배터리 팩의 제어 방법{Controlling method for battery pack}
본 발명은 전기 바이크 또는 전기 차량과 같은 전기 이동수단에 장착되어 전기 이동수단의 구동동력을 제공하는 배터리 팩의 공랭식 열관리 시스템에 관한 것으로, 열에 취약한 회로 부품들과 배터리를 허용 온도 이하로 유지 관리하기 위한 열관리 시스템이 도입된 배터리 팩의 제어 방법에 관한 것이다.
전기 바이크 또는 전기 차량 등의 전기를 이용한 전기 이동수단들은 편리한 사용과 친환경적인 특성으로 관련 시장이 팽창하고 있다. 그러나, 여러 가지 기술적 장벽으로 사용의 제한을 받고 있다. 그 대표적인 예로, 배터리의 화재, 무게 짧은 이동 거리, 높은 가격, 짧은 수명 등이 해결해야 할 과제로 남아 있다.
특히 전력 변환 회로, 모터, 배터리 등은 반도체, 영구자석 등으로 구성되어 있으며, 온도가 허용 온도 이상으로 가동되면, 소자의 수명이 짧아지거나 저항이 증가하여 화재가 발생하거나, 감자(demagnetization) 현상이 발생하여 모터를 폐기해야 할 상황도 발생하게 된다.
이러한 이유로 고성능 고신뢰도 제품의 경우에 전력 변환 회로, 배터리, 모터의 온도 변화 상황을 실시간 감시하고 허용 온도 이하로 유지 관리하기 위해서 적절한 냉각 시스템 개발 및 채용이 중요한 개발 이유가 되었다.
본 발명은 이러한 열관리의 중요성이 커지고 있는 전기 이동수단에서 가볍고 컴팩트한 열관리 시스템을 개발하여 고신뢰도, 경량화에 유리한 배터리 팩 및 이의 제어 방법을 제공하고자 한다.
충, 방전 중에 전력 변환 회로와 배터리에서 발생하는 열은 충, 방전 회로의 수명을 단축하며, 배터리 등에 과열을 초래하여 화재를 발생시키고 있다. 전력 변환 회로와 배터리에서 발생하는 열을 제거하기 위해서 충분히 넓은 방열 면적을 확보해야 하고, 송풍팬의 풍량을 높여서 냉각용 공기를 냉각판에 공급하여야 한다.
그러나, 이러한 충분한 방열 면적의 확보와 유량 증가는 전기를 에너지원으로 하는 전기 이동수단에 무게 증가와 전기 이동수단 외의 추가적인 전력 소모를 유도하여 전기 바이크 또는 전기 차량 등에서 중요한 이동 거리와 효율에 매우 부정적인 영향을 미치게 된다. 전기 이동수단의 안전성과 신뢰도의 확보와 효율 및 이동 거리 사이에 적절한 타협점을 찾는 것이 필요하게 되었다.
이러한 타협점을 위해서 충전 회로와 방전 회로를 하나로 통합한 것이 CCM(Charger Converter Module, 특허청구범위의 전력 변환 모듈(CCM)에 해당됨, 이하 같음)으로 충전 회로와 방전 회로를 하나로 통합해서 유지 관리의 편의성, 가격 경쟁력을 확보하게 되었으며, 관련된 열관리 시스템에 대해서도 통합적이고 경량, 고신뢰도의 열관리 시스템이 필요해졌다.
상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 배터리 팩은,
저장된 전력을 전기 이동수단의 구동전원으로 공급하는 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈의 충방전 경로에 연결된 전력 변환 모듈로서, 발열 회로와, 상기 발열 회로의 냉각을 위한 송풍팬과, 송풍팬의 유로 상에 배치된 냉각판을 포함하는 전력 변환 모듈과, 상기 발열 회로의 발열을 제어하기 위한 제어부;를 구비하며,
상기 제어부는, 상기 냉각판을 이용한 냉각 능력의 경시적인 감소에 따라, 상기 발열 회로의 발열량이 제한되도록 전력 변환 모듈의 가동을 제한할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부는, 상기 발열 회로의 발열량과, 제1 최대 열전달량과, 제2 최대 열전달량 중에서 최소 값을 이용하여, 상기 전력 변환 모듈의 가동을 제한할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 최대 열전달량은, 상기 발열 회로로부터 냉각판까지 최대로 전달될 수 있는 열량에 해당될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 최대 열전달량은, 상기 발열 회로가 최대 발열 상태일 때, 발열 회로로부터 냉각판까지 전달될 수 있는 열량에 해당될 수 있다.
예를 들어, 상기 발열 회로와 냉각판 사이에는, 열전달 매개체(TIM, thermal interference material)가 개재될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 최대 열전달량은, 상기 송풍팬에 의해 강제된 강제대류를 통하여 냉각판으로부터 최대로 소산될 수 있는 열량에 해당될 수 있다.
예를 들어, 상기 발열 회로의 발열량, 제1 최대 열전달량 또는 제2 최대 열전달량 중에서, 제1 최대 열전달량 또는 제2 최대 열전달량이 최소 값으로 산출될 때,
상기 제어부는, 상기 전력 변환 모듈의 최대 전류를, 최소 값으로 산출된 제1 최대 열전달량 또는 제2 최대 열전달량으로 제한할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부는, 상기 전력 변환 모듈의 최대 전류에 의한 상기 발열 회로의 발열량이, 최소 값으로 산출된 제1 최대 열전달량 또는 제2 최대 열전달량을 초과하지 않도록 전력 변환 모듈의 최대 전류를 제한할 수 있다.
예를 들어, 상기 전력 변환 모듈의 최대 전류는, 배터리 모듈의 최대 충전 전류 또는 최대 방전 전류에 해당될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩의 제어 방법은,
저장된 전력을 전기 이동수단의 구동전원으로 공급하는 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈의 충, 방전 경로에 연결된 전력 변환 모듈로서, 발열 회로와, 상기 발열 회로의 냉각을 위한 송풍팬과, 송풍팬의 유로 상에 형성된 냉각판을 포함하는 전력 변환 모듈과, 상기 발열 회로의 발열을 제어하기 위한 제어부;를 구비하는 배터리 팩의 제어 방법으로서,
상기 발열 회로의 발열량을 산출하는 단계;
상기 발열 회로로부터 냉각판까지 최대로 전달될 수 있는 제1 최대 열전달량을 산출하는 단계;
상기 송풍팬에 의해 강제된 강제대류를 통하여 냉각판으로부터 최대로 소산될 수 있는 제2 최대 열전달량을 산출하는 단계;
상기 발열 회로의 발열량, 제1 최대 열전달량, 및 제2 최대 열전달량의 대소 비교를 통하여, 발열 회로의 발열량과 제1 최대 열전달량 및 제2 최대 열전달량 중에서 최소 값을 선택하는 단계; 및
상기 최소 값으로 선택된 발열 회로의 발열량, 제1 최대 열전달량, 또는 제2 최대 열전달량을 이용하여 전력 변환 모듈의 전류를 제한하는 단계;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 최대 열전달량을 산출하는 단계에서 발열 회로로부터 냉각판까지의 열적 저항과, 상기 제2 최대 열전달량을 산출하는 단계에서 냉각매체의 열 수송 능력은,
매 산출하는 단계 마다 연산되지 않고 매 산출시 마다 1씩 가산되는 제어 변수가 사전에 설정된 일정한 수의 배수에 해당될 때, 연산을 통하여 갱신될 수 있다.
예를 들어, 상기 냉각매체의 열 수송 능력은, 냉각매체를 통한 열 수송시의 열적 저항의 역수에 해당될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩의 제어 방법은,
배터리 팩의 운전 데이터를 측정하는 단계;
측정된 운전 데이터를 미리 저장된 기계 학습 모델에 입력하여 출력을 산출하는 단계; 및
기계 학습 모델의 출력에 근거하여 배터리 팩의 정상 운전을 판단하거나 또는 배터리 팩의 냉각 능력을 제한하는 제한 요소를 추정하는 단계;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 팩은,
저장된 전력을 전기 이동수단의 구동전원으로 공급하는 배터리 모듈;
상기 배터리 모듈의 충방전 경로에 연결된 전력 변환 모듈로서, 발열 회로와, 상기 발열 회로의 냉각을 위한 송풍팬과, 송풍팬의 유로 상에 배치된 냉각판을 포함하는 전력 변환 모듈; 및
상기 발열 회로의 발열을 제어하기 위하여 상기 기계 학습 모델의 출력을 산출하는 제어부;를 구비할 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 팩의 운전 데이터는,
상기 발열 회로의 온도, 상기 냉각판을 향하여 유입되는 저온의 냉각 매체의 온도, 상기 냉각판으로부터 가열된 고온의 냉각 매체의 온도, 전력 변환 모듈의 전류와 전압, 및 송풍팬의 회전속도를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 팩의 냉각 능력을 제한하는 제한 요소는,
상기 송풍팬 불량, 발열 회로와 냉각판 사이에 개재된 열전달 매개체(TIM) 불량, 냉각판 오염, 및 센서 고장을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 기계 학습 모델은, 기계 학습 모델의 출력과 다수의 제한 요소들 각각에 대한 대응관계를 제공할 수 있다.
