РУКОВОДСТВО ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ ДЛЯ ВИДЕОАППАРАТУРЫ

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЕ Как определить оптимальное напряжение для аккумуляторной батареи, предназначенной для электропитания профессионального видеооборудования. Требования, предъявляемые к нижнему пределу разрядки батареи (EODV), влияние низкой температуры и «миф» о памяти. Напряжение –Технический раздел ЕМКОСТЬ Факторы, определяющие время непрерывной работы аккумуляторной батареи. Эффективная емкость, ватт-часы, номинальная емкость, номинальная емкость и "игра в числа" для указания завышенной емкости аккумулятора. Емкость – Технический раздел КОНСТРУКЦИЯ БАТАРЕИ Ключевые факторы, определяющие различия между аккумуляторными батареями для профессионального и непрофессионального применения. В техническом разделе рассматриваются такие конструктивные особенности, как конструкция элемента, конструкция батареи, контроль качества и формат крепления батареи. Конструкция –Технический раздел КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ Состав элементов, применяемых в профессиональном видеооборудовании, включая никель-кадмиевые, никель-металлогидридные, литиево-ионные, свинцово-гелевые и серебряно-цинковые. ЗАРЯДКА Важнейшие факторы, влияющие на зарядку батареи. Почему аккумуляторную батарею нельзя рассматривать как топливный бак. В техническом разделе обсуждаются различные методы зарядки, включая скорость зарядки, методы прекращения процесса зарядки и технология систем InterActive. Зарядка –Технический раздел СРОК СЛУЖБЫ БАТАРЕИ Влияние на срок службы аккумуляторной батареи таких факторов, как высокая температура, неправильная зарядка, разрядка ниже допустимого предела, физические воздействия, тип элемента и неверное понимание значения напряжения. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ Различные условия, которые могут стать причиной возникновения опасных ситуаций, включая эксплуатацию при низких температурах, неправильную зарядку, неправильный выбор химического состава и физические воздействия. МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ РАБОТЕ В ХОЛОДНОМ КЛИМАТЕ Выбор типа и эксплуатация аккумуляторных батарей в условиях низких температур. ПОРТАТИВНЫЕ ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ Потребность в накамерных светильниках для современных камкордеров и создание освещения студийного качества – без тяжелого и громоздкого осветительного оборудования, требующего высокого напряжения и специальных ремней для аккумуляторов. ПРИЛОЖЕНИЕ: ПРОБЛЕМЫ Подробно рассматривается большинство тем и понятий, которые нередко неправильно истолковывают, включая «миф и памяти», ускоренный саморазряд, практика разрядки перед зарядкой и несбалансированные аккумуляторные батареи. КАК ВЫБРАТЬ «НАИЛУЧШУЮ» АККУМУЛЯТОРНУЮ БАТАРЕЮ

ВВЕДЕНИЕ

РУКОВОДСТВО ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ БАТАРЕЙ
ДЛЯ ВИДЕОАППАРАТУРЫ

С момента опубликования в 1993 г. первого издания Руководства по использованию батарей для видеоаппаратуры фирма Anton/Bauer распространила более 50 000 копий. Поскольку Руководство содержит четкие рекомендации по эксплуатации и уходу за видеоаккумуляторами, оно использовалось в качестве справочного пособия в учебных курсах по кино- и видеотехнике высших школ и университетов. Данное переработанное и дополненное Руководство по использованию аккумуляторных батарей для видеоаппаратуры включает самую последнюю информацию о батареях различного химического состава, используемых сегодня профессионалами в видеопроизводстве.

Как только первая передающая камера "вышла за стены студии", профессиональные телеоператоры постоянно были заняты поисками подходящих аккумуляторных батарей электропитания для съемочной ТВ аппаратуры, что является, пожалуй, самой существенной проблемой как для видеожурналистики, так и внестудийного видеопроизводства. На протяжении последних двух десятилетий произошло значительное усовершенствование видеотехники и технологии производства батарей.

С момента появления самых первых портативных камер операторам одновременно потребовались более легкие аккумуляторные батареи, отличающиеся большей емкостью. Компактные, легкие, емкие, недорогие – кто не слышал этих пожеланий от пользователей? Или заявлений от производителей аккумуляторов? Фактически на всех рынках батарейного оборудования аккумуляторы – это те устройства, где пользователи хотели бы видеть улучшения. На рынках компьютеров и сотовых телефонов потребности в аккумуляторах с большим сроком службы и временем непрерывной работы, а также с лучшими массогабаритными показателями появились еще до повышения требований к скорости обработки данных и увеличению территории покрытия сотовой сетью. И вещание и отрасль видеопроизводства, конечно же, не исключение.

К сожалению, поиск «совершенной» батареи привел к появлению за последние годы на рынках многочисленных, совершенно неподходящих типов аккумуляторов. Некоторые из производителей предлагали (и до сих пор предлагают) батареи с неверным напряжением, неподходящего размера и неподходящей конструкции, пытаясь удовлетворить требования профессионалов. Поскольку аккумуляторы выпускаются под лозунгом «меньше, легче, дешевле», нередко неинформированные пользователи считают, что аккумулятор – это просто батарея и покупают их, не заботясь о том, пригодны ли они для профессионального применения. Многие из них, такие как аккумуляторы типа NP, пришли в профессиональную технику из бытовой, поскольку производителям камер хотели выпускать камеры «под ключ». Однако профессионалы вскоре столкнулись с непреодолимыми проблемами. Появился термин «память», который относился к неправильной работе батарей с непродуманной конструкцией и/или батарей, эксплуатирующихся в неправильных режимах.

Когда началась широкая эксплуатация таких батарей, пользователи стали искать пути, как снизить затраты на неподходящие батареи. Например, все мы хорошо знакомы с различными устройствами омолаживания, рекондиционирования, стирания памяти, оживления и подобными находками, появившимися на рынке с целью спасти большие вложения в батареи типа NP. И только после того, как эти затраты превысили тысячи долларов и сотни часов были потрачены на техническое обслуживание аккумуляторов NP, пользователи поняли, наконец, что от проблем неудачной конструкции и неправильного применения не избавиться. В результате пользователи батарей NP вынуждены носить с собой в четыре раза больше аккумуляторов, чем это им в действительности необходимо, и заменять их в два раза чаще.

В течение десяти лет, с момента появления камкордеров Betacam, пользователи пытались решить проблему аккумуляторов. Однако все их усилия оказались тщетными, поскольку решение этой проблемы можно сравнить с приобретением нового объектива с целью коррекции неправильного сведения лучей в камере.

Поиски новых типов видеоаккумуляторов привели также к появлению новых типов батарей на рынках сотовых телефонов и портативных компьютеров. Однако эти изделия по своим размерам и весу предназначались лишь для оборудования связи и вычислительной техники. Безусловно, потребности в них на несколько порядков выше, чем для всех вместе взятых камкордеров, от бытовых до вещательных. Производители элементов батарей создавали свою продукцию для крупнейших рынков. Здесь определяющими параметрами были лишь размеры и вес. Обычно такие батареи конструировались под определенное изделие, и в них не учитывались те требования, которые предъявляются к батареям для профессионального видеооборудования. Реклама новых технологий – никель-металлогидридной и литиево-ионной, которые стали применяться в мобильных средствах телекоммуникации и вычислительной техники, казалось бы, явилась доказательством того, что теперь найдены решения всех проблем.

Теперь, когда мы так много слышали о новых технологиях, создается впечатление, что все новые батареи – NiMH или Li-Ion типа. Но это далеко не так ¼

1. NiCd и NiMH элементы составляют на мировом рынке около 85%. Литиево-ионная технология – это всего лишь 15% элементов цилиндрического типа.

2. Около 70% NiMH и Li-Ion элементов – размера ААА, а также в прямоугольном корпусе размером с упаковку жевательной резинки (для сотовых телефонов).

3. Типовой блокнотный компьютер потребляет менее 1 А (имея в своем составе жесткий диск и ЖК-дисплей с обратной подсветкой) при обычном напряжении питания 12 В (то есть потребляемая мощность составляет около 10 Вт).

4. Типовой сотовый телефон потребляет менее 0,5 А при обычном напряжении питания 5 В (то есть потребляемая мощность составляет около 3 Вт).

Теперь рассмотрим некоторые критерии для выбора профессиональных видеобатарей:

(1)     Камкордеры DVCPRO и Betacam SP потребляют в режиме записи около 2 А при напряжении питания 12 В (или 24 Вт); профессиональный камкордер DV может потреблять 18 Вт. Многие версии камер нового формата (дисковые, Digital-S, Betacam SX и другие), а также оборудование ТВЧ имеют потребляемую мощность, почти в два раза превышающую мощность типового камкордера Betacam SP (45 Вт и более). (Следует заметить, что «экономичные» модели обычно много не экономят и, как правило, они не пользуются популярностью).

(2)     Современные накамерные светильники потребляют 25-50 Вт. Типовой фокусируемый источник или источник с уменьшением накала лампы в любом случае потребляет 50 Вт.

(3)     Оборудование новых форматов записи обеспечивает время записи на один носитель от 60 до 120 минут и более (по сравнению с 20-30 мин на стандартную кассету Betacam SP), то есть время записи увеличилось в 3-6 раз. Поэтому потребление энергии для записи одной ленты также возросло в 3-6- раз.

(4)     Почти 2/3 веса камкордера (с объективом) приходится на переднюю его часть (центр тяжести смещен вперед). Нарушение баланса делает невозможной разработку эргономичной конструкции камкордера. Необходимость компенсации положения такой несбалансированной конструкции считается основной причиной усталости и постоянного напряжения спинных мышц оператора. Хотя камеры становятся все меньше и легче, объектив все равно остается вынесенным вперед, что нарушает баланс камеры. Батарея весом около 2 кг фактически обеспечивает идеальный баланс современного камкордера, в то время, как более легкая батарея добавляет фактор усталости.

Ответ на вопрос «Почему все эти новые типы батарей не применяются для моего камкордера?» должен быть ясен: Камкордер, используемый профессиональным оператором, имеет другие требования к электропитанию и эргономике, чем обычный сотовый телефон.

В Руководстве даны основные рекомендации к подходу современного профессионального видеооператора при оценке работы батареи и зарядных устройств. Обращаем ваше внимание на то, что в Руководство включено несколько дополнительных технических разделов, предназначенных для тех инженерно-технических работников, которым нужны более глубокие сведения о данном предмете. Дополнительный раздел посвящен особенностям эксплуатации устанавливаемых на съемочной камере осветительных приборов, что очень важно для выбора нужного типа батарей и получения отснятого видеоматериала высокого качества.

 НАПРЯЖЕНИЕ

По иронии судьбы оказалось, что труднее всего выбрать батарею с требуемым значением напряжения питания, хотя в действительности это можно сделать довольно легко и быстро. Некоторое замешательство возникает из-за распространенной, но некорректной практики характеризовать батарею питания или даже весь камкордер только величиной напряжения электропитания. Но это совсем не тот случай, когда можно просто сказать: "батарея напряжением в 12 вольт" или "камера с питающим напряжением 12 вольт". Эти численные величины не означают усредненного напряжения и не дают представления о минимальном или максимальном значении напряжения. Такие величины называют "номинальными" и обычно они входят в привычные нам "наименования" устройств, хотя последние никак не связаны со специфической областью их использования.

В действительности каждая батарея питания, видеокамера или переносной видеомагнитофон имеет свой диапазон рабочих напряжений, в рамках которого они могут функционировать. Процесс согласования батареи нужного напряжения с оборудованием достаточно прост и требует выполнения лишь одного условия:

Весь рабочий диапазон напряжений батареи питания должен полностью перекрываться рабочим диапазоном напряжения питания оборудования, к которому подводится это электропитание.

Первым шагом является установка правильного диапазона напряжения самого оборудования. Если у вас есть инструкция по работе или техническое описание, откройте раздел технических характеристики найдите строку "Мощность на входе" ("Power" entry). Как правило, здесь вы обнаружите одну из нижеприведенных записей:

VOLTAGE =11-17 volts    или   VOLTAGE =12(-1,+5) volts

или

POWER =24 WATTS @ 12 VOLTS =12 VOLTS (-1V,+5V)

В каждом из этих случаев диапазон допустимых рабочих напряжений устройства составляет от 11 до 17 В. Поясним это на более конкретном примере. Если напряжение упадет ниже 11 В, то устройство будет функционировать с перебоями (в некоторых случаях при падении напряжения ниже этого предела камкордер или видеомагнитофон выключаются или процесс записи прекращается). Наоборот, при напряжении свыше 17 В оборудование может выйти из строя, хотя на практике скорее выйдет из строя только предохранитель или система блокировки разомкнет цепь питания.

Если у вас нет технического описания или вход Power обозначен одной числовой величиной, например:

VOLTAGE =12 volts DC или POWER = 24 watts

то вы должны определить диапазон напряжения другим способом. Один из них – это обычный телефонный звонок изготовителю оборудования. Попросите подозвать инженера и сообщите ему точное обозначение вашей модели. Наш опыт показал, что для того чтобы избежать недоразумения, диапазон напряжения достаточно точно и быстро определяется с помощью ответов, которые вы получите на следующие два вопроса:

1. "Какое самое низкое напряжение я могу приложить к устройству перед заметным изменением качества его работы или каких-то его характеристик?"

2. "Какое самое большое напряжение в абсолютном выражении я могу приложить к этому устройству без вредных последствий и повреждения или выхода из строя предохранителя?"

Следующим шагом после точного определения диапазона напряжения вашего оборудования является выяснение факта, которая из имеющихся батарей имеет диапазон напряжения, полностью совместимый с диапазоном напряжения вашего оборудования. Диапазоны напряжения NiCd батарей, наиболее часто используемых в видеопроизводстве, имеют следующие значения:

"12 volt Nominal" (10 элементов)                  Диапазон = 10...14 вольт

"13 или 13,2 volt Nominal" (11 элементов)                 Диапазон =11 ...15,5 вольт

"14 или 14,4 volt Nominal" (12 элементов)                 Диапазон = 12...17 вольт

Теперь открывается возможность правильного согласования батареи с вашим оборудованием. В качестве примера рассмотрим значения типовых входных напряжений, приведенные в техническом описании, которые упомянуты ранее как диапазоны напряжения от 11 до 17 В. В этом случае обе батареи– "13,2 В" (11...15,5 В) и "14,4 В" (12.,.17 В) – имеют диапазоны напряжений, полностью удовлетворяющие техническим требованиям для электропитания оборудования и поэтому являются полностью с ним совместимыми. В нашем примере, где используется более одной батареи питания, продолжительного времени работы и высокой надежности можно всегда достичь, применяя батарею с более высоким напряжением. Обратите особое внимание на то, что диапазон напряжений батареи "12 В" (10...14 В) может выходить за рекомендованный диапазон напряжения для данного оборудования и  оказывается несовместимым с ним. В этом случае использование батареи "12 В" приведет к появлению серьезных проблем, основные из которых рассмотрены в следующем разделе (см.также рис. 1 и 2).

Дополнительно к уже сказанному, важность правильного выбора напряжения помогают доказать следующие общие положения:

1. Ни в коем случае батарею с номинальным напряжением "12 volt nominal" нельзя использовать вместе с современным видеооборудованием. Это следствие того факта, что все профессиональное видеооборудование, выпущенное за последние 10 лет, имеет требования по значению минимального напряжения в пределах от 10,5 до 11,0 В. Поэтому полная разрядка до 10 В батареи "с номиналом 12 В" оказывается значительно ниже минимального напряжения, установленного для профессионального видеооборудования. (Следует избегать использования батарей для видеомагнитофонов, оснащенных кабельными соединениями типа ВР-90, и небольших батарей типа NP-1, см. Технический раздел).

2. Батарею с номинальным напряжением "13,2 volt nominal" можно рассматривать как универсальную батарею, совместимую практически с любым профессиональным видеооборудованием. Такой вывод основан на том, что для всего современного видеооборудования (выпущенного после1980 г.) величина максимального рабочего напряжения установлена 15,5 В или выше, и минимального рабочего напряжения 11 В или ниже (10,5 В). Поэтому рабочий диапазон 11. ..15,5 В батареи "13,2 volt nominal" полностью входит в рабочий диапазон любого профессионального видеооборудования.

3. Батарею "14,4 volt nominal" следует использовать только с оборудованием, предназначенным для питания от этой батареи, или которое допускает максимальное значение рабочего напряжения, равное 17 В или больше. Конечно, правильно, что по сравнению с батареей "13,2 В" батарея "14,4 volt nominal" обеспечит лучшую работу оборудования и продлит срок его службы, однако не все видеооборудование может выдержать напряжение относительно высокое для него и равное 17 В; такое напряжение дает батарея "14,4 В" в начальный период своей работы. Перед подключением батареи "14,4 В" получите полную уверенность в том, что ваше оборудование может работать при напряжении 17 В. Как правило, конструкция большинства профессиональных портативных видеоустройств, выпускаемых в настоящее время, обеспечивает оптимальный режим работы с батареями "14,4 В". Однако, если вы сомневаетесь, то лучше используйте батарею с номинальным напряжением 13,2 В.

В каждом таком сомнительном случае, пожалуйста, пользуйтесь горячим телефонным каналом сервисного центра фирмы Anton/Bauer (1-800-541-1667) .Зная номер вашей модели оборудования, инженер фирмы может информировать вас о величине рабочего напряжения и типе батареи питания, обеспечивающих оптимальное функционирование вашего оборудования.

НАПРЯЖЕНИЕ – ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

ДИАПАЗОН НАПРЯЖЕНИЙ БАТАРЕИ

В то время как "номинальное" напряжение является технической бессмыслицей, очень важно знать пределы "диапазона" напряжения аккумуляторной батареи. Когда мы подводим электропитание от "свежей", полностью заряженной батареи и включаем оборудование, то в первые секунды и даже минуты напряжение может соответствовать верхнему предельному значению диапазона напряжения. Как правило, через несколько минут напряжение быстро падает, а затем снижение происходит медленнее, цикл разрядки продолжается до тех пор, пока напряжение достигнет нижнего предела диапазона и здесь батарея исчерпает всю накопленную энергию. Угол наклона кривой разрядки и величина скорости падения напряжения зависят от нескольких факторов, включая среднюю мощность, потребляемую оборудованием, размеры батареи, ее возраст, окружающую температуру и химический состав элементов (см.рис. 2). Однако, несмотря на промежуточные значения, нижний предел напряжения остается неизменным и изготовителями элементов питания этот предел назван "нижним допустимым пределом разряда батареи" ("End Of Discharge Voltage", или EODV).

Величина EODV является одним из наиболее важных параметров, характеризующих батареи питания и является единственным фактическим показателем емкости, установленным изготовителем элементов питания. Эта величина характеризует тот уровень напряжения, при котором NiCd батарея должна быть взята для повторной зарядки и полного восстановления полезной емкости. Для использования батареи в очередной раз, изготовитель гарантирует набор полной емкости только после разрядки батареи до уровня EODV. И наоборот, вы не могли использовать весь запас энергии батареи до того момента, пока не достигли значения напряжения, равного EODV. Поэтому если величина EODV не превышает нижнего предела рабочего напряжения оборудования, то вы никогда не сможете реализовать полную емкость и обеспечить гарантированной изготовителем продолжительности непрерывной работы батареи.

