科士达蓄电池在UPS电源供电系统中的作用和意义

科士达蓄电池在UPS中已得到广泛的应用，其品种繁多，型号齐全，规格各异，但按其基本性质可以分为酸性电池和碱性电池两大类：

酸性电池：酸性电池的电解液一般是由稀硫酸(H2SO4)或者胶体硫酸构成，极板由铅Pb和过氧化铝PbO2构成，通过化学反应贮存电荷，起到电池储能的作用。

碱性电池：碱性电池的电解液一般是由氢氧化钾KOH或者氢氧化钠NaOH(烧碱)组成。极板由于电池的结构不同而各异。如镉镍电池正极板是氢氧化镍Ni(OH)3，负极板是镉Cd;铁镍电池的正极板是氢氧化镍Ni(OH)3，负极板是铁Fe;银锌电池的正极板是过氧化银Ag2O3，负极板是锌Zn。

在UPS供电系统中，科士达蓄电池大多采用免维护蓄电池。科士达蓄电池在UPS供电系统中的主要作用就是储存电能，一旦市电中断，由电池放电供给逆变器，由逆变器将电池释放出的直流电转变为正弦交流电，维持UPS的电源输出，确保负载在一定的时间内正常用电。

在市电正常供电时，电池在整流-充电电路中储存电能，同时对直流电路起到平滑滤波的作用，并在逆变器发生过载时，起到缓冲器的作用。

而在日常工作中，人们往往片面地认为蓄电池是免维护的而不加重视。然而由于对蓄电池的不合理使用，产生了蓄电池的电解液干涸、热失控、早期容量损失、内部短路等问题，进而严重影响到供电系统的可靠性。有资料表明，蓄电池故障而引起UPS主机故障或工作不正常的比例大约为60%。由此可见，加强对UPS电池的正确使用与维护，对延长蓄电池的使用寿命，降低UPS供电系统故障率，有着越来越重要的意义。

科士达蓄电池的充电方法常用的有三种：

1、脉冲充电

既简单又经济的方法是，变压器次级输出的低压交流整流成脉动直流(不滤波)对电池充电.此方法充电电流较大，充电速度快，缺点是当电网电压波动时，充电电流也随之波动.容易发生因充电电流大，电池温升高，电解质损失大，从而导致电池损坏的情况，所以这种方法免维护密封铅酸蓄电池很少采用。

2、用恒流充电

为了防止电池内温升太高及电解液的损失太大，充电电流调得比较小，需要充电的时间较长，另一方面，充电时间太长，就会发生过充，为了防止因过充而损坏电池，需另设过充检测或定时电路。

3、恒压充电

理论和实践均证明，当充电电压低于充电电压上限(对12V电池而言，此值为)时恒压充电是安全的，即使充电时间很长，也无危险，如果需要，电池还可以工作在浮充状态。

科士达蓄电池主要由电池槽、电池盖、正负极板、稀硫酸电解液、隔板及附件构成。工艺制造简述如下：铅粉制造：将1#电解铅用专用设备铅粉机通过氧化筛选制成符合要求的铅粉。板栅铸造：将铅锑合金、铅钙合金或其他合金铅通常用重力铸造的方式铸造成符合要求的不同类型各种铅酸蓄电池主要由电池槽、电池盖、正负极板、稀硫酸电解液、隔板及附件构成。工艺制造简述如下：

铅粉制造：将1#电解铅用专用设备铅粉机通过氧化筛选制成符合要求的铅粉。

板栅铸造：将铅锑合金、铅钙合金或其他合金铅通常用重力铸造的方式铸造成符合要求的不同类型各种板板栅。

极板制造：用铅粉和稀硫酸及添加剂混合后涂抹于板栅表面再进行干燥固化即是生极板。

极板化成：正、负极板在直流电的作用下与稀硫酸的通过氧化还原反应生产氧化铅，再通过清洗、干燥即是可用于电池装配所用正负极板。

装配电池：将不同型号不同片数极板根据不同的需要组装成各种不同类型的蓄电池。

备注：各单位因工艺条件不同可选择不同的流程。

板栅铸造简介

板栅是活性物质的载体，也是导电的集流体。普通开口蓄电池板栅一般用铅锑合金铸造，免维护蓄电池板栅一般用低锑合金或铅钙合金铸造，而密封阀控铅酸蓄电池板栅一般用铅钙合金铸造。

第一步：根据电池类型确定合金铅型号放入铅炉内加热熔化，达到工艺要求后将铅液铸入金属

模具内，冷却后出模经过修整码放。

第二步：修整后的板栅经过一定的时效后即可转入下道工序。

板栅主要控制参数：板栅质量;板栅厚度;板栅完整程度;板栅几何尺寸等;

铅粉制造简介

铅粉制造有岛津法和巴顿法，其结果均是将1#电解铅加工成符合蓄电池生产工艺要求的铅粉。铅粉的主要成份是氧化铅和金属铅，铅粉的质量与所制造的质量有非常密切的关系。在我国多用岛津法生产铅粉，而在欧美多用巴顿法生产铅粉。

岛津法生产铅粉过程简述如下：

第一步：将化验合格的电解铅经过铸造或其他方法加工成一定尺寸的铅球或铅段;

