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铅蓄电池短路现象及原因

铅蓄电池的短路系指铅蓄电池内部正负极群相连。铅蓄电池短路现象主要表现在以下几个方面：

(1)开路电压低，闭路电压(放电)很快达到终止电压。

(2)大电流放电时，端电压迅速下降到零。

(3)开路时，电解液密度很低，在低温环境中电解液会出现结冰现象。

(4)充电时，电压上升很慢，始终保持低值(有时降为零)。

(5)充电时，电解液温度上升很高很快。

(6)充电时，电解液密度上升很慢或几乎无变化。

(7)充电时不冒气泡或冒气出现很晚。

造成铅蓄电池内部短路的原因主要有以下几个方面：

(1)隔板质量不好或缺损，使极板活性物质穿过，致使正、负极板虚接触或直接接触。

(2)隔板窜位致使正负极板相连。

(3)极板上活性物质膨胀脱落，因脱落的活性物质沉积过多，致使正、负极板下部边缘或侧面边缘与沉积物相互接触而造成正负极板相连。

(4)导电物体落入电池内造成正、负极板相连。

(5)焊接极群时形成的“铅流”未除尽，或装配时有“铅豆”在正负极板间存在，在充放电过程中损坏隔板造成正负极板相连.

免维护蓄电池的特点

免维护蓄电池与普通铅蓄电池的最大区别是极板材料不同。不仅改善了使用性能，还延长了使用寿命和储存寿命。
　　（1）免维护蓄电池失水量少，使用中一般不需添加蒸馏水。
　　（2）免维护蓄电池的栅架采用的是铅钙合金，特点是晶粒较细，耐腐蚀，不易形成微电池，自行放电量小。
　　（3）免维护蓄电池有集气室和新型的通气装置，可避免水分散失，有效的防止酸气外逸，从而很大程度的降低了硫酸气对极桩连接件的腐蚀。
　　（4）免维护蓄电池的起动电流比普通铅蓄电池大，起动性能好，一方面是由于铅钙合金的导电性能比铅锑合金好，蓄电池内阻小，输出电流大；另一方面是由于免维护蓄电池采用内连式连接，缩短了连线长度，功率损失小，放电电压高。
　　（5）免维护蓄电池采用铅钙合金制作栅架，增加了机械强度，提高了耐充性，还有效的防止活性物质脱落，提高了使用寿命。
UPS电源知识