На рис. 1 показаны некоторые проблемы, связанные с электропитанием современного переносного видеооборудования на основе аккумуляторных батарей с неверно выбранным питающим напряжением. В данном примере, номинальная величина EODV, равная 10,0 В для батареи 12 В, значительно ниже допустимого минимума (11 В) или напряжения "прерывания" работы профессионального камкордера. Из рис. 1 видно, что только батареи напряжением 13,2 В или 14,4 В, предназначенные для питания видеокамер, полностью отвечают рабочему диапазону профессионального видеооборудования.

Рис.1.

Кривая разрядки "А", показанная на рис. 2, является типичной для NiCd батареи 12 В в процессе службы. Обратите внимание на то, что эта батарея полностью отвечает техническим требованиям и набирает примерно100% объявленной емкости при величине EODV, равной 10 В. Однако камкордер не может работать при такой мощности и как только напряжение батареи упадет ниже 11 В, камкордер автоматически выключится. НО при этом в батарее еще остаются "последние" 25% емкости. То есть энергия еще есть, а камкордер использовать ее уже не может. Это называется "бесполезной емкостью", являющейся следствием несогласования напряжения батареи и оборудования.

Рис.2.

Явление, которое стало общеизвестным и неточно называется "памятью" NiCd батареи (смотри также раздел "Память" в Приложении), иллюстрируется кривой "В", из которой видно, что "память" в действительности является "явлением подавления напряжения". В так называемой точке "памяти" напряжение внезапно падает на 1,2 В, то есть снова до уровня ниже напряжения прерывания работы камкордера. Камкордер останавливается и оказывается, что "память" вызвала 50% потерю емкости. Но если посмотреть снова, то в действительности емкость не утрачена. Батарея может израсходовать почти 100% емкости в пределах EODV.

Кривая "С" показывает pa6oтocnocoбнocть NiCd батареи в холодную погоду. Здесь батарея обеспечивает работоспособность камкордера только в течение 25% обычного периода времени. Но для данной батареи и в этом случае все оказывается верным. Кривая "С" находится в пределах требований обычной работы NiCd, давая номинальную емкость при величине EODV, равной 10 В.

Во всех этих случаях оператор обычно относит частичную потерю емкости и сокращение продолжительности работы камеры к тому, что батарея "села", к какой-то "памяти" или все относит на счет холодной погоды. Рассматривая эти кривые, легко понять, почему 12-В батареи кажутся ненадежными. Если вы будете принимать во внимание окружающие условия, то никогда точно не узнаете продолжительность непрерывной работы батареи. В действительности потеря емкости батареи во всех трех описанных случаях обусловлена только тем, что оператор неправильно выбрал батарею.

Кривые "D", "Е" и "F" показывают процесс разрядки батареи 14,4 В в таких же условиях и на том же камкордере. И вдруг чудесным образом разом исчезают проблемы "старения" батареи, "памяти" и влияния холодной погоды. Почему это происходит? А потому, что величина нижнего предела разряда батареи (EODV), равная 12,0 В для батареи 14,4 В, выше значения блокировочного напряжения камкордера (11 В). Кривые, приведенные для батареи 13,2 В с EODV 11,0 В, во всех этих случаях также показывают использование 100% емкости.

Проблемы применения 12-В батареи, описанные выше, усугубляются еще больше при использовании батарей ВР-90 или других, на которых имеются короткие кабельные соединители и небольшой коаксиальный разъем. Потребление мощности современными камкордерами создает заметное "падение напряжения" благодаря высокому контактному сопротивлению этих небольших разъемов. Такое падение напряжения резко ухудшает характеристики в вышеприведенных примерах и приводит к более серьезным потерям емкости в каждом случае. По таким же причинам не следует использовать небольшие 12-В батареи типа NP. Эти батареи имеют небольшую емкость и более высокое внутреннее сопротивление, которое также заметно снижает кривую напряжения. Независимо от напряжения, это одновременно ведет к значительному сокращению продолжительности непрерывной работы оборудования и очень большим потерям емкости.

Из приведенного обсуждения должно быть совершенно ясно, почему в профессиональном видеопроизводстве следует настойчиво избегать применения батарей номиналом 12 В, особенно небольших.

ПРИМЕЧАНИЕ: В связи с особенностью литиевой/литиево-ионной химической технологии батареи, составленные из этих элементов, могут иметь напряжение, кратное  3,6 В (то есть 3,6, 7,2, 10,8, 14,4, 18 В и т.д.). Напряжение батареи 10,8 В недостаточно для работы 12-В камеры, а напряжение 18 В слишком высоко. Поэтому для электропитания профессиональных 12-В камер могут применяться только батареи на базе литиевой технологии, состоящие из четырех элементов, то есть имеющие номинальное напряжение 14,4 В. Очевидно также, что исключение одного элемента из батареи приведет к невозможности работы камеры.

ЕМКОСТЬ

Существует много профессиональных видеооператоров, которые нечаянно нанесли себе вред при съемках на открытом воздухе, так как взяли батарею не той емкости.

Критерии выбора емкости батареи для видеосъемки в значительной степени отличаются от тех, которые используются при выборе батареи для кинокамеры или аналогичного портативного устройства этого назначения. Кинооператор может весь день смотреть в глазок своей камеры, так и не включив батарею в работу. Он может сделать один кадр и ожидать следующего момента съемки часами, не расходуя какую-либо мощность. Кинокамера расходует мощность только в процессе съемки фильма, примерно так же, как мощное сверло опускается только при сверлении отверстия. Поэтому кинооператор может выбрать батарею на основании того, сколько коробок киноматериала он ожидает снять между моментами замены батарей.

Видеосъемка заметно отличается от практически всех остальных случаев применения батарей питания. Оператор работает своими глазами и чувствует себя комфортно только в случае, когда он может "видеть" сквозь камеру. В отличие от кинокамеры, вы не сможете "увидеть" объект съемки через видеокамеру, если она не включена и не работает на полную мощность. Во включенном состоянии видеокамера всегда потребляет мощность, даже после окончания съемки нужных кадров или когда оператор ожидает политического деятеля, который должен выйти из подъезда официального здания. Поэтому мощность, потребленная видеокамерой, абсолютно не зависит от числа снятых видеокассет. Оператор часто расходует всю батарею еще перед тем как снимет одноминутный сюжет. В то время как в кинопроизводстве критерием работы аккумуляторного источника питания является число метров кинопленки, которое может быть снято на одной батарее, для видеосъемки таким наиболее характерным показателем является время непрерывной работы камеры на одной батарее.

Наиболее важным вопросом при выборе батареи для видеокамеры является следующий: "Как долго оборудование может проработать до замены батарей?" Ответ прост, точен и выразителен: 2 ПОЛНЫХ ЧАСА.

Существует одно общее правило для выбора батареи, предназначенной для использования в профессиональном видеопроизводстве: батарея должна обеспечивать непрерывную работу соответствующего оборудования в течение полных двух часов. Это не случайно выбранный промежуток времени и не чей-то каприз. Это очень важный параметр, величина которого выбрана после серьезного и глубокого статистического анализа нескольких сотен случаев работы профессиональных видеооператоров. Кроме того, выбор этого числа базируется также на чистой логике. Имеется несколько значительных моментов, позволивших установить норму "2 часа", наиболее важными из которых являются перерывы, вызванные заменой батареи.

В результате исследования особенностей работы профессионалов в области видеопроизводства было убедительно доказано, что за утро недопустимо иметь более одного перерыва, вызванного заменой батареи. Следует планировать один перерыв на замену батареи, и это считается нормальным и предсказуемым. Однако два и более перерыва считаются уже неоправданными, отрицательно влияющими на эффективность производства и ведущими к потерям времени и отснятого материала. Основная система аккумуляторных источников питания поэтому обычно состоит из четырех батарей и одного четырехпозиционного зарядного устройства. Начните день с установки батареи №1. Если потребуется, то до обеда перейдите на батарею № 2. Во время перерыва на обед поставьте батарею № 3 (даже если № 2 полностью не израсходована). В середине дня (при необходимости) перейдите на питание от батареи № 4. В результате вы получите максимум один перерыв за утренний или послеобеденный период работы. Чтобы выполнить эту простую и эффективную задачу, батарея должна обладать способностью обеспечивать бесперебойным питанием работающее оборудование не менее двух часов подряд.

Наоборот, батарея, рассчитанная на непрерывную работу в течение одного часа, требует применения очень сложной системы, состоящей из 10 батарей, трех зарядных устройств и хаоса, вызванного примерно 8 перерывами в течение рабочего дня (см. Технический раздел). Был сделан однозначный вывод о том, что батареи, обеспечивающие непрерывное функционирование оборудования не более чем в течение 1,5 часов, являются неэффективными и неэкономичными, а батареи, обеспечивающие менее одного часа работы, могут явиться причиной серьезных и непоправимых последствий. Подобная ошибка возникает при классическом желании иметь "небольшую", "легкую" батарею. Как объяснено в Техническом разделе, правильно выбранные двухчасовые батареи обеспечивают и более правильное распределение массы камкордера, благодаря чему оператор меньше устает. Кроме того, эти батареи весят и стоят меньше, чем одинаковое по емкости количество батареек меньшего размера. Недостаток емкости может привести к срыву видеосъемки. Начните свою работу с правильно подобранной, эффективной и экономичной двухчасовой батареи.

Чтобы еще больше подчеркнуть необходимость обеспечить непрерывную работу в течение минимум двух часов, можно указать на опыт работы трех основных телевизионных сетей в США, которые в последние 10 лет используют батареи Anton/Bauer Silver Zinc с высокими характеристиками. Одна батарея Silver Zinc может обеспечить непрерывную работу камеры/камкордера в течение всего рабочего дня и все перерывы, вызванные сменой батарей, полностью исключаются. Пока начальная стоимость таких батарей значительно выше, чем NiCd батарей, однако, было установлено, что перерывы, вызванные заменой батарей, обходятся дороже. Во многих областях видеосъемки батареи Silver Zinc применять не рекомендуются, особенно в свете недавних достижений в области современной технологии NiCd. Но в указанном случае две ТВ сети из трех указали на то, что даже один перерыв за утренний или дневной период работы обходится слишком дорого, что еще больше подчеркивает необходимость обеспечения непрерывной работы в течение минимум двух часов, с одним перерывом в работе за утро или после обеда максимум.

Правильно выбрать двухчасовую батарею для любой области использования очень просто. Может расходоваться емкость, определяющая общую мощность полностью заряженной батареи. Емкость измеряется в "ватт-часах" (а не "ампер-часах", – см. Технический раздел). Чтобы определить емкость двухчасовой батареи, возьмите значение мощности камеры или камкордера и умножьте на 2.

Мощность камкордера (ватты) х 2 = Емкость батареи (ватт-часы)

В качестве примера предположим, что в техническом описании или на наклейке на вашем камкордере указано: "Потребляемая мощность 26 Вт". Правильно подобранная батарея для такого камкордера должна иметь минимум 2 х 26, или 52 Вт-ч емкости. После такого подсчета выберите те батареи, которые имеют емкость 52 Вт-ч или больше. Также следует рассмотреть еще несколько дополнительных моментов:

· Настоящая батарейная система должна иметь в своем составе аккумуляторные батареи различного размера и емкости для обеспечения возможности выбора. Это разнообразие позволяет профессионалу выбрать батарею, наиболее подходящую для условий съемки, точно так же, как он выбирает объективы, фильтры и источники освещения. Например, в системе Anton/Bauer InterActive имеются батареи от 30 до 100 Вт-ч, которые могут применяться в различных ситуациях. Небольшую батарею 30 Вт-ч можно использовать как резервную, а в качестве основной применять батарею 100 Вт-ч, обеспечивающую максимальное время непрерывной работы и высокие параметры. В этом примере батарея 100 Вт-ч позволяет работать в течение четырех часов (половину рабочего дня), а маленькая карманная батарея 30 Вт-ч служит в качестве резервной для работы в течение не менее 1 часа.

· Чтобы удалить тени на переднем плане, большинство профессиональных операторов устанавливают на своих камерах небольшие лампочки "рассеянного света". Многие новые модели ТВ камер и камкордеров сейчас выпускаются под конкретные накамерные осветительные приборы, предусматривающие питание источников света от общей батареи. Обычно такое освещение используют для съемки внутри помещений, так как при этом качество снятого видеоматериала эффективно улучшается (см. раздел "Освещение"). При использовании таких лампочек выберите батарею с немного большей емкостью. В выше приведенном примере батарея емкостью 60...70 Вт-ч должна работать нормально.

· Со временем емкость батареи немного снижается. Большинство изготовителей аккумуляторных батарей считает, что батарея отвечает предъявляемым требованиям, если она сохраняет 80% номинальной емкости, а "конец её жизни" наступает лишь при снижении емкости на 50%. Поэтому, не дайте себя ввести в заблуждение формулой "двукратная мощность", так как в середине срока службы емкость батареи может снизиться на 20%, а позже может произойти и более серьезное уменьшение емкости.

· Номинальная емкость батареи является "теоретически оптимальной" величиной. Это совсем не то, что емкость вашего газового баллона автомобиля в галлонах. Реальная емкость батареи целиком зависит от процесса повторной зарядки. В зависимости от типа зарядного устройства и окружающих условий так называемая "полностью заряженная" батарея может разрядиться, обеспечив лишь 1/3 "номинальной" мощности. Вы не можете представить реальную "емкость батареи " в отрыве от "зарядного устройства".

ЕМКОСТЬ – ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

В техническом аспекте тема емкости является более сложной, чем подразумевает простая величина ее номинального значения. Как и напряжение, емкость определяется "номинальной" величиной. На практике реальное количество энергии, передаваемое от батареи к камкордеру, варьируется в широких пределах, что определяется несколькими параметрами и окружающими условиями. В этом разделе дано более глубокое рассмотрение наиболее важных элементов, которые могут оказать влияние на полезную емкость батареи и непрерывное время работы вашего камкордера.

Ватт-часы или ампер-часы? Наиболее классическим случаем, вводящим в заблуждение, является единица измерения емкости батареи. Хотя изготовители батарей питания оценивают отдельные элементы, из которых состоит батарея, в "ампер-часах", более правильной единицей измерения энергии группы элементов, или батареи, является "ватт-час". Это совершенно очевидно, так как ватт - это единица мощности, а час – единица времени. Более старой, но неправильной и некорректной практикой является оценка батарей в "ампер-часах".

В качестве примера возьмем две батареи – с номинальным напряжением 12 В и 14,4 В. На обеих батареях имеется обозначение 5 ампер-часов; мощность устройства, которое питается от этих батарей, равна 24 Вт. Прочитав, что обе батареи имеют одинаковую энергетическую емкость, равную 5 А-ч, кто-нибудь может сделать заключение, что обе батареи обеспечивают непрерывную работу аппаратуры в течение одинакового промежутка времени. Однако, это не так. "Номинальная" емкость каждой батареи в ватт-часах рассчитывается следующим образом:

"12 В/5 А-ч" батарея – номинальная емкость = 12 (В) х 5 (А -ч) = 60 Вт-ч

"14,4 В/5 А-ч" батарея – номинальная емкость = 14,4 (В) х 5 (А-ч) = 72 Вт-ч.

Номинальное время работы устанавливается делением величины емкости на мощность оборудования:

60 Вт-ч: 24 ч = 21/2 ч (время работы) с батареей "12В"

72 Вт-ч: 24 ч = 3 ч (время работы) с батареей "14,4 В".

Поэтому "14,4-В" батарея обеспечит минимум на 20% больший срок работы по сравнению с батареей "12 В", имеющей одинаковое значение "Ампер-часов". Сейчас должно быть абсолютно ясно, почему неправильно выражать величину емкости в ампер-часах. Всегда сравнивайте и выбирайте батареи по величине емкости в "ватт-часах". Из выше приведенного примера также ясно, что вы можете установить среднее время работы любой батареи простым делением величины емкости батареи в Вт-ч на мощность оборудования в ваттах.

Техническая причина того, почему батарея с более высоким напряжением обеспечивает большую продолжительность работы, заключается в том, что в любых профессиональных видеокамерах, выпущенных с конца 1970-х гг., имеется микросхема, регулирующая расход энергии. Более старые устройства потребления мощности работали на "постоянном токе" и просто отсекали любое дополнительное напряжение, теряя энергию. Современные микросхемы "с режимом переключения" являются устройствами "постоянной мощности", которые обычно используют избыточное напряжение для снижения силы тока. Это позволяет поддерживать расход мощности постоянным и практически без потерь энергии. Здесь заложена ошибочность понятия "ампер-часов". Все современные камеры потребляют меньше тока (в амперах) от батарей с более высоким напряжением. Такое уменьшение расхода тока, кроме пропорционального увеличения продолжительности работы оборудования, имеет еще несколько достоинств. Далее будет показано, что уменьшение потребления тока повышает номинальное значение "эффективной емкости" батареи, что еще больше увеличивает продолжительность непрерывной работы, общий высокий уровень эксплуатационных характеристик и общий срок службы батареи.

"Испытуемая емкость" – При определении общей емкости батареи технический персонал, как правило, делает общую ошибку, разряжая ее на нагрузочном резисторе или при помощи лампы накаливания, определяя общее количество минут, необходимое для полной разрядки батареи как показателя емкости. К сожалению, этот метод приводит к получению результатов, страдающих значительной погрешностью. Ниже приведен пример, который хорошо демонстрирует неправомочность использования времени разрядки в качестве показателя емкости батареи.

Для испытаний были взяты две NiCd батареи, первая из них – состоящая из 10 элементов, номинальным напряжением 12 В, вторая – из 12 элементов, номинальным напряжением 14,4 В. Обе полностью заряженные батареи разряжались на нагрузочном резисторе или лампе накаливания сопротивлением 3 Ом. Перед тем, как достичь уровня EODV (нижний допустимый предел разряда), 12-В батарея выдержала целый час (60 мин), а 14,4-В батарея выдержала только 55 мин. Некоторые технические работники могут сделать ошибочное заключение о том, что 14,4-В батарея обладает емкостью, почти на 10% меньше, чем 12-В батарея. В действительности же этот тест доказывает, что 14,4-В батарея имеет емкость на 32% больше, чем 12-В батарея.

Используя основную формулу I=V/R (ток равен напряжению, деленному на сопротивление), можно сказать, что 12-В батарея разряжалась при токе 4 ампера на 3-омным резисторе, а 14,4 В батарея разряжалась с более высокой скоростью, равной 4,8 ампера, на таком же 3-омном резисторе. Используя величину "номинального напряжения" как "среднее напряжение", емкость 12 В батареи рассчитывается умножением 12 В на ток разрядки 4 А в течение 1 часа:

Емкость батареи "12В" = 12,0 х 4,0 х (60/60) = 48 Вт-ч

Аналогично:

Емкость батареи "14,4 В" = 14,4 х 4,8 х (55/60) = 63,4 Вт-ч.

В результате проведенных расчетов можно сделать следующий вывод. Хотя испытания на разрядку показали, что 14,4-В батарея имеет меньшую емкость, но в действительности она оказалась больше на 30%, и камкордер с ней будет работать на 30% дольше, чем с 12-В батареей. Примерно таким же образом испытание на продолжительность разрядки батареи вводит в заблуждение при использовании аккумуляторов для питания осветительных устройств, так как батарея с более высоким напряжением не только повышает время работы лампы, но также увеличивает эффективность лампы, выраженной в лм/Вт. Поэтому для данного уровня освещения 14,4 В батарея также обеспечивает более продолжительное время освещения, чем 12-В батарея.

