QC-UPS蓄电池组智能充放电设备开发

挑战者QC小组湖北省烟草公司荆州市公司UPS蓄电池组智能充放电设备开发小组名称湖北省烟草公司荆州市公司挑战者QC小组小组类型创新型小组人数5小组成立日期2014.1课题起止日期2014.1至2014.10课题名称UPS蓄电池组智能充放电设备开发序号姓名性别部门职务组内分工1左华红男科技信息中心小组组长全面负责小组工作2王恒男科技信息中心组员负责小组策划工作3陈啸男科技信息中心组员充放电部分设计4陈执男科技信息中心组员控制单元设计5程诚男科技信息中心组员软件系统设计

传统的蓄电池维护方法是对所有的蓄电池组严格按照维护规程进行定期的全容量放电试验01传统的蓄电池维护方法存在很大的弊病一年内无法保证对所有的蓄电池组进行一轮放电试验，亦即蓄电池组得不到及时有效的维护。数据日期蓄电池地点蓄电池组电池组成放电试验耗时（小时）充电试验耗时（小时）2010年9月10日中心机房电池房13V*208块6.5162.52011年9月10日中心机房电池房13V*208块6.0156.62012年9月10日中心机房电池房13V*208块5.7151.92013年9月10日中心机房电池房13V*208块5.1143.5平均耗时（小时）5.8153.6充放电试验耗时统计表工作量太大耗时耗力计算机中心机房最近三年的问题蓄电池类型和数量统计传统的蓄电池维护方法存在很大的弊病02不能及时发现蓄电池的问题当发现该组蓄电池有质量问题时，可能问题早在半年前就存在了。选定课题选定课题目的设计一套UPS蓄电池智能充放电设备，用于对蓄电池组进行周期性维护，延长蓄电池组的放电时间和使用寿命，切实保障计算机房供电安全。PURPOSE选定课题小组活动时间进度实际进度计划进度如果智能充放电设备研制成功，就能延长蓄电池的放电时间，提高蓄电池的使用寿命。2014年2月1-15日，小组成员反复商量……认为使蓄电池组平均放电时间从目前5.8小时延长到7小时本次QC课题的目标2014年2月17日，QC小组针对蓄电池充放电选择何种方式开会运用“头脑风暴法”初步拟定了三种方案。1将蓄电池组离线，利用线性电阻模拟蓄电池组的负载，把电能转化为热能释放出去，从而考核电池组的负载能力及性能。利用电阻箱进行充放电2全在线测试法充放电3以规定的恒定电流进行放电，同时监测每一节蓄电池的电压，当其中任何一节电池的电压跌到终止电压时，所放出的容量即为该蓄电池的实际容量。找出最落后的一到几节电池，以落后电池到达终止电压时的放电时间与放电电流来估算其容量和性能。利用实际负载进行充放电2014年2月17日，QC小组针对蓄电池充放电选择何种方式开会运用“头脑风暴法”初步拟定了三种方案。充放电试验耗时统计表试验日期蓄电池地点蓄电池组电池组成放电试验耗时（小时）充电试验耗时（小时）2014年3月5日中心机房电池房13V*64块2.647.52014年3月15日中心机房电池房13V*64块2.546.72014年3月25日中心机房电池房13V*64块2.746.1平均耗时（小时）2.646.8实验2014年3月，小组分三次利用实际负载对一组蓄电池（13V*64块）进行了充放电测试。经测试放电过程平均大约花费2.6小时左右1、充电时间长，风险大，电池必须脱离系统，增加了系统断电风险。2、要在市电基本保障的条件下进行。3、只能测试整组电池容量，不能测试每一节单体电池容量，以容量最低的一节作为整组容量，而其它部分电池由于放电深度不够，其劣化或落后程度不能完全充分暴露出来。缺点优点无需专门购买专门仪器2014年2月17日，QC小组针对蓄电池充放电选择何种方式开会运用“头脑风暴法”初步拟定了三种方案。试验日期蓄电池地点蓄电池组电池组成放电试验耗时（小时）充电试验耗时（小时）2014年3月8日中心机房电池房13V*64块2.6248.52014年3月18日中心机房电池房13V*64块2.6547.72014年3月28日中心机房电池房13V*64块2.747.5平均耗时（小时）2.6547.9充放电试验耗时统计表实验2014年3月，小组分三次利用电阻箱对一组蓄电池组进行了充放电测试。经测试放电过程平均大约花费2.65小时左右1、线性电阻把电能转化为热能，模拟用户设备的耗电情况，但是，这个过程浪费了大量的电能，同时，为了散热，大功率的风机给环境造成了巨大的噪音污染。2、要在市电基本保障的条件下进行。3、放电结束后，需要利用独立的充电机把被测电池的电压提高到总线电压附近，再把蓄电池组并接到总线上，这样更加耗时耗力。缺点优点1、容量测试比较准确。2、放电本身可以对电池起到一定的维护作用。2014年2月17日，QC小组针对蓄电池充放电选择何种方式开会运用“头脑风暴法”初步拟定了三种方案。一种能有效的达到监测和维护蓄电池目的的测试方法预计使用全在线测试法对实验用的13V*64块蓄电池组进行充放电耗时大约为2.8小时全在线测试法充放电智能切换控制单元充放电测试仪后台控制软件全在线测试法1、需要进行单片机的选型和设计。2、需要一定的研发费用。缺点优点1、节约了能源，减少了噪音污染。2、电池组不用脱离系统，减少了系统断电风险。3、通过软件可以设置蓄电池单体到达报警终止测试的节数，可以增加放电深度，便于分析蓄电池状态。方案方案一：利用实际负载进行充放电方案二：利用电阻箱进行充放电方案三：全在线测试法充放电评估结果评估分（10分）评估结果评估分（10分）评估结果评估分（10分）蓄电池放电方式负载消耗5以热辐射消耗4回馈到机房总线中9环境影响不发热，无环境影响8很大影响3不发热，无环境影响8火灾隐患无9有3无9节能效果完全消耗3完全消耗3回收95%以上的电能8测试精度较高7较高7高8全自动控制无4无4有8远方监控无2无2易于集成到远程监控系统中7实现无人值守不允许2不允许2完全可以7断电风险高3高3低6总评