예를 들어, 상기 기계 학습 모델의 출력은, 각각의 운전 데이터 마다 가중치가 부여된 다수의 운전 데이터의 가중합(weighted summation)으로 제공될 수 있다.
예를 들어, 상기 기계 학습 모델에서, 각각의 운전 데이터에 대한 가중치는, 실측 또는 시뮬레이션을 통하여 얻어진 다수의 운전 데이터를 이용한 기계 학습을 통하여 결정될 수 있다.
예를 들어, 상기 기계 학습 모델에 입력되는 운전 데이터는, 0 ~ 1 사이의 값을 갖도록 정규화(normalized)될 수 있다.
본 발명에 의하면, 경시적으로 변화되는 냉각 능력의 범위 내에서 전력 변환 모듈의 가동을 제한할 수 있고, 전력 변환 모듈, 특히, 발열 회로의 발열량이 냉각 능력을 초과하지 않도록 전력 변환 모듈의 전류를 제한함으로써, 전력 변환 모듈의 과열을 방지하고 배터리 팩의 적정의 구동을 보장할 수 있다.
도 1에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩을 도시한 도면이 도시되어 있다.
도 2에는, 도 1의 배터리 팩에서 송풍팬의 가동을 제어하고, 발열 제어 프로세스를 수행하기 위한 제어부의 동작을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 3에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 제어 방법에서 수행되는 일련의 제어 프로세스를 도시한 흐름도가 도시되어 있다.
도 4에는, 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩의 제어 방법에서 수행되는 일련의 제어 프로세스를 도시한 흐름도가 도시되어 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 배터리 팩 및 이의 제어 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩을 도시한 도면이 도시되어 있다. 도 2에는, 도 1의 배터리 팩에서 송풍팬의 가동을 제어하고, 발열 제어 프로세스를 수행하기 위한 제어부의 동작을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩은, 전기 바이크 또는 전기 차량과 같은 전기 이동수단에 장착되어 전기 이동수단의 구동동력을 제공할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 배터리 팩은, 도 1에 도시된 바와 같이, 고전압의 전력을 저장하고 저장된 전력을 전기 이동수단의 구동동력으로 제공하는 배터리 모듈(BM)과, 상기 배터리 모듈(BM)의 충, 방전 경로에 연결된 전력 변환 모듈(CCM)을 포함할 수 있으며, 상기 배터리 모듈(BM)과 전력 변환 모듈(CCM)을 수용하는 케이스(180)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(180)는 상기 배터리 모듈(BM)과 전력 변환 모듈(CCM)을 수용할 수 있으며, 배터리 팩의 외관을 형성할 수 있다. 즉, 상기 배터리 팩은 케이스(180)를 통하여 외부 대기와 접촉할 수 있으며, 배터리 팩의 냉각을 위하여 상기 케이스(180)는 열전도 특성이 우수한 금속 소재, 예를 들어, 알루미늄 소재로 형성될 수 있다.
상기 케이스(180)의 외면에는 외부 냉각판(130)이 형성될 수 있다. 상기 외부 냉각판(130)은 금속블록(또는 케이스 180) 상에 다수의 냉각핀(131)이 돌출 형성된 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 외부 냉각판(130)은 케이스(180)와 함께 일체로 형성될 수 있으며, 케이스(180)와 함께 알루미늄 등의 금속 소재로 형성될 수 있다. 상기 외부 냉각판(130)은 케이스(180)의 외면 중에서 바닥면(B)에 형성될 수 있다. 외부 냉각판(130)이 형성되는 케이스(180)의 바닥면(B)이란 중력 방향을 따라 하부를 형성하는 면을 의미할 수 있고, 후술하는 바와 같이, 전력 변환 모듈(CCM)의 발열 회로(150)와 마주하는 면을 의미할 수 있다. 달리 말하면, 상기 외부 냉각판(130)이 형성되는 케이스(180)의 바닥면(B)은, 전력 변환 모듈(CCM)에 구비된 회로기판(105)의 제1, 제2 면(S1,S2) 중에서 발열 회로(150)가 배치된 제2 면(S2)과 마주하는 면을 의미할 수 있다.
상기 외부 냉각판(130)은 배터리 모듈(BM) 및 전력 변환 모듈(CCM)을 가로질러 형성됨으로써, 배터리 모듈(BM)과 전력 변환 모듈(CCM)을 함께 냉각시킬 수 있다. 특히, 상기 외부 냉각판(130)은 전력 변환 모듈(CCM) 내에 구비된 발열 회로(150)와 마주하는 위치에 형성됨으로써, 발열 회로(150)를 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 이에 대해서는 후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 케이스(180) 내부에는 배터리 모듈(BM)이 수용될 수 있다. 상기 배터리 모듈(BM)은, 고전압의 전력이 저장되는 개소로서, 적어도 하나 이상 다수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 도면에 도시되어 있지는 않지만, 상기 배터리 셀은 각각 서로 다른 극성의 제1, 제2 전극판과, 상기 제1, 제2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함할 수 있으며, 이들 제1, 제2 전극판과 세퍼레이터가 서로에 대해 적층되거나 또는 롤 형태로 권취된 형태의 전극 조립체(미도시)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 모듈(BM)은 고출력 고용량의 출력을 제공하도록 서로 전기적으로 연결된 다수의 배터리 셀을 포함할 수 있다.
상기 케이스(180) 내에는 배터리 모듈(BM)과 함께 전력 변환 모듈(CCM)이 수용될 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 모듈(BM)과 전력 변환 모듈(CCM)은 각각 케이스(180)의 서로 반대되는 일 측 및 타 측에 배치될 수 있으며, 격벽(181)에 의해 분리된 서로 다른 공간 내에 수용될 수 있다. 상기 전력 변환 모듈(CCM)은, 배터리 팩의 방전시, 배터리 모듈(BM)로부터 출력되는 전력을 전기 이동수단의 모터(미도시) 또는 전기 이동수단의 전장부품(미도시)에서 받아들일 수 있는 적정한 형태의 DC 전력 또는 AC 전력으로 변환하여 구동동력으로 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전력 변환 모듈(CCM)은 배터리 모듈(BM)로부터 출력되는 DC 전력을 상대적으로 낮은 전압의 DC 전력으로 전압 강하시키기 위한 벅(buck) 타입의 DC-DC 컨버터로 기능할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 상기 전력 변환 모듈(CCM)은, 배터리 모듈(BM)로부터 출력되는 DC 전력을 상대적으로 높은 전압의 DC 전력으로 승압하기 위한 부스터(booster) 타입의 DC-DC 컨버터로 기능하거나 또는 배터리 모듈(BM)로부터 출력되는 DC 전력을 3상의 AC 전력으로 변환하기 위한 인버터(inverter) 등으로 기능할 수도 있다. 또한, 상기 전력 변환 모듈(CCM)은, 배터리 팩의 충전시, 외부로부터 제공되는 AC 전력을 배터리 모듈(BM)에 저장되는 고전압의 DC 전력으로 변환하기 위한 AC-DC 컨버터로 기능할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전력 변환 모듈(CCM)은 가정용 AC 전원을 배터리 모듈(BM)에 저장되는 고전압의 DC 전력으로 변환할 수 있다.
상기 전력 변환 모듈(CCM)은, 충전 회로와 방전 회로를 하나로 통합한 CCM(Charger Converter Module)에 해당될 수 있으며, 배터리 팩의 충, 방전시에 모두 동작할 수 있다. 본 발명에서는 충전 회로와 방전 회로를 하나로 통합한 CCM(Charger Converter Module) 형태의 전력 변환 모듈(CCM)에 대응되는 통합된 형태의 열관리 시스템을 제공함으로써, 충전기용 방열 시스템과 방전기용 방열 시스템이 별도로 유지 관리되는 것이 아니라, 하나로 통합되어 컴팩트화된 열관리 시스템이 적용된 배터리 팩이 제공될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 열관리 시스템에서는 충전 회로와 방전 회로를 하나로 통합한 CCM(Charger Converter Module) 형태의 전력 변환 모듈(CCM)은 물론이고, 배터리 모듈(BM)도 함께 냉각시킴으로써, 충전기용 방열 시스템과, 방전기용 방열 시스템과, 배터리용 방열 시스템이 하나로 통합된 열관리 시스템이 적용된 배터리 팩이 제공될 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 전력 변환 모듈(CCM)은, 전력 변환 모듈(CCM) 내에 구비되는 내부 구성들에 대한 지지 기반을 제공하는 회로기판(105)과, 상기 회로기판(105) 상에 배치된 발열 회로(150)와, 상기 발열 회로(150)에 대한 냉각을 제공하기 위한 송풍팬(100)과, 상기 송풍팬(100)의 유로 상에 배치된 외부 냉각판(130)을 포함할 수 있다.