Необходимо постоянно помнить, что величина разрядки должна выражаться только емкостью в ватт-часах; выражение в других единицах является абсолютно неправильным.

"Номинальная емкость"– Величина емкости батареи в значительной степени зависит от расхода мощности. Кроме упомянутой величины EODV, каждый изготовитель элементов питания всегда включает параметр тока с величиной номинальной емкости типа "5 ampere hours @ 5 ampere current drain' ("5 А-ч и 5 А потребляемый ток"). Эта величина называется скоростью "С" или "одночасовой" емкостью. Другими словами, батарея будет предлагать "5 ампер в один час". Из-за внутреннего сопротивления и других факторов эффективная емкость будет больше или меньше потребления тока. Наоборот, эффективная емкость будет больше при меньшем потреблении тока. В выше приведенном примере тот же самый элемент может быть обозначен следующим образом: "5,5 А-ч @ 1 А потребляемый ток", который является величиной "С/5" или "пятичасовым номиналом" емкости. Точно также "С/10" или "десятичасовой" номинал может быть прочитан следующим образом: "5,8 А-ч @ 0,5 А потребляемый ток". Чтобы указать емкость элементов питания, изготовители теперь будут использовать одну из этих трех стандартных величин.

"Игра в числа" – Анализируя все ранее сказанное, заметьте, что элемент батареи питания по данному методу оценки дает значительное увеличение емкости при переходе от "1 ч" к "5 ч" и затем к "10 ч". Некоторые изготовители батарей используют это "чудо" для того, чтобы рекламировать свои батареи как обладающие более высокой емкостью.

Номинальные параметры, указываемые сегодня изготовителями элементов (это особенно касается новых химических технологий – NiMH и литиево-ионной), уже становятся ближе к точным номинальным параметрам, которые используются для аккумуляторов, используемых в профессиональной видеотехнике. Эти новые химические технологии, разработанные специально для сотовых телефонов и портативных компьютеров, рассчитаны на сравнительно низкую мощность потребления. Поэтому производители элементов обычно указывают значения С/5 или С/10. Однако когда эти технологии используются для питания видеооборудования, где к ним предъявляются более высокие требования по потребляемой мощности, эти параметры элементов не годятся для точного и честного расчета параметров батареи. Поскольку элементы на основе новых химических технологий обычно имеют меньший размер и более высокое внутреннее сопротивление, при увеличении потребления тока реальная емкость батареи существенно снижается. Например, NiMH-элемент размера 4/3А, имеющий при C/5 номинальную емкость 4000 мА-ч, обеспечит только 3500 мА/ч при разряде со скоростью С. Явление ограничения емкости за счет внутреннего сопротивления особенно заметно в литиево-ионных элементах и батареях, которые имеют сопротивление, в 10 раз большее, чем у NiMH и NiCd элементов и батарей.

Теоретически и этически батарея должна оцениваться по методу, который наиболее близко аппроксимирует потребляемую мощность и время работы для выполнения задачи. Для видеосъемки более целесообразно применять метод оценки батарей "один час" или "С", который используется большинством изготовителей батарей питания. К сожалению, не каждый изготовитель видеооборудования использует соответствующую систему оценки. Например, на этикетке одной батареи для видеокамеры указана величина емкости "2 А-ч". Эта величина взята из технических параметров изготовителей «10-часовых» элементов. Однако величина «1 час» для этой батареи, которая подходит к данной области использования, составляет лишь "1,7 А-ч" или на 15% меньше. В добавление к этой "игре в числа", следует отметить, что имеется тесная взаимосвязь между расходом тока и приложенной емкостью, когда сравниваются батареи разного размера даже если они правильно рассчитаны. Термин "эффективная мощность" относится к этому изменению емкости при варьировании токовых нагрузок.

Эффективная емкость – В противоположность существующему мнению и простой логике, две 25 Вт-ч батареи имеют меньший запас времени непрерывной работы, чем одна батарея емкостью 50 Вт-ч. Это происходит из-за "эффективной емкости", которая снижает при увеличении расхода мощности. В действительности, 25-Вт камкордер подводит "световую" нагрузку к 50 Вт-ч батарее, что кажется в два раза больше, чем к маленькой батарее емкостью 25 Вт-ч. В результате батарея 25 Вт-ч реально предоставляет только 20 Вт-ч, а 50 Вт-ч батарея при такой же нагрузке обеспечит получение полной емкости 50 Вт-ч. Поэтому можно взять 10 батарей по 25 Вт-ч с 8 перерывами на замену и мы получим такое же время работы, как от 4-х батарей емкостью 50 Вт-ч, но лишь с двумя перерывами. Кроме того, 10 меньших батарей будут весить больше, чем 4 батареи большего размера. И не забудьте о "емкости зарядного устройства". 10 меньших батареи потребуют трех 4-позиционных зарядных устройств вместо одного. В большинстве случаев при покупке правильно выбранная система 2-hour per battery (2 ч на батарею) оказывается менее дорогой и более экономически выгодной для длительной непрерывной работы аппаратуры.

Баланс камера/камкордер – Основной ошибкой выбора батареи с недостаточной емкостью может почти всегда являться стремление к использованию "более легкой" батареи. В действительности профессионалы из сферы видеопроизводства согласны с тем, что более важно обеспечить высокую степень балансировки съемочной аппаратуры, чем иметь по всему корпусу даже небольшую весовую разбалансировку.

Камкордеры становятся более компактными, широкоугольные и широкоэкранные объективы – более тяжелыми; таким образом, аппаратура, установленная на плече оператора, заметно утяжеляется в передней своей части. Лишняя масса отрицательно сказывается на самочувствии оператора, так как правая рука и спина оператора постоянно подвергаются действию усталостной нагрузки. Почти во всех случаях применения съемочной камеры правильно подобранная 2-ч батарея, укрепляемая на задней части корпуса, будет способствовать правильной балансировке и стабилизации положения камеры на плече, резко снижая утомление спины и руки. Правильно сбалансированная камера кажется легче, чем несбалансированная, снабженная батареей меньшего размера.

Здесь ирония заключена в том, что многие операторы сами себе создают проблемы, связанные с емкостью (см. выше), полагая при этом, что они выигрывают в массе. В действительности этот выигрыш незначителен и порой даже отсутствует.

Емкость и напряжение – Вспомните урок, приведенный на рис. 2 (см. Технический раздел "Напряжение"). При применении батареи с неправильно выбранным напряжением ее емкость может снизиться до 80%. 100%-ную емкость можно получить только при условии, если EODV батареи выше напряжения блокировки камеры/камкордера.

Емкость и зарядка – Если вы обратитесь к техническому разделу "Зарядка", то поймете, что наиболее нужным с практической точки зрения является взаимосвязь зарядного устройства с батареей, которая в основном и определяет, будет ли работать ваш камкордер 2 часа или 2 минуты.

КОНСТРУКЦИЯ БАТАРЕЙ

По иронии судьбы, в наш космический и компьютерный век многие проблемы, связанные с использованием батарей электропитания, являются следствием таких обычных и земных вещей, как, например, несовершенной технологии сборки элементов батареи. Современный NiCd элемент очень хрупкий, его можно легко механически повредить или вовсе вывести из строя. Из-за отсутствия прочного и надежного защитного корпуса или нарушений технологии сборки элементов, батарея NiCd может иметь не слишком много шансов выжить в мире профессиональной видеожурналистики и внестудийного видеопроизводства. Кроме того, неправильная сборка может привести к большому риску возникновения пожара и даже взрыва (см. раздел "Техника безопасности").

Чтобы застраховать работу аппаратуры и предупредить появление повреждений и других нежелательных последствий, вызванных плохим качеством элементов и их сборкой, выбор батареи необходимо осуществлять в соответствии с нижеприведенными рекомендациями:

1. Корпус батареи должен быть изготовлен из ударопрочного полимерного материала методом литья под давлением. В тех местах, где отдельные элементы батареи соприкасаются с ее корпусом, приводя к появлению критических напряжений (например, в углах), необходимо предусмотреть изолирующие прокладки. Избегайте использования батареи с тонким пластмассовым корпусом, сквозь который вы можете нащупать отдельные цилиндрические элементы. Такой корпус не обладает достаточной степенью механической защиты и передает ударную нагрузку непосредственно на элементы, а это может вызвать разрушение батареи из-за разделения элементов.

2. Выбирайте батарею с жестким и цельным корпусом, гасящим и поглощающим ударные нагрузки примерно так же, как это делает защитная каска строительного рабочего. Не пользуйтесь батареями, состоящими из двух половин, скрепленных вместе винтами. В местах соединений возникают концентраторы напряжений, от которых, при сильном ударе, расходятся трещины. Винты также препятствуют рассеянию энергии у дара по всему объему батареи.

3. Электронные контакты должны иметь низкое сопротивление. Для этой цели лучше применять многоштырьковые позолоченные контакты. Чтобы получить чистый и надежный контакт, установке батареи в зарядное устройство или камкордер должен предшествовать процесс протирки контактов. Их следует углублять до упора для того, чтобы предупредить короткое замыкание от случайного контакта батареи с металлическими деталями. Избегайте использования батарей с небольшими разъёмами, которые обычно укрепляются на концах коротких кабелей. Такие разъемы, как правило, имеют высокое сопротивление, которое снижает величину выходного напряжения и может значительно сократить время непрерывной работы оборудования от батареи питания. Кроме того, разъемы кабельного типа в значительной степени подвержены механическим деформациям и поломкам.

Необходимость иметь прочный и надежный корпус аккумуляторной батареи недавно получила дальнейшее развитие. Некоторые типы выпущенных недавно батарей имеют повышенную энергоемкость за счет применения более тонких стенок корпуса и нового материала для изготовления электродов, являющегося более хрупким, чем применявшийся ранее. Это привело к повышению хрупкости и уязвимости батареи питания по сравнению с теми, которые за последние 10 лет использовались для работы портативной видеоаппаратуры. Без надежной защитной оболочки новая хрупкая конструкция батареи вызывает больше проблем, чем можно предположить.

(Конструкция IMPAC, применяемая для всех батарей профессионального назначения, выпускаемых фирмой Anton/Bauer, полностью отвечает требованиям указанных рекомендаций).

КОНСТРУКЦИЯ – ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

На приведенном ниже рисунке показана внутренняя конструкция современного NiCd элемента питания. (Ряд батарей, изготовленных по другим технологиям, имеют схожую конструкцию). Основные элементы включают одну положительно заряженную пластину (катод) и одну отрицательно заряженную пластину (анод), отделенные друг от друга очень тонкими разделительными перегородками (сепараторами). Пластины и сепараторы свернуты вместе как рулет и помещаются в тонкостенный металлический корпус. Анодная пластина приваривается к донышку корпуса. После того, как в корпус будет залито нужное количество жидкого электролита, пластина катода приваривается к верхней крышке, которая затем используется для запечатывания верха корпуса. Изоляционное кольцо между крышкой и корпусом также помогает создать "воздухонепроницаемое" соединение. В то время как элемент предназначен для работы в качестве "герметичной системы", клапан безопасности в крышке будет сбрасывать избыточное давление, которое может появиться в результате неправильной зарядки или разрядки батареи. Ключевым словом этого раздела является "тонкий": тонкие сепараторы, тонкие пластины, тонкостенный корпус.

Литиево-ионные элементы имеют различные конструктивные варианты. Эти элементы, поскольку они имеют в своем составе потенциально летучие вещества, проявляющие свои свойства при неправильном обращении, снабжены предохранительным клапаном, который конструктивно выполнен так, что электрически размыкает элемент в случае возникновения повышенного давления. Это повышенное давление может быть вызвано неисправным зарядным устройством, физическим воздействием или несбалансированностью элементов батареи. Поскольку это последний защитный элемент в механизме, обеспечивающем безопасную эксплуатацию, предохранительный клапан в литиево-ионном элементе вторично не герметизируется. Если батарея и зарядное устройство работают в нормальном режиме, предохранительные клапаны элементов батареи никогда не должны срабатывать. Если клапан все же открылся, он одновременно отключает элемент, и вся батарея прекращает функционировать. Поскольку электролит в литиево-ионном элементе является органическим соединением, он легко воспламеняется. Конструкция элемента (и предохранительного клапана) при правильной эксплуатации не допускает выхода электролита наружу.

Внутренние короткие замыкания – Корпус NiCd батареи очень слабо защищает внутренние компоненты. Во-первых, он настолько тонкий, что вы можете легко смять корпус между большим и указательным пальцами как это вы делаете, например, с пустой банкой из-под пива. Во-вторых, сборочная заготовка из внутренних пластин и сепаратора обычно запрессовывается в корпус таким образом, что даже самое небольшое усилие, приложенное к корпусу, вызовет соответствующую деформацию пластин и сепаратора, а также появление на них механических напряжений. Сепаратор является единственной деталью, разделяющий анодную и катодную пластины. Сепаратор настолько тонкий, что сквозь него можно смотреть, как, например, через кальку или пленку. Эти два фактора вызывают появление одной из самых основных, как бы противоречивых по смыслу, проблем современных батарей: короткого внутреннего замыкания, но при высоком сопротивлении.

Ускоренный саморазряд и несбалансированные батареи – Когда батарею бросают на полку или она случайно ударяется обо что-то, корпус отдельного элемента может слегка вдавиться, что вызовет появление постоянного очага концентрации внутренних напряжений. В этом месте обе пластины (с противоположными зарядами) сминаются вместе, и на сепараторе появляются трещины, способствуя проходу небольших порций тока от катода к аноду. Это явление иногда называют "ускоренным саморазрядом". В зависимости от степени серьезности "короткого замыкания", элемент батареи постепенно разряжается. Полная разрядка может занять несколько дней, а иногда – всего лишь несколько часов. Явление саморазряда вызывает несколько серьезных, иногда озадачивающих проблем.

В случае литиево-ионных элементов один поврежденный элемент батареи делает ее неработоспособной. Поскольку каждый элемент имеет номинальное напряжение 3,6 В, батарея 14,4 В содержит 4 элемента. Устранение одного поврежденного элемента снижает напряжение батареи до 10,8 В, что ниже рабочего напряжения камкордера. Таким образом, батарея становится полностью неработоспособной.

NiMH и NiCd батареи содержат 12 элементов по 1,2 В (чтобы получить рабочее напряжение батареи 14,4 В), и батарея еще будет пригодна для электропитания камкордера даже при повреждении одного или двух элементов. Если элементы полностью не функционируют, оставшиеся элементы позволяют зарядить их полностью. Однако вследствие ухудшения параметров батареи и того, что обычные зарядные устройства не учитывают изменившихся условий зарядки, такую батарею считают полностью непригодной к работе, поскольку в ней проявляется эффект «памяти».

Лучше всего здесь использовать батарею с высокой степенью защиты, например, с корпусом Anton/Bauer IMPAC, для изготовления которого применяются такие же материалы и способы их обработки, как при выпуске касок для строителей. Конструкция корпуса из инжектированного прессованного поликарбоната марки LEXAN создавалась при помощи компьютерной технологии с тем, чтобы в местах возникновения значительных механических напряжений (например, в местах контакта элементов батареи с корпусом) максимально поглощать и рассеивать возможные ударные нагрузки. Двойная сварная конструкция внахлестку образует неразъемный защитный экран, способствующий рассасыванию концентраторов напряжений и предупреждению повреждений корпуса. При использовании подобной передовой технологии изготовления батарея может выдержать падение с высоты 1,5 м на твердую поверхность, защищая элементы батареи от любых, даже самых незначительных, повреждений. Поэтому одну из самых основных аномалий работы батареи можно исправить, применяя оптимальную конструкцию корпуса и пользуясь высокопрочным материалом для его изготовления.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Основными параметрами батареи питания, которые достаточно легко определить, являются напряжение, емкость и конструкция корпуса. Однако имеется еще несколько особенностей и параметров конструкции батареи, которые могут оказать значительное влияние на эффективность и надежность работы тележурналиста. При выборе батареи необходимо рассмотреть несколько дополнительных особенностей конструкции, приведенных ниже.

Тип элементов и их качество – Сейчас выпускается довольно много различных типов элементов с отличным друг от друга химическим составом, которые производятся рядом фирм-изготовителей из разных стран мира. И только несколько из них выпускают элементы с эксплуатационными параметрами, полностью отвечающими требованиям для профессиональной работы с портативной видеоаппаратурой. В эту небольшую группу надежных источников питания входят несколько типов элементов различного состава и конструкции, имеющих свои достоинства и недостатки. В каждом случае необходимо рассматривать такие важные параметры, как время непрерывной работы, полный срок службы батареи, экономичность, совместимость с зарядным устройством. Далее в этой главе, в ее техническом разделе, рассмотрены некоторые из главных аспектов выбора элементов питания.

Внутренняя конструкция батареи – Наряду с монолитностью корпуса батареи, являющейся, пожалуй, самой основной характеристикой конструкции, весьма важным аспектом является качество внутренней сборки. Все элементы должны быть соединены между собой приваренными к ним полосками токопроводящего материала. В качестве изоляционного материала используется трубчатый материал (в виде "рукава"), изготовленный не из тонкой поливинилхлоридной пленки, а из прочного волокнистого материала. Здесь не должно быть проводников, которые могут вызвать короткое замыкание элементов с корпусом. Если в конструкцию батареи включены печатные платы и литые трубки для укладки проводников, то перегибы проволочек должны быть полностью исключены, так как они, наряду с усталостными явлениями некачественно выполненных разъемов и затянутыми проводами, могут вызвать короткое замыкание или полное разрушение батареи. Беспристрастный анализ технологии сборки батареи и состава отдельных элементов и компонентов может объективно свидетельствовать о том, какие батареи будут служить долго и каких поломок и неисправностей от них можно ожидать.

Контроль качества – Исследования показали, что тщательный анализ нескольких начальных рабочих циклов батареи помогает выявить несколько потенциальных проблем, которые не должны проявиться при работе видеооборудования в полевых условиях. Мы полагаем, что компьютеризированные испытания на полную разрядку каждой батареи профессионального назначения, выпускаемой фирмой Anton/Bauer, являются оптимальным видом контроля качества. На соответствующей компьютерной распечатке, прикладываемой к каждой батарее, приведены следующие характеристики: емкость, кривая пологого участка напряжения батареи и полная кривая спада уровня напряжения. Кривая падения напряжения является наиболее эффективным показателем согласования всех элементов батареи в процессе её эксплуатации.

МОДЕЛЬ № 13 VSO   СЕРИЙНЫЙ № 35989   ДАТА ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ 1   НАГРУЗКА 4 Ом   ЕМКОСТЬ 103%   ПОЛОГИЙ УЧАСТОК ХАРАКТЕРИСТИКИ НАПРЯЖЕНИЯ 13,4 В   ИСПЫТАТЕЛЬ NGOC

"Универсальная" ("Universal") батарея в сравнении с интерактивной (InterActive) – Все батареи можно условно разделить на две основные категории: (1) батареи так называемого "универсального" и (2) батареи интерактивного типа, которые являются составной частью интегрированной системы InterActive, состоящей из батареи и зарядного устройства. Батарея универсального типа обычно имеет только два электрических контакта (выходная мощность: контакты "плюс" и "минус") и должна заряжаться при помощи зарядного устройства медленного типа или универсального зарядного устройства быстрого типа, имеющего фиксированную скорость зарядки. Батарея InterActive является частью системы батарея/зарядное устройство, функционирование которой базируется на получении точных данных о текущем состоянии батареи, для того чтобы обеспечить точную зарядку и дать батарее только необходимый, но полный заряд. Батарея поэтому должна быть снабжена сетью чувствительных элементов и микросхем для слежения и управления некоторыми параметрами, а также получения данных, необходимых для правильной работы интерактивного зарядного устройства. Батарея, кроме двух мощных выходных контактов также должна иметь коммуникационные контакты. Как объясняется в разделе "Зарядка", только интерактивную систему батарея/зарядное устройство следует рассматривать как наиболее подходящую для зарядки батарей, используемых в профессиональной кино- и видеосъемке.

