每逢过年换新衣？

罗满启 罗嘉鑫

一场突如其来的新型冠状病毒（COVID-19）让大家度过了一个有史以来最长的春节假期，也让各个企业比往年晚开工很多天。好多印刷厂老板上班后发现印刷机在送电后可能会出现各种各样的故障。比如有的工厂里的印刷机的电脑屏幕会出现屏幕黑屏的现象、无法生产。找个师傅来检查一下，发现UPS的充电电池没电了。老板们于是又要花上一笔不菲的费用进行更换，本来就生意不好，还要再花掉一笔钱，别提有多郁闷了！同时脑子里也是满满的疑惑： 明明我的机器才用没两年，电池咋说坏就坏了呢？难道真的像我们小时候一样，每到过年就要买新衣服吗？这个说来一点也不奇怪，其实每年的春节过后都会或多或少出现同样的剧情，今年只是更普遍罢了。下面就以国内的流行品牌印刷机（Heidelberg）配置的UPS为例，作出详细说明并提出解决方案。让你以后每年安心放假、舒心过年。

构成：我们先来看看UPS的构成，一般的由电源，控制器和充电电池组成。现场的实物如图1。

其逻辑控制图如图2所示：（电源给出24V到控制器，控制器自动检测电源、电池电压并控制是否输出24V到电脑。当控制器检测到电源无24V时，由电池在一段时间内作为电源提供输出24V到电脑）。

案例：先看一个实际故障维修案例，如图3（控制器上红灯在闪，无24V直流电输出）。测量UPS电池电压，只有6V。更换电池后，UPS工作正常，如图4所示。

分析：拆开电池盒，可以发现其使用的是美国艾诺斯公司生产的12支装可充电的铅酸蓄电池，如图5。

每个容量为4.5AH，采用缠绕式纯铅技术，金属外壳密封设计，可以快速充电。说明书标明设计寿命可达10年，存储时间可达12个月。按照此说法，区区几天的春节假期，何足挂齿！但是大家都知道“理想很丰满，现实很骨感“。实际使用过程中常常是用了没幾年就报废了。为什么呢？

先了解一下铅酸蓄电池的工作原理，然后一步一步来分析原因，最后找到电池的失效的原因。明白了其中的道理，这样我们才能更好地使用和利用电池。

铅酸蓄电池是利用电能和化学能互相转换来实现电能的存储和释放的。铅酸蓄电池的阳极是二氧化铅，阴极是铅，电解液是硫酸。总的电池反应式是：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O（这个是一个可逆反应）

蓄电池放电时：负极反应（活泼金属失电子）：Pb-2e+SO42-=PbSO4

正极反应：PbO2+2e?-+4H+

+SO24=PbSO4+2H2O

蓄电池充电时：阴极（接电源负极）要发生还原反应：PbSO4+2e-=Pb+SO42-

阳极（接电源正极）要发生氧化反应：PbSO4+2H2O=PbO2+2e-+4H++SO42-

铅酸蓄电池就是这样充电、放电循环进行工作的。我们再来看看日常使用和放假时，蓄电池的工作有何不同。

日常使用

在正常使用过程中，UPS一直连接外部电源的。通常，外部电源断电时，电池放电，电脑维持工作一段时间，此时（极板上会出现硫酸铅盐）电量减少、电压降低，当机器上电时，UPS控制器自动检测电池电压，当较低时，控制器会自动给蓄电池充电，（充电时发生还原反应和氧化反应，硫酸铅会还原成铅和二氧化铅）就将电能转变成化学能存储起来，当蓄电池充好电后UPS才对外供电。如此循环往复使用，通常不会出现问题。

放假或长时间停电

可是当放假或长时间停电时，蓄电池无法再充电，则还原反应和氧化反应就无法进行。而蓄电池的极板——铅和二氧化铅在硫酸中会缓慢形成硫酸铅盐（若是正常使用过程中，充电时会发生还原反应和氧化反应，不会造成硫酸铅盐的堆积），时间越长，硫酸铅盐的结晶盐堆积就越多，极板可使用的有效面积就越来越小，导致蓄电池的不可逆的“硫化”现象。而这种“硫化”无法在正常充电中实现硫酸铅的还原、氧化反应，从而导致电池的容量变小，以至报废。

解决方案：到这里，我们就明白了其工作原理与报废原因，那么相应的解决方案也就顺理成章的出来了：就是要定时开机给电池充电，让电池极板上形成的硫酸铅盐不过度堆积。所以有条件的工厂可以安排隔几天给机器上电一段时间来解决这一问题。

同时笔者在实践中测试过另外一种简单可行的方法，也可以较好地解决放假时厂里无人值守、无法上电的问题。

我们可以看到，在断电情况下，这时电池就成为电源，而控制器其实变成了负载，这样就形成了一个完整的电的回路，如图7、8。

实际测量其电阻值为115.5千欧（见图9），则回路电流为：I=24.5V/115.5Kohm=0.212mA。这个电流会加速电池的放电反应，从而造成硫酸铅盐更快的堆积。不利于电池的电量保存，这可能是放假或长时间放置导致电池快速报废的主要原因。

如果将插头拔掉，如图10。

如此一来，电池就只存在内部的自放电问题，短时间内完全可以忽略不记，所以对付任何一个假期都是绰绰有余（只是假期后上班要记得将插头复原）。

现在我们就可以选择用这样一个简单方法，来解决过年或放长假后可能需要更换昂贵电池的大问题，老板们再不用担心过个年可能就要更换电池了，极大地节省了印刷厂的时间和资金，这对在当前艰难情形下的印刷厂来说显得尤为必要！

作者单位：深圳市第二高级中学

责任编辑：李倩 liqian@cprint.cn