43

31

70放电方式环境影响火灾隐患节能效果测试精度全自动控制远方监控实现无人值守断电风险NONOYES针对确定的最佳方案，小组按照5W1H原则，制订详细的对策计划表对策目

标措

施实施责任人实施地点实施时间设计智能切换控制单元实现对多组蓄电池分别维护以功能继电器控制大功率接触器组成逻辑门程诚、陈执

信息中心

2014年5月16日至5月25日设计升压和降压电路使仪器能适应宽电压范围工作增加滤波电路的链接铜板面积王恒、陈啸信息中心2014年5月26日至6月8日设计蓄电池充放电测试仪具有蓄电池组恒流放电，智能充电功能设计制作电路板、单片机以及元器件封装左华红、王恒

机房

2014年6月9日至6月30日开发后台控制软件可以实时监控蓄电池组的单体电压、温度等状态根据业务类型编写程序，检查程序运行情况陈啸、程诚

信息中心

2014年7月1日至7月25日试运行新仪器满足规程要求搭建测试环境，利用新仪器进行模拟实验，记录数据陈执、程诚

机房

2014年7月26日至8月2日控制面板开发及指示灯智能切换控制单元电路逻辑图小组成员分别进行了3次实验，确认智能切换控制单元能够实现对多组电池组分别维护。实施一设计智能切换控制单元2014年5月16日至5月25日程诚、陈执效果检查对策实施有效小组成员分别进行了3次实验，确认输入和输出电压都能在40V和60V之间。实施二设计升压和降压电路2014年5月26日至6月8日王恒、陈啸效果检查升压和降压电路时间电流表1读数（A）电流表2读数（A）电压表读数（V）输出电压（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对策实施有效原理图组成结构图实施三设计蓄电池充放电测试仪2014年6月9日至6月20日左华红、王恒硬件电路示意图小组成员现场制作封装之后的仪器试验日期蓄电池地点蓄电池组电池组成放电试验耗时（小时）充电试验耗时（小时）2014年6月22日中心机房电池房13V*64块2.8492014年6月26日中心机房电池房13V*64块2.7548.72014年6月30日中心机房电池房13V*64块2.8548.5充放电试验统计表实施三设计蓄电池充放电测试仪2014年6月9日至6月20日左华红、王恒设计制作完成了电路板、单片机以及元器件封装，小组成员分别进行了3次实验，确认放电和充电都能正常进行。效果检查对策实施有效主程序流程图调用数据发送子程序调用数据显示子程序调用数制转换子程序取相应通道数据调用标度变换子程序调用数据采集子程序系统初始化开始数据采集中断程序流程图返回启动下次转换通道数+1通道号+1缓存单元地址+1存入A/D转换数据缓冲区取转换量开始实施四开发后台控制软件2014年7月1日至7月25日陈啸、程诚A/D转换程序流程图定义A/D转换缓冲区首地址开始开中断置通道数置DPTR启动转换等待中断中断处理关中断返回各通道采完？YN监控软件界面1实施四开发后台控制软件2014年7月1日至7月25日陈啸、程诚小组成员分别进行了3次实验，确认软件可以监控蓄电池组的单体电压、温度等状态。效果检查监控软件界面2在试运行成功的基础上，2014年8月开始，小组成员分三次使用新设备对蓄电池组进行了充放电测试……试验日期蓄电池地点蓄电池组电池组成放电试验耗时（小时）充电试验耗时（小时）2014年8月10日中心机房电池房13V*208块7.2176.52014年8月25日中心机房电池房13V*208块7.3174.62014年9月15日中心机房电池房13V*208块7.1175.9平均耗时（小时）7.2175.7充放电试验耗时统计表蓄电池组放电时间平均增加1.4小时。测试结果表明完成目标任务01为进一步验证新设备的使用效果，2014年12月至2015年3月，小组成员分两次使用该设备对蓄电池组进行了充放电测试。试验日期蓄电池地点蓄电池组电池组成放电试验耗时（小时）充电试验耗时（小时）2014年12月10日中心机房电池房13V*208块7.3175.42015年3月10日中心机房电池房13V*208块7.2173.5平均耗时（小时）7.25174.9充放电试验耗时统计表测试结果表明：蓄电池组放电时间均在7小时以上，效果稳定。效果追踪《蓄电池组智能充放电设备使用说明书》02规范性流程制定操作流程功能介绍通过开发UPS智能充放电设备，机房维护人员可以快捷有效地对蓄电池组进行日常巡检和周期性维护，能够更加科学地对蓄电池组深度放电及充电。达到了节能减排，降低污染的效果使得蓄电池组的平均使用寿命从原来的约4.5年延长到5.5年平均一年可以减少更换约100个蓄电池，节省资金约10