Цифровая батарея – Самой современной батареей InterActive является тип Digital (Цифровая). Кроме интерактивных сенсорных устройств и микросхем, в батарею InterActive Digital входит целый микропроцессор. Микросхемы батареи Digital обеспечивают самую высокую точность зарядки, одновременно создавая новый тип системы автоматического управления батареей и ее обслуживания (см. раздел "Зарядка"). Кроме того, батарея Digital обладает одной уникальной особенностью, которая особенно нравится телеоператорам. Дело в том, что в микропроцессор батареи включена так называемая программа "компьютерного контроля мощности", которая управляет силой тока как внутри батареи, так и вне ее, и в любой момент может произвести точный расчет состояния зарядки и оставшейся емкости. Данные об остатке заряда или "полезной емкости" выводятся на экран ЖК-дисплея и оператор легко определяет отрезок времени работы камеры при использовании данной батареи. Кроме ЖК-дисплея, встроенного в батарею, изготовители профессионального видеооборудования/камкордеров стали включать "индикатор остатка времени работы батареи" или "счетчик оставшейся емкости". Такая информация выводится на экран видоискателя, а сам индикаторный прибор подсоединяется к специальному интерактивному контакту батареи Anton/Bauer Digital и монтажному блоку батареи. На экране видоискателя может отображаться информация в виде либо "графика-диаграммы", либо в виде числового значения "остатка мощности или ёмкости батареи в процентах". Оператор, который на протяжении многих лет был введён в заблуждение ненадежной и бессмысленной индикаторной лампочкой "предупреждения о низком напряжении", теперь с удовлетворением использует новый "счетчик", который в количественном выражении точно отражает остаток времени работы аппаратуры, рассчитанный самой батареей.

Установка батареи – При выборе батареи и системы крепления необходимо проанализировать несколько моментов:

1. Для батареи, которая устанавливается в коробку или специальный отсек, предпочтительнее применять быстро отстегивающееся крепление. Наличие на видеооборудовании коробки определенного размера суживает ассортимент используемых батарей питания, а быстро отстегивающееся крепление универсального типа позволяет использовать любые модели батарей любых типоразмеров и уменьшить внешние габариты оборудования. Кроме того, конструкция существующих коробок и аккумуляторных блоков не учитывает возможности появления новых элементов питания, создаваемых в настоящее время, которые отличаются от NiCd батарей как по размеру, так и форм-фактору.

2. Не используйте батареи с разъемом, монтируемым на кабеле. Высокое сопротивление небольшого разъема может вызвать падение напряжения, а провод, вместе с сопрягаемой деталью между батареей и разъемом, наиболее часто является причиной повреждения батареи. Кроме того, эти разъемы не имеют защелок и фиксаторов, в связи с чем часто оказываются рассоединенными в самые неожиданные рабочие моменты или при зарядке.

3. Убедитесь в том, что контакты выдерживают величину тока не менее 10 А и обладают самоочищающейся способностью, то есть осуществлению протирки контактов в те моменты, когда вилка разъема плотно входит в утопленную розетку. Старайтесь не использовать "касающиеся" контакты, так как они не обладают способностью к самопротирке. Из-за невысокой их надежности при прохождении тока избегайте заклепанных контактов.

4. Крепление батареи на камере должно включать силовой разъем, разработанный специально для подачи питания на укрепленный на камере осветительный прибор. Укрепленные на камере осветительные приборы, получающие электропитание от камерной аккумуляторной батареи, очень удобны для проведения высококачественной видеосъемки переднего плана. Самое последнее поколение таких осветительных приборов достигло очень высокого уровня эффективности и потребляют такую небольшую мощность, что позволяет осуществлять их питание от одной батареи. Однако разводка питания должна сопровождаться независимыми друг от друга плавкими предохранителями; например, камера должна всегда оставаться под питающим напряжением, если вдруг возникли какие-то проблемы с освещением (см. раздел "Свет").

В общем, характеристики, указываемые для каждой батареи, должны учитывать особенности ее применения. Эти особенности включают мощность нагрузки, конструкцию зарядного устройства, конструкцию корпуса, а также такие достаточно важные для многих аккумуляторных батарей характеристики, как емкость, прочность и срок службы.

Примечание: Система крепления Anton/Bauer Gold Mount, которая в настоящее время в качестве стандартного элемента прикладывается к каждому аппарату (камкордеру, съемочной видеокамере и др.), разработана таким образом, что отвечает всем выше описанным критериям.

КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

Никель-кадмиевые (NiCd) элементы

Постоянное совершенствование высокоэнергетических формул NiCd элементов, улучшение методов производства поддерживает эту технологию на уровне современных портативных устройств электропитания, особенно для применений, где требуется отдача большой энергии, к которым относятся инструменты и профессиональное видеооборудование. Эти улучшения привели за последние годы к большим изменениям – в течение пяти лет емкость элементов возросла более чем на 50%. Новые требования к конструкции, определяемые рынками мощных инструментов и альтернативных транспортных средств, привели к возобновлению интереса производителей аккумуляторов к конструкции и методам производства NiCd элементов. Новые разработки обеспечивают улучшенные параметры этих элементов по сравнению с элементами другого химического состава, такими как NiMH, литиево-ионные и свинцово-кислотные элементы – высокую отдачу по току, низкое сопротивление и большой срок службы.

С началом действия во всем мире программ по переработке отходов борьба за охрану окружающей среды, начатая в 1980-е годы, в отношении утилизации никель-кадмиевых элементов, была поддержана промышленностью по выпуску аккумуляторов. Сегодня для NiCd элементов действуют программы утилизации, подобные программам по переработке стекла и картона.

Время зарядки NiCd батарей, составляющее около 1 часа, почти в три раза меньше, чем у NiMH и литиево-ионных элементов, что делает NiCd элементы незаменимыми там, где профессионалам требуется большая оперативность. Во многих применениях, где потребляемая мощность  превышает 40 Вт (например, для камкордеров и накамерных источников света), технология NiCd элементов остается единственной, в которой оптимально сочетаются такие факторы, как надежность, время непрерывной работы и срок службы.

Срок службы NiCd батарей является беспрецедентным по сравнению с любой другой технологией элементов. В типовых условиях эксплуатации, в особенности при профессиональном использовании, NiCd технология обеспечивает в три раза больший срок службы, считаемый в циклах зарядка-разрядка, чем батареи по другим технологиям. В то время как NiMH и литиево-ионные батареи могут обеспечить эквивалентное время непрерывной работы при меньшем весе, это преимущество становится менее привлекательным вследствие более высоких эксплуатационных расходов, необходимости приобретения новых зарядных устройств и значительно меньшего срока службы.

В семействе NiCd существует широчайшее разнообразие размеров элементов и вариантов химического состава. Поскольку различия в NiCd батареях могут серьезно отразиться на их рабочих характеристиках, ниже обсуждаются три типа элементов, встречающихся в профессиональных видеобатареях.

1. "Sintered/Sintered" ("Спеченный"), Это классический тип высококачественного NiCd элемента, который выпускается более 10 лет большинством изготовителей батарей электропитания, предназначенных для профессиональной видеоаппаратуры. Приведенное выше обозначение означает, что положительная и отрицательная пластины батареи (катод и анод) импрегнированы активным материалом с использованием процесса спекания (sintering). Такой тип батареи заслужил хорошую репутацию благодаря высокой износостойкости, продолжительному сроку службы и сохранению высоких характеристик в жёстких условиях эксплуатации. Недавно внедренные новые достижения технологии sintered/sintered привели к повышению емкости при сохранении других важных параметров этого типа элемента, включая прочную конструкцию и низкое внутреннее сопротивление. Элементы этого типа используется для тех батарей, которые отличаются надежностью при воздействии механических нагрузок, обеспечивают высокие значения мощности и длительный срок службы в тяжелых условиях эксплуатации.

2. "Pressed" или "Pasted" ("Впрессованный" или "Вставленный"). В то время как этот тип элемента также использует катодную пластину, полученную методом спекания, активный материал впрессовывается в отрицательно заряженную пластину. (Японские изготовители используют термин "вставленный анод" - "pasted negative", а в США этот вид элемента определяют как "впрессованный анод" – "pressed negative"). В прошлом этот тип элементов относили к разряду элементов более низкого качества по сравнению с элементами, полученными методом спекания (sintered/sintered). Хотя из-за своего размера они обычно показывают несколько большую первоначальную емкость, элемент с впрессованным анодом, тем не менее, наверное, никогда не станет популярным в профессиональном видеопроизводстве. Такие элементы имеют несколько серьезных недостатков, включая неспособность к безопасной и эффективной быстрой зарядке, более короткий рабочий цикл (особенно после быстрой зарядки), более высокие внутреннее сопротивление и чувствительность к внутренним повреждениям, ведущим к коротким замыканиям.

3. "High Porosity" ("Высокая пористость"). Эта относительно новая технология основана на использовании материала с очень высокой пористостью, который иногда называют "металлической губкой". Высокая пористость обеспечивает значительно большую площадь материала по отношению к электролиту и, поэтому, батарея как будто имеет площадь пластин больше, чем у батареи с более высокой емкостью. Теоретически такая технология должна в некоторых случаях применения значительно повысить "плотность мощности". В настоящем виде элемент такой конструкции имеет те же характеристики, что и элементы с впрессованным анодом и к нему относятся все предостережения, рассмотренные ранее.

Никель-металлогидридные элементы

Успехи в улучшении NiMH технологии позволили достичь максимального значения ватт-часов на единицу объема. Вес никель-металлогидридного элемента примерно тот же, что у NiCd, и для создания батареи с определенным напряжением требуется то же количество элементов. NiMH элементы имеют то же напряжение, что и NiCd и способны сохранять больше энергии благодаря высокой пористости металлогидридного электрода.

Для практического применения нельзя использовать обычные зарядные устройства, рассчитанные на NiCd аккумуляторы, поскольку они не обеспечивают точное управление зарядкой, которое требуется для NiMH технологии (см. ниже раздел ЗАРЯДКА БАТАРЕЙ). Зарядка со скоростью «С» с прерыванием процесса на основе TCO, -DV и/или других методов является неприемлемой. NiMH элементы не являются прямой заменой NiCd для всех применений. NiMH элементы имеют меньший допуск для высокоскоростной зарядки (повышенное выделение тепла уменьшает восприимчивость к зарядке) и перезарядки (избыточный заряд приводит к ухудшению параметров и сокращению срока службы). Фактически методы прерывания процесса зарядки, применяемые для NiCd изделий в обычных зарядных устройствах, не защитят NiMH элементы от повреждения (например, требование к -DV для них в два раза более жесткое, чем для NiCd). Единственно точная методология прерывания процесса зарядки для NiMH – это dT/dt (изменение температуры за заданный период времени). Эта методология начала применяться в компьютерной промышленности с начала 90-х годов (так появились аккумуляторы, разработанные Anton/Bauer для компьютеров Apple, базирующиеся на цифровой батарее Digital для видеооборудования по технологии InterActive™) с использованием сложной обработки информации о температуре, поступающей от батареи. Каждое интерактивное зарядное устройство Anton/Bauer InterActive способно производить вычисления dT/dt, необходимые для эффектиного и надежного обслуживания NiMH батарей/

Рабочие характеристики NiMH элементов за последние годы были значительно улучшены. Первые NiMH элементы имели невысокие низкотемпературные параметры, а также небольшой срок службы при эксплуатации в условиях  высоких температур. Однако последние улучшения химической NiMH технологии, а также разработка батарей Anton/Bauer HyTRON с высоким напряжением практически устранили эти проблемы. Батареи HyTRON 50 были единственным источником электропитания для экспедиции 1998 г., начавшейся из Долины смерти и завешившейся на вершине горы Уитни, где рабочие температуры изменялись от 38 °С до –10 °С. Элементы, используемые в батарее HyTRON 100, были специально разработаны для применений с большим током потребления, например, велосипедов с электрическим приводом и электроинструментов.

В отличие от новых элементов других химических составов для профессионального видеооборудования батареи HyTRON не требуют приобретения нового зарядного устройства, чтобы реализовать высокие параметры батареи.  Любое зарядное устройство Anton/Bauer InterActive  с функцией полного обмена данными может быть модернизировано путем установки нового программного чипа взамен старого для безопасной и надежной зарядки батарей HyTRON.

Никель-металлогидридные элементы

Из всех химических технологий аккумуляторов теоретически литиево-ионная позволяет создавать более компактные и легкие батареи для питания малогабаритных устройств с малой потребляемой мощностью. В течение более 40 лет производители элементов пытались найти подход к использованию энергетического потенциала экзотических металлов, таких как литий, путем разработки надежной и безопасной технологии аккумуляторов. Все ранние попытки приводили к неудачам, катастрофическим и серьезным повреждениям батарей и оборудования. Литиево-ионная химическая технология, в которой литий не используется в чистом виде как металл, оказалась более успешной в последние годы, когда были разработаны малогабаритные двухэлементные батареи для оборудования с низкой потребляемой мощностью. К сожалению, некоторые из  изделий с использованием литиево-ионной технологии сохранили старые проблемы, связанные с безопасной работой и непродуманной конструкцией.

Главное преимущество литиевых элементов – это напряжение. Вместо обычного напряжения 1,2 В литиевый элемент имеет напряжение 3,6 В. Преимущество более высокого напряжения (емкость литиево-ионного элемента такая же, как у никелевого элемента такого же размера) позволяет составить батарею напряжением 14,4 В всего из четырех элементов вместо 12, как в случае никелевой технологии. Однако поскольку литиево-ионные элементы производятся только малого размера, в соответствии с их первоначальным предназначением для электропитания сотовых телефонов и компьютеров, то для получения равной емкости батареи примерно такого же объема, как и никелевая, элементы должны соединяться параллельно. Поэтому для получения емкостей, эквивалентных батареям других технологий, приходится использовать до 12 элементов (что в основном определяется размером элемента). Результирующий объем батареи и ее емкость эквивалентны батареям, изготовленным по другим технологиям, но их вес примерно на 20% меньше.

Единственный серьезный недостаток этой химической технологии абсолютная необходимость в установке встроенной электронной схемы защиты для исключения перезарядки (что приводит к катастрофическим последствиям) или разрядки ниже допустимого предела (после чего батарея уже непригодна к эксплуатации). Электронная схема должна контролировать каждый элемент батареи для предотвращения превышения пределов зарядки и разрядки всех элементов. Это довольно простой процесс при наличии одного элемента, но он становится сложным и приводит к необходимости учета допусков при наличии большого числа элементов и электронных схем защиты. Данная проблема особенно актуальна для элементов, соединенных параллельно с целью получения более высокой емкости.

Литиево-ионная технология применяется главным образом для двухэлементных батарей (размером ААА или прямоугольных), предназначенных для сотовых телефонов и компьютеров, где основное требование – наилучшие массогабаритные показатели. Следует отметить, что устройства, получающие электропитание от этих батарей (компьютеры и телефоны) содержат дополнительные программы контроля батарей, которые могут обеспечить улучшение параметров и надежности.

Литиево-ионные элементы могут сохранять полученный заряд несколько дольше, чем аккумуляторы других технологий. Однако литиево-ионные батареи, которые достаточно большое время не эксплуатировались, безвозвратно теряют свою емкость (см. обсуждение проблемы саморазряда и рекомендации по хранению аккумуляторных батарей).

Другой недостаток литиево-ионной технологии при использовании ее для профессиональных целей – невозможность обеспечить большой разрядный ток. Внутреннее сопротивление литиево-ионных элементов, применяемых в профессиональных видеобатареях, почти в 10 раз выше того, которое имеют NiCd b NiMH батареи. Сама батарея или камера, для электропитания которой она применяется, должна иметь электронную схему, ограничивающую ток нагрузки батареи. Схема защиты по току приведет к отключению или снижению напряжения камеры, что сделаем свет, вызвавший этот процесс фактически бесполезным. Хотя камкордер с источником света очень популярен и экономичен как профессиональное видеоустройство, имеются ограничения для практических условий эксплуатации современных литиево-ионных элементов.

Химические процессы в литиево-ионных элементов существенно отличаются от других аккумуляторов вследствие другой природы электролита. Много технических дискуссий в батарейной промышленности, посвященных литиево-ионной технологии, были связаны с достаточно обоснованными опасениями в отношении их надежности и безопасности. Свойства электролита (жидкого вещества, в котором электроны переходят с положительных пластин на отрицательные) и непостоянство параметров металлического лития (которое может наблюдаться в некоторых ситуациях) – характеристики, которые производители элементов пытаются улучшить. В существующих литиево-ионных элементах используется органический электролит, который легко воспламеняется. Это означает, что сам элемент является пожароопасным, в отличие от других химических составов с гидроксидом калия (на основе водного раствора). Хотя батарейная промышленность активно решает эту проблему, уже было несколько случаев отказа заказчиков от литиево-ионных батарей и от продукции, в которой они используются, в связи с серьезными опасениями в отношении безопасности.

Продолжающиеся работы по улучшению конструкции и процесса производства литиево-ионных элементов безусловно приведут к созданию более совершенной химической технологии. Anton/Bauer продолжает сотрудничать с производителями элементов с целью выбора наиболее подходящего элемента для своей системы Dionic®. Производители литиево-ионных элементов разрабатывают различные электролиты, особенно интенсивно ведутся поиски неорганических (негорючих) электролитов и ингибиторов, препятствующих горению. Такие изменения, когда они будут внедрены, позволят увеличить объемную и весовую плотность энергии и создать соответствующую конструкцию для профессионального видеооборудования. Электронные схемы управления, которые требуются для литиево-ионных элементов, уже являются составной частью батарей Anton/Bauer InterActive DIGITAL. Однако, по нашему мнению, вследствие отсутствия значительных эксплуатационных преимуществ, наличия проблем с надежностью, совместимостью и безопасностью существующая химическая технология литиево-ионных элементов пока не удовлетворяет требованиям профессионального видеооборудования.

Свинцово-кислотные или гелевые элементы

Широкого распространения в профессиональном видеопроизводстве эта технология производства батарей не получила. Даже в бытовых видеоустройствах использование батарей питания с гелевыми элементами прекращено, с их заменой на более надежные и дешевые NiCd батареи. Единственным достоинством батарей с гелевыми элементами является относительно низкая стоимость. Однако, из-за значительно более короткого жизненного цикла элементов, расходы на приобретение этих батарей оказываются более высокими, чем NiCd батарей. Обладая высоким внутренним сопротивлением, в профессиональной видеосъемке гелевые элементы демонстрируют и значительно меньшую "эффективную емкость". По сравнению с NiCd батареей, свинцово-кислотные/гелевые батареи больше по размерам, тяжелее, дороже, имеют примерно на четверть более короткий жизненный цикл и выходят из строя, если их оставить в разряженном состоянии на длительное время.