상기 회로기판(105)은 전력 변환 모듈(CCM)에 구비되는 부품들의 지지 기반을 제공할 수 있으며, 서로 반대되는 제1, 제2 면(S1,S2)의 양면을 통하여 부품들을 지지해줄 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 회로기판(105)은, 서로 반대되는 제1, 제2 면(S1,S2)을 포함할 수 있으며, 상기 제1 면(S1) 상에는 내부 냉각판(110)이 배치될 수 있고, 상기 제2 면(S2) 상에는 발열 회로(150)가 배치될 수 있다. 상기 내부 냉각판(110)은 케이스(180)의 바닥면(B)에 형성된 외부 냉각판(130)과 함께, 발열 회로(150)에 대한 냉각을 제공할 수 있다. 이때, 회로기판(105)의 제1 면(S1) 상에 배치되는 내부 냉각판(110)과 회로기판(105)의 제2 면(S2) 상에 배치되는 발열 회로(150)는 적어도 일부에서 서로 겹치는 위치에 배치될 수 있다. 상기 내부 냉각판(110)은 금속블록 상에 다수의 냉각핀(111)이 돌출 형성된 형태로 형성될 수 있다. 한편, 상기 회로기판(105)의 제1 면(S1) 상에는 상기 내부 냉각판(110) 외에, 전력 변환 모듈(CCM)에 구비되는 각종 회로소자들이 배치될 수 있다.
상기 발열 회로(150)는 전력 변환 모듈(CCM) 내에 구비되는 부품 중에서 상대적으로 발열이 집중되는 발열 부품을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 전력 변환 모듈(CCM) 내에 구비되는 스위치 소자를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 발열 회로(150)는 고속 스위칭 동작이 가능한 질화갈륨(GaN) 기반의 고 전자 이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transistor, GaN-HEMT)를 포함할 수 있다.
상기 발열 회로(150)에 구비된 스위치 소자는 턴-온/턴-오프 동작을 반복하면서 집중적인 발열로 온도가 상승할 수 있으며, 적정한 스위칭 동작이 구현되도록 발열 회로(150)에 대한 집중적인 냉각이 바람직하다. 발열 회로(150)의 냉각에 대해 보다 구체적으로 설명하면 이하와 같다.
상기 발열 회로(150)는 회로기판(105)을 통하여 내부 냉각판(110)과 열적으로 연결될 수 있다. 즉, 상기 발열 회로(150)는 회로기판(105)의 제2 면(S2) 상에 배치될 수 있으며, 회로기판(105)의 제1 면(S1) 상에 배치된 내부 냉각판(110)과 적어도 일부에서 서로 겹치는 위치에 배치될 수 있다. 상기 내부 냉각판(110)과 함께, 케이스(180)의 바닥면(B)에는 외부 냉각판(130)이 형성될 수 있다. 상기 외부 냉각판(130)은, 케이스(180)의 바닥면(B) 상에서 송풍팬(100)의 유로 상에 배치되어, 송풍팬(100)에 의해 강제된 공기 흐름에 의해 강제대류 방식으로 냉각될 수 있다. 그리고, 강제대류 방식으로 냉각되는 외부 냉각판(130)을 통하여 발열 회로(150)에서 발생되는 열을 송풍팬(100)의 공기 흐름을 통하여 소산시킬 수 있다.
상기 발열 회로(150)의 배치에 대해, 상기 발열 회로(150)는 회로기판(105)의 제2 면(S2) 상에 배치되면서 회로기판(105)과 케이스(180)의 바닥면(B) 사이에 배치될 수 있다. 상기 발열 회로(150)는 회로기판(105)의 내부 냉각판(110)과 케이스(180)의 외부 냉각판(130) 사이에 개재됨으로써, 내부 냉각판(110)과 외부 냉각판(130)을 통하여 이중으로 냉각될 수 있다. 예를 들어, 상기 발열 회로(150)는, 회로기판(105)을 통하여 제1 면(S1) 측의 내부 냉각판(110)과 열적으로 연결될 수 있으며, 케이스(180)의 바닥면(B)을 통하여 외부 냉각판(130)과 열적으로 연결될 수 있다. 상기 발열 회로(150)는 양편으로 배치된 내부 냉각판(110) 및 외부 냉각판(130)에 둘러싸이도록 배치되면서 내부 냉각판(110) 및 외부 냉각판(130)에 의해 이중으로 냉각될 수 있고, 각각의 내부 냉각판(110) 및 외부 냉각판(130)은 적어도 일부에서 발열 회로(150)와 겹치는 위치에 배치될 수 있다.
상기 발열 회로(150)와 내부 냉각판(110) 사이에는, 이들 사이의 열적 저항을 줄이고, 이들 사이의 열적인 연결을 강화시키기 위하여, 열전달 매개체(TIM)가 개재될 수 있으며, 유사하게, 상기 발열 회로(150)와 외부 냉각판(130) 사이에는 이들 사이의 열적 저항을 줄이고, 이들 사이의 열적인 연결을 강화시키기 위하여, 열전달 매개체(TIM)가 개재될 수 있다. 예를 들어, 상기 열전달 매개체(TIM)는, 상기 발열 회로(150)와 회로기판(105) 사이와, 상기 발열 회로(150)와 케이스(180 또는 외부 방열판 130) 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 상기 열전달 매개체(TIM)는, 발열 회로(150)와 외부 방열판(130) 사이에 개재되어, 이들 사이의 빈틈을 없애고 열적 저항을 줄여줌으로써, 발열 회로(150)로부터 발생된 발열량이 외부 방열판(130) 상을 흐르는 냉각매체를 통하여 원활하게 소산될 수 있도록 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 배터리 팩은, 송풍팬(100)의 가동 유무 및 회전 속도를 제어하기 위한 제어부(MCU)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부(MCU)는 송풍팬(100)의 회전 속도를 제어함으로써, 외부 냉각판(130)과 열 교환을 수행하는 냉각매체의 유량을 제어할 수 있다. 상기 제어부(MCU)는 발열 회로(150)의 온도에 따라 송풍팬(100)의 회전속도를 가속 또는 감속시킴으로써, 발열 회로(150)의 온도 상승에 적응적으로 냉각매체의 유량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(MCU)는 발열 회로(150)의 온도를 실시간으로 측정하고, 발열 회로(150)의 온도 신호에 대응되는 PWM 제어 신호(PWM)를 송풍팬(100)의 모터로 출력함으로써, 송풍팬(100)의 회전 속도를 제어할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제어부(MCU)는, 발열 회로(150)의 온도뿐만 아니라, 외부 냉각판(130)을 흐르는 냉각매체의 온도를 측정하고, 측정된 결과를 참조하여 송풍팬(100)의 가동 유무 및 송풍팬(100)의 회전 속도를 제어할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 상기 제어부(MCU)는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 발열 제어의 프로세스를 수행할 수 있으며, 경시적으로 변화될 수 있는 냉각 능력을 초과하는 발열이 발생되지 않고 발열 회로(150)의 발열량(Qhc)을 억제하도록 전력 변환 모듈(CCM)의 가동을 제한할 수 있다. 참고로, 이하에서 설명되는 배터리 팩의 발열 제어에서 냉각판(130)이란, 송풍팬(100)의 유로 상에 형성되어 강제대류에 의한 열 수송을 통하여 발열 회로(150)를 냉각하기 위한 외부 냉각판(130)을 의미할 수 있으며, 청구범위에서 냉각판(130)은 외부 냉각판(130)을 의미할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 제어 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 3에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 제어 방법에서 수행되는 일련의 제어 프로세스를 도시한 흐름도가 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 팩의 제어란, 제어부(MCU)의 총괄적인 제어 하에 수행되는 배터리 팩의 발열 제어를 의미할 수 있으며, 본 명세서를 통하여 배터리 팩의 발열 제어란, 배터리 팩을 형성하는 배터리 모듈(BM) 및 전력 변환 모듈(CCM) 중에서, 배터리 모듈(BM)의 발열을 제어하기 위한 것이 아니라, 주로 전력 변환 모듈(CCM), 특히 전력 변환 모듈(CCM)의 발열 회로(150)로부터의 발열을 제어하기 위한 프로세스를 의미할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서는, 발열 회로(150)의 냉각이 원활하게 이루어질 수 있는 범위 내에서 발열 회로(150)의 가동을 제한할 수 있으며, 경시적으로 변화될 수 있는 현재의 냉각 능력(ex. 제1 최대 열전달량 Qmax1과 제2 최대 열전달량 Qmax2에 해당됨)을 정량적으로 산출하고, 현재의 냉각 능력(ex. 제1 최대 열전달량 Qmax1과 제2 최대 열전달량 Qmax2에 해당됨)을 벗어나지 않도록 전력 변환 모듈(CCM 또는 발열 회로 150)의 전류(Ibat)의 범위를 제한할 수 있다.