第二步：将铅球或铅段放入铅粉机内，铅球或铅段经过氧化生成氧化铅;

第三步：将铅粉放入指定的容器或储粉仓，经过2-3天时效，化验合格后即可使用。

铅粉主要控制参数:氧化度;视密度;吸水量;颗粒度等;

极板制造简介

极板是蓄电池的核心部分，其质量直接影响着蓄电池各种性能指标。涂膏式极板生产过程简述如下：

第一步：将化验合格的铅粉、稀硫酸、添加剂用专用设备和制成铅膏;

第二步：将铅膏用涂片机或手工填涂到板栅上;

第三步：将填涂后的极板进行固化、干燥，即得到生极板。

生极板主要控制参数:铅膏配方;视密度;含酸量;投膏量;厚度;游离铅含量;水份含量等。

装配工艺简介

蓄电池装配对汽车蓄电池和密封阀控铅酸蓄电池有较大的区别，密封阀控铅酸蓄电池要求紧装配一般用AGM隔板,而汽车蓄电池一般用PE、PVC或橡胶隔板。装配过程简述如下：

第一步：将化验合格的极板按工艺要求装入焊接工具内;

第二步：铸焊或手工焊接的极群组放入清洁的电池槽;

第三步：汽车蓄电池需经过穿壁焊和热封后即可,而密封阀控铅酸蓄电池若采用ABS电池槽需用专用粘合剂粘接。

电池装配主要控制参数:汇流排焊接质量和材料;密封性能、正、负极性等。

化成工艺简介

极板化成和蓄电池化成是蓄电池制造的两种不同方法，可根据具体情况选择。极板化成一般相对较容易控制成本较高且环境污染需专门治理。蓄电池化成质量控制难度较大，一般对所生产的生极板质量要求较高，但成本相对低一些。密封阀控铅酸蓄电池化成简述如下：

第一步：将化验合格的生极板按工艺要求装入电池槽密封;

第二步：将一定浓度的稀硫酸按规定数量灌入电池;

第三步：经放置后按按规大小通直流电，一般化成后需进行放电检查配组后入库准备出厂。

电池化成主要控制参数:罐酸量;罐酸密度;罐酸温度;充电量和时间等。

科士达蓄电池使用与维护

科士达蓄电池以其制造工艺简单、原材料来源丰富、价格适中在二次化学电源中起着不可替代的作用，特别是阀控电池的出现又使传统的蓄电池焕发出了勃勃生机。蓄电池使用寿命与制造有着密切的关系，同时与使用方法也有很大的影响，正确掌握的使用方法对延长蓄电池的寿命大有益处。对于传统开口式蓄电池日常须对以下几方面注意：

①电解液的数量、密度以及充电程度等方面加以注意，尤其是与其密切相关的充电系统特别关心，若充电量较大则蓄电池失水多，容易造成极板的活性物质脱落，造成底部短路使电池内部温度较高而缩短寿命，若充电量较小则容易造成电池的亏电，蓄电池在长期亏电的情况下，可导致极板的不可逆硫酸盐化，其表现是充电过程电压上升较快，很短时间完成，放电时电压下降迅速。

②电解液的纯度，一般采用蓄电池专用电解液或补充液灌注，严禁用普通硫酸和自来水替代。

③日常使用表面保持清洁，排气口畅通。

④放置不用时应先充满电，同时三个月进行一次补充电。

对于密封阀控铅酸蓄电池日常须对以下几方面注意：

①注意充电电压的范围浮充使用时电压一般控制在2.15±0.1V/单格，循环使用时电压一般控制在2.35±0.1V/单格，若说明书有要求时应按说明书操作。

②注意使用环境温度，一般不超过30度为宜。温度变化较大时应加强对电压的调节。

③对于不同厂家的产品不可混用，同一厂家的产品新旧不可混用。

④密封阀控铅酸蓄电池最好不要自己打开盖子补充电解液和更换安全阀。

科士达蓄电池是UPS系统中的一个重要组成部分，它的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠程度。不管UPS设计的多么先进，功能多么齐备，一旦蓄电池失效，再好的UPS也无法提供不间断供电。千万不要因贪图便宜而选用劣质铅酸蓄电池，这样会影响整个UPS系统的可靠性，并将因此造成更大的损失。蓄电池是整个UPS系统中平均无故障时间(MTBF)最短的部分。如果能够正确使用和维护，就能够延长其使用寿命，反之其使用寿命会大大缩短。因此，我们要了解蓄电池的基本原理和使用注意事项。

2 科士达蓄电池的种类

一般可分为铅酸蓄电池、铅酸免维护蓄电池及镍镉电池等，考虑到负载条件、使用环境、使用寿命及成本等因素，UPS一般选择阀控式铅酸免维护蓄电池。它的主要特点是在充电时正极板上产生氧，通过化学反应在负极板上还原成水，使用时在规定浮充寿命期内不必加水维护，因此又称为免维护铅酸蓄电池。免维护只是与普通蓄电池相比，使用过程中免去了添加纯水或蒸馏水，调整电解液液面的工作，并非免去一切维护工作。相反，为实现UPS的不间断供电，我们要更加细致地维护和保养好铅酸免维护蓄电池。