Серебряно-цинковые элементы

Элементы этого типа имели лишь небольшое распространение в начальном периоде развития тележурналистики. В то время серебряно-цинковые элементы имели плотность мощности примерно в 3 раза выше чем NiCd элемент, и некоторые ТВ станции закупили эти батареи для внестудийной работы. Операторы любят снимать пользуясь "целый день одной батареей", что исключает перерывы, вызванные сменой батареи и сохраняет запасные батареи. Однако популярность серебряно-цинковых батарей питания очень быстро снизилась и сейчас перспективы их дальнейшего использования остаются весьма небольшими по нижеследующим причинам. Начальные капиталовложения почти в 3 раза превосходят затраты на закупку NiCd батарей, а жизненный цикл серебряно-цинковых батарей – на 75% короче. Кроме того, если NiCd батареи демонстрируют свою довольно высокую защищенность от случайного вмешательства, серебряно-цинковые батареи имеют целый список специальных требований и ограничений при работе, а также, в отличие от NiCd, требуют периодической разборки и текущего обслуживания.

Внедрение технологии InterActive и улучшение состава элементов на базе иcпoльзoвaния NiCd сократили разрыв с серебряно-цинковыми батареями по плотности мощности. Приняв это во внимание и рассмотрев все экономические и эксплуатационные преимущества и недостатки, становится ясно, почему батареи на основе серебра/цинка больше не рассматриваются в качестве альтернативных элементов питания для новых областей использования для электропитания видеоаппаратуры.

ЗАРЯДКА

Как только профессионалом выбрана батарея с нужным напряжением и емкостью, успех или неудача видеосъемки будет почти полностью зависеть от системы зарядки. Плохое поведение в работе и частое появление ошибок главным образом обязаны основной характеристике перезаряжаемых батарей, известной как "приемлемость процесса зарядки". Установленная на зарядном устройстве батарея может подвергаться перезарядке или, в зависимости от окружающих условий, может принимать или не принимать ток от зарядного устройства. В отличие от расхожей концепции, батарея не похожа на топливный бак вашего автомобиля, который должен быть просто "заполнен" нужным количеством бензина. Батарея является как бы живым организмом и не может быть "заполнена" током зарядки больше, так же как, скажем, ваза с цветами не может быть просто "заполнена" водой. Чтобы получить оптимальную емкость батареи, ток зарядки на нее должен подаваться прецизионным способом, отвечающим нескольким специальным требованиям и условиям окружающей среды. На обычных зарядных устройствах эти факторы игнорируются; на них только подают фиксированный постоянный ток, сводя поведение батареи к простой игре в рулетку. Обычно зарядное устройство должно показать, что батарея получила полный заряд и "готова" к использованию. Но в действительности часто оказывается, что батарея "приняла" меньше половины заряда и поэтому имеет менее половины потенциальной емкости.

Сегодня уже хорошо известно, что процесс зарядки должен учитывать все параметры и условия, которые влияют на сам приём заряда. Это необходимо для того, чтобы правильно зарядить батарею и получить от нее требуемые высокие эксплуатационные характеристики. Такая концепция заложена в основу самого последнего достижения технологии изготовления аккумуляторных батарей питания – системы InterActive (батарея/зарядное устройство). Здесь батарея и зарядное устройство составляют единую и неразрывную систему. При зарядке батарея и зарядное устройство "разговаривают" друг с другом. Батарея имеет сеть электронных датчиков, которые управляют текущими параметрами зарядки, а программный модуль хранит другие данные, которые могут оказать влияние на характер зарядки, например, состав элемента, емкость и напряжение. Все эти данные направляются в микропроцессор зарядного устройства, который затем обеспечивает оптимальный режим зарядки этой батареи в определённых условиях. В действительности батарея сама управляет процессом своей зарядки, сообщая зарядному устройству свои параметры и параметры желаемого режима подзарядки. Такая технология позволила перенести процесс зарядки батареи, говоря образным языком, из древних времен в наш космический век, обеспечивая получение постоянных и зависимых только от окружающих условий высоких свойств при одновременном уничтожении опасности пожара и взрыва газообразного водорода, которая существуют при использовании обычных зарядных устройств.

Вот единственное правило зарядки, которое следует выполнять: для надежной и безопасной работы используйте систему InterActive батарея/зарядное устройство. С разработкой и внедрением этой высоконадежной системы, будет крайне неосмотрительно обеспечивать работу профессиональной видеоаппаратуры, пользуясь другими зарядными устройствами для батарей питания. (В Техническом разделе, наряду с проблемами обычной зарядки батарей, рассмотрены особые преимущества и технические характеристики системы InterActive).

Зарядка элементов с новым составом – Недавно были разработаны некоторые виды новых перспективных батарей питания, сохраняющих высокие рабочие параметры при соблюдении строгих экологических требований. Эти новые элементы не заряжаются на обычных зарядных устройствах для NiCd аккумуляторов; мало того, если попытка подобной зарядки будет сделана, батареи могут выйти из строя и даже привести к взрыву. Очевидно, во избежание таких проблем, будет разработана и внедрена какая-то другая, возможно более дорогая методика зарядки батарей. В то время как переход на новые элементы питания неизбежен, методы их испытания пока ещё не разработаны. В новых зарядных устройствах InterActive имеется один сменный микропроцессор, который содержит все программные данные. Как только разрабатывается усовершенствованный элемент питания или появляется новая технология их изготовления, соответствующие режимы испытаний можно запрограммировать в более совершенной микросхеме таким образом, чтобы она просто заменяла в зарядном устройстве предыдущую. Более совершенное зарядное устройство должно затем идентифицировать и правильно зарядить батареи как нового, так и старого типов. С такой новой системой можно осуществить постепенный и экономически выгодный переход к новой технологии элементов питания.

ЗАРЯДКА – ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

Система зарядки или, более точно, взаимодействие батареи и зарядного устройства, в конечном счете определяет, будет ли работать портативная видеоаппаратура в нужном режиме. Допуская, что профессионально собранная батарея с необходимым значением уровня напряжения и емкости уже выбрана для выполнения определенных задач и все проблемы, связанные с плохой работой аппаратуры, можно почти всегда увязать с неправильно выполненным процессом зарядки или применением зарядного устройства с неподходящими для процесса управления зарядом или условий безопасности микросхемами. Далее будут рассмотрены наиболее характерные случаи ненадежной или неудовлетворительной работы батареи и её преждевременного выхода из строя.

Зарядка батарей различного химического состава, применяемых в профессиональной видеотехнике, требует использования совершенно других программ зарядки. Для каждого из элементов – NiMH, NiCd, литиево-ионного – необходима своя методология, базирующаяся на характеристиках данного химического элемента. Три характеристики, общие для всех химических структур элементов, определяют момент завершения зарядка, это: температура, напряжение и внутреннее давление в элементе. Каждый из этих факторов одинаково важен. Когда приближается момент полной зарядки элемента, его напряжение, температура и внутреннее давление возрастают. Целью зарядки является получение максимального заряда без увеличения этих параметров выше предельных значений для безопасной работы, определяемых конструкцией элемента. Превышение предельного значения любого из этих факторов, в зависимости от химической структуры элемента, может привести к снижению надежности, уменьшению срока службы, а в некоторых случаях даже к катастрофической поломке элемента, включая взрыв и/или воспламенение.

К сожалению, наилучший индикатор завершения процесса зарядки, которым является внутреннее давление элемента, практически невозможно контролировать. Отсутствуют экономичные методы контроля возрастания давления газа внутри элемента, особенно в многоэлементной батарее, поскольку это потребовало бы установки соответствующих манометрических датчиков в каждом элементе. Однако именно внутреннее давление, при его превышении, может привести к разрушению элемента. Поскольку эффективный контроль увеличения давления невозможен, исключительную важность при конструировании зарядного устройства приобретают управление и контроль двух других характеристик.

Все элементы, применяемые в профессиональной видеотехнике, снабжены клапанами. Клапаны – предохранительные механизмы, которые сбрасывают давление газа, образующееся во время любой зарядки, если оно превышает конструктивные параметры данного элемента.

Эти предохранительные механизмы обеспечивают отвод из элемента газов под избыточным давлением, которое создается при перезарядке. В случае NiMH и NiCd элементов эти клапаны – многоразового действия. Это означает, что технологии на базе никеля не только допускают некоторую степень перезарядки, но даже если предельное значение внутреннего давления превышается, элемент может выпустить небольшое количество газа. При выпуске газа наружу обычно выбрасывается и небольшое количество жидкого электролита. Это электролит в аккумуляторных элементах на базе никеля – сравнительно безвредное вещество (обычно это водный раствор гидроксида калия). Конечно, если в результате этого процесса произойдет потеря слишком большого количества электролита, элемент потеряет свою способность к электрохимической реакции, то есть станет неработоспособным.

В случае литиево-ионной технологии конструкция клапана допускает только однократное срабатывание. Таким образом, поскольку литиево-ионный элемент неспособен выдерживать любые эффекты перезарядки, его клапан осуществляет электрическое размыкание элемента, что аналогично действую плавного предохранителя, разрывающего электрическую цепь. Элементы такой конструкции не допускают попадания в атмосферу любого количества жидкого электролита. Так как электролит, применяемый в литиево-ионных элементах, является органическим веществом (для справки: бензин – это тоже жидкое органическое вещество) с крайне низкой точкой (температурой) воспламенения, выброс в атмосферу любого количества электролита мог бы оказаться катастрофическим для батареи и персонала. Именно по этой причине литиево-ионная батарея требует использования в своей конструкции электронных схем для контроля других параметров батареи с целью исключения образования повышенного давления газов в результате перезарядки.

Следующий наилучший индикатор полной зарядки – это температура. Температура элемента обычно повышается, когда достигается конец процесса зарядки, вследствие возрастания внутреннего сопротивления элемента, в результате чего он теряет свою способность поглощать энергию, поступающую от зарядного устройства. Есть два метода контроля температуры – контроль абсолютного изменения (TCO) и контроль относительного изменения (DTCO). Контроль процесса зарядки NiMH и NiCd элементов эффективно осуществляется с использованием температурного метода. Путем контроля температуры элемента состояние полной зарядки может быть определено до момента начала образования газов. Этот метод наиболее эффективен в конструкции многоэлементной батареи, которую имеют все профессиональные видеобатареи.

Последний, наиболее распространенный метод – это примерное определение момента полной зарядки элемента путем контроля его напряжения. Зарядка до определенного (абсолютного значения) напряжения и зарядка до расчетной точки загиба характеристики (-DV или пиковое напряжение) – два типовых метода использования напряжения для определения момента полной зарядки. К сожалению, поскольку профессиональные видеобатареи содержат от четырех элементов (литиево-ионные) до 10-12 (NiMH, NiCd), точный контроль каждого отдельного элемента батареи практически невозможен (см. ниже обсуждение напряжения отключения). Зарядное устройство способно контролировать только общее напряжение всей батареи. Поскольку напряжение любого данного элемента батареи может быть определено путем вычитания из общего напряжения батареи напряжения другого элемента или группы последовательно соединенных элементов, для защиты отдельного элемента требуется использование прецизионных схем контроля, подключаемых к каждому элементу. Использование только значения напряжения отключения может привести к перезарядке отдельных элементов в последовательной батарее, и это, кстати, один из факторов, вызывающих так называемый эффект «памяти» в батареях на базе никелевой технологии.

В случае литиево-ионной технологии требуемый контроль напряжения отдельных элементов батареи должен осуществляться внутри самой батареи. Зарядное устройство может определять только общее напряжение всей батареи, аналогично зарядному устройству для никелевых аккумуляторов. Внутренняя электроника должна сигнализировать зарядному устройству о достижении напряжения конца зарядки каждого отдельного элемента, прежде чем возникнет опасное перенапряжение. Такие электронные схемы встраиваются в батарею, и они должны быть защищены от ударных воздействий, вибрации и окружающих условий, в которых может эксплуатироваться аккумуляторная батарея.

NiCd и NiMH батареи обычно заряжаются пор методике постоянного тока. Это означает, что зарядное устройство обеспечивает постоянный ток зарядки батареи, независимо от ее напряжения. При такой зарядке ток, подаваемый на батарею, также можно измерять и использовать метод безопасного прерывания по времени.

Литиево-ионные элементы должны заряжаться по методике постоянного напряжения (постоянный ток можно использовать на ранней фазе для ускорения процесса зарядки, но далее, когда элемент получит основную часть заряда, должна использоваться методика постоянного напряжения). Это означает, что напряжение, прикладываемое к элементам, является постоянным, и ток зарядки с повышением напряжения на элементах снижается. Данный метод зарядки подобен методу, используемому для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов. Только напряжение на элементах можно использовать для определения момента получения аккумулятором полного заряда, и напряжение должно измеряться с исключительной точностью, поскольку литиево-ионные элементы не допускают избыточного заряда, как было указано выше.

Ниже рассмотрены наиболее распространенные методы зарядки, а также случаи неправильного применения этих методов, что может привести к преждевременному выходу батареи из строя.

Медленная зарядка

Элементы NiCd, используемые для электропитания видеоаппаратуры, представляют собой герметично запаянные цилиндры, способные принять некоторое количество избыточного заряда. Способность к избыточной зарядке NiCd элемента определяют два аспекта: герметичная конструкция и применение анодной пластины, которая по размерам поверхности несколько превышает площадь катодной пластины. В процессе зарядки фактически вся энергия сохраняется благодаря химическому превращению веществ, из которых состоят внутренние электроды. Элемент считается полностью заряженным, когда положительно заряженная пластина (катод) достигнет потенциала анода. Даже если ток зарядки продолжает протекать, то химическая энергия более не выделяется, а на аноде, вместо этого, начинает выделяться кислород. Поскольку элемент герметически запаян, молекулы кислорода в нём направляются к неиспользованной части большей по площади отрицательно заряженной пластины, где они и поглощаются. В процессе абсорбции кислорода выделяется тепло, а энергия избыточного заряда в основном рассеивается в виде тепла. Таким способом элемент рассеивает определенное количество избыточного заряда, по началу не вызывая неблагоприятных явлений. Способность абсорбции кислорода имеет свой предел, обычно выражаемый значением тока, которое составляет около 10% от номинального значения А-ч (величина С/10). Поэтому элемент емкостью, например, 5 А-ч может принять до 0,5 А (500 мА) тока избыточного заряда без каких-либо отрицательных последствий.

Такая способность постоянно рассеивать избыточный ток величиной не более "C/10)" заложена в основу и определение "медленно" работающего зарядного устройства, то есть устройства, переключаемого в режим заряда на "всю ночь". Для указания того, что зарядка производится со скоростью "С/10" или несколько меньшей, применяется термин "импульсный заряд" (Trickle Charge). Зарядные устройства этого типа очень простые и во многих случаях состоят лишь из преобразователя и диода, размещенных в совсем небольшом по размерам корпусе. Постоянный ток "С/10" обычно полностью заряжает батарею примерно за 16-20 часов. На первый взгляд "медленное" или "ночное" зарядное устройство кажется безопасным, экономичным и надежным в работе. Однако в действительности все обстоит наоборот.

Медленно действующее зарядное устройство является непрактичным и для использования при профессиональной видеосъемке следует избегать его применения по ряду причин.

1. ВРЕМЯ – Процесс медленной зарядки является слишком долговременным для профессионального применения. Промежуток времени в 20 часов, необходимый для полной медленной зарядки, означает, что батарея, поставленная на зарядку в 6 часов дня, зарядится полностью только к 2 часам дня на следующий день, что, безусловно, просто недопустимо. Оптимальным по продолжительности считается процесс зарядки, равный 8 часам, однако многие пользователи желают иметь цикл зарядки, сокращенный до одного часа.

2. СОСТАВ ЭЛЕМЕНТОВ – Из-за того, что в большинстве случаев профессиональное применение батарей питания основывается на стандартном цикле зарядки, равном 1 часу, большинство фирм-изготовителей выпускает современные элементы NiCd с учетом возможности продолжительности цикла их зарядки максимум в 1 час или со скоростью "С". Когда эти элементы заряжаются на более низкой скорости, после каждого очередного цикла зарядки в них может обнаружиться пониженная емкость. Например, элемент NiCd с высокими характеристиками, выпущенный известной фирмой, обеспечивает только 50% средней емкости уже после 10 обычных медленных циклов зарядки. (После 2-х циклов быстрой зарядки эта батарея снова имеет 100% емкость). Медленный процесс зарядки – как первичная причина получения избыточного заряда NiCd батарей – считается полностью устаревшим.

3. ТЕПЛОВОЕ СТАРЕНИЕ – Сепараторы, разделяющие пластины с положительным и отрицательным зарядами, а также герметичная крышка NiCd элемента приводят к образованию органических соединений, разлагающихся со временем. Реально, повреждение сепаратора, в результате способное привести к внутреннему короткому замыканию, является одной из общего списка причин, вызывающих выход из строя NiCd элемента. Повышение температуры ускоряет разложение любых органических соединений и батареи здесь исключением не являются. Для увеличения срока службы батарея должна храниться в прохладном месте. Тепло является одним из самых основных "убийц" аккумуляторных батарей.

К сожалению, при медленном процессе зарядки непрерывно поступающий ток избыточного заряда рассеивается в виде тепла. Анализ нескольких видов аккумуляторных батарей для видеоаппаратуры показал, что при медленной зарядке обычным является диапазон температур от 45 до 55 °С. При такой температуре органические соединения элемента питания разлагается со скоростью в 5 - 10 раз выше, чем в нормальных условиях, при комнатной температуре. Другими словами, батарея, от которой ждут возможности эксплуатации в течение двух лет, в результате медленной зарядки портится уже через 3 месяца работы. Ускоренное тепловое старение компонентов батареи также является основной проблемой в процессе использования "быстрых" зарядных устройств, которые продолжают производить импульсный заряд после окончания цикла быстрой зарядки, (см. раздел "Срок жизни батареи").

4. ОГРАНИЧЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ – Благодаря простоте конструкции и обеспечению бесперебойной подачи тока, медленно действующее зарядное устройство должно быть рассчитано на заряд батареи с четко установленными и неизменными величинами значений напряжения и емкости. "Медленное" зарядное устройство может оказаться абсолютно неэффективным при зарядке батареи большей емкости или с чуть более высоким значением напряжения, чем теми значениями, для которых оно предназначено. Гораздо более тяжелые последствия возникают при соединении "медленного" зарядного устройства и батареи с меньшей емкостью или с меньшим числом элементов, чем предусмотрено конструкцией данного устройства. В таких случаях батарея будет значительно повреждена или может полностью выйти из строя; не исключена и опасность её возгорания.

По этим и некоторым другим причинам, в профессиональной видеосъемке медленно действующие зарядные устройства, как правило, не применяются. Благодаря компактным размерам и низкой стоимости, "медленное" зарядное устройство можно применять в качестве источника аварийного питания или для дублирования зарядки, однако ежедневно использовать его в качестве основного зарядного устройства противопоказано.

БЫСТРАЯ ЗАРЯДКА БАТАРЕЙ

Работа очень простого по конструкции, медленно действующего зарядного устройства, основана на присущей элементам NiCd способности эффективно выдерживать избыточный заряд при относительно небольшой скорости зарядки, равной "С/10". Если значение величины тока избыточного заряда превышает "С/10", то элемент начнет вырабатывать кислород со скоростью, гораздо большей, чем может абсорбировать. Внутреннее давление резко возрастает до тех пор, пока не открывается клапан безопасности, выпуская избыток газа вместе с электролитом. Процесс вентиляции, сопровождаемый повышением температуры и опасностью возгорания, будет продолжаться до полного выхода элемента из строя. Ясно, что подобную катастрофу необходимо предупредить. В этом заложено основное отличие между обычным "медленным" зарядным устройством и сложным по конструкции, "быстрым" зарядным устройством. Если скорость зарядки выше "медленной" ("С/10"), то следует использовать несколько специальных приемов для точного определения момента полной зарядки, а затем прервать подачу тока или же уменьшить ток зарядки примерно до величины "С/10" еще до того, как элемент испортится и выйдет из строя.

