QC-UPS蓄電池組智能充放電設(shè)備開發(fā)

挑戰(zhàn)者QC小組湖北省煙草公司荊州市公司UPS蓄電池組智能充放電設(shè)備開發(fā)小組名稱湖北省煙草公司荊州市公司挑戰(zhàn)者QC小組小組類型創(chuàng)新型小組人數(shù)5小組成立日期2014.1課題起止日期2014.1至2014.10課題名稱UPS蓄電池組智能充放電設(shè)備開發(fā)序號姓名性別部門職務(wù)組內(nèi)分工1左華紅男科技信息中心小組組長全面負(fù)責(zé)小組工作2王恒男科技信息中心組員負(fù)責(zé)小組策劃工作3陳嘯男科技信息中心組員充放電部分設(shè)計4陳執(zhí)男科技信息中心組員控制單元設(shè)計5程誠男科技信息中心組員軟件系統(tǒng)設(shè)計

傳統(tǒng)的蓄電池維護(hù)方法是對所有的蓄電池組嚴(yán)格按照維護(hù)規(guī)程進(jìn)行定期的全容量放電試驗01傳統(tǒng)的蓄電池維護(hù)方法存在很大的弊病一年內(nèi)無法保證對所有的蓄電池組進(jìn)行一輪放電試驗，亦即蓄電池組得不到及時有效的維護(hù)。數(shù)據(jù)日期蓄電池地點(diǎn)蓄電池組電池組成放電試驗耗時（小時）充電試驗耗時（小時）2010年9月10日中心機(jī)房電池房13V*208塊6.5162.52011年9月10日中心機(jī)房電池房13V*208塊6.0156.62012年9月10日中心機(jī)房電池房13V*208塊5.7151.92013年9月10日中心機(jī)房電池房13V*208塊5.1143.5平均耗時（小時）5.8153.6充放電試驗耗時統(tǒng)計表工作量太大耗時耗力計算機(jī)中心機(jī)房最近三年的問題蓄電池類型和數(shù)量統(tǒng)計傳統(tǒng)的蓄電池維護(hù)方法存在很大的弊病02不能及時發(fā)現(xiàn)蓄電池的問題當(dāng)發(fā)現(xiàn)該組蓄電池有質(zhì)量問題時，可能問題早在半年前就存在了。選定課題選定課題目的設(shè)計一套UPS蓄電池智能充放電設(shè)備，用于對蓄電池組進(jìn)行周期性維護(hù)，延長蓄電池組的放電時間和使用壽命，切實(shí)保障計算機(jī)房供電安全。PURPOSE選定課題小組活動時間進(jìn)度實(shí)際進(jìn)度計劃進(jìn)度如果智能充放電設(shè)備研制成功，就能延長蓄電池的放電時間，提高蓄電池的使用壽命。2014年2月1-15日，小組成員反復(fù)商量……認(rèn)為使蓄電池組平均放電時間從目前5.8小時延長到7小時本次QC課題的目標(biāo)2014年2月17日，QC小組針對蓄電池充放電選擇何種方式開會運(yùn)用“頭腦風(fēng)暴法”初步擬定了三種方案。1將蓄電池組離線，利用線性電阻模擬蓄電池組的負(fù)載，把電能轉(zhuǎn)化為熱能釋放出去，從而考核電池組的負(fù)載能力及性能。利用電阻箱進(jìn)行充放電2全在線測試法充放電3以規(guī)定的恒定電流進(jìn)行放電，同時監(jiān)測每一節(jié)蓄電池的電壓，當(dāng)其中任何一節(jié)電池的電壓跌到終止電壓時，所放出的容量即為該蓄電池的實(shí)際容量。找出最落后的一到幾節(jié)電池，以落后電池到達(dá)終止電壓時的放電時間與放電電流來估算其容量和性能。利用實(shí)際負(fù)載進(jìn)行充放電2014年2月17日，QC小組針對蓄電池充放電選擇何種方式開會運(yùn)用“頭腦風(fēng)暴法”初步擬定了三種方案。充放電試驗耗時統(tǒng)計表試驗日期蓄電池地點(diǎn)蓄電池組電池組成放電試驗耗時（小時）充電試驗耗時（小時）2014年3月5日中心機(jī)房電池房13V*64塊2.647.52014年3月15日中心機(jī)房電池房13V*64塊2.546.72014年3月25日中心機(jī)房電池房13V*64塊2.746.1平均耗時（小時）2.646.8實(shí)驗2014年3月，小組分三次利用實(shí)際負(fù)載對一組蓄電池（13V*64塊）進(jìn)行了充放電測試。經(jīng)測試放電過程平均大約花費(fèi)2.6小時左右1、充電時間長，風(fēng)險大，電池必須脫離系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)斷電風(fēng)險。2、要在市電基本保障的條件下進(jìn)行。3、只能測試整組電池容量，不能測試每一節(jié)單體電池容量，以容量最低的一節(jié)作為整組容量，而其它部分電池由于放電深度不夠，其劣化或落后程度不能完全充分暴露出來。缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)無需專門購買專門儀器2014年2月17日，QC小組針對蓄電池充放電選擇何種方式開會運(yùn)用“頭腦風(fēng)暴法”初步擬定了三種方案。試驗日期蓄電池地點(diǎn)蓄電池組電池組成放電試驗耗時（小時）充電試驗耗時（小時）2014年3月8日中心機(jī)房電池房13V*64塊2.6248.52014年3月18日中心機(jī)房電池房13V*64塊2.6547.72014年3月28日中心機(jī)房電池房13V*64塊2.747.5平均耗時（小時）2.6547.9充放電試驗耗時統(tǒng)計表實(shí)驗2014年3月，小組分三次利用電阻箱對一組蓄電池組進(jìn)行了充放電測試。經(jīng)測試放電過程平均大約花費(fèi)2.65小時左右1、線性電阻把電能轉(zhuǎn)化為熱能，模擬用戶設(shè)備的耗電情況，但是，這個過程浪費(fèi)了大量的電能，同時，為了散熱，大功率的風(fēng)機(jī)給環(huán)境造成了巨大的噪音污染。2、要在市電基本保障的條件下進(jìn)行。3、放電結(jié)束后，需要利用獨(dú)立的充電機(jī)把被測電池的電壓提高到總線電壓附近，再把蓄電池組并接到總線上，這樣更加耗時耗力。缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1、容量測試比較準(zhǔn)確。2、放電本身可以對電池起到一定的維護(hù)作用。2014年2月17日，QC小組針對蓄電池充放電選擇何種方式開會運(yùn)用“頭腦風(fēng)暴法”初步擬定了三種方案。一種能有效的達(dá)到監(jiān)測和維護(hù)蓄電池目的的測試方法預(yù)計使用全在線測試法對實(shí)驗用的13V*64塊蓄電池組進(jìn)行充放電耗時大約為2.8小時全在線測試法充放電智能切換控制單元充放電測試儀后臺控制軟件全在線測試法1、需要進(jìn)行單片機(jī)的選型和設(shè)計。2、需要一定的研發(fā)費(fèi)用。缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1、節(jié)約了能源，減少了噪音污染。2、電池組不用脫離系統(tǒng)，減少了系統(tǒng)斷電風(fēng)險。3、通過軟件可以設(shè)置蓄電池單體到達(dá)報警終止測試的節(jié)數(shù)，可以增加放電深度，便于分析蓄電池狀態(tài)。方案方案一：利用實(shí)際負(fù)載進(jìn)行充放電方案二：利用電阻箱進(jìn)行充放電方案三：全在線測試法充放電評估結(jié)果評估分（10分）評估結(jié)果評估分（10分）評估結(jié)果評估分（10分）蓄電池放電方式負(fù)載消耗5以熱輻射消耗4回饋到機(jī)房總線中9環(huán)境影響不發(fā)熱，無環(huán)境影響8很大影響3不發(fā)熱，無環(huán)境影響8火災(zāi)隱患無9有3無9節(jié)能效果完全消耗3完全消耗3回收95%以上的電能8測試精度較高7較高7高8全自動控制無4無4有8遠(yuǎn)方監(jiān)控?zé)o2無2易于集成到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中7實(shí)現(xiàn)無人值守不允許2不允許2完全可以7斷電風(fēng)險高3高3低6總評