3 影响使用科士达蓄电池寿命的主要因素和注意事项

下面介绍一下影响蓄电池使用寿命的主要因素和使用过程中应注意的事项：

⑴环境温度对电池的影响较大。环境温度过高，会使电池过充电产生气体，环境温度过低，则会使电池充电不足，这都会影响电池的使用寿命。因此，一般要求环境温度在25℃左右，UPS浮充电压值也是按此温度来设定的。实际应用时，蓄电池一般在5℃～35℃范围内进行充电，低于5℃或高于35℃都会大大降低电池的容量、缩短电池的使用寿命。

⑵放电深度对电池使用寿命的影响也非常大。电池放电深度越深，其循环使用次数就越少,因此在使用时应避免深度放电。虽然UPS都有电池低电位保护功能，一般单节电池放电至10.5V左右时，UPS就会自动关机。但是，如果UPS处于轻载放电或空载放电的情况下,也会造成电池的深度放电。

⑶电池在存放、运输、安装过程中，会因自放电而失去部分容量。因此，在安装后投入使用前，应根据电池的开路电压判断电池的剩余容量，然后采用不同的方法对蓄电池进行补充充电。对备用搁置的蓄电池，每3个月应进行一次补充充电。可以通过测量电池开路电压来判断电池的好坏。以12V电池为例，若开路电压高于12.5V，则表示电池储能还有80%以上，若开路电压低于12.5V，则应该立刻进行补充充电。若开路电压低于12V，则表示电池存储电能不到20%，电池不堪使用。

⑷电池充放电电流一般以C来表示，C的实际值与电池容量有关。例如，100AH的电池，C=100A。松下铅酸免维护电池的最佳充电电流为0.1C左右，充电电流不能大于0.3C。充电电流过大或过小都会影响电池的使用寿命。放电电流一般要求在0.05C～3C之间,UPS在正常使用中都能满足此要求，但也要防止意外情况的发生，如电池短路等。

⑸充电电压。由于UPS电池属于备用工作方式，市电正常情况下处于充电状态，只有停电时才会放电。为延长电池的使用寿命，UPS的充电器一般采用恒压限流的方式控制，电池充满后即转为浮充状态，每节浮充电压设置为13.6V左右。如果充电电压过高就会使电池过充电,反之会使电池充电不足。充电电压异常可能是由电池配置错误引起，或因充电器故障造成。因此，在安装电池时，一定要注意电池的规格和数量的正确性，不同规格、不同批号的电池不要混用。外加充电器不要使用劣质充电器，而且安装时要考虑散热问题。

目前，为进一步提高电池寿命，先进的UPS都采用一种ABM(AdvancedBatteryManagement)三阶段智能化电池管理方案，即充电分成初始化充电、浮充电和休息三个阶段：

第一阶段是恒流均衡充电，将电池容量充到90%;

第二阶段是浮充充电，将电池容量充到100%，然后停止充电;

第三阶段是自然放电，在这个阶段里，电池利用自身的漏电流放电，一直到规定的电压下限，然后再重复上述的三个阶段。这种方式改变了以前那种充满电后，仍使电池处于一天24h的浮充状态，因此延长了电池的寿命。

⑹科士达蓄电池由于采用吸收式电解液系统，在正常使用时不会产生任何气体，但是如果用户使用不当，造成电池过充电，就会产生气体，此时电池内压就会增大,将电池上的压力阀顶开，严重的会使电池爆裂。

⑺UPS在运行过程中，要注意监视蓄电池组的端电压值、浮充电流值、每只蓄电池的电压值、蓄电池组及直流母线的对地电阻和绝缘状态。

⑻不要单独增加或减少电池组中几个单体电池的负荷，这将造成单体电池容量的不平衡和充电的不均一性，降低电池的使用寿命。

⑼电池应尽可能安装在清洁、阴凉、通风、干燥的地方，并要避免受到阳光、加热器或其他辐射热源的影响。电池应正立放置,不可倾斜角度。每个电池间端子连接要牢固。⑽定期保养。电池在使用一定时间后应进行定期检查，如观察其外观是否异常、测量各电池的电压是否平均等。如果长期不停电，电池会一直处于充电状态，这样会使电池的活性变差。因此，即使不停电，UPS也需要定期进行放电试验以便使电池保持活性。放电试验一般可以三个月进行一次,做法是UPS带载--最好在50%以上,然后断开市电，使UPS处于电池放电状态,放电持续时间视电池容量而言一般为几ms至几十ms,放电后恢复市电供电，继续对电池充电。

4 结语

了解并清楚影响铅酸蓄电池使用寿命的主要因素和在使用过程中应注意的事项，对我们在UPS系统中正确使用和维护铅酸蓄电池有很大的帮助。希望大家在日常工作中正确使用和维护好铅酸蓄电池，使其能得到更加合理的利用。