UPS是UninterruptiblePowerSupply的缩写，就是我们经常所说的UPS不间断电源。它是一种含有储能装置、以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的电源设备，是通信设备、计算机系统等不得断电的系统不可缺少的外围设备之一，它的作用是在外界中断供电的情况下，及时给计算机等设备供电，以免影响通信的中断、重要数据的丢失和硬件的损坏。UPS不间断电源广泛应用于精密仪器、医疗设备、通信系统、安全监控、网络系统、自动控制生产线等对电流稳定性要求较高的场合，特别是像通信等要求电流不得中断的应用系统。
UPS电源的类别
　　市场上常见的UPS电源主要有在线式(OnLine)和后备式(OffLine)两种。
　　在线式UPS电源的供电方式是市电输入UPS电源后，被其转换成直流电，直流电为电池充电，电池输出的电流通过UPS电源的逆变器转换为交流电输出为设备供电。在线式的特点是:逆变器一直处于工作状态，电源的切换时间为零;输出的电压和频率稳定，多用在供电质量要求很高的场合，由于无切换时延，用起来可靠;由于在线式可以改善供电质量，所以其价格相对较贵。
　　后备式UPS电源的供电方式是是市电输入UPS电源后分为两路运行，一路为设备直接供电，另一路通过UPS电源将市电转换为直流电为电池充电。当市电发生故障，无电压输出或电压较大时，UPS电源会自动切换，继续为设备供电，确保设备的正常工作不间断。后备式UPS电源的特点是：大多数后备式UPS电源的切换时间为4～8ms,对于一般的用户能够满足要求；在市电正常的情况下，市电直接为设备供电，所以其结构简单，价格便宜。
　　UPS电源的正确使用与维护
　　UPS不间断电源的电力来源是其所配的化学电源，所以UPS不间断电源工作的质量高低主要依赖其化学电源的性能，以及正确使用和精心维护。在购买、使用中应注意以下10个问题：
　　1.UPS不间断电源在功率选配上要有适当的余量，充分考虑功率因素，所有用电设备的功率之和不得超过UPS电源功率的80%。如为800W的负载选配UPS电源，其功率应选购1000W以上的。
　　2.UPS不间断电源应避免频繁地开机、关机，最好长时间地处于开机状态。负载开机时应逐一进行，最好不要同时开机。
　　3.新购的UPS不间断电源在使用前要对电池进行补充电，因为UPS在销售过程中电池在不断地自放电，其容量有很大一部分被消耗了，如果不及时进行补充电，不仅会影响正常的使用，还会缩短电池的使用寿命。电池补充电的方法是：将电池串联起来，根据电池使用说明书提供的具体方法进行充电。一般是采用恒压充电，每只电池控制电压为2.30～2.35V，限制初始电流不得超过0.25C5A可以用电池的额定容量来计算具体的数值)，以免烧坏电池，充电电流连续3小时不变即为充足，可以投入使用，充电持续时间应在12～24小时。
　　4.如果市电一直处于正常的供电之中，UPS不间断电源就没有工作的机会，其电池就有可能长时间浮充而损坏，有的“养兵千年”，一旦到“用兵一时”的时候却无法使用，甚至造成很大的损失或极坏的影响，所以，长时间不用的UPS不间断电源要定时进行人为的强制工作，这样不但可以活化电池，还可以检验UPS不间断电源是否处于正常状态，并可以使操作人员熟悉UPS电源供电系统的使用。
　　5.UPS不间断电源在使用后要立即进行恢复充电，即使电池恢复到正常状态。充电方法是：恒定电压为2.35～2.40V，限制初始电流不得超过0.25C5A，在25℃的环境下，全放电态的电池充足需要18～24小时。如果未将电能放完，可根据电流的持续不变为终止标志。
　　6.如果UPS电源的电池为非免维护式电池，还要经常检查溶液的比重及电液量，及时补加电解液或蒸馏水。
7.UPS电源在使用中，每月要检查一次浮充电压，单只电池的浮充电压低于2.20V时，则应对整组电池进行均衡充电。方法是：在25±5℃的环境下，限制初始电流不得超过0.25C5A，恒定电压为2.35～2.40V，充点24～48小时。
　　8.如果用户自行配置长延时电池组时，外配的充电器应同时具有恒压和恒流功能，不应选用只有恒压功能的充电器，以免影响电池的使用寿命。
　　9.外接电池组至UPS的距离应尽量短，导线的面积应尽量大，以增大导电量，减小线路上的电能损耗，特别是在大电流工作时，电路上的损耗是不可忽视的。
　　10.要经常用柔软的抹布擦拭电池，以保持电池表面清洁卫生，防治灰尘通过电池的缝隙进入电池的电解液中污染电液，使电池的性能恶化。
　　总之，UPS电源的问题在很大程度上是电池的问题，只要正确使用电池，并经常对电池进行维护，就能使其保持良好的状态，也就解决了UPS电源的关键问题，就能保证UPS电源随时处于正常工作状态，也就可以使设备在安全的环境中工作。
　　UPS电源的电池种类很多，有开口的铅酸电池、阀控式铅酸电池、镉镍开口式电池以及其他类型的电池。目前常用的主要是阀控式铅酸电池、镉镍开口式电池，以上介绍的主要是阀控式铅酸电池在使用中的注意事项，如果使用的是镉镍开口式电池，可以参考本文，并根据镉镍开口式电池的使用说明书进行使用维护。
电池储存在什么样的条件较好？

根据IEC标准规定，电池应在温度为20+-5，湿度为（65-+20）%的条件下储存。一般而言，电池储存温度越高，容量的剩余率越低。反之，也是一样。温度在0-10时是储存电池的最好地方。尤其时对一次电池，而二次电池即使储存后损失了容量，但只要重新充放电几次即可恢复。
不同容量的电池组合在一起使用会出现什么问题？

如果将不同容量或新旧电池混在一起使用,有可能出现漏液,零电压等现象。
这是由于充电过程中，容量差异导致充电时有些电池被过充，有些电池未充满电放电时有容量高的电池未放完电，而容量低的则被过放。
如此恶性循环，电池受到损害而漏液或低（零）电压。

在所有的环境因素中，温度对电池的充放电性能影响最大，在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关，电极/电解液界面被视为电池的心脏。
如果温度下降，电极的反应率也下降，假设电池电压保持恒定，放电电流降低，电池的功率输出也会下降。
如果温度上升则相反，即电池输出功率会上升，温度也影响电解液的传送速度温度上升则加快，传送温度下降，传送减慢，电池充放电性能也会受到影响。但温度太高，超过45，会破坏电池内的化学平衡，导致副反应。