본 명세서를 통하여, 전력 변환 모듈(CCM 또는 발열 회로 150)의 전류(Ibat), 전압(Vbat)이란, 배터리 모듈(BM)의 충방전 전류와 충방전 전압에 해당될 수 있다. 즉, 상기 전력 변환 모듈(CCM)은, 배터리 모듈(BM)로부터 출력되는 방전 전력을 전기 이동수단의 모터 또는 전기 이동수단의 전장부품에서 받아들일 수 있는 적정한 형태의 DC 전력 또는 AC 전력으로 변환하도록 배터리 모듈(BM)의 방전 전력을 변환할 수 있으며, 외부 충전기로부터 출력되는 충전 전력을 배터리 모듈(BM)에서 받아들일 수 있는 적정한 형태의 DC 전력으로 변환하여 배터리 모듈(BM)의 충전 전력으로 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제어부(MCU)는, 발열 회로(150)로부터 발생되는 열량(발열량 Qhc)이 냉각판(130, 외부 냉각판에 해당됨, 이하 같음)을 흐르는 냉각매체 흐름(강제대류)을 통한 열 수송에 의해 소산되기까지 일련의 냉각 패스를 따라, 발열 회로(150)의 발열량(Qhc)과, 발열 회로(150)로부터 냉각판(130)까지의 제1 최대 열전달량(Qmax1)과, 냉각판(130)으로부터의 강제대류에 의한 제2 최대 열전달량(Qmax2)을 산출하고, 발열 회로(150)의 발열량(Qhc)과, 제1, 제2 최대 열전달량(Qmax2) 중에서 최소 값(Qmin)을 제한요소로 하여, 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)를 제어할 수 있다.
상기 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)는, 발열 회로(150)의 발열량(Qhc), 제1 최대 열전달량(Qmax1) 또는 제2 최대 열전달량(Qmax2) 중 어느 하나로 제한될 수 있으며, 이하의 i) 내지 iii)에서 설명되는 바와 같이, 상기 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)는, 발열 회로(150)의 발열량(Qhc), 제1 최대 열전달량(Qmax1) 또는 제2 최대 열전달량(Qmax2) 중에서 최소 값(Qmin)으로 제한될 수 있다.
i) 전력 변환 모듈( CCM )의 전류( Ibat )가 발열 회로(150)의 발열량( Qhc ) 으로 제한되는 경우
상기 발열 회로(150)의 발열량(Qhc), 제1 최대 열전달량(Qmax1) 또는 제2 최대 열전달량(Qmax2) 중에서, 발열 회로(150)의 발열량(Qhc)이 최소 값(Qmin)으로 산출되면, 상기 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)는, 발열 회로(150)의 발열량(Qhc)에 의해 제한될 수 있으며, 이는 상기 전력 변환 모듈(CCM)의 가동이 발열 회로(150)의 발열량(Qhc)까지 허용된다는 것으로, 실질적으로 전력 변환 모듈(CCM)의 가동이 냉각 능력에 의해 제한될 필요가 없다는 것을 의미할 수 있다.
예를 들어, 상기 전력 변환 모듈(CCM)의 가동이 발열 회로(150)의 발열량(Qhc)까지 허용된다는 것은, 현재 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)를 그대로 유지할 수 있다는 것을 의미할 수 있으며, 냉각 능력을 고려하여, 현재 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)를 제한할 필요는 없고, 현재의 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)를 그대로 유지해도 된다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 명세서를 통하여 전력 변환 모듈(CCM)의 최대 전류(Ibat)를, 현재의 전력 변환 모듈(CCM)의 전류로 제한한다는 것은, 실질적으로, 전력 변환 모듈(CCM)의 전류를 제한하지 않는다는 것을 의미할 수 있다. 즉, 본 명세서를 통하여 전력 변환 모듈(CCM)의 최대 전류(Ibat)란, 일정한 가동 시간 동안에, 전력 변환 모듈(CCM)에 허용될 수 있는 전류의 최대 값이라기 보다는, 현재의 순간에서 전력 변환 모듈(CCM)에 허용될 수 있는 전류의 최대 값을 의미할 수 있다. 이와 달리, 전력 변환 모듈(CCM)의 최대 전류(Ibat)를, 냉각 능력에 맞춰서 제한한다는 것은, 최소 값으로 산출된 제1 최대 열전달량(Qmax1) 또는 제2 최대 열전달량(Qmax2)에 맞춰서 전력 변환 모듈(CCM)의 현재의 전류를 제한한다는 것을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 발열 회로(150)의 발열량(Qhc)은, 발열 회로(150)를 포함하는 전력 변환 모듈(CCM)의 전압(Vbat)과 전류(Ibat)로부터 산출될 수 있으며, 이하와 같은 [수학식 1]을 이용하여 산출될 수 있다. 이때, 전력 변환 모듈(CCM)의 전압(Vbat)과 전류(Ibat)란 현재 전력 변환 모듈(CCM)에 흐르는 전압과 전류를 의미할 수 있으며, 앞서 설명된 바와 같이, 현재 배터리 모듈(BM)의 충방전 상태에 따라, 배터리 모듈(BM)의 충전 전압과 충전 전류를 의미하거나 또는 배터리 모듈(BM)의 방전 전압과 방전 전류를 의미할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020020551818-pat00001
여기서, α는 전력 변환 모듈(CCM)의 구동효율을 나타낼 수 있으며, 달리 말하면, α는 전력 변환 모듈(CCM)의 구동손실을 나타낼 수도 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, α는 전력 변환 모듈(CCM)의 구동손실을 반영하기 위한 인자로서, 예를 들어, 전력 변환 모듈(CCM)의 전체 변환전력 중에서 발열에 의해 소실되는 구동손실을 반영하기 위한 인자일 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, α는 0.95로 입력될 수 있으며, 각각의 전력 변환 모듈(CCM) 마다 고유한 상수 값일 수 있다.
상기 [수학식 1]에서, Vbat x Ibat는, 전력 변환 모듈(CCM)의 전압(Vbat)과 전류(Ibat)의 승산을 나타내는 것으로, 현재 배터리 모듈(BM)의 충방전 상태에 따라, 배터리 모듈(BM)의 충방전 전류와 충방전 전압의 승산으로, 배터리 모듈(BM)의 충방전 전력을 의미할 수 있다.
ii) 전력 변환 모듈( CCM )의 전류( Ibat )가 제1 최대 열전달량(Qmax1)으로 제한되는 경우
상기 발열 회로(150)의 발열량(Qhc), 제1 최대 열전달량(Qmax1) 또는 제2 최대 열전달량(Qmax2) 중에서, 제1 최대 열전달량(Qmax1)이 최소 값(Qmin)으로 산출되면, 상기 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)는, 제1 최대 열전달량(Qmax1)에 의해 제한될 수 있으며, 이는 상기 전력 변환 모듈(CCM)의 가동이 냉각 능력에 의해 제한될 필요가 있으며, 냉각 능력 중에서 특히 제1 최대 열전달량(Qmax1), 그러니까, 발열 회로(150)로부터 냉각판(130)까지의 제1 최대 열전달량(Qmax1)에 의해 제한될 필요가 있다는 것을 의미할 수 있다.