铅酸蓄电池己发明有一百多年了，在此期间有着极大的发展与应用。目前市场上应用的铅酸蓄电池有：普通、密封、免维护式等，由于铅酸蓄电池经济实用等优点，占市场量的70%以上。但由于铅酸蓄电池的特性、结构、材料、生产环境、工艺及使用保养维护等因素，据有关资料统计，铅酸蓄电池过早失效而报废的现象，75%以上都是由于铅酸蓄电池极板上形成不可逆硫酸铅盐铅化、自放电、活性物质失效及脱落的原因，而这三大难题一直是困挠铅酸蓄电池行业难于攻克的顽症，至今还没有解决这三大难题的绝对好办法。如普通铅酸蓄电池设计寿命为2-3年，而往往实际使用只一年时间或更短时间，免维护铅酸蓄电池设计寿命为7-15年，有的制造出来由于贮存时间过长，未经使用就己失效报废，远远短于预期使用寿命，导致能源的浪费及应用的经济效益。

科士达蓄电池的基本结构及特性

科士达蓄电池主要壳体、正负极板、隔板、电解液在电场作用下将电能转变为化学电能贮存，又将化学电能转为直流电能，并可反复进行数次充放电循环的一种装置，电化学反应式为：

正极板负极板放电

PbO2+Pb+2H2SO4=PbSO4+PbSO4+2H2O

二氧化铅纯铅硫酸充电硫酸铅硫酸铅水

上式可知铅酸蓄电池是一个复杂的电化学反应体系，铅酸蓄电池性能寿命长短取决于制造正负极板的材料，工艺环境、活性物质纯度组合构成及使用环境和维护等有很重要的影响。

科士达蓄电池正负极板中活性物质与容量重要关系。

由于铅酸蓄电池容量的多少与正负极板中能参加电化学反应的活性物质的数量面积有重要关系，这里所讲活性物质量指的是能参加可逆性电化学反应的真实表面积，而不是几何尺寸的计算面积。当铅酸蓄电池加入电解液后，正负极板都在电解液(硫酸)的浸泡之中，一部分电解液中的硫酸被正负极板吸收，正负极板表面全是硫酸铅。而正负极板在电场的作用下，正极板的表面形成致密的二氧化铅，而负极板的表面形成致密的纯铅，其正极板形成的二氧化铅越致密铅酸蓄电地容量就越大。因此，在常规的充放电过程中，正负极板在充电时得到二氧化铅和纯铅，放电后正负极板形成硫酸铅，其活性物质应是进性的，可相互换置的离子结构的活性物质才对电化学反应有效。

按规定规格标准生产制造的任何一种额定容量的铅酸蓄电池，在常充电下其铅酸蓄电池的容量应在额定容量95%以下，说明其铅酸蓄电池不合标准，其原因有制造材料、生产工艺、环境、产品贮存时间过长其活性物质老化失效等原因。

极板酸化、自放电、活性物质脱落与科士达蓄电池失效

1、科士达蓄电池极板硫化

所谓硫化是指正负极板上形成不可逆硫酸铅盐化组成一层白色粗粒结晶的硫酸铅而言。这种结晶体很难在正常的充电时消除，硫化的形成程度与铅酸蓄电池容量有很大的关系，硫化越严重，电容量越少，直至报废，极板硫化的因素很多，主要是铅酸蓄电池贮存时间过长，因为极板在化成处理时活性物质表面存在硫酸，导致活性物质表面的硫酸铅老化后失去电离的作用.铅酸蓄电池带电搁置时处于放电状态，放电后未及时给电池充电，电解液密度过高或不纯，都会使正负极板中活性物质的表面形成不可硫化。所以，硫化是导致极板活性物质失效报废的主要原因。

2、科士达蓄电池自放电，是指铅酸蓄电池内电自行消耗，一般认为每昼夜容量下降不大于2%，就认为正常，因铅酸蓄电池本身有自放电缺点，如果每昼夜容量下降大于2%时，那就是有故障了，自放电原因主要有：生产制造中材料不纯(如含锑过高或其它有害杂质)，电解液中含有害杂质(铁、锰、砷、铜等离于)，正负极板硫化后极隔板孔隙堵塞，导致铅酸蓄电池内阻消耗增大，都有导致铅酸蓄电池产生自放电的原因，所以，要求电解液必须是专用硫酸，水必须是蒸馏水或去离子水。

3、科士达蓄电池极板活性物质脱落

规范的使用铅酸蓄电池，正负极板中的活性物质是不易脱落的。正极板活性物质的脱落主要是电不足或低温时大电流放电，而负极板活性物质的脱落主要是过充电或充电电流过大，过充电会引起水的电解产生大量的氢气和氧气，当氢气向孔隙冲出时，会使活性物质脱落，铅酸蓄电池在颠震的环境使用也会加速活性物质的脱落。所以，要求铅酸蓄电池在使用中定要避免过充过放电发生。