УСТАНОВКА РЕЖИМА ПРЕКРАЩЕНИЯ БЫСТРОГО ЗАРЯДА

Чтобы понять критичность условий выполнения операции "отсечки в режиме быстрого заряда", предположим, что у нас имеется распространенное устройство для заряда в течение 1 часа. ("1-ч устройство"), в котором значение величины тока заряда в 10 раз выше, чем в "медленном" зарядном устройстве ("С/10"). Поэтому, когда элемент получит полный заряд, он начнет выделять кислород с удесятеренной скоростью по сравнению с максимальной скоростью абсорбции, приводя к быстрому и потенциально катастрофическому нарастанию давления и температуры. Переключение на остановку быстрого заряда или "отсечение заря да" (cut-off) является наиболее критическим моментом для "быстрого" зарядного устройства, определяющим невозможность приспособления быстрых зарядных устройств обычного типа к принудительному выполнению этой функции; здесь уместно сделать замечание о том, что "режим быстрой зарядки для батареи в этом случае не рекомендуется".

В действительности происходит медленный заряд, который является неподходящим для батареи, предназначенной для быстрого заряда. Как было указано выше, все современные по составу элементы "по-видимому" заряжаются в режиме быстрого заряда и демонстрируют оптимальное значение рабочих параметров после зарядки на "быстром" устройстве и в хороших окружающих условиях в течение 1 часа. Не представляет сложности "быстрая зарядка" или большая сила тока при высокой скорости заряда. Скорее следует предотвратить возможные повреждения, прекратив поступление высокого значения силы тока в полностью заряженный элемент.

Точное и надежное определение момента полной зарядки многоэлементной батареи в любых условиях является трудновыполнимой задачей, которая до конца ещё не решена. Ниже описаны различные методы, используемые в настоящее время для определения условия полной зарядки батарей и трудности, связанные с этим.

ОТСЕЧКА НАПРЯЖЕНИЯ (VCO - Voltage Cut-Off) – Это наиболее распространенный способ быстрого прекращения подачи заряда. Как правило, он используется в большинстве зарядных устройств и является методом, который может быть использован при зарядке обычных батарей, имеющих две клеммы ("+" и "–"). Как можно видеть из рис. 3, напряжение NiCd элемента в процессе зарядки постоянно растет. При достижении полной зарядки элемент начинает генерировать и вновь абсорбировать молекулы газообразного кислорода, что вызывает падение напряжения. Современное зарядное устройство с системой VCO имеет микропроцессорную схему для управления напряжением зарядки и подачей тока быстрой зарядки при снижении уровня напряжения. В соответствии с происходящим здесь физическим процессом, такие зарядные устройства называются также устройствами-DV ("минус дельта вэ"). Кроме того, микропроцессор может также управлять другими релевантными характеристиками напряжения зарядки, описываемыми как "алгоритмы напряжения". Все эти методы распространяются на контроль напряжения зарядки при быстрой отсечке заряда, и используются в зарядных устройствах с системой VCO.

Рис. 3

Из рис.3 видно, что профиль напряжения и особенно параметр -DV позволяют надежно и эффективно определить величину полного заряда NiCd батареи. Действительно, если батарея состоит из одного элемента и всегда заряжается в строго контролируемых условиях, то этот метод должен работать безукоризненно. К сожалению, почти каждый изготовитель элементов питания констатирует, что метод VCO и особенно его разновидность, -DV, становится ненадежным с ростом числа элементов в батарее и предупреждают о неприменимости этого метода при зарядке батарей с 10 элементами и более. Как правило, батареи для профессионального видеопроизводства содержат 10-12 элементов и, поэтому, следует ожидать и уметь предсказывать появление проблем, связанных с использованием зарядных устройств этого вида. Эти проблемы непосредственно связаны с температурой и дисбалансом элементов.

Очевидное повышение, а затем снижение напряжения (-DV) (рис.3, кривая А) наблюдаются при оптимизированной скорости зарядки при комнатной температуре. Если скорость зарядки или температура отличаются от оптимальных значений, то величина падения -DV резко уменьшается (рис. 3, кривая В), становясь "незаметной" для выполнения микросхемой функции прерывания процесса зарядки батареи. Поэтому отсечки тока в нужный момент не происходит, батарея разрушается и может возгореться. Эта проблема возникает при зарядке сильно нагретых батарей, но становится острой и для холодных батарей.

Зарядные устройства типа -DV могут иногда определить батарею как холодную, что в ряде случаев может привести к очень нежелательным последствиям. Начальное высокое сопротивление холодной батареи в самом начале зарядки иногда вызывает резкое повышение, а затем падение напряжения, что может послужить причиной преждевременного запуска команды отсечки "полного заряда". Вот почему совершенно истощенная батарея на подобном зарядном устройстве может вызвать индикацию о полной готовности к работе ("READY"). Более часто имеет место случай, когда зарядное устройство не получает команду об отсечке и продолжает подавать максимальный ток быстрой зарядки на холодную батарею, как будто это происходит при комнатной температуре. Изготовители элементов предупреждают, что такая ситуация является наиболее опасной для NiCd батареи. Холодный элемент NiCd (около 5 °С или ниже) не может принимать максимальный ток быстрой зарядки и начинает вырабатывать молекулы газообразного водорода. Когда такая батарея вынимается из зарядного устройства или помещается в камкордер, случайная искра может воспламенить водород, инициируя взрыв батареи (см. раздел "Техника безопасности").

Зарядное устройство -DV в самом начале зарядки не может распознать дисбаланс элемента и справиться с ним. Как правило, во время сборки согласовывается емкость отдельных элементов, используемых в батареях питания. Каждая батарея Anton/Bauer профессионального назначения проходит 100%-ное тестирование параметров и балансировку элементов, результаты которого в виде принтерной распечатки прилагаются к каждой батарее. И все же присутствие внутри одной батареи десяти элементов или более приводит к появлению малозаметных отличий по емкости из-за целого ряда случайных факторов, включая разность скоростей саморазряда. Согласно закону Мэрфи, вероятность того, что 10-12 элементов достигнут полной зарядки в одну и ту же секунду, практически равна нулю. Если к концу зарядки напряжение одного элемента увеличивается то другого – уменьшается и т. д. Так как зарядное устройство может вычислить лишь общую сумму напряжений всех элементов вместе, то элементы, в которых повышается напряжения заряда будут препятствовать снижению напряжения уже полностью заряженных элементов. В результате зарядное устройство "видит" относительно плоскую кривую характеристики напряжения заряда и пропускает момент автоматической остановки заряда. Вот почему изготовители элементов питания очень осторожно относятся к применению технологии -DV для батарей, состоящих из нескольких элементов. По этой же причине зарядные устройства указанного типа не могут применяться для заряда батарей с "памятью" или с дисбалансом, вызванным коротким замыканием из-за высокого сопротивления. Такие батареи или выйдут из строя или получат лишь часть заряда, (см. Приложение, раздел "Память").

Из дальнейшего описания станет еще более ясным, почему батареи, заряжаемые в зарядных устройствах этого типа, выглядят ненадежно. В зависимости от температуры, постоянства окружающих условий и многих других факторов одна и та же батарея может сегодня зарядиться полностью, а завтра не полностью.

ТЕМПЕРАТУРНАЯ ОТСЕЧКА ЗАРЯДА (TEMPERATURE CUT-OFF - ТСО) – Как только полная зарядка завершена, продолжающаяся подача тока зарядки вызовет повышение температуры из-за абсорбции кислорода внутри элемента. Это свидетельствует о том, что полная зарядка батареи завершена. При правильно выбранном методе контроля за нагревом, характер повышения тепловыделения может явиться весьма эффективным индикатором для системы автоматической остановки заряда при быстрой зарядке. В общую систему ТСО должны входить датчики температуры, установленные внутри батареи, и сделаны дополнительные соединения между батареей и зарядным устройством, передающие данные о температурном режиме внутри батареи.

Кроме реализации режима оперативной остановки быстрой зарядки, информация о значениях температуры также может быть чрезвычайно полезна для выполнения других функций зарядки. Точность данных о значениях напряжения на элементах батареи в процессе зарядки заметно повышается при сопоставлении данных с информацией о температуре элементов. Так, например, коэффициент подачи заряда, выбор которого в значительной мере оказывает влияние на поведение батареи в процессе зарядки, сильно зависит от температурных данных. Микропроцессор интерактивной системы батарея/зарядное устройство InterActive, наряду с другими важными данными, использует информацию о критическом значении температуры элемента для того, чтобы оптимизировать рабочие характеристики батареи и исключить ряд проблем, возникающих при низкотемпературной зарядке.

DELTA TEMPERATURE CUT-OFF - [DELTA TOO (DT/dt)] – В батарее Anton/Bauer Digital InterActive используется наиболее эффективная система отсечки типа ТОО. Батарея Digital снабжена специальными температурными датчиками, в реальном времени передающими информацию о температуре на микропроцессор зарядного устройства для последующей оценки скорости изменения температуры элементов внутри батареи. Этот анализ затем применяется для точного определения момента прерывания быстрой зарядки, проводимого более точно, чем при использовании методов VCO или ТСО. В целях безопасности этот новый метод отсечки тока заряда необходимо использовать для зарядки новых элементов, изготовленных на основе Ni-MH (металлогидрида никеля). Данный метод входит в список характеристик батареи и зарядного устройства Ап1оп/Ваиег Digital InterActive.

DIGITAL или FULL BATTERY CUT-OFF (FUL) – Другой характеристикой, обязательной только для батарей и зарядных устройств Anton/Bauer Digital InterActive, является отсечка FUL cut-off. Благодаря применению интерактивной технологии, батарея Anton/Bauer InterActive может сама сообщить микропроцессору зарядного устройства о состоянии своей зарядки. Поэтому, когда на дисплее зарядного устройства с батареей появляется число 100%, то для того чтобы прекратить зарядку этой батареи одним из упомянутых способов отсечки, не нужно прикладывать ток быстрого заряда. Батарея просто просит, чтобы зарядное устройство вошло в режим Lifesaver поддерживало заряд на уровне 100%, не вызывая выделения тепла из батареи, что продлевает срок её службы.

COMUTATION (или CAPACITY) CUT-OFF (CCO) – Метод ССО или способ расчета характеристик режима подачи быстрого заряда является очень важным дополнением систем ТСО или VCO. При помощи микропроцессора зарядного устройства в процессе предварительной оценки состояния батареи, перед началом цикла зарядки устанавливается заранее разработанный график ее зарядки. После определения количества и состояния элементов батареи, их состава, температуры и номинальной емкости, микропроцессор зарядного устройства InterActive из своей базы данных выберет оптимальный и безопасный график наиболее эффективной зарядки. Зарядное устройство непрерывно следит за процессом зарядки и сравнивает его с графиком максимально эффективной зарядки батареи; автоматическое прерывание зарядки наступает сразу после выполнения заданного графика.

Рассмотрев описание пяти методов автоматической остановки заряда, можно задаться следующим вопросом: "Какой метод лучше?". Ответ: "Никакой". Каждый метод имеет свои сильные стороны и свой рабочий диапазон, в котором он является эффективным, однако ни один из них не является полностью безопасным и на качество их выполнения влияет большое количество условий профессионального кино- и видеопроизводства.

Система Voltage Cut Off с микропроцессорами для определения алгоритма процесса зарядки отличается относительно высокой эффективностью при работе в идеальных условиях, однако, может оказаться чрезвычайно ненадежной и даже опасной, если проводить зарядку холодной или несбалансированной батареи. Технология прерывания заряда ТСО, используемая в системах Anton/Bauer ACS и Digital InterActive, является весьма эффективным и единственно безопасным методом, позволяющим заряжать холодные и несбалансированные батареи. Метод ССО является безопасным и надежным в качестве "дублирующей" системы и эффективен в широком диапазоне окружающих условий, но из-за необходимости выполнения математических расчетов, его нельзя рекомендовать в качестве основного метода остановки процесса заряда.

Таким образом, единственно правильным ответом на вопрос, какая же система автоматической остановки заряда самая лучшая, является следующий: "Все вместе".

Тогда как во всех обычных зарядных устройствах используется только один метод автоматической остановки заряда, в зарядном устройстве Anton/Bauer InterActive Microprocessor одновременно и независимо друг от друга применяются все пять типов остановки заряда. Каждая батарея имеет комплексную структуру датчиков и логических микросхем, с помощью которых в микропроцессор зарядного устройства подаются данные о состоянии элемента, в том числе и данные о температуре, и обеспечивается точная своевременная остановка заряда в режимах ТСО, Delta ТСО, или зависимых от температуры VCO, FUL и ССО. Зарядное устройство управляет всеми системами, одновременно и чётко отключает подачу быстрого заряда, как только любая из этих систем определит состояние полной зарядки. При такой абсолютно безопасной и дублирующей друг друга методике используются сильные стороны каждого из описанных методов и устраняются их очевидные слабые стороны. Это единственная система, которая является безопасной и эффективной в широком диапазоне различных условий зарядки.

ПРОЦЕСС ЗАРЯДКИ

Как было отмечено выше, батарея является не "топливным баком", а органичной системой, эффективно сохраняющей свою энергию путем химического превращения при подаче электрического тока (скорости перетекания зарядов) точно установленным способом и при особых условиях. Если оптимальная скорость перетекания зарядов и внешние условия не сбалансированы, то внутренние химические процессы протекают по другому механизму, чем следует. При некоторых условиях обычные химические реакции полностью прекращаются, и весь ток расходуется на катализацию совсем других, вторичных реакций, а накопление энергии в результате отсутствует. Эти вторичные реакции могут спровоцировать образование взрывоопасного газа или нагрева, ускоряющего старение материалов, из которых сделаны элементы батареи питания.

Не стоит рассчитывать на высокую надежность зарядного устройства, которое только обеспечивает зарядку батареи током одного уровня независимо от критических условий и параметров, оказывающих серьезное влияние на химические превращения. Зарядка батареи на одном из таких обычных, не интерактивных зарядных устройств представляет собой ничто иное, как игру в рулетку.

Среди основных факторов, влияющих на "принятие заряда" (т. е. способность батареи сохранять энергию, поступающую от зарядного устройства), – температура, состав и емкость (размер) элементов батареи. Самых отрицательных последствий работы зарядного устройства, игнорирующего эти факторы, можно в значительной степени избежать при постоянном контроле только одного параметра комплексной зарядки – среднего тока быстрой зарядки. Рассмотрим следующие условия, взятые непосредственно из технических условий фирмы-изготовителя элементов питания.

1 – Для конкретного элемента скорость быстрой зарядки должна быть скорректирована коэффициентом более 1000%, исходя из значения превалирующей температуры с тем, чтобы достичь максимальной идентичности заряда и устранить опасность взрыва батареи.

2 – Для выбранного размера элемента скорость быстрой зарядки должна быть скорректирована коэффициентом более 500%; точная величина коэффициента зависит от химического состава и строения пластин (спеченная, прессованная, губчатый металл и т. д.).

3 – Для определенного химического состава элемента и температуры величина тока быстрой зарядки должна быть прямо пропорциональна размеру или номинальной емкости элемента. Так как батареи для профессионального использования включают элементы емкостью от 2 до 8 А-ч, ток зарядки может дополнительно варьироваться еще на 400%.

Из этих трех описаний условий зарядки должно быть ясно, что в зависимости от размера, состава и температуры элементов, безопасный и оптимальный ток зарядки можно корректировать в диапазоне 200 к 1, или 2000%. Это означает, что, в соответствии с требованиями безопасности и техническими условиями изготовителя элементов, обычное зарядное устройство с единственной и постоянной скоростью быстрой зарядки может обеспечить подачу на батарею тока, значение которого может отличаться от номинального, например, в 200 раз (может меньше, может больше). Использование зарядных устройств этого типа приводит к получению низких эксплуатационных характеристик заряженных батарей и укорачиванию срока их жизни.

ТЕХНОЛОГИЯ ИНТЕРАКТИВНОЙ ЗАРЯДКИ

Основа технологии интерактивной (InterActive) зарядки элементов питания логически проста: каждая батарея реально управляет своим собственным процессом зарядки в зависимости от размера, химического состава, температуры и других параметров и условий, влияющих на процесс принятия заряда. При этом происходит оптимизация эксплуатационных характеристик батареи, ее безопасности и продолжительности безотказной службы. Батарея, входящая в систему InterActive battery/charger (батарея/зарядное устройство), имеет набор датчиков и логических микросхем, выдающих текущие данные, требуемые для создания условий оптимального режима зарядки. По специальной коммуникационной цепи интерактивное зарядное устройство получает эти данные и соответствующим образом реагирует на них, обеспечивая тот профиль зарядки, который наиболее точно согласуется с техническими условиями фирмы-изготовителя элементов применительно к конкретным условиям. Предупреждается возможность появления любых случайностей, а также исключается риск недозаряда батарей, их возгорания или взрыва.

Кроме ожидаемого поведения батареи, условий ее безопасности и продолжительности срока службы, интерактивная технология зарядки также является основой принципиально нового подхода к управлению системой батарей. При обслуживании видеоаппаратуры работа по зарядке батарей всегда отнимала очень много времени. Современные съёмочные камеры и видеомагнитофоны требуют немного внимания в процессе обслуживания. И только батарея питания обладает неизвестными потребительскими свойствами и из-за выхода её из строя в работе видеоаппаратуры могут возникнуть непредвиденные срывы что, разумеется, недопустимо. Существуют ли способы продления срока жизни батареи и можно ли выявить потенциальные проблемы перед тем, как батарея питания неожиданно выйдет из строя в полевых условиях?

Исчерпывающий набор точных данных, получаемых от батареи и микропроцессорного зарядного устройства системы InterActive, помогает реализовать полную автоматическую программу обслуживания. Зарядное устройство InterActive со встроенными или дополнительными диагностическими узлами может автоматически проводить текущее тестирование емкости батареи, график подачи напряжения и проверять другие важные параметры. При помощи ЖК-дисплея или посредством принтера автоматически идентифицируются такие аномалии процесса зарядки батареи, как снижение емкости, падение уровня напряжения, наличие некачественных элементов, "память", ускоренная саморазрядка. Потенциальные проблемы можно легко выявить задолго до их проявления во время видеосъёмки и они никогда не вызовут перерывов в репортажной работе.