상기 전력 변환 모듈(CCM)의 가동이 제1 최대 열전달량(Qmax1)으로 제한된다는 것은, 발열 회로(150)로부터 냉각판(130)까지의 냉각 패스 상에서 냉각의 장애요소가 있다는 것을 의미할 수 있으며, 예를 들어, 열전달 매개체(TIM)를 개재한 발열 회로(150)와 냉각판(130) 사이의 밀착도가 떨어지거나 열전달 매개체(TIM)의 전열 성능이 저하되는 등으로, 경시적으로 발열 회로(150)와 냉각판(130) 사이에서 열적 저항이 증가한 상태에 해당될 수 있다. 경시적으로 열전달 매개체(TIM)는 전기 이동수단의 반복적인 진동에 따라, 발열 회로(150)와 냉각판(130) 사이에서 밀착되지 못하고, 열전달 매개체(TIM)와 발열 회로(150), 또는 열전달 매개체(TIM)와 냉각판(130) 사이에 미세한 틈이 형성되면서 이들 사이의 열전달이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 최대 열전달량(Qmax1)은, 발열 회로(150)로부터 냉각판(130)까지 최대로 전달될 수 있는 열량을 의미하는 것으로, 발열 회로(150)의 설계 상으로 허용 가능한 (Tjmax)로부터 이하와 같은 [수학식 2]를 이용하여 산출될 수 있다. 즉, 제1 최대 열전달량(Qmax1)은, 발열 회로(150)가 최대 발열 상태일 때를 상정하여 산출될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112020020551818-pat00002
여기서, Tairin은 냉각판(130)으로 유입되는 냉각매체의 온도로서, 상대적으로 저온의 냉각매체의 온도이며, 송풍팬(100)에 의해 배터리 팩의 외부로부터 냉각판(130)을 향하여 강제되는 냉각매체의 온도를 측정하거나, 또는 상기 Tairin은 냉각매체로서의 외부 공기, 그러니까, 외부 온도로 대체될 수도 있다. 예를 들어, Tairin은 외부 온도의 변화에 따라 가변적으로 변화될 수 있다.
여기서, Rheatsink는 발열 회로(150)로부터 냉각판(130)까지의 열적 저항으로서, 발열 회로(150)로부터 냉각판(130) 사이에 형성된 열적 저항을 통하여 발열 회로(150)의 발열량(Qhc)이 전달되므로, Rheatsink는 이하와 같은 [수학식 3]으로 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112020020551818-pat00003
여기서, Qhc는 발열 회로(150)의 발열량, Tj는 발열 회로(150)의 온도, Tair는 냉각판(130)의 평균적인 온도를 각각 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, Tair는 냉각판(130)의 평균적인 온도로서, 냉각판(130)과 냉각판(130)에 접촉된 냉각매체 사이에 열적 평형을 이룬다는 가정 하에서, 상기 냉각판(130)의 평균적인 온도는, 냉각판(130)으로 유입되는 저온의 냉각매체의 온도와 냉각판(130)으로부터 유출되는 고온의 냉각매체의 온도의 평균치로 산출될 수 있다. 여기서, 저온의 냉각매체(ex. 공기)의 온도란, 배터리 팩의 외부로부터 냉각판(130)을 향하여 유입되는 상대적으로 저온의 공기의 온도를 나타낼 수 있으며, 고온의 냉각매체(ex. 공기)의 온도란, 냉각판(130) 상을 흐르며 가열된 고온의 공기의 온도를 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 일정한 주기 마다 도 3에 도시된 바와 같은 발열 제어 프로세스가 반복적으로 수행될 수 있다. 이때, 발열 회로(150)로부터 냉각판(130)까지의 열적 저항(Rheatsink)은, 매 제어 프로세스 마다(또는 매 주기 마다), [수학식 3]과 같은 연산을 통하여 새로운 값으로 갱신될 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시형태에서, 제어부(MCU)의 연산 부담을 줄이기 위한 목적으로, 발열 회로(150)로부터 냉각판(130)까지의 열적 저항(Rheatsink)은, 매 주기 마다 갱신되지 않고, 사전에 설정된 몇 주기 간격으로 연산을 통하여 새로운 값으로 갱신될 수 있으며, 갱신되기 이전의 몇 주기 동안에는 일정한 상수 값으로 유지될 수 있다. 이때, 열적 저항(Rheatsink)이 일정한 상수 값으로 유지되는 동안, 상기 제1 최대 열전달량(Qmax1)은, 냉각판(130)으로 유입되는 냉각매체의 온도(Tairin)의 함수로 이해될 수 있다([수학식 2] 참조).
본 발명의 일 실시형태에서는 매 주기 마다 1씩 가산되는 제어 변수(n)가 설정될 수 있으며, 상기 제어 변수(n)가 사전에 설정된 일정한 수(ex. 10)의 배수에 해당될 때, 비로소 연산을 통하여 발열 회로(150)로부터 냉각판(130)까지의 열적 저항을 나타내는 Rheatsink가 새로운 값으로 갱신될 수 있다.
iii) 전력 변환 모듈( CCM )의 전류( Ibat )가 제2 최대 열전달량(Qmax2)으로 제한되는 경우
상기 발열 회로(150)의 발열량(Qhc), 제1 최대 열전달량(Qmax1) 또는 제2 최대 열전달량(Qmax2) 중에서, 제2 최대 열전달량(Qmax2)이 최소 값(Qmin)으로 산출되면, 상기 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)는 제2 최대 열전달량(Qmax2)에 의해 제한될 수 있으며, 이는 상기 전력 변환 모듈(CCM)의 가동이 냉각 능력에 의해 제한될 필요가 있으며, 냉각 능력 중에서 특히 냉각판(130)을 흐르는 냉각매체 흐름(강제대류)에 의한 최대 열 수송량인 제2 최대 열전달량(Qmax2)에 의해 제한될 필요가 있다는 것을 의미할 수 있다.
상기 전력 변환 모듈(CCM)의 가동이 제2 최대 열전달량(Qmax2)으로 제한된다는 것은, 냉각판(130)을 흐르는 냉각매체 흐름(강제대류)을 통한 열 수송에서 냉각의 장애요소가 있다는 것을 의미할 수 있으며, 예를 들어, 냉각판(130) 상에 이물질이 축적되어 냉각을 방해하거나 또는 강제대류를 유도하는 송풍팬(100)의 베어링 고장 등으로 회전속도가 저하되는 것과 같이, 경시적으로 냉각매체 흐름(강제대류)에 의한 열 수송에서 냉각 저하의 문제가 발생된 상태에 해당될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 최대 열전달량(Qmax2)은, 냉각매체 흐름(강제대류)을 통하여 냉각판(130)으로부터 최대로 소산될 수 있는 열량을 의미하는 것으로, 이하와 같은 [수학식 4]를 이용하여 산출될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112020020551818-pat00004
여기서, Tairin은 냉각판(130)으로 유입되는 저온의 냉각매체의 온도로서, 송풍팬(100)에 의해 배터리 팩의 외부로부터 냉각판(130)을 향하여 강제되는 냉각매체의 온도를 측정하여 얻어지거나, 또는 상기 Tairin은 냉각매체로서의 외부 공기, 그러니까, 외부 온도로 대체될 수 있다. 예를 들어, Tairin은 외부 온도의 변화에 따라 가변적으로 변화될 수 있다.
상기 T*airout은 냉각판(130) 상을 흐르며 가열된 고온의 냉각매체의 온도를 나타낼 수 있으며, 고온의 냉각매체(ex. 공기)의 온도 중에서 최고 값을 나타낼 수 있다. 즉, 상기 T*airout은 냉각판(130)의 최고 온도 또는 발열 회로(150)의 최고 온도(Tjmax)까지 상승된 냉각 매체(ex. 공기)의 온도에 해당될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 T*airout은 발열 회로(150)의 설계 상으로 허용 가능한 최고 온도(Tjmax)에 해당될 수 있다. 예를 들어, 상기 발열 회로(150)가 최대 발열 상태에 이르렀을 때, 발열 회로(150)와 인접한 냉각판(130)은 서로 열적 평형을 이룰 수 있고, 이때, 고온의 냉각 매체는, 냉각판(130)의 최고 온도 내지는 발열 회로(150)의 최고 온도(Tjmax)까지 상승할 수 있다.