4、科士达蓄电池的失效报废

新铅酸蓄电池未使用就失效报废了，原因在于：铅酸蓄电池制造材料中的活性物质组合不合理;极板在化学处理时未达到充放标准;极板贮存环境不良或存放时间过长，密封受损，长期处于空气的氧化之中，致使极板活性物质被老化;在使用过程中维护不当，某一单体长时间处于去电状态，大电流放电时去电单体出现反极电压后，仍未及时给蓄电池维护：如调整电解液密度，加蒸馏水，给蓄电池补充电，导致该单体不可逆硫化而失效。在铅酸蓄电池的使用过程中，往往是夏季未及时给蓄电池加水，气温高蒸发快导致电解液不足或干枯，使极板露出电解面后受空气而氧化氢脆导致极板硫化而坏死。所以，铅酸蓄电池的损失是夏季时期，动力是在夏季时气温高易起动，对铅酸蓄电池容量要求高，可是铅酸蓄电池在夏季时极板活性物质局部面积形成硫化，冬季时要求铅酸蓄电池大电流供电己不可能。如果起动或牵引用铅酸蓄电池经充电额容量的70%时，只有报废，更换新的蓄电池了。

总而言之：铅酸蓄电池失效报废，除一部分因机械部件损坏而报废外，而绝大部分铅酸蓄电池的失效都是属于极板活性物质表面形成不可逆硫化后而失效报废的。

UPS电源对数据中心的重要性

对于数据中心来说，在电力系统的运行过程中，不可避免地会出现故障。尽管故障出现的几率很小，持续的时间也不长，但产生的后果却往往十分严重。电力系统发生故障时，运行状态将经历急剧变化。所以UPS系统的应用对于数据机房电力系统不间断运行来说尤为重要。UPS可以为企业数据中心的IT管理人员们提供所需的时间，以保护敏感设备和数据免受电力服务中断的影响。

举个例子：机架式UPS供电方案不仅满足学校机房设备供电的要求，可实现对UPS系统持续地并联扩容或冗余备份，满足了后期设备的随需扩展，并且实现了UPS输入的高效节能，其整机效率高、发热量小、运行损耗小，能大大提高电能利用率，实现绿色节能省电。

UPS电源四种铅酸电池替代品

现在市场上绝大多数的UPS产品所使用的都是铅酸电池来存储应急备用电源。虽然铅酸电池价格比较平民化，但由于其本身的规格尺寸、重量、维护要求、含有毒成分和相对较短的使用寿命等等方面的问题，使得铅酸电池在当下的数据中心中可能并不受欢迎。

在本文中，我将与广大的读者朋友们共同探讨这四种此类替代品技术，分别是：锂离子电池，飞轮，超级电容器和燃料电池。

替代选项一：锂电池

现在的锂电池包现在可以作为铅酸UPS电池的有吸引力的替代品。锂离子电池所具备的小规格尺寸和高密度等优势使其成为了混合动力车和插入式电动车的最佳选择。

锂电池包的体积小，重量轻、循环寿命长、放电特性好、安全绿色环保、使用性能好、无记忆效应、耐高低温等优势。唯一缺点就是锂电池成本更高：直到最近，锂离子电池的成本几乎是前期可比铅酸电池的几倍。

替代选项二：飞轮

飞轮通常是围绕大型金属磁盘构建的机械装置。在正常的运行过程中，电源会迅速旋转磁盘。当发生停电事故时，磁盘继续自行旋转，产生直流电，UPS设备可以将其用作紧急电源。

飞轮具备紧凑的外形、低环境影响、使用寿命长、降低维护成本，并降低总体拥有成本的优势。但是飞轮仅提供15到30秒的时间待机能量。未来的市场飞轮的使用可能会在适合的特定情况下得到扩展。

替代选项三：超级电容器

超级电容器是专用的，密度极高，高速的能量存储选项。超级电容器是一种没有移动部件的固态器件，因此不需要维护。充电不会影响其使用寿命。未来三到五年内，价格将继续下降。而随着用户对较短的备份时间的适应，用户对其的需求将会增加。

替代选项四：燃料电池

燃料电池基本上是一种将燃料(通常是氢气或天然气)转化为能量的电化学装置。环保：与铅酸电池不同，燃料电池对环境几乎没有危险。长备份时间：只要您企业数据中心具有足够的燃料，燃料电池就会持续供应紧急电力。

燃料电池在未来几年可能只能看作是UPS备用电源的有限部署，但可能会在分布式能源环境中看到更多的部署，成为这些环境的主要电源。

现在，市场上代替传统铅酸电池的种类越来越多，各企业想要有立足之地，就要不断加快发展步伐，不断研究新的技术。产品质量要过的关，让客户信赖。

数据中心工作人员对于机房备用电源UPS的重要性，应该了如指掌，配置机房的冗余设备还是有必要，毕竟有备无患是有实力机房的行为宗旨。但是虽然机房UPS主机的性能很重要，也不能忽略了对机房UPS蓄电池的选择，因为蓄电池和UPS是配套使用的。

那么UPS蓄电池有哪些种类吗?各自的优缺点又有哪些?