ТЕХНОЛОГИЯ DIGITAL INTERACTIVE

Самые последние модели системы батарея/зарядное устройство Digital InterActive battery/charger обеспечивают выполнение условий максимальной зарядки с одновременной диагностикой. Каждая батарея Digital имеет встроенную диагностическую программу, которая автоматически калибрует и анализирует поведение батареи в любой момент ее использования. При возникновении и обнаружении любой потенциальной проблемы или аномалии, на встроенном ЖК-дисплее появляется значок "Service". Кроме того, для каждой батареи Digital можно индицировать на дисплее и распечатать на принтере её серийный номер, дату изготовления, число циклов зарядки до настоящего момента, реальную емкость в данный момент и другие важные параметры. С выпуском новой системы Digital, проблемы, связанные с управлением большим числом батарей, практически полностью устранены. Автоматически выявляются не только потенциальные проблемы, связанные с батареями, но и те батареи, которые следует заменить перед тем, как они дадут сбой в полевых условиях. Цифровая диагностическая программа (Digital diagnostic program) обеспечивает анализ процесса обслуживания и указывает, когда батарея должна быть возвращена изготовителю для гарантийного ремонта или заменена новой батареей, основываясь на оценке ее работы в течение срока службы. Диагностическая система Digital InterActive не предназначена для выполнения задач управления основным репортажным видеооборудованием, но в то же время обеспечивает очень точную зарядку батарей питания и надежность при последующей их эксплуатации. Кроме того, батарея Digital обладает еще несколькими параметрами, важными для оператора и рассмотренными в разделе "Цифровая батарея".

СРОК СЛУЖБЫ БАТАРЕЙ

Ожидаемый срок службы аккумуляторной батареи питания в той, или иной степени зависит от целого ряда факторов, способных сократить срок эксплуатации NiCd батареи до уровня, не превышающего 30% от теоретически достижимого максимума. Многие специалисты из сферы профессионального видеопроизводства верят утверждению, что NiCd батарея выходит из строя после 6 месяцев или 1 года работы. В действительности высококачественная NiCd батарея должна работать 2 года подряд, а у усовершенствованной батареи типа Propac InterActive этот срок увеличен более чем вдвое. Описание большинства факторов, влияющих на продолжительность срока службы батареи, можно обнаружить в соответствующих разделах данного руководства. Ниже приведено резюме основных факторов, влияющих на срок жизни батареи с рекомендациями по оптимизации каждого из них.

Нагрев – Батареи не следует подвергать действию повышенной температуры. Тепло в значительной степени ускоряет процесс старения и может сократить срок службы батареи на 80% и более. В случае литиево-ионных (и в меньшей степени NiMH) батарей хранение при повышенной температуре может привести к более сильному проявлению сравнительно нового эффекта «невосстанавливаемой емкости хранения». Эта характеристика, относящаяся к так называемым новым химическим составам, определяет состояние, в котором хранение аккумуляторных батарей, независимо от того, заряжены они или разряжены, приводит к невосстанавливаемой потере емкости. В отличие от NiCd элементов, которые имеют очень хорошие характеристики хранения (или «срока службы на полке»), химический состав новых батарей, при наблюдении в течение продолжительного времени, нарушается значительно быстрее. Этот эффект ускоряется при высоких температурах хранения (40 °С и выше). Принцип «пользуйся, или потеряешь» справедлив для NiMH и литиево-ионных батарей в случае их длительного хранения (30 дней и более), особенно при повышенных температурах.

По возможности следует хранить батареи при комнатной температуре. В очень теплом климате не подвергайте батареи воздействию прямых солнечных лучей, и при окончании работы сразу старайтесь поместить батареи в помещение с кондиционированием и охлаждением воздуха. Избегайте оставлять батареи на продолжительное время в салоне закрытого автомобиля или в его багажнике. Простой стиропенный охладитель может обеспечить достаточно хорошую изоляцию батарей при предельных температурах. Ваш здравый смысл также может помочь в предупреждении каких-то других опасных ситуаций, которые следует избегать.

В процессе жизненного цикла перерывы в работе батареи могут составлять несколько дней и даже недель. В течение этого срока батареи должны храниться в холодильнике, уложенные в прочный и плотно закрытый пакет. Перед возвращением в эксплуатацию батареи, не вынимая их из пакета, следует прогреть до комнатной температуры. После полного прогрева, батареи необходимо установить на зарядное устройство InterActive для того, чтобы уравнять заряд и скомпенсировать даже незначительный саморазряд. Особенно в случае NiMH и литиево-ионных батарей может потребоваться несколько циклов заряд-разряд, чтобы батарея восстановила свою оптимальную емкость.

Зарядное устройство может также оказывать на батарею вредное влияние из-за выделения тепла и повышения температуры. Неправильная подача заряда и применение устройств для зарядки импульсным зарядом может заметно повысить температуру в процессе зарядки батареи. Система батарея/зарядное устройство InterActive, оснащенная прецизионными температурными датчиками и имеющая возможность работать в режиме Lifesaver, способна предотвратить пагубное влияние тепла. Если вы не используете систему InterActive, то прикоснитесь к батарее, которая находится в зарядном устройстве 20 часов и более. Если она горячая или теплая, то вероятно, она уже состарилась при подаче импульсного заряда. (Если она имеет комнатную температуру, то возможно, что батарея не получает ток медленного заряда и поэтому постепенно разряжается).

Зарядка – На продолжительность срока службы батареи значительное влияние оказывает процесс зарядки. Для получения максимально возможного срока службы каждая батарея, в зависимости от характеристик, должна иметь свой профиль зарядки. Приведем такой пример. Две одинаковых батареи были заряжены на примерно одинаковых зарядных устройствах, что позволило обеспечить примерно одинаковое их поведение в течение всего срока службы. Однако на одной батарее было сделано вдвое больше циклов зарядки и она проработала в два раза дольше, чем другая. Это объясняется тем, что режим зарядки был чуть-чуть другим. В экстремальных случаях неправильный режим зарядки может полностью вывести батарею из строя и создать опасную ситуацию. Как объяснялось ранее, только система зарядки InterActive обладает способностью автоматической разработки и осуществления единственно правильного графика зарядки, который нужен для обеспечения максимального срока службы батареи с высоким уровнем рабочих характеристик.

Если используется батарея и/или зарядное устройство, не являющиеся частями системы InterActive, то, следуя нескольким ниже приведенным рекомендациям, можно предупредить резкое снижение срока службы батареи.

а) Не присоединяйте батарею к зарядному устройству до тех пор, пока по инструкциям вы не убедитесь в их совместимости. Если необходимые данные для проведения такой оценки отсутствуют, то следует проконсультироваться у обоих изготовителей – и батарей, и зарядных устройств. (Может показаться, что зарядное устройство правильно заряжает батарею, однако неправильно выбранная скорость зарядки или неверный график подачи заряда могут оказать заметное влияние на общую продолжительность срока службы батареи, снизить эксплуатационные характеристики и привести к появлению потенциальной опасности).

б) При замене избегайте так называемых "эквивалентных" или "восстановленных" батарей. Хотя такая замена или восстановление могут показаться идентичными с оригинальным изделием, всё же внутренние элементы батареи будут отличаться от оригинальных, для которых был оптимизирован режим зарядки. К сожалению, такая несовместимость, ведущая к сокращению жизни, не проявляется до тех пор, пока батарея не выйдет полностью из строя, проработав лишь часть ожидаемого срока службы. Кроме описанной несовместимости, другие внутренние обстоятельства могут также привести к снижению рабочих свойств и вызвать появление серьезных проблем, связанных с обеспечением правил безопасности.

в) Не используйте в качестве основного зарядное устройство медленного типа и не применяйте зарядного устройства быстрого типа, в которых происходит постоянная подзарядка импульсными зарядами (см. выше раздел "Нагрев").

г) При одновременной зарядке нескольких батарей (двух и более) рабочий объем должен иметь одинаковые условия циркуляции воздуха между батареями. Не группируйте батареи вместе так, что при зарядке они будут касаться друг друга.

д) До перезарядки не используйте так называемых "разрядных устройств" или "кондиционеров" (см. Приложение, раздел "Разрядка перед зарядкой").

Скорость разрядки – Срок службы батареи можно в известной степени скорректировать изменив соотношение размера (номинальной ёмкости) батареи к скорости разрядки. Для батареи данного размера и типа более высокие токи разрядки приведут к сокращению ожидаемого срока службы батареи, а более низкие токи разрядки увеличат этот срок (главным образом, это происходит благодаря внутреннему сопротивлению и теплу).

Так как это правило распространяется на использование батарей питания для репортажной видеоаппаратуры, то потребление мощности не должно оказывать влияния на срок службы батареи; потребление (в ваттах) составляет примерно половину емкости батареи (в ватт-часах). Например, камкордер, потребляющий мощность 25 Вт, окажет весьма незначительное влияние на срок службы батареи с номиналом 50 Вт-ч или больше. Однако, как только потребление мощности в численном выражении примерно достигнет емкости батареи или превысит ее, то ожидаемый срок службы снизится. Сравните: 50 Вт-ч батареи при работе на упомянутом камкордере с потреблением 25 Вт мощности могут продлить общий срок службы батареи на несколько месяцев, хотя в этой же ситуации батареи емкостью 25 Вт-ч просто не справятся с задачей. Поэтому для повышения срока службы, кроме ранее описанных причин практического свойства, выбирайте батарею с двойной номинальной емкостью по мощности.

Это правило несколько усложняется вследствие появления батарей, содержащих маленькие элементы, предназначенные для разрядки малым током (например, в компьютерах и сотовых телефонах). Хотя эти батареи могут иметь емкость, равную емкости больших батарей и даже превышающую ее, элементы малого размера, используемые в этих батареях, рассчитаны на обеспечение емкости при малой скорости разрядки. Вследствие большого внутреннего сопротивления этих элементов мощность нагрузки 25 Вт нередко в три раза превышает ту нагрузку, которая использовалась для определения номинальных параметров батарей (см. выше раздел «Игра в числа»).

Избыточная разрядка – Нельзя допустить, чтобы ток разрядки продолжался после того, как батарея достигнет уровня EODV (нижний допустимый предел разрядки батареи) или минимального значения напряжения разрядки. Работающий камкордер или осветительный прибор (накамерный свет) при напряжении батареи ниже EODV могут повлиять на смену полярности батареи питания, что непоправимо испортит её и снизит срок ее службы (см. Приложение). Поэтому никогда не оставляйте работающую часть оборудования с питанием от батареи без наблюдения. Более того, всегда заменяйте батарею на новую как только появляется надпись "Внимание – низкое напряжение" ("low voltage warning") или лампочка в осветительном приборе начинает заметно терять яркость.

Механические повреждения – Транспортировка батарей, уложенных в большой кофр или просто размещенных на сиденье автомобиля или в его багажнике, может привести к сильным механическим воздействиям, от которых срок службы и рабочие характеристики батарей способны заметно пострадать. В таких случаях следует пользоваться только батареями с ударопрочным корпусом, а перевозить батареи всегда следует в специальной упаковочной коробке. Максимальная продолжительность срока службы будет обеспечена в случае, когда батареи не падают и не подвергаются сильным ударным воздействиям.

Неправильный выбор напряжения – Этот предмет детально рассмотрен в главе "Напряжение". Однако не забывайте, что, используя батарею с номинальным напряжением" 12 В в профессиональном видеопроизводстве, можно создать такие условия, которые сделают батарею бесполезной задолго до ожидаемого окончания срока службы. Ожидаемого срока службы батареи можно также достичь при правильном согласовании напряжения, подводимого к оборудованию.

Тип элементов – Ожидаемый срок службы зависит также и от типа используемых элементов питания. Некоторые химические вещества, применяемые при изготовлении элементов питания, могут сократить срок службы батареи ради сохранения других параметров, например, плотности мощности или по причине невысокой стоимости. Перед тем как окончательно выбрать батарею, убедитесь в том, что вы получите ожидаемый срок её службы в соответствии с остальными условиями и примерно на таком же уровне, что и для аналогичных батарей (также см. Технический раздел "Состав элементов питания" в главе "Конструкция батареи").

TEXHИКA БЕЗОПАСНОСТИ

Если подбор типов батареи и зарядного устройства осуществлен правильно, то работа и зарядка NiCd батарей проводятся с абсолютной безопасностью. И наоборот, угрожающие здоровью взрывы и серьезные возгорания могут стать результатом нарушения основных требований по технике безопасности, разработанных фирмами-изготовителями элементов питания. К сожалению, реакция большинства изготовителей батарей и зарядных устройств на эти требований была следующей: на каждое устройство была приклеена этикетка с указаниями правил безопасности и такой же текст был внесен в техническую документацию. Однако оборудование не было доведено до уровня, обеспечивающего полную безопасность при работе с ним и исключающего возникновение опасных ситуаций. Если предупреждения, внесенные в техническую документацию, и соответствующие указания на этикетках игнорируются, то в результате можно получить серьезную травму или вывести оборудование из строя. В связи с этим все пользователи перезаряжаемых батарей должны быть готовы к предупреждению следующих опасных ситуаций.

Зарядка при низкой температуре

Быстрая зарядка холодной NiCd батареи является одной из основных причин возникновения опасности и может привести к сильному взрыву. Когда NiCd батарея подвергается быстрой зарядке при температуре ниже+5°С, внутренняя химическая реакция может отклоняться от нормального течения и значительная часть зарядного тока может пойти на образование молекул газообразного водорода с высокой взрывоопасностью. Чтобы избежать риска взрыва водорода, изготовители элементов питания настоятельно рекомендуют воздержаться от зарядки батареи током быстрой зарядки (или же резко уменьшить силу тока) при снижении температуры батареи до +5°С и ниже. Несмотря на эту опасность, любое зарядное устройство для NiCd батарей, выпускаемое в настоящее время, не может правильно идентифицировать потенциально опасную холодную батарею и передает холодной батарее, вопреки правилам техники безопасности, разработанных изготовителем, десятикратное количество заряда.

Каждый изготовитель элементов с использованием любой химической технологии указывает в характеристиках допустимый диапазон температур зарядки. Вследствие возрастания внутреннего сопротивления при низких температурах и замедления химических реакций зарядка любых батарей при низкой температуре может представлять потенциальную опасность. Когда изготовитель зарядных устройств заявляет, что зарядка батарей должна производиться только в температурном диапазоне между +5°С и +40°С, то он никого не обманывает.

Специалисты фирмы Anton/Bauer полагают, что опасность, возникающая при зарядке холодных батарей, слишком велика и явно недостаточно отослать пользователя к предупреждающему тексту, который большинство операторов просто не замечают. Во избежание "несчастных случаев на производстве", каждая профессиональная батарея фирмы Anton/Bauer снабжена уникальной схемой защиты от низкой температуры. Отсутствует любой риск опасности в случае, если батарея, помещенная в зарядное устройство, имеет температуру ниже допустимого уровня для безопасной быстрой зарядки. Датчик безопасности холодной температуры, установленный на батарее, приводится в действие при помощи специальных программ безопасности зарядного устройства, автоматически управляющих скоростью зарядки в безопасных пределах, диапазон которых установлен изготовителями элементов. Поэтому при использовании системы Anton/Bauer опасность инициирования взрывов газообразного водорода при низкой температуре практически исключена.

Здесь вновь уместно подчеркнуть, что кроме случаев, когда вы пользуетесь батареей InterActive со схемой защиты на холоде и соответствующим зарядным устройством InterActive, холодную батарею следует выдерживать до достижения ею комнатной температуры перед тем, как поместить в зарядное устройство.

Опасность возгорания

Установлено, что в последние годы обычные батареи и зарядные устройства, увы, явились причиной нескольких пожаров и выброса токсичных газов. Правильная оценка условий, которые потенциально могут привести к несчастному случаю, а также применение точно подобранных и качественно изготовленных батарей и зарядных устройств могут реально предотвратить любую опасность возгорания или отравления вредными газами. Причины всех пожаров и выделения токсичного дыма можно условно объединить в три категории:

1. Неправильная быстрая зарядка – Большинство инцидентов были вызваны из-за пользования испорченными зарядными устройствами быстрой зарядки, не способными установить момент получения батареей полного заряда. Как было объяснено в техническом разделе "Зарядка", одной из наиболее критических функций быстродействующих зарядных устройств является определение момента достижения батареей полного заряда, что необходимо для прерывания тока быстрого заряда. Неисправность, из-за которой не происходит отсечка тока в режиме быстрого заряда, может привести к катастрофическим последствиям. Продолжение подачи тока силой в 10 раз больше, чем может выдержать полностью заряженный элемент, приводит к формированию и накапливанию большого количества тепла. К сожалению, метод отсечки тока быстрого заряда, применяемый во всех обычных зарядных устройствах (см. VCO), по ряду внешних причин страдает большой погрешностью, и именно он обычно является причиной большинства возгораний и выделения токсичного дыма.

Кроме того, большинство фирм-изготовителей батарей питания применяют элементы с изоляционной оболочкой из поливинилхлорида, который сильно усугубляет последствия возникшего пожара. Этот полимер плавится при низкой температуре и тепло, выделяющееся при избыточном заряде, вызывает усадку изоляционной оболочки и приводит к появлению трещин с обнажением металлической оболочки элементов, сохраняющих склонность к катастрофическим коротким замыканиям и воспламенению (см. далее раздел "Короткое замыкание").

Риск пожара и вред от дыма, выделяющегося из корпуса устройства быстрой зарядки, должен быть полностью исключен. В качестве дополнительной предупредительной меры следует использовать элементы питания с оболочкой из волокнистого материала, а не из ПВХ. Батарея, собранная с выполнением правил безопасности, в цепи нагрузки должна также иметь плавкий предохранитель, разрывающий связь батареи с зарядным устройством при фиксированном уровне избыточного выделения тепла внутри батареи.

2. Медленная зарядка – Зарядное устройство медленной зарядки очень просто в работе. Оно обеспечивает безопасный режим зарядки только батарей специального типа (для которых оно и предназначено). Если это зарядное устройство использовать для зарядки другой батареи, с меньшим числом секций, меньшей емкостью или более низким пределом номинальной величины непрерывного заряда, чем та батарея, для которой устройство предназначено, то внутри батареи будет вырабатываться избыточное тепло, которого может оказаться достаточно, чтобы вызвать пагубные явления.

3. «Универсальные зарядные устройства» – Широкое разнообразие выпускаемых зарядных устройств позволяет осуществлять зарядку батарей одинакового формата, и это может привести операторов к ошибочному заключению, что два зарядных устройства с совершенно разными характеристиками являются взаимозаменяемыми. Заряжайте батареи только зарядным устройством, рекомендуемым производителем. И используйте только батареи, рекомендуемые изготовителем. Не существует «универсального» зарядного устройства для профессиональной видеотехники. Каждый известный изготовитель предлагает свою конструкцию батарей и зарядных устройств, которые не приемлют другие изготовители.

4. Несовместимые химические составы – Если вы не имеете зарядного устройства InterActive, не заряжайте батареи разного химического состава (см. раздел «Конструкция элементов») в одном зарядном устройстве. Даже если батареи могут подойти по размеру, обычные зарядные устройства, которые имеют только выводы + и –, не могут определить тип подсоединенной к ним батареи. Во многих случаях некоторые новые батареи нового химического состава позволяют «обмануть» зарядное устройство, которые считает, что это обычная NiCd батарея, для которой оно предназначено. Только зарядное устройство InterActive способно как идентифицировать батарею, соответствующую заложенной в него программе, так и отказаться от зарядки батареи, для которой данное зарядное устройство не предназначено.

5. Блокирование циркуляции воздуха – по причинам безопасности, а также для сохранения характеристик и срока службы батарей их всегда необходимо заряжать в том месте, где обеспечивается хорошая циркуляция воздуха. В частности, батареи нельзя устанавливать группами близко друг к другу или оставлять их в сумке или кейсе во время зарядки. Также, нельзя класть никакие предметы на заряжаемые батареи и зарядное устройство.