상기 m`은 냉각매체의 유량(질량 유량)을 나타내는 것으로, 단위 시간 당 냉각판(130) 상을 흐르는 냉각매체의 유량을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 Cp는 냉각매체의 열 용량을 나타내며, m` x Cp는 냉각매체의 유량과 냉각매체의 열 용량의 승산으로, 냉각매체의 열 수송 능력을 나타낼 수 있으며, 열적 저항과는 역관계에 있을 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 m` x Cp는 이하와 같은 [수학식 5]로부터 산출될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112020020551818-pat00005
여기서, Qhc는 발열 회로(150)의 발열량, Tairin은 냉각판(130)으로 유입되는 저온의 냉각매체의 온도, 상기 Tairout은 냉각판(130) 상을 흐르며 가열된 고온의 냉각매체의 온도를 나타낼 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, Tairin은 송풍팬(100)에 의해 배터리 팩의 외부로부터 냉각판(130)을 향하여 강제되는 냉각매체의 온도를 측정하여 얻어지거나, 또는 상기 Tairin은 냉각매체로서의 외부 공기, 그러니까, 외부 온도로 대체될 수 있다. 예를 들어, 상기 Tairin은 외부 온도의 변화에 따라 가변적으로 변화될 수 있다. 상기 Tairout은 냉각판(130) 상을 흐르며 가열된 고온의 냉각매체의 온도를 나타낼 수 있으며, 냉각판(130) 상에서 가열된 고온의 냉각매체의 온도를 측정하여 얻어질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 일정한 주기 마다 도 3에 도시된 바와 같은 발열 제어 프로세스가 반복적으로 수행될 수 있다. 이때, 냉각판(130) 상을 흐르는 냉각매체의 열 수송 능력을 나타내는 m` x Cp는, 매 주기 마다, [수학식 5]와 같은 연산을 통하여 새로운 값으로 갱신될 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시형태에서는 제어부(MCU)의 연산 부담을 줄이기 위해, 상기 냉각매체의 열 수송 능력을 나타내는 m` x Cp는, 매 주기 마다 갱신되지 않고, 사전에 설정된 몇 주기 간격으로 연산을 통하여 새로운 값으로 갱신될 수 있으며, 갱신되기 이전의 몇 주기 동안에는 일정한 상수 값으로 유지될 수 있다. 이때, 냉각매체의 열 수송 능력을 나타내는 m` x Cp가 일정한 상수 값으로 유지되는 동안, 상기 제2 최대 열전달량(Qmax2)은, 냉각판(130)으로 유입되는 냉각매체의 온도(Tairin)의 함수로 이해될 수 있다([수학식 4] 참조).
본 발명의 일 실시형태에서는 매 주기 마다 1씩 가산되는 제어 변수(n)가 설정될 수 있으며, 상기 제어 변수(n)가 사전에 설정된 일정한 수의 배수(예를 들어, 10의 배수)에 해당될 때, 비로소 연산을 통하여 냉각매체의 열 수송 능력을 나타내는 m` x Cp가 새로운 값으로 갱신될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 냉각매체의 열 수송 능력을 나타내는 m` x Cp와, 발열 회로(150)로부터 냉각판(130)까지의 열적 저항을 나타내는 Rheatsink는, 매 주기 마다 갱신되지 않고, 제어부(MCU)의 연산 부담을 경감하기 위한 목적으로, 몇 주기 간격으로 연산을 통하여 새로운 값으로 갱신될 수 있다. 즉, 냉각매체의 열 수송 능력을 나타내는 m` x Cp와, 발열 회로(150)로부터 냉각판(130)까지의 열적 저항을 나타내는 Rheatsink는, 사전에 설정된 동일한 간격으로 갱신될 수 있으며, 갱신되기 이전까지는 기존에 저장된 최신의 값으로 일정하게 유지될 수 있고, 상수로 취급될 수 있다.
이하, 도 3를 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 제어 방법에 대해 설명하기로 한다. 이하에서 설명되는 배터리 팩의 제어 프로세스는, 제어부(MCU)에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 팩의 제어 프로세스는, 제어부(MCU)의 개시 신호에 따라 시작될 수 있으며, 상기 제어부(MCU)는 사전에 설정된 주기에 따라, 또는 일정한 회수의 충방전 이후 마다 제어 프로세스를 개시할 수 있다(S10).
상기 제어 프로세스가 개시되면, 상기 제어부(MCU)는, 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)와 전압(Vbat), 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)와 전압(Vbat)의 구동손실에 해당되는 발열 회로(150)의 온도(Tj), 발열 회로(150)의 냉각에 관여하는 냉각매체의 온도로서, 배터리 팩의 외부로부터 냉각판(130)을 향하여 유입되는 저온의 냉각매체의 온도(Tairin), 냉각판(130) 상을 흐르며 냉각판(130)으로부터 가열된 고온의 냉각매체의 온도(Tairout)를 측정할 수 있다(S20).
다음에, 상기 제어부(MCU)는, 발열 회로(150)의 발열량(Qhc)을 산출할 수 있다(S30). 상기 발열 회로(150)의 발열량(Qhc)은, [수학식 1]로 나타낸 바와 같은 연산을 통하여 산출될 수 있다. 이때, 발열 회로(150)의 발열량(Qhc)은 실시간으로 측정된 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)와 전압(Vbat)으로부터 산출될 수 있으며, 발열 회로(150)로부터 발생되는 현재의 발열량(Qhc)을 의미할 수 있다.
다음에, 상기 제어부(MCU)는, 제1 최대 열전달량(Qmax1)을 산출할 수 있다(S60). 상기 제1 최대 열전달량(Qmax1)은, 발열 회로(150)로부터 냉각판(130)까지 최대로 전달될 수 있는 열량을 의미하는 것으로, 발열 회로(150)의 설계 상으로 허용 가능한 최고 온도(Tjmax)로부터 [수학식 2]로 나타낸 바와 같은 연산을 통하여 산출될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 최대 열전달량(Qmax1)은, 발열 회로(150)가 최대 발열 상태일 때, 발열 회로(150)로부터 냉각판(130)까지 전달될 수 있는 열량을 의미할 수 있다.
다음에, 상기 제어부(MCU)는, 제2 최대 열전달량(Qmax2)을 산출할 수 있다(S90). 상기 제2 최대 열전달량(Qmax2)은, 냉각매체 흐름(강제대류)을 통하여 냉각판(130)으로부터 최대로 소산될 수 있는 열량을 의미하는 것으로, [수학식 4]로 나타낸 바와 같은 연산을 통하여 산출될 수 있다.
다음에, 상기 제어부(MCU)는, 선행하는 단계들에서 산출된 발열 회로(150)의 발열량(Qhc), 제1 최대 열전달량(Qmax1), 및 제2 최대 열전달량(Qmax2)의 대소 비교를 통하여, 발열 회로(150)의 발열량(Qhc)과 제1 최대 열전달량(Qmax1) 및 제2 최대 열전달량(Qmax2) 중에서 가장 작은 최소 값(Qmin)을 선택할 수 있다(S100).
다음에, 상기 제어부(MCU)는, 발열 회로(150)의 발열량(Qhc), 제1 최대 열전달량(Qmax1), 및 제2 최대 열전달량(Qmax2) 중에서 가장 작은 최소 값(Qmin)으로 전력 변환 모듈(CCM)의 가동을 제한할 수 있다(S110). 즉, 상기 제어부(MCU)는 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)를, 상기 최소 값(Qmin)에 근거하여 제한할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 발열 회로(150)의 발열량(Qhc), 제1 최대 열전달량(Qmax1) 또는 제2 최대 열전달량(Qmax2) 중에서, 제1 최대 열전달량(Qmax1) 또는 제2 최대 열전달량(Qmax2)이 최소 값(Qmin)으로 산출되면, 상기 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)는, 제1 최대 열전달량(Qmax1) 또는 제2 최대 열전달량(Qmax2)에 의해 제한될 수 있으며, 이는 상기 전력 변환 모듈(CCM)의 가동이 냉각 능력에 의해 제한될 필요가 있다는 것을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)는, 최소 값(Qmin)으로 산출된 제1 최대 열전달량(Qmax1) 또는 제2 최대 열전달량(Qmax2)으로 제한될 수 있으며, 다시 말하면, 상기 전력 변환 모듈(CCM)의 최대 전류(Ibat 또는 배터리 모듈 BM의 최대 충방전 전류)는 최소 값(Qmin)으로 산출된 제1 최대 열전달량(Qmax1) 또는 제2 최대 열전달량(Qmax2)으로 제한됨으로써, 전력 변환 모듈(CCM), 특히 발열 회로(150)로부터의 발열량(Qhc)이 최소 값(Qmin)으로 산출된 제1 최대 열전달량(Qmax1) 또는 제2 최대 열전달량(Qmax2)을 초과하지 않도록 함으로써, 냉각 능력의 범위 내에서 전력 변환 모듈(CCM)의 가동을 제한할 수 있다. 이때, 전력 변환 모듈(CCM)의 최대 전류(Ibat 또는 배터리 모듈 BM의 최대 충방전 전류)는 이하와 같은 수학식으로부터 산출될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112020020551818-pat00006
여기서, 전력 변환 모듈(CCM)의 전압(Vbat)은, 실질적으로 동일하게 유지될 수 있으므로, 최대 전류(Ibat)를 제한함으로써, 발열 회로(150)의 발열량(Qhc)을 제한할 수 있다.