IDC机房蓄电池

科士达蓄电池是UPS系统中的一个重要组成部分，它的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠程度，然而蓄电池却又是整个UPS系统中平均无故障时间(MTBF)最短的一种器件。如果用户能够正确使用和维护，就能够延长其使用寿命，反之其使用寿命会大大缩短。

科士达蓄电池的种类一般可分为阀控式密封铅酸蓄电池、胶体电池等。UPS要求所选用的蓄电池必须具有在短时间内输出大电流的特性。

机房UPS蓄电池

1、阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA)

因其体积较小、密封性能好、绝少维护而被广泛应用于各类UPS电源中。VRLA防止电池内部电解液流动有两种技术方法:一种是将硫酸电解液与SiO2，胶体混合后充满电池内部，制成胶体电池(简称GEL)。这类产品产量较低，约占VRLA电池总量的15%!另一种是利用超细玻璃棉将电解液不饱和地吸附住，制成吸液式电池或贫液式电池(简称AGM)。由于后者具有较好的大电流放电性能，在UPS系统中较多采用，国内厂家也大多生产AGM蓄电池。

2、胶体电池

胶体电池属于铅酸蓄电池的一种发展分类，最简单的做法，是在硫酸中添加胶凝剂，使硫酸电液变为胶态。电液呈胶态的电池通常称之为胶体电池。广义而言，胶体电池与常规铅酸电池的区别不仅仅在于电液改为胶凝状。例如非凝固态的水性胶体，从电化学分类结构和特性看同属胶体电池。又如在板栅中结附高分子材料，俗称陶瓷板栅，亦可视作胶体电池的应用特色。近期已有实验室在极板配方中添加一种靶向偶联剂，大大提高了极板活性物质的反应利用率，据非公开资料表明可达到70wh/kg的重量比能量水平，这些都是现阶段工业实践及有待工业化的胶体电池的应用范例。胶体电池与常规铅酸电池的区别，从最初理解的电解质胶凝，进一步发展至电解质基础结构的电化学特性研究，以及在板栅和活性物质中的应用推广。其最重要的特点为：用较小的工业代价，沿已有150年历史的铅酸电池工业路子制造出更优质的电池，其放电曲线平直，拐点高，比能量特别是比功率要比常规铅酸电池大20%!以上，寿命一般也比常规铅酸电池长一倍左右，高温及低温特性要好得多。

现在电池按照容量来计算，还是以铅酸蓄电池为主。铅酸蓄电池以其容量大为优势，是其他电池目前还无法取代的。另外，其大电流放电的特性，也决定了在启动电池方面的优势。但铅作为重金属，除了成本外，它还存在着一定的毒性，对环境和人体都有不同程度的危害。所以延长铅蓄电池的寿命，不仅仅是可以降低运行成本以外，还是环保的需要，也是拓展铅酸蓄电池的应用领域的一个重要问题。所以研究修复铅酸蓄电池，延长它寿命的问题，使铅酸蓄电池的销售量不仅仅不会减少，而且会增加，但是对环境的污染确可以不增加。

要了解铅酸蓄电池的修复，首先要明白铅酸蓄电池的失效模式。然后针对不同的失效模式谈修复方法。

一、科士达蓄电池的失效模式

由于极板的种类、制造条件、使用方法有差异，最终导致蓄电池失效的原因各异。归纳起来，铅酸蓄电池的失效有下述几种情况：

1、正极板的腐蚀变型

目前生产上使用的合金有3类：传统的铅锑合金，锑的含量在4%～7%质量分数;低锑或超低锑合金，锑的含量在2%质量分数或者低于1%质量分数，含有锡、铜、镉、硫等变型晶剂;铅钙系列，实际为铅—钙-锡-铝四元合金，钙的含量在0.06%～0.1%质量分数。上述合金铸成的正极板栅，在蓄电池充电过程中都会被氧化成硫酸铅和二氧化铅，最后导致丧失支撑活性物质的作用而使电池失效;或者由于二氧化铅腐蚀层的形成，使铅合金产生应力，使板栅长大变形，这种变形超过4%时将使极板整体遭到破坏，活性物质与板栅接触不良而脱落，或在汇流排处短路。

2、正极板活性物质脱落、软化。

除板栅长大引起活性物质脱落之外，随着充放电反复进行，二氧化铅颗粒之间的结合也松弛，软化，从板栅上脱落下来。板栅的制造、装配的松紧和充放电条件等一系列因素，都对正极板活性物质的软化、脱落有影响。

3、不可逆硫酸盐化

蓄电池过放电并且长期在放电状态下贮存时，其负极将形成一种粗大的、难以接受充电的硫酸铅结晶，此现象称为不可逆硫酸盐化。轻微的不可逆硫酸盐化，尚可用一些方法使它恢复，严重时，则电极失效，充不进电。

4、容量过早的损失

当低锑或铅钙为板栅合金时，在蓄电池使用初期(大约20个循环)出现容量突然下降的现象，使电池失效。

5、锑在活性物质上的严重积累

正极板栅上的锑随着循环，部分地转移到负极板活性物质的表面上，由于H+在锑上还原比在铅上还原的超电势约低200mV，于是在锑积累时充电电压降低，大部分电流均用于水分解，电池不能正常充电因而失效。

对充电电压只有2.30V而失效的铅酸蓄电池负极活性物质的锑含量进行过化验，发现在负极活性物质的表面层，锑的含量达0.12%～0.19%质量分数。对某些电池，例如潜艇用蓄电池，对电池析氢良有一定的限制。曾对析氢超过标准的蓄电池负极活性物质化验，平均锑的含量达到0.4%质量分数。