铅酸蓄电池工作原理

铅酸蓄电池正极活性物质是二氧化铅，负极活性物质是海绵铅，电解液是稀硫酸溶液， 其放电化学反应为二氧化铅、海绵铅与电解液反应生成硫酸铅和水，Pb（负极）+PbO2（正极）+2H2SO4====2PbSO4+2H2O（放电反应)其充电化学反应为硫酸铅和水转化为二氧化铅、海绵铅与稀硫酸。2PbSO4+2H2O====Pb（负极）+PbO2（正极）+2H2SO4 (充电反应)铅酸蓄电池单格额定电压为２.0V，一般串联为６V、１２V用于汽车、摩托车启动照明使用，单体电池一般串联为４８Ｖ、９６Ｖ、１１０或２２０Ｖ用于不同场合。电池内正、负极板间采用电阻极低、杂质少成分稳定离子能通过的橡胶、ＰＶＣ、ＰＥ或ＡＧＭ隔板。

原电池正负极的确定

原电池正负极的确定 将铜锌两种金属放在电解质溶液中，用导线连接，便构成原电池的两极，如图．由于Cu、Zn两种金属电势高低不同，所以存在着电势差．电子总是从低电势的极流向高电势的极．电势的高低一般可根据金属的活泼性确定：金属越活泼其电极电势就越低，金属越不活泼其电极电势就越高．由于锌比铜活泼，所以电子总是从锌极流向铜极．电化学上把电子流出的极定为负极，流入的极定为正极．如图所示，锌为负极，铜为正极．

　　以上介绍了铜-锌原电池，我们也可以利用同样的原理，把其他的氧化还原反应设计成各种不同的电池。在这些电池中，一般都用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子；在电池内部，两极之间填充电解液。放电时，负极上的电子通过导线流向用电器，从正极流回电池，形成电流。
VRLA蓄电池的工作特点

VRLA电池(阀控式密封铅酸蓄电池)也是铅酸蓄电池，既然是铅酸蓄电池，它就应该有着与开口式铅酸电池同样的工作原理。这就是说VBLA电池实现能量转换和能量储存的载体与开口式的是一样的，其参加电化学反应的物质也是一样的，都是在充电时，正极由硫酸铅(PbSO4)转化为二氧化铅(Pb02)后将电能转化为化学能储存在正极板中；负极由硫酸铅(PbSO4)转化为海绵状铅(海绵状Pb)后将电能转化为化学能储存在负极板中。在放电时，正极由二氧化铅(PbO2)变成硫酸铅(PbSO4)而将化学能转换成电能向负载供电，负极由海绵状铅(海绵状Pb)变成硫酸铅(PbSO4)而将化学能转换成电能向负载供电。当然，肯定是要由正极和负极同时以同当量同状态下(如充电或放电态)进行电化学反应才能实现上述充电或放电过程的，任何时候任何情况下都不可能由正极单独或由负极单独来完成上述电化学反应的。由此可知，如果一只电池中正极板是好的，而负极板坏了的话，那就等于这只电池变成了报废电池了。同样，如果一只电池中的负极板是好的，而正极板坏了的话，这只电池也只能是一只报废电池了。除此之外，正极板中可以参加能量转换的物质量(活性物质的量)与负极板中可以参加能量转换的物质量(活性物质的量)要互相匹配。如果不匹配，一个多，一个少的话，那个多出来的部分是一种浪费，而且每一种参加电化学反应的物质与另一物质相匹配的量都是不同的，科学家们把每一种物质可将一个安培小时的电量(1从)转化为化学能储存起来的该物质的这个量叫做电化当量(即电能与化学能相互转换的相当物质的量)。每一种活性物质的电化当量都是由其电化反应方程式中计算出来的。 以上所说的铅酸蓄电池工作原理的全部内容(包括电化当量)可以用如下电化学反应方程式来表示：