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70放電方式環(huán)境影響火災(zāi)隱患節(jié)能效果測試精度全自動控制遠(yuǎn)方監(jiān)控實(shí)現(xiàn)無人值守斷電風(fēng)險NONOYES針對確定的最佳方案，小組按照5W1H原則，制訂詳細(xì)的對策計劃表對策目

標(biāo)措

施實(shí)施責(zé)任人實(shí)施地點(diǎn)實(shí)施時間設(shè)計智能切換控制單元實(shí)現(xiàn)對多組蓄電池分別維護(hù)以功能繼電器控制大功率接觸器組成邏輯門程誠、陳執(zhí)

信息中心

2014年5月16日至5月25日設(shè)計升壓和降壓電路使儀器能適應(yīng)寬電壓范圍工作增加濾波電路的鏈接銅板面積王恒、陳嘯信息中心2014年5月26日至6月8日設(shè)計蓄電池充放電測試儀具有蓄電池組恒流放電，智能充電功能設(shè)計制作電路板、單片機(jī)以及元器件封裝左華紅、王恒

機(jī)房

2014年6月9日至6月30日開發(fā)后臺控制軟件可以實(shí)時監(jiān)控蓄電池組的單體電壓、溫度等狀態(tài)根據(jù)業(yè)務(wù)類型編寫程序，檢查程序運(yùn)行情況陳嘯、程誠

信息中心

2014年7月1日至7月25日試運(yùn)行新儀器滿足規(guī)程要求搭建測試環(huán)境，利用新儀器進(jìn)行模擬實(shí)驗，記錄數(shù)據(jù)陳執(zhí)、程誠