6、热失效

对于少维护电池，要求充电电压不超过单格2.4V。在实际使用中，例如在汽车上，调压装置可能失控，充电电压过高，从而充电电流过大，产生的热将使电池电解液温度升高，导致电池内阻下降;内阻的下降又加强了充电电流。电池的温升和电流过大互相加强，最终不可控制，使电池变形、开裂而失效。虽然热失控不是铅酸蓄电池经常发生的失效模式，但也屡见不鲜。使用时应对充电电压过高、电池发热的现象予以注意。

7、负极汇流排的腐蚀

一般情况下，负极板栅及汇流排不存在腐蚀问题，但在阀控式密封蓄电池中，当建立氧循环时，电池上部空间基本上充满了氧气，汇流排又多少为隔膜中电解液沿极耳上爬至汇流排。汇流排的合金会被氧化，进一步形成硫酸铅，如果汇流排焊条合金选择不当，汇流排有渣夹杂及缝隙，腐蚀会沿着这些缝隙加深，致使极耳与汇流排脱开，负极板失效。

8、隔膜穿孔造成短路

个别品种的隔膜，如PP(聚丙烯)隔膜，孔径较大，而且在使用过程中PP熔丝会发生位移，从而造成大孔，活性物质可在充放电过程中穿过大孔，造成微短路，使电池失效。

二、影响科士达蓄电池寿命的因素

科士达蓄电池的失效是许多因素综合的结果，既决定于极板的内在因素，诸如活性物质的组成。晶型、孔隙率、极板尺寸、板栅材料和结构等，也取决于一系列外在因素，如放电电流密度、电解液浓度和温度、放电深度、维护状况和贮存时间等。这里介绍主要的外部因素。

1、放电深度

放电深度即使用过程中放电到何程度开始停止。100%深度指放出全部容量。铅酸蓄电池寿命受放电深度影响很大。设计考虑的重点就是深循环使用、浅循环使用还是浮充使用。若把浅循环使用的电池用于深循环使用时，则铅酸蓄电池会很快失效。

因为正极活性物质二氧化铅本身的互相结合不牢，放电时生成硫酸铅，充电时又恢复为二氧化铅，硫酸铅的摩尔体积比氧化铅大，则放电时活性物质体积膨胀。若一摩尔氧化铅转化为一摩尔硫酸铅，体积增加95%。这样反复收缩和膨胀，就使二氧化铅粒子之间的相互结合逐渐松弛，易于脱落。若一摩尔二氧化铅的活性物质只有20%放电，则收缩、膨胀的程度就大大降低，结合力破坏变缓慢，因此，放电深度越深，其循环寿命越短。

2、过充电程度

过充电时有大量气体析出，这时正极板活性物质遭受气体的冲击，这种冲击会促进活性物质脱落;此外，正极板栅合金也遭受严重的阳极氧化而腐蚀，所以电池过充电时会使应用期限缩短。

3、温度的影响

铅酸蓄电池寿命随温度升高而延长。在10℃～35℃间，每升高1℃，大约增加5～6个循环，在35℃～45℃之间，每升高1℃可延长寿命25个循环以上;高于50℃则因负极硫化容量损失而降低了寿命。

电池寿命在一定温度范围内随温度升高而增加，是因为容量随温度升高而增加。如果放电容量不变，则在温度升高时其放电深度降低，固寿命延长。

4、硫酸浓度的影响

酸密度的增加，虽对正极板容量有利，但电池的自放电增加，板栅的腐蚀也加速，也促使二氧化铅的松散脱落，随着蓄电池中使用酸密度的增加，循环寿命下降。

5、放电电流密度的影响

随着放电电流密度增加，电池的寿命降低，因为在大电流密度和高酸浓度条件下，促使正极二氧化铅松散脱落。

失效模式还有一种就是失水。对于开口电池来说，失水属于正常维修，对于密封电池来说，在严格的控制之下不应该出现。所以，没有把失水列入失效模式。密封电池失水的问题，集中在电动自行车方面。是因为充电的恒压值过高。

三、容量过早的损失(PCL)的修复方法

(一)容量过早的损失的特征：

当低锑或铅钙为板栅合金时，在蓄电池使用初期(大约20个循环)出现容量突然下降的现象，使电池失效。差不多每一个循环电池容量会下降5%，容量下降的速度比较快和早。

前几年，铅钙合金系列的电池经常莫名其妙的出现几只电池容量下降。分析正极板没有软化，但是就是正极板容量极低。

(二)对产生这个现象的原因找到的解决方法：

1、自己正极板锡的含量。对于深循环的电池基本上采用1.5%~2%的锡的含量。

2、提高装配压力。

3、电解液酸的含量不宜过高。

(三)在使用中注意：

1、避免起始充电电流连续过低;

2、减少深度放电;

3、避免过充电太多;

4、不要通过过高的活性物质利用率来提高电池容量。

(四)对产生早期容量损失的电池的恢复。

首先是要起始充电电流增加到0.3C~0.5C，然后采用小电流补足充电;

其次充满电的电池最好搁置在40℃～60℃条件下贮存;以小于0.05C的小电流放电到0V。电池电压达到标称电压一半以后的放电会很慢。这样反复几次，电池的容量还可以恢复。