PbO2+Pb+2H2S04 ←→2PBS04+2H20

当上述电化学反应式由左向右进行时，是电池的放电反应。当上述电化学反应式由右向左进行时，是电池的充电反应。

从该电化学反应式中可以看出，在电池放电时，正极必须有1个克分子量的二氧化铅，负极必须有1个克分子量的海绵状铅，同时还应有2个克分子量的硫酸参与这个放电过程才能顺利进行。利用法拉弟定律中的法拉弟常数，通过上述电化学反应方程式，经过计算后得知：二氧化铅的电化当量为41.46g/从，海绵状铅的电化当量为33.87s/Ah。这就是说：要使VRLA电池放出一个安培小时的电量来，正极必须有41.46g的二氧化铅活性物质，同时负极必须有33.87g海绵状铅活性物质在足够量的硫酸存在下才能如愿。要使VRLA电池放出100Ah的电量来，正极必须有4146g二氧化铅，负极要有3387g海绵状铅才能实现。这就从原理上说明了电池的电容量为什么会是由活性物质量的多少来决定的道理。这也是用户在购买电池时，为什么说重量大的电池比重量小的电池其质量好的根本原因所在。当然，这里列出的电化当量只是一个理论值。VRLA电池除了有着与开口铅酸蓄电池的电化学反应方式一样的相同工作原理外，它还有着与开口铅酸蓄电池所不一样的工作原理，那就是阴极吸收原理，所谓阴极吸收原理指的是电池在充电时，特别是在充电末期，正极会产生氧气，由于VRLA电池是全密封的，产生的气体不会象开口电池那样随时都可以通过开口而散发到电池体外去，产生的气体会在电池槽内积聚。随着电池内部积聚的气体量的不断增多，电池内部的压力逐渐上升。正因为电池内部存在着一定的内压，正极产生的氧气会跑到负极上。由于正极上生成的是氧原子，而氧原子又具有很强的氧化性，这种具有强氧化能力的氧原子跑到负极后，会将负极在充电时刚生成的也具有很大活性的海绵状铅氧化而生成氧化铅，氧化铅继而与硫酸反应生成硫酸铅和水，硫酸铅正好又是负极放电的产物，硫酸铅在充电时又生成海绵状铅，海绵状铅再吸收正极产生的氧而生成氧化铅，这样周而复始的反复进行着这一反应，正极上产生的氧都被负极吸收了，再怎么充电也不会有氧气生成，电池内部压力不会继续上升，更用不着担心电池会发生爆炸了。为了防止在特殊情况下电池内部由于气体的聚积而增大内部压力引起电池爆炸，在设计时又特地在电池的上盖中设置了一个安全阀，当电池内部压力达到一定值时，安全阀会自动开启，释放一定量气体降低内压后，安全阀又会自动关闭。以上所述，就是ⅧIA电池的阴极吸收原理。正因为发现和发明了这种电池的阴极吸收原理，才可以把开口式铅酸蓄电池做成全密封的，VRLA电池才得以问世。

当然，要使VRLA电池的阴极吸收原理得以维持，第一个先决条件就是电池必须是密封的，不是密封的，电池内部不存在一定的内压，正极生成的氧就不可能跑到负极被负极吸收，氧气就会跑出去，跑掉了氧就等于是电池内部的水跑掉了，电池失水了，就应补水，需要补水也就不称之为VRLA电池了，那就变成开口电池了。由此可见，VRLA电池密封性能的好坏是一个很关键的技术指标，用户在挑选电池时应高度重视这一问题，哪怕是稍微有一点漏气或渗液，也会直接影响到电池的使用寿命。电池组中如果出现一块这样的电池，会因这块电池首先变成落后电池而影响整个电池组的综合性能，也会弓[起电池组中各电池电压的不均衡而形成恶性循环。邮电部YD／T799标准中为何要规定电池的气体复合率在95%以上，其原因就在于此。

当然，要使VRLA电池的阴极吸收得以很好的进行，要保证它的气体复合率高，产生的气体基本上都生成水又回到电池内，除了气密性是一个很重要的问题外，还应考虑与之配套的措施是否得力。例如：在结构上，VRLA电池必须是贫液式的，要留出足够的空间和通道让正极产生的氧能迅速而又顺畅的跑到负极而被负极吸收，这也是VRLA电池为什么没有多余电解液的原因所在。又如：采用的超细玻璃纤维隔板应该有足够大的孔率，以保证正极产生的氧能通过隔板的小孑L跑到负极被吸收。因此，VBLA电池所用隔板的质量好坏也是一个至关重要的问题。

VRLA电池在充电时正极产生的氧因为被负极吸收了，而可以将开口的做成密封电池了，那么负极充电时产生的氢气不是仍然存在吗?电池不是仍然存在着失水和爆炸的危险吗?这一问题科学家们是通过改变负极合金配方，采用新的合金材料(如铅钙合金)，使氢在这种材料上放电(得到电子生成氢气)的电位提高了(叫做提高了氢的过电位)本来充电电压达到某一值时氢离子就要在阴极上放电，生成氢气。由于铅钙合金的采用，充电电压达到原来数值时氢离子不放电了，不生成氢气了。但不管如何改变合金配方，也不管如何提高氢的过电位，当充电电压达到氢离子放电的电位时，氢气总是要生成的。各生产厂家为什么都会给自己的电池规定一个在一定范围内的浮充电压值，其道理就是要控制氢气的产生，防止电池失水。