만일 상기 발열 회로(150)의 발열량(Qhc), 제1 최대 열전달량(Qmax1) 또는 제2 최대 열전달량(Qmax2) 중에서, 발열 회로(150)의 발열량(Qhc)이 최소 값(Qmin)으로 산출되면, 상기 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)는, 발열 회로(150)의 발열량(Qhc)에 의해 제한될 수 있으며, 이는 상기 전력 변환 모듈(CCM)의 가동이 발열 회로(150)의 발열량(Qhc)까지 허용된다는 것으로, 실질적으로 전력 변환 모듈(CCM)의 가동이 냉각 능력에 의해 제한될 필요가 없다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 현재 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)를 그대로 유지할 수 있다는 것을 의미할 수 있으며, 냉각 능력을 고려하여, 현재 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)를 제한할 필요는 없으며 현재의 전력 변환 모듈(CCM)의 전류(Ibat)를 그대로 유지해도 된다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 전력 변환 모듈(CCM)의 최대 전류(Ibat 또는 배터리 모듈 BM의 최대 충방전 전류)를 현재의 전력 변환 모듈(CCM)의 전류로 제한한다는 것은, 현재의 전력 변환 모듈(CCM)의 전류를 그대로 유지해도 된다는 것을 의미할 수 있다.
상기 제1 최대 열전달량(Qmax1)을 산출하는 단계(S60)에서 발열 회로(150)로부터 냉각판(130)까지의 열적 저항을 나타내는 Rheatsink와, 상기 제2 최대 열전달량(Qmax2)을 산출하는 단계(S90)에서 냉각매체의 열 수송 능력을 나타내는 m` x Cp는, 매 주기 내지는 매 프로세스 마다 갱신되지 않고, 제어부(MCU)의 연산 부담을 경감하기 위한 목적으로, 몇 주기 간격으로 연산을 통하여 새로운 값으로 갱신될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는 매 주기 마다 1씩 가산되는 제어 변수(n)가 설정될 수 있으며(S130), 상기 제어 변수(n)가 사전에 설정된 일정한 수의 배수(예를 들어, 10의 배수)에 해당되는지를 판단하고(S40,S70), 그 결과에 따라 [수학식 3] 및 [수학식 5]와 같은 연산을 수행하여(S50,S80), 상기 제1 최대 열전달량(Qmax1)을 산출하는 단계(S60)에서 발열 회로(150)로부터 냉각판(130)까지의 열적 저항을 나타내는 Rheatsink와, 제2 최대 열전달량(Qmax2)을 산출하는 단계(S90)에서 냉각매체의 열 수송 능력을 나타내는 m` x Cp를 새로운 값으로 갱신하고, 새롭게 갱신된 값을 이용하여 제1, 제2 최대 열전달량(Qmax1,Qmax2)을 산출할 수 있다. 즉, 발열 회로(150)로부터 냉각판(130)까지의 열적 저항을 나타내는 Rheatsink와, 냉각매체의 열 수송 능력을 나타내는 m` x Cp는 사전에 설정된 동일한 간격으로 갱신될 수 있으며, 갱신되기 이전까지는 기존에 저장된 최신의 값으로 일정하게 유지될 수 있고, 상수로 취급될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같은, 제어 프로세스는, 제어부(MCU)의 종료 신호에 따라 종료될 수 있으며(S120), 예를 들어, 배터리 팩을 구동전원으로 하는 전기 이동수단의 시동 off에 따른 운전 종료에 따라 도 3의 제어 프로세스가 종료될 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩의 제어 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩의 제어 방법은, 제어부(MCU)의 개시 신호에 따라 개시될 수 있으며(P10), 배터리 팩의 운전 데이터를 측정하는 단계(P20), 측정된 운전 데이터를 미리 저장된 기계 학습 모델에 입력하여 출력을 산출하는 단계(P30), 기계 학습 모델의 출력에 근거하여 배터리 팩의 정상 운전을 판단하거나 또는 배터리 팩의 냉각 능력을 제한하는 제한 요소를 추정하는 단계(P40), 추정된 제한 요소에 대한 경고 안내를 제공하거나, 배터리 팩의 냉각 능력을 제한하는 제한 요소에 따라 배터리 팩의 운전을 제한하거나 또는 전기 이동수단의 운행을 중단하는 등의 보호 조치를 수행할 수 있다(P50).
이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 관한 배터리 팩의 제어 방법에 대해 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 제어에서는, 발열 회로(150)의 온도, 저온의 냉각 매체의 온도, 고온의 냉각 매체의 온도, 전력 변환 모듈(CCM)의 전류 및 전압, 송풍팬(100)의 회전속도, 송풍팬(100)의 소음 레벨과 같은 다양한 배터리 팩의 운전 데이터를 입력으로 하는 기계 학습 모델의 출력을 산출하고, 산출된 기계 학습 모델의 출력에 근거하여, 배터리 팩의 냉각 능력을 제한하는 제한 요소를 추정할 수 있으며, 추정된 냉각 능력의 제한 요소를 점검/수리함으로써 배터리 팩의 냉각 능력을 회복시키고, 냉각 능력에 따른 제한 없이 배터리 팩을 원활하게 가동할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 제어에서는, 다양한 배터리 팩의 운전 데이터를 기계 학습 모델에 입력하고, 기계 학습 모델의 출력으로부터 배터리 팩의 냉각 능력을 제한하는 제한 요소를 추정할 수 있다.
상기 기계 학습 모델에 입력되는 다양한 운전 데이터로서는, 전력 변환 모듈(CCM)의 전류와 전압, 전력 변환 모듈(CCM)의 전류와 전압의 구동손실에 해당되는 발열 회로(150)의 온도, 발열 회로(150)의 냉각에 관여하는 냉각매체의 온도로서, 배터리 팩의 외부로부터 냉각판(130)을 향하여 유입되는 저온의 냉각매체의 온도, 냉각판(130) 상을 흐르며 냉각판(130)으로부터 가열된 고온의 냉각매체의 온도, 상기 냉각매체의 흐름을 강제하기 위한 송풍팬(100)의 회전속도(또는 회전수), 그리고, 송풍팬(100) 등의 소음 레벨과 같은 다양한 운전 데이터를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서 배터리 팩의 냉각 능력을 제한하는 제한 요소를 추정하기 위한 기계 학습 모델은, 상기 예시된 바에 한정되지 않고, 다양한 다른 운전 데이터를 입력으로 할 수 있으며, 상대적으로 많은 개수의 운전 데이터를 입력으로 하여 산출된 기계 학습 모델의 출력은, 보다 높은 신뢰도로 배터리 팩의 냉각 능력을 제한하는 제한 요소를 정확하게 추정해낼 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 기계 학습 모델은, 배터리 팩의 운전 데이터를 입력으로 하여 출력되는 기계 학습 모델의 출력과, 배터리 팩의 냉각 능력을 제한하는 다양한 제한 요소 사이의 상호 매칭을 제공하는 것으로, 기계 학습 모델의 출력으로부터 현재 배터리 팩의 냉각 능력을 제한하고 있는 특정한 제한 요소를 추정해낼 수 있으며, 기계 학습 모델의 출력과 제한 요소들 사이의 대응관계를 제공할 수 있다.
