羅滿啟 羅嘉鑫

一場(chǎng)突如其來的新型冠狀病毒（COVID-19）讓大家度過了一個(gè)有史以來最長(zhǎng)的春節(jié)假期，也讓各個(gè)企業(yè)比往年晚開工很多天。好多印刷廠老板上班后發(fā)現(xiàn)印刷機(jī)在送電后可能會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障。比如有的工廠里的印刷機(jī)的電腦屏幕會(huì)出現(xiàn)屏幕黑屏的現(xiàn)象、無法生產(chǎn)。找個(gè)師傅來檢查一下，發(fā)現(xiàn)UPS的充電電池沒電了。老板們于是又要花上一筆不菲的費(fèi)用進(jìn)行更換，本來就生意不好，還要再花掉一筆錢，別提有多郁悶了！同時(shí)腦子里也是滿滿的疑惑： 明明我的機(jī)器才用沒兩年，電池咋說壞就壞了呢？難道真的像我們小時(shí)候一樣，每到過年就要買新衣服嗎？這個(gè)說來一點(diǎn)也不奇怪，其實(shí)每年的春節(jié)過后都會(huì)或多或少出現(xiàn)同樣的劇情，今年只是更普遍罷了。下面就以國(guó)內(nèi)的流行品牌印刷機(jī)（Heidelberg）配置的UPS為例，作出詳細(xì)說明并提出解決方案。讓你以后每年安心放假、舒心過年。

構(gòu)成：我們先來看看UPS的構(gòu)成，一般的由電源，控制器和充電電池組成。現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)物如圖1。

其邏輯控制圖如圖2所示：（電源給出24V到控制器，控制器自動(dòng)檢測(cè)電源、電池電壓并控制是否輸出24V到電腦。當(dāng)控制器檢測(cè)到電源無24V時(shí)，由電池在一段時(shí)間內(nèi)作為電源提供輸出24V到電腦）。

案例：先看一個(gè)實(shí)際故障維修案例，如圖3（控制器上紅燈在閃，無24V直流電輸出）。測(cè)量UPS電池電壓，只有6V。更換電池后，UPS工作正常，如圖4所示。

分析：拆開電池盒，可以發(fā)現(xiàn)其使用的是美國(guó)艾諾斯公司生產(chǎn)的12支裝可充電的鉛酸蓄電池，如圖5。

每個(gè)容量為4.5AH，采用纏繞式純鉛技術(shù)，金屬外殼密封設(shè)計(jì)，可以快速充電。說明書標(biāo)明設(shè)計(jì)壽命可達(dá)10年，存儲(chǔ)時(shí)間可達(dá)12個(gè)月。按照此說法，區(qū)區(qū)幾天的春節(jié)假期，何足掛齒！但是大家都知道“理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感“。實(shí)際使用過程中常常是用了沒幾年就報(bào)廢了。為什么呢？

先了解一下鉛酸蓄電池的工作原理，然后一步一步來分析原因，最后找到電池的失效的原因。明白了其中的道理，這樣我們才能更好地使用和利用電池。

鉛酸蓄電池是利用電能和化學(xué)能互相轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)和釋放的。鉛酸蓄電池的陽極是二氧化鉛，陰極是鉛，電解液是硫酸?？偟碾姵胤磻?yīng)式是：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O（這個(gè)是一個(gè)可逆反應(yīng)）