機(jī)房

2014年7月26日至8月2日控制面板開發(fā)及指示燈智能切換控制單元電路邏輯圖小組成員分別進(jìn)行了3次實(shí)驗，確認(rèn)智能切換控制單元能夠?qū)崿F(xiàn)對多組電池組分別維護(hù)。實(shí)施一設(shè)計智能切換控制單元2014年5月16日至5月25日程誠、陳執(zhí)效果檢查對策實(shí)施有效小組成員分別進(jìn)行了3次實(shí)驗，確認(rèn)輸入和輸出電壓都能在40V和60V之間。實(shí)施二設(shè)計升壓和降壓電路2014年5月26日至6月8日王恒、陳嘯效果檢查升壓和降壓電路時間電流表1讀數(shù)（A）電流表2讀數(shù)（A）電壓表讀數(shù)（V）輸出電壓（V）2014年5月26日14:0026.8526.8448.552.52014年5月27日14:0026.7826.8746.651.62014年5月28日14:0026.6926.647.852.8對策實(shí)施有效原理圖組成結(jié)構(gòu)圖實(shí)施三設(shè)計蓄電池充放電測試儀2014年6月9日至6月20日左華紅、王恒硬件電路示意圖小組成員現(xiàn)場制作封裝之后的儀器試驗日期蓄電池地點(diǎn)蓄電池組電池組成放電試驗耗時（小時）充電試驗耗時（小時）2014年6月22日中心機(jī)房電池房13V*64塊2.8492014年6月26日中心機(jī)房電池房13V*64塊2.7548.72014年6月30日中心機(jī)房電池房13V*64塊2.8548.5充放電試驗統(tǒng)計表實(shí)施三設(shè)計蓄電池充放電測試儀2014年6月9日至6月20日左華紅、王恒設(shè)計制作完成了電路板、單片機(jī)以及元器件封裝，小組成員分別進(jìn)行了3次實(shí)驗，確認(rèn)放電和充電都能正常進(jìn)行。效果檢查對策實(shí)施有效主程序流程圖調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送子程序調(diào)用數(shù)據(jù)顯示子程序調(diào)用數(shù)制轉(zhuǎn)換子程序取相應(yīng)通道數(shù)據(jù)調(diào)用標(biāo)度變換子程序調(diào)用數(shù)據(jù)采集子程序系統(tǒng)初始化開始數(shù)據(jù)采集中斷程序流程圖返回啟動下次轉(zhuǎn)換通道數(shù)+1通道號+1緩存單元地址+1存入A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)緩沖區(qū)取轉(zhuǎn)換量開始實(shí)施四開發(fā)后臺控制軟件2014年7月1日至7月25日陳嘯、程誠A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖定義A/D轉(zhuǎn)換緩沖區(qū)首地址開始開中斷置通道數(shù)置DPTR啟動轉(zhuǎn)換等待中斷中斷處理關(guān)中斷返回各通道采完？YN監(jiān)控軟件界面1實(shí)施四開發(fā)后臺控制軟件2014年7月1日至7月25日陳嘯、程誠小組成員分別進(jìn)行了3次實(shí)驗，確認(rèn)軟件可以監(jiān)控蓄電池組的單體電壓、溫度等狀態(tài)。效果檢查監(jiān)控軟件界面2在試運(yùn)行成功的基礎(chǔ)上，2014年8月開始，小組成員分三次使用新設(shè)備對蓄電池組進(jìn)行了充放電測試……試驗日期蓄電池地點(diǎn)蓄電池組電池組成放電試驗耗時（小時）充電試驗耗時（小時）2014年8月10日中心機(jī)房電池房13V*208塊7.2176.52014年8月25日中心機(jī)房電池房13V*208塊7.3174.62014年9月15日中心機(jī)房電池房13V*208塊7.1175.9平均耗時（小時）7.2175.7充放電試驗耗時統(tǒng)計表蓄電池組放電時間平均增加1.4小時。測試結(jié)果表明完成目標(biāo)任務(wù)01為進(jìn)一步驗證新設(shè)備的使用效果，2014年12月至2015年3月，小組成員分兩次使用該設(shè)備對蓄電池組進(jìn)行了充放電測試。試驗日期蓄電池地點(diǎn)蓄電池組電池組成放電試驗耗時（小時）充電試驗耗時（小時）2014年12月10日中心機(jī)房電池房13V*208塊7.3175.42015年3月10日中心機(jī)房電池房13V*208塊7.2173.5平均耗時（小時）7.25174.9充放電試驗耗時統(tǒng)計表測試結(jié)果表明：蓄電池組放電時間均在7小時以上，效果穩(wěn)定。效果追蹤《蓄電池組智能充放電設(shè)備使用說明書》02規(guī)范性流程制定操作流程功能介紹通過開發(fā)UPS智能充放電設(shè)備，機(jī)房維護(hù)人員可以快捷有效地對蓄電池組進(jìn)行日常巡檢和周期性維護(hù)，能夠更加科學(xué)地對蓄電池組深度放電及充電。達(dá)到了節(jié)能減排，降低污染的效果使得蓄電池組的平均使用壽命從原來的約4.5年延長到5.5年平均一年可以減少更換約100個蓄電池，節(jié)省資金約10