상기 기계 학습 모델은, 기계 학습 모델의 출력과 제한 요소들 사이의 대응관계를 제공하도록 실측 또는 시뮬레이션을 통하여 얻어진 다수의 운전 데이터(기계 학습 모델을 학습시키기 위한 학습 데이터에 해당됨)를 이용하여 기계 학습 모델을 학습시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 팩의 냉각 능력을 제한하는 제한 요소로는, 송풍팬(100) 불량, 열전달 매개체(TIM) 불량, 냉각판(130) 오염, 센서 고장과 같은 다양한 제한 요소들이 예시될 수 있다. 예를 들어, 상기 송풍팬(100) 불량이란, 베어링의 고장으로 송풍팬(100)의 회전속도가 저하되는 경우가 예시될 수 있으며, 예를 들어, 송풍팬(100)의 회전속도가 저하되면서, 냉각판(130)으로 유입되는 냉각매체의 유량 감소에 따라, 배터리 팩의 냉각 능력이 제한될 수 있다. 예를 들어, 열전달 매개체(TIM) 불량이란, 발열 회로(150)와 냉각판(130) 사이에서 열전달 매개체(TIM)가 밀착되지 못하고 이들 사이에서 들뜸으로써 열전달 매개체(TIM)에 의한 열적 저항이 증가되면서 배터리 팩의 냉각 능력이 제한되는 경우가 예시될 수 있다. 예를 들어, 냉각판(130) 오염이란, 냉각판(130) 상에 축적된 먼지와 같은 이물질이 냉각판(130)으로부터의 열 소산을 방해하면서 배터리 팩의 냉각 능력이 제한되는 경우가 예시될 수 있다. 예를 들어, 센서 고장이란, 온도, 전압, 전류와 같은 운전 데이터를 측정하기 위한 각종 센서류의 고장을 의미할 수 있으며, 이들 운전 데이터의 측정 오류로 인하여, 배터리 팩의 제어가 정확하게 이루어지지 않고, 이에 따라 배터리 팩의 냉각 능력이 제한되는 경우가 예시될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 배터리 팩의 냉각 능력을 제한하는 제한 요소를 추정하기 위한 기계 학습 모델에서는, 이하의 [수학식 7]에서와 같이, 각각의 운전 데이터(W1,W2,..,Wn) 마다 하나의 항으로 표현될 수 있으며, 다수의 운전 데이터(W1,W2,..,Wn)가 다수의 항으로 전개되는 다항식의 형태로 설계될 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112020020551818-pat00007
이때, 상기 기계 학습 모델의 출력(Ksum)은, 각각의 운전 데이터(W1,W2,..,Wn) 마다 계수 형태로 승산된 가중치(C1,C2,..,Cn)를 갖는 운전 데이터(W1,W2,..,Wn)의 합, 그러니까, 운전 데이터(W1,W2,..,Wn)의 가중합(weighted summation)의 형태로 표현될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는, 실측 또는 시뮬레이션을 통하여 얻어진 다수의 운전 데이터(W1,W2,..,Wn, 기계 학습 모델을 학습시키기 위한 학습 데이터에 해당됨)를 이용하여 기계 학습 모델을 학습시킬 수 있으며, 다수의 운전 데이터(W1,W2,..,Wn)를 이용한 기계 학습을 통하여, 배터리 팩의 냉각 능력을 제한하는 각각의 제한 요소와 대응되는 출력(Ksum)을 제공하도록 각각의 운전 데이터(W1,W2,..,Wn)에 대한 가중치(C1,C2,..,Cn)가 결정될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 다양한 운전 데이터(W1,W2,..,Wn)를 입력하여 얻어진 기계 학습 모델의 출력에 따라, 출력 값(Ksum)이, K0(예를 들어, 0), K1(예를 들어, 1), K2(예를 들어, 2), K3(예를 들어, 3), K4(예를 들어, 4) 라면, 각각 냉각 능력이 정상적인 상태, 냉각 능력을 제한하는 제한 요소가 송풍팬(100) 고장인 경우, 냉각판(130) 오염인 경우, 열전달 매개체(TIM) 불량인 경우, 센서 고장인 경우로 판단할 수 있다. 이때, 기계 학습 모델의 출력(Ksum)이 K0 ~ K1 사이의 값을 갖는다면, 상대적으로 인접한 정도에 따라, 기계 학습 모델의 출력(Ksum)을 K0 또는 K1으로 판단할 수 있다. 상기 제어부(MCU)는, 기계 학습 모델의 출력(Ksum)에 따라 정상 운전으로 판단하거나, 운전자에게 경고 안내 하거나, 전력 변환 모듈(CCM)의 전류를 제한하는 제한 운전을 하거나 심각한 경우에는, 운행을 중단시킬 수도 있다. 즉, 상기 제어부(MCU)는, 기계 학습 모델의 출력(Ksum)에 따라 냉각 능력의 제한 요소가 추정되면, 즉, 기계 학습 모델의 출력(Ksum)에 따라 특정 냉각 능력의 제한 요소가 대응되면, 해당되는 제한 요소에 대한 경고 안내, 해당되는 제한 요소에 따라 전력 변환 모듈(CCM)의 전류를 제한하는 제한 운전, 심각한 경우에는 전력 변환 모듈(CCM)의 운전을 중단시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 기계 학습 모델에 입력되는 운전 데이터(W1,W2,..,Wn)는, 0 ~ 1 사이의 값을 갖도록 정규화(normalized)될 수 있다. 예를 들어, 상기 기계 학습 모델에 입력되는 다양한 운전 데이터(W1,W2,..,Wn)는, 서로 다른 단위와 스케일을 갖기 때문에, 기계 학습 모델의 출력(Ksum)에 미치는 스케일의 영향을 없애고, 무차원화시키기 위하여, 상기 운전 데이터(W1,W2,..,Wn)는 정규화될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
BM: 배터리 모듈 CCM: 전력 변환 모듈
MCU: 제어부 100: 송풍팬
105: 회로기판 110: 내부 냉각판
130: 외부 냉각판 150: 발열회로
180: 케이스 181: 격벽
B: 케이스의 바닥면 S1,S2: 회로기판의 제1, 제2 면

Claims (20)

  1. 저장된 전력을 전기 이동수단의 구동전원으로 공급하는 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈의 충, 방전 경로에 연결된 전력 변환 모듈로서, 발열 회로와, 상기 발열 회로의 냉각을 위한 송풍팬과, 송풍팬의 유로 상에 형성된 냉각판을 포함하는 전력 변환 모듈과, 상기 발열 회로의 발열을 제어하기 위한 제어부;를 구비하는 배터리 팩의 제어 방법으로서,
    상기 발열 회로의 발열량을 산출하는 단계;
    상기 발열 회로로부터 냉각판까지 최대로 전달될 수 있는 제1 최대 열전달량을 산출하는 단계;
    상기 송풍팬에 의해 강제된 강제대류를 통하여 냉각판으로부터 최대로 소산될 수 있는 제2 최대 열전달량을 산출하는 단계;
    상기 발열 회로의 발열량, 제1 최대 열전달량, 및 제2 최대 열전달량의 대소 비교를 통하여, 발열 회로의 발열량과 제1 최대 열전달량 및 제2 최대 열전달량 중에서 최소 값을 선택하는 단계; 및
    상기 최소 값으로 선택된 발열 회로의 발열량, 제1 최대 열전달량, 또는 제2 최대 열전달량을 이용하여 전력 변환 모듈의 전류를 제한하는 단계;를 포함하는 배터리 팩의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 최대 열전달량을 산출하는 단계에서 발열 회로로부터 냉각판까지의 열적 저항과, 상기 제2 최대 열전달량을 산출하는 단계에서 냉각매체의 열 수송 능력은,
    매 산출하는 단계 마다 연산되지 않고 매 산출시 마다 1씩 가산되는 제어 변수가 사전에 설정된 일정한 수의 배수에 해당될 때, 연산을 통하여 갱신되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉각매체의 열 수송 능력은, 냉각매체를 통한 열 수송시의 열적 저항의 역수에 해당되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  4. 배터리 팩의 운전 데이터를 측정하는 단계;
    측정된 운전 데이터를 미리 저장된 기계 학습 모델에 입력하여 출력을 산출하는 단계; 및
    기계 학습 모델의 출력에 근거하여 배터리 팩의 정상 운전을 판단하거나 또는 배터리 팩의 냉각 능력을 제한하는 제한 요소를 추정하는 단계;를 포함하는 배터리 팩의 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배터리 팩은,
    저장된 전력을 전기 이동수단의 구동전원으로 공급하는 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈의 충방전 경로에 연결된 전력 변환 모듈로서, 발열 회로와, 상기 발열 회로의 냉각을 위한 송풍팬과, 송풍팬의 유로 상에 배치된 냉각판을 포함하는 전력 변환 모듈; 및
    상기 발열 회로의 발열을 제어하기 위하여 상기 기계 학습 모델의 출력을 산출하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 운전 데이터는,
    상기 발열 회로의 온도, 상기 냉각판을 향하여 유입되는 저온의 냉각 매체의 온도, 상기 냉각판으로부터 가열된 고온의 냉각 매체의 온도, 전력 변환 모듈의 전류와 전압, 및 송풍팬의 회전속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 냉각 능력을 제한하는 제한 요소는,
    상기 송풍팬 불량, 발열 회로와 냉각판 사이에 개재된 열전달 매개체(TIM) 불량, 냉각판 오염, 및 센서 고장을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 기계 학습 모델은, 기계 학습 모델의 출력과 다수의 제한 요소들 각각에 대한 대응관계를 제공하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 기계 학습 모델의 출력은, 각각의 운전 데이터 마다 가중치가 부여된 다수의 운전 데이터의 가중합(weighted summation)으로 제공되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 기계 학습 모델에서, 각각의 운전 데이터에 대한 가중치는, 실측 또는 시뮬레이션을 통하여 얻어진 다수의 운전 데이터를 이용한 기계 학습을 통하여 결정되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 기계 학습 모델에 입력되는 운전 데이터는, 0 ~ 1 사이의 값을 갖도록 정규화(normalized)되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
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