蓄電池放電時(shí)：負(fù)極反應(yīng)（活潑金屬失電子）：Pb-2e+SO42-=PbSO4

正極反應(yīng)：PbO2+2e?-+4H+

+SO24=PbSO4+2H2O

蓄電池充電時(shí)：陰極（接電源負(fù)極）要發(fā)生還原反應(yīng)：PbSO4+2e-=Pb+SO42-

陽極（接電源正極）要發(fā)生氧化反應(yīng)：PbSO4+2H2O=PbO2+2e-+4H++SO42-

鉛酸蓄電池就是這樣充電、放電循環(huán)進(jìn)行工作的。我們?cè)賮砜纯慈粘Ｊ褂煤头偶贂r(shí)，蓄電池的工作有何不同。

日常使用

在正常使用過程中，UPS一直連接外部電源的。通常，外部電源斷電時(shí)，電池放電，電腦維持工作一段時(shí)間，此時(shí)（極板上會(huì)出現(xiàn)硫酸鉛鹽）電量減少、電壓降低，當(dāng)機(jī)器上電時(shí)，UPS控制器自動(dòng)檢測(cè)電池電壓，當(dāng)較低時(shí)，控制器會(huì)自動(dòng)給蓄電池充電，（充電時(shí)發(fā)生還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)，硫酸鉛會(huì)還原成鉛和二氧化鉛）就將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能存儲(chǔ)起來，當(dāng)蓄電池充好電后UPS才對(duì)外供電。如此循環(huán)往復(fù)使用，通常不會(huì)出現(xiàn)問題。

放假或長(zhǎng)時(shí)間停電

可是當(dāng)放假或長(zhǎng)時(shí)間停電時(shí)，蓄電池?zé)o法再充電，則還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)就無法進(jìn)行。而蓄電池的極板——鉛和二氧化鉛在硫酸中會(huì)緩慢形成硫酸鉛鹽（若是正常使用過程中，充電時(shí)會(huì)發(fā)生還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)，不會(huì)造成硫酸鉛鹽的堆積），時(shí)間越長(zhǎng)，硫酸鉛鹽的結(jié)晶鹽堆積就越多，極板可使用的有效面積就越來越小，導(dǎo)致蓄電池的不可逆的“硫化”現(xiàn)象。而這種“硫化”無法在正常充電中實(shí)現(xiàn)硫酸鉛的還原、氧化反應(yīng)，從而導(dǎo)致電池的容量變小，以至報(bào)廢。

解決方案：到這里，我們就明白了其工作原理與報(bào)廢原因，那么相應(yīng)的解決方案也就順理成章的出來了：就是要定時(shí)開機(jī)給電池充電，讓電池極板上形成的硫酸鉛鹽不過度堆積。所以有條件的工廠可以安排隔幾天給機(jī)器上電一段時(shí)間來解決這一問題。

同時(shí)筆者在實(shí)踐中測(cè)試過另外一種簡(jiǎn)單可行的方法，也可以較好地解決放假時(shí)廠里無人值守、無法上電的問題。

我們可以看到，在斷電情況下，這時(shí)電池就成為電源，而控制器其實(shí)變成了負(fù)載，這樣就形成了一個(gè)完整的電的回路，如圖7、8。

實(shí)際測(cè)量其電阻值為115.5千歐（見圖9），則回路電流為：I=24.5V/115.5Kohm=0.212mA。這個(gè)電流會(huì)加速電池的放電反應(yīng)，從而造成硫酸鉛鹽更快的堆積。不利于電池的電量保存，這可能是放假或長(zhǎng)時(shí)間放置導(dǎo)致電池快速報(bào)廢的主要原因。

如果將插頭拔掉，如圖10。

如此一來，電池就只存在內(nèi)部的自放電問題，短時(shí)間內(nèi)完全可以忽略不記，所以對(duì)付任何一個(gè)假期都是綽綽有余（只是假期后上班要記得將插頭復(fù)原）。

現(xiàn)在我們就可以選擇用這樣一個(gè)簡(jiǎn)單方法，來解決過年或放長(zhǎng)假后可能需要更換昂貴電池的大問題，老板們?cè)俨挥脫?dān)心過個(gè)年可能就要更換電池了，極大地節(jié)省了印刷廠的時(shí)間和資金，這對(duì)在當(dāng)前艱難情形下的印刷廠來說顯得尤為必要！

作者單位：深圳市第二高級(jí)中學(xué)

責(zé)任編輯：李倩 liqian@cprint.cn