(五)科士达蓄电池注意事项：

一定要鉴别电池是否是在前20个循环发生。如果对于中后期发生容量下降的电池，采用这个方法只能够破坏电池的正极板，而导致正极板软化。

铅钙合金系列的电池经常莫名其妙的出现几只电池容量下降主要原因是电池失衡引起的,铅钙合金系列的电池的充足电压较高,一般12V的电池充电电压大于16V。当充电机的电压过低时,就易引起电池失衡。现象是这样发生的,当一组电瓶在装在一起用时,电瓶的每格自放电不可能绝对相等,自放电大一点点的电瓶,每次用恒压充电机都不能完全充足电,未充足电的格未出现析气反应,极板接触电解液的相对面积就大,自放电就大。而自放电小的格,每次都能充足电,当充足电后再过充一点电时,即出现析气反应,生成气体,极板接触电解液面相对减小,自放电就减小,同时充电电压升高,关断充电机。结果自放电小,电压高的格自放电越来越小,每次都能充足电,而自放电大的格自放电越来越大,每次都不能充足电,而且电量越用越小,长期不充足就会硫化而失效.问题的根源就是不能使用恒压充电机,采用恒压充电机,恒压值过低就会出现以上现象,恒压值过高就会使电池热失控,最好的办法是采用多种电流,多种电压的多段式充电机.而且充电终了时要有一个电压较高而电流较小的小电流长充来平衡电池电量.

四、过充电修复

过充电往往需要大电流和高电压而大电流和高电压都会形成强烈的副反应而损伤电池的正极板，还会形成电池的失水。如何实现过充电修复呢?现在找到了一种非常行之有效的方法——脉冲的方法。其基本原理如下：

采用高电压，大电流的脉冲克服电池的多种原因形成的电池接受能力的下降，由于是采用脉冲形式的，在大电流脉冲消逝以后，通过电池本身的(或者外加的条件)去极化能力，而不形成严重的副反应。于这种脉冲过充电修复的方法的诞生，使得无损伤的过充电得以实现，这样的充电器获得了极好的效果，经过数年的验证试验证明，这种方法大大延长了铅酸蓄电池的循环寿命。

科士达蓄电池

科士达蓄电池

The failure of Kosta battery is the result of many factors, which are determined by the internal factors of the plate, such as the composition of active substances. Crystal form, porosity, plate size, grid material and structure also depend on a series of external factors, such as discharge current density, electrolyte concentration and temperature, discharge depth, maintenance status and storage time. Here are the main external factors.



1. Discharge depth



The depth of discharge is the degree to which the discharge starts to stop during the use. 100% depth refers to the full capacity. The life of lead-acid battery is greatly affected by the depth of discharge. The key points of design consideration are deep circulation, shallow circulation or floating charge. If the shallow recycling battery is used in the deep recycling, the lead-acid battery will fail quickly.



Because the positive active material lead dioxide itself is not firmly combined with each other, lead sulfate is generated when discharging, and it is restored to lead dioxide when charging. When the molar volume of lead sulfate is larger than that of lead oxide, the volume of active material expands when discharging. If one mole of lead oxide is converted into one mole of lead sulfate, the volume will increase by 95%. In this way, repeated shrinkage and expansion will gradually relax the interaction between lead dioxide particles and make them easy to fall off. If only 20% of the active substance in one mole of lead dioxide is discharged, the degree of contraction and expansion will be greatly reduced, and the damage of binding force will be slow. Therefore, the deeper the discharge depth is, the shorter the cycle life will be.



2. Degree of overcharge



When overcharging, there is a large amount of gas precipitation. At this time, the active material of the positive plate is impacted by the gas, which will promote the falling off of the active material. In addition, the positive plate grid alloy is also corroded by serious anodizing, so the battery overcharge will shorten the application period.



3. Influence of temperature



The life of lead-acid battery increases with the increase of temperature. In the range of 10 ℃ ~ 35 ℃, 5 ~ 6 cycles will be increased for every 1 ℃, and in the range of 35 ℃ ~ 45 ℃, 25 cycles will be extended for every 1 ℃; when the temperature is higher than 50 ℃, the life will be reduced due to the loss of negative sulfurization capacity.



The battery life increases with the increase of temperature in a certain temperature range, because the capacity increases with the increase of temperature. If the discharge capacity does not change, the discharge depth will decrease and the solid life will be prolonged when the temperature increases.



4. Influence of sulfuric acid concentration



Although the increase of acid density is beneficial to the capacity of positive plate, the self discharge of battery increases, and the corrosion of grid accelerates, which also makes lead dioxide loose and fall off. With the increase of acid density used in battery, the cycle life decreases.



5. Influence of discharge current density



With the increase of discharge current density, the life of the battery decreases, because under the condition of high current density and high acid concentration, the lead dioxide of the positive electrode is loose and falls off.



Another failure mode is water loss. For open cell, water loss belongs to normal maintenance, for sealed cell, it should not appear under strict control. Therefore, water loss is not included in the failure mode. The problem of water loss of sealed battery is focused on electric bicycle. Because the constant voltage value of charging is too high.



III. repair methods for premature capacity loss (PCL)



(I) characteristics of premature capacity loss:



When the low antimony or lead calcium alloy is used as grid alloy, the capacity of the battery drops sudden