6. Механическое воздействие и короткое замыкание, вызванное внешними причинами – Любая профессиональная батарея может представлять опасность при очень больших значениях величины тока, если в батарее случайно возникло короткое замыкание. Такой ток может мгновенно превратить внутренние проводники и соединения в раскаленные нити. Зачастую замыкание возникает при случайном падении батареи, когда удар способствует прямому контакту двух и более элементов батареи, а при разрыве тонкой изоляции возникают условия для короткого замыкания. К подобному явлению может также привести случайно защемленный провод.

Выше уже было показано, что при помощи превентивных мер, используемых при сборке батарей, короткое замыкание можно эффективно предупредить. Для изоляции элементов питания следует использовать плотные волокнистые материалы, так как они могут успешно выдерживать многократные удары, вызывающие повреждение полимерной рукавной оболочки. Пока фирмы-изготовители продолжают применять более прочные изолирующие рукавные материалы, лучше всего предупреждать удары свободно перемещающихся секций внутри корпуса батареи. Как уже подчеркивалось в разделе "Конструкция батарей", такую задачу может успешно выполнить сплошной чехол из ударопрочного термопластичного материала. Также очень важно, чтобы все проводники электрического тока имели надежную изоляцию, обладающую высокой износостойкостью и ударопрочностью.

Внешнее короткое замыкание, как и внутреннее замыкание внутри батареи, может явиться причиной возгорания, однако избежать внешнего замыкания значительно легче. Внешние силовые контакты следует размещать в месте, исключающем их случайное короткое замыкание, а цепь нагрузки батареи должна быть снабжена наружным и/или внутренним сменным плавким предохранителем.

(Системы батарея/зарядное устройство типа InterActive фирмы Anton/Bauer отвечают всем рекомендациям, приведенным в разделе "Техника безопасности").

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. На основе изучения опыта происшедших ранее известных инцидентов, применение батарей так называемого "эквивалентного" замещения и "повторно восстановленных" элементов питания может представлять серьезную опасность. После продажи батареи и совместимого с ней зарядного устройства другой изготовитель может предложить заменяемые батареи, которые "идентичны вашим оригинальным батареям" или предложить вам восстановить ваши оригинальные батареи до "почти первоначального" состояния. Такие батареи-заменители или восстановленные батареи больше всего вводят в заблуждение и являются предметом потенциальной опасности.

Заменители или восстановленные батареи могут "выглядеть" почти как оригинал, и часто они устанавливаются в корпуса, не отличимые от оригинальных, однако внутренние компоненты, технология сборки и контроль качества почти всегда сильно отличаются от нужного уровня. Кроме того, тип элемента питания и его химический состав почти всегда отличаются от оригинала, для которого подобран и оптимизирован тип соответствующего зарядного устройства.

К сожалению, эти важные различия не обнаруживаются до тех пор, пока уже не станет поздно. Первоначально замена кажется "равноценной",но рано или поздно внутренние различия приведут к снижению уровня рабочих параметров, а срок жизни батареи, по сравнению с оригинальной батареей, сократится примерно наполовину. Наиболее критическим фактором таких внутренних различий является серьезный риск нарушения требований техники безопасности, что, как показывает практика, нередко приводит к пожару или взрыву.

Вложив средства в безопасную и совместимую систему "батарея/зарядное устройство", нецелесообразно подвергать себя опасности (а также невыгодно по экономическим причинам) пользоваться батареями, выпускаемыми другим изготовителем.

МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ РАБОТЕ В ХОЛОДНОМ КЛИМАТЕ

Портативная видеосистема, хорошо работающая при нормальной окружающей температуре, может стать абсолютно бесполезной в холодных условиях. Кроме того, охлаждение до температуры ниже +5°С может привести к серьезному повреждению батарей питания. Следуя рекомендациям, приведенным ниже, можно обеспечить безопасную и оптимальную эксплуатацию батарей питания в холодное время года.

1. Не используйте батареи напряжением 12 В. Применение 12 В батарей (типов ВР-90, NP и др.) является одной из наиболее типичных причин возникновения проблем при работе видеоаппаратуры в холодных условиях. В главе "Напряжение" детально описаны проблемы, связанные с применением 12-В батарей, однако в холодном климате эта ситуация в значительной степени усугубляется. Из-за повышения сопротивления внутреннего элемента и большего расхода мощности оборудования при работе на холоде батареи будут работать на нижнем пределе своего диапазона напряжения. Из рис. 1 и 4 ясно видно, что это не вызывает каких-либо проблем для 13,2-В или 14,4-В NiCd батарей, которые всегда отдают 100% емкости. Однако 12-В батареи, которые всегда готовы отдать 60-80% своей емкости при комнатной температуре, на холоде могут отдать лишь около 25% из-за того, что они работают практически полностью ниже уровня напряжения отсечения (cut-off voltage), принятого для данного оборудования.

Рис.4

2. Держите батареи в тепле – Низкая температура оказывает значительное воздействие на ход обычных электрохимических реакций внутри элементов, приводя к снижению полезной емкости. Потерю емкости можно сократить до минимума, если перед использованием и во время использования батареи держать в теплом месте. Батареи, полностью заряженные при комнатной температуре, можно поместить в теплоизолированную "камеру охлаждения" или нагревательное устройство и держать их там до тех пор, пока они не понадобятся. При съемке в очень холодных условиях оператор должен носить батарею под одеждой, по возможности ближе к телу.

3. Используйте батареи с правильно подобранной емкостью – Как объясняется в главе "Емкость", обычно при выборе батареи с нужными характеристиками для камеры или камкордера требуется, чтобы батарея имела величину емкости, выраженную в ватт-часах, по крайней мере в 2 раза выше величины номинальной мощности оборудования, выраженной в ваттах. Выполнение этого правила становится ещё более критичным при использовании батарей питания для работы в условиях низких температур. Внутреннее сопротивление у небольших батарей примерно в 2 раза выше, чем у плотно упакованных батарей типа Anton/ Bauer ProРас емкостью 60 Вт-ч, и на них в холодных условиях будет оказано большее влияние. Небольшая батарея, которую с трудом допускают для работы при нормальной температуре, при низкой температуре окажется неудовлетворительной. Очевидно, что для работы в холодных условиях небольшая батарея с номинальным напряжением 12 В (или небольшая NiMH батарея напряжением 13,2 В) совершенно не подходит для применения в условиях низких температур.

4. Никогда не устанавливайте холодную батарею в зарядное устройство (за исключением систем Anton/Bauer InterActive, см. п. 5) – Зарядка холодных батарей может привести к появлению ряда серьезных проблем и даже к травмам (см. раздел "Техника безопасности"). Кроме опасности сильного взрыва, батарея может принять слишком мало заряда или совсем его не принять, что снова определяется ее высоким внутренним сопротивлением.

Обычные зарядные устройства не получают от батареи информации о температуре внутри нее и, поэтому, направляют нормальный и потенциально опасный ток быстрой зарядки к холодной батарее, что всегда является прелюдией к появлению одной из следующих проблем:

А – Зарядное устройство обеспечивает стандартный режим зарядки холодной батареи, что приводит к снижению емкости, потенциальной порче батареи от утечки электролита и риску травматизма от взрыва водорода.

В – Зарядное устройство показывает, что батарея полностью заряжена ("Ready") и готова к работе, хотя в действительности батарея полностью не зарядилась и обеспечит работу камкордера не более чем на 5 минут. Эта общая для холодных условий проблема функционирования зарядных устройств обычного типа возникает из-за слабого подобия между графиками заряда напряжения обычной батареи при полном заряде и холодной батареи в начале зарядки. По этой причине истощенная холодная батарея вводит в заблуждение микропроцессор зарядного устройства, давая ему сигнал о том, что зарядка полностью завершена.

С – Зарядное устройство сигнализирует надписью "Faulty" ("Повреждение"), что батарея не заряжается. Это обычный случай, происходящий с зарядными устройствами, снабженные световым индикатором "Faulty" и соответствующей микросхемой. NiCd батареи в холодных условиях могут выдать такой график напряжения, который "приводит в замешательство" зарядное устройство и оно отказывается заряжать батарею после того, как появляется надпись "Faulty". К сожалению, зарядные устройства этого типа всё же срабатывают спустя несколько минут и оператор может подумать, что зарядка батарей проходит нормально.

Чтобы избежать ненужных проблем и риска, во всех случаях выдерживайте батареи до полного достижения ими безопасной и оптимальной температуры зарядки (10-30°С), а затем спокойно устанавливайте их на зарядном устройстве быстрого действия. Как показывает опыт, в зависимости от суровости климата, холодные батареи следует прогревать до комнатной температуры в течение 1-3 часов.

5. Батареи питания и зарядные устройства InterActive фирмы Anton/Bauer – Все батареи фирмы Anton/Bauer профессионального назначения включают уникальную схему соединения чувствительных датчиков температуры, посылающих точную информацию о температуре батареи и другие нужные данные в зарядное устройство, (см. Раздел "Зарядка в холодных условиях"). Эти данные используются микропроцессором зарядного устройства при разработке безопасного и оптимального графика зарядки при любых окружающих условиях. Холодная батарея легко определяется при помощи зарядного устройства, которое автоматически переходит на специальный "Режим зарядки холодной батареи" ("Cold Battery Charge Mode"), и батарея получает полный заряд. Холодные батареи Anton/Bauer можно, не рискуя ничем, установить на зарядном устройстве типа InterActive и произвести их полную зарядку без каких-либо проблем, связанных с обычными способами зарядки в холодных условиях; это описано выше, в п. 4 настоящего раздела.

6. Температура оборудования – Если съемка в холодных условиях происходит непродолжительными сессиями (подряд не более 5-10 мин), то кинокамеры и камкордеры могут оставаться теплыми и возвращаться к комнатным условиям сразу после каждого выхода на свежий воздух. Однако при продолжительной съемке вне теплого помещения, если съемочное оборудование охладилось до окружающей температуры, то оно должно оставаться холодным до окончания съемки и его не следует периодически вносить в теплую зону. В противном случае на поверхности объективов и деталей механизмов могут выпадать капли влаги и возникнут проблемы, связанные с запотеванием объективов и увлажнением подвижных узлов. Помните, что холодная температура сказывается на работе двигателей, соленоидов и вязкости масла, используемого в оборудовании, и приводит к увеличению потребляемой мощности, а следовательно, и к уменьшению времени непрерывной работы батареи.

7. Дополнительная защита оборудования от действия низкой температуры. При разработке больших проектов, реализуемых в холодном климате, например, документальных съемок в Арктике или на зимних Олимпийских играх, благоразумно обратиться к представителям соответствующих фирм-изготовителей оборудования, выполняющим специальную подготовку оборудования к работе при низких температурах. Такая подготовка особенно нужна для кинокамер.

8. Запаситесь дополнительным комплектом батарей. Несмотря на выполнение превентивных мер, на оборудование и батареи может оказать влияние" собирательный эффект холодной температуры", что повлечет за собой снижение мощности и эффективности батарей. Поэтому для продолжительной работы в холодном климате лучше всего иметь дополнительный комплект батарей питания.

ПОРТАТИВНЫЕ ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Современные модели камкордеров мало похожи на те примитивные устройства на основе электронно-лучевых трубок, которыми пользовались в 1970-х годах. С внедрением приборов с зарядовой связью (ПЗС), методов цифровой обработки сигналов и новых цифровых форматов записи, видеоизображение сегодня стало совершенно другим, со значительно более высоким качеством, чем прежде. Однако, причина тому не только в этом.

Качество видеоизображения, получаемого во время внестудийных и репортажных съемок, сейчас бесспорно выше, чем, например, 10 лет назад. Причина в том, что усовершенствование видеокамер идет по пути улучшения каждого элемента и узла, за исключением только тех, которые оказывают наиболее критическое влияние на общую работоспособность оборудования. Камкордер только записывает изображение, а качество видеоизображения определяет освещение. Самые последние модели камер на ПЗС матрицах имеют настолько высокую чувствительности такой низкий уровень шума, что оператор может производить съемку практически в любых условиях, но ему приходится часто использовать дополнительное освещение. И конечно, если съемочная группа состоит из одного человека, то основные требования уже относятся скорее не к количеству, а к качеству света. При съемках чаще всего пользуются источниками света, устанавливаемыми на специальных фиксаторах на потолке, отчего поток света практически всегда поступает сверху. Верхнее освещение удовлетворительно для фона, но оно опасно для переднего плана. Неприемлемые результаты такого освещения известны каждому: темные "мешки" под глазами, красные носы, гигантские тени от подбородка, сверкающие лбы, глубокие морщины. Вид очень неприятный.

В прошлом предпринимались попытки решить эту проблему с помощью накамерных источников света, однако результаты также были далеко не удовлетворительными, и создавалось впечатление, что на объекты съёмки свет как бы не падал вовсе. Использование ламп мощностью 100 или 250 Вт приводило к тому, что объект съемки получал такое освещение, которое нужно только для съемки сцен допроса партизан из кинофильмов о Второй мировой войне. Кроме того, ярко освещенный передний план заставлял выбирать короткое фокусное расстояние от объектива до ближнего объекта съёмки, затемняя и расфокусируя фон. Наконец, операторов не устраивало использовать эти лампы из-за их большого веса и необходимости постоянно носить тяжёлый поясной ремень с батареями питания. Наконец, после долгого ожидания, на радость операторов, появилась моноблочная видеокамера – камкордер. Оставалось только решить проблему со светом.

В настоящее время элегантное и простое решение задачи создания хорошего освещения получило большое распространение и завоевало широкую популярность. Теперь имеется миниатюрный, устанавливаемый на камере источник "рассеянного света", который компенсирует тени, создаваемые верхним освещением. Легко понять концепцию такого источника света. В соответствии с особенностями интерьера и реально выполненными измерениями местоположения объекта, достаточно использовать одиночный источник света мощностью 40 Вт. Далее, видеооператоры обнаружили, что большинство съемок интервью, объектов и действий на переднем плане чаще всего производится на расстоянии 1-2 м от камеры. Поэтому, при работе с наиболее популярными объективами на расстоянии от объекта съемки около 1-2 м, оптимальное освещение может дать лампа мощностью порядка 40 Вт. Мощность потока света от накамерного источника света более 40 Вт превышает значение мощности, необходимой для выравнивания освещения на переднем плане и вынуждает увеличивать раствор диафрагмы, расфокусируя фон. При освещении накамерной лампой мощностью менее 40 Вт тени от верхнего источника света не будут полностью устранены. Студийное освещение позволяет устанавливать ("моделировать") объект таким образом, чтобы свет равномерно падал на него сверху и спереди. Это условие точно выполняют накамерные источники света мощностью 40 Вт, при этом они полностью совместимы для совместной работы с лампами верхнего освещения. Эти первые лампы нового типа созданы специально для совместной работы с имеющимся освещением для обеспечения видеоизображения высокого студийного качества.

Изображение, полученное с помощью такой лампы, обладает очень высоким качеством. "Рассеянный" свет от этой лампы прекрасно сочетается с имеющимся освещением и полностью устраняет все лишние тени на переднем плане, не влияя на чистоту изображения заднего плана при любых значениях экспозиции при съемке. Трудно подобрать подходящие слова, чтобы описать процесс преобразования любой снимаемой сцены, выполняемый с помощью этого источника "рассеянного" света – от мрачной обстановки для съемки фильма ужасов без него, до радостной сцены полностью залитой приятным светом.

Кроме успешного выполнения всех требований и критериев по необходимому уровню освещения снимаемых сцен, осветительный прибор Ultralight фирмы Anton/Bauer свободен от многих проблем практического свойства, которыми "грешат" используемые в настоящее время источники света других изготовителей. Благодаря применению высокоэффективного, устанавливаемого под требуемым углом отражателя, источник света Ultralight потребляет на 30% меньше мощности от батареи питания, чем обычные лампы с таким же световым потоком. В результате нужное освещение, которое обычно обеспечивает источник света мощностью 40 Вт, получают с использованием осветительного прибора мощностью всего в 25 Вт. (Это наглядно объясняет, почему лампы мощностью 250 Вт были такими неподходящими: ведь они необоснованно потребляли в 10 раз больше мощности).

С таким низким уровнем потребляемой мощности новый источник света, очень небольшой по размерам, может получать питание от той же батареи, к которой подключена кинокамера или камкордер. Это исключает необходимость в подключении кабеля для подачи электропитания или использования дополнительных сумок с батареями. Разъем PowerTap позволяет подключать накамерный осветительный прибор непосредственно к порту батареи питания, расположенному в задней части профессиональной камеры любой модели. (Подавляющее большинство современных профессиональных съёмочных камер оснащено адаптером Gold Mount). Источник света не должен потреблять большой ток, который мог бы оказать существенное влияние на срок службы батареи. После работы в течение 2,5 часов батарея может дополнительно обеспечивать электропитанием источник света Ultralight во внестудийном режиме съемки еще в течение 2 часов.

В действительности источник рассеянного света не является "дополнением" к репортажной камере, а скорее представляет собой "необходимость" для получения высококачественного видеоизображения профессионального качества. В настоящее время многие фирмы-изготовители профессиональной репортажной видеотехники приступили к выпуску подобных источников освещения, сразу встраиваемых в камеру. Созданный в результате тесного сотрудничества специалистов компании  Anton/Bauer  с фирмами-разработчиками видеооборудования, осветительный прибор ULTRALIGHT 2 конструктивно предназначен для установки в ручку съёмочной камеры или камкордера любой модели. Работа такого источника света может осуществляться в автоматическом режиме, например, при нажатии кнопки "Rес" (Запись), расположенной на видеозаписывающем устройстве; при этом осветительный прибор включается только при начале цикла видеозаписи, а при её окончании лампа прибора гаснет. Автоматическая функция Automatique™ позволяет исключить бесполезный расход емкости батареи питания, сократить расход энергии и обеспечивать электропитание осветительного прибора непосредственно от камерной батареи, не допуская при этом какого-либо снижения общей продолжительности работы камеры в непрерывном режиме. Когда камкордер снова укладывают в кофр, оправку-держатель источника света укладывают в выемку на ручке и закрывают крышкой.

Как уже было упомянуто, в настоящее время встроенный осветительный прибор типа ULTRALIGHT 2 становится стандартным дополнением ко многим моделям современных съёмочных камер, причем этот источник света можно приспособить также и к старым моделям камер и камкордеров. Система освещения с источниками света ULTRALIGHT 2 легко присоединяется к ручке любой съёмочной камеры. Когда освещение не требуется, цоколь устройства свисает вниз примерно на 4 см и остается подсоединенным к блоку Power Tap, который вместе с адаптером Anton/Bauer Gold Mount обеспечивает подачу питания непосредственно от батареи камеры. (Большинство профессиональных камер выпускаются с уже встроенными портами Gold Mount, однако существуют адаптеры Gold Mount потребительского назначения, пригодные для любой применяемой модели камеры и камкордера). Наиболее доступным является адаптер Custom Gold Mount со встроенной схемой Automatique, что позволяет осуществлять включение или выключение осветительного прибора с помощью кнопки записи на видеомагнитофоне.

Использование "источника рассеянного света" мощностью 25 Вт, с подключением к батарее электропитания камкордера, практически не влияет на выбор системы батарея/зарядное устройство. В большинстве случаев такая система, рекомендованная для выполнения специфической задачи, будет полностью обеспечивать свои функции при подключении дополнительного источника света небольшой мощности. Однако, при использовании накамерных источников света следует обязательно выполнять следующие рекомендации.

1. Не игнорируйте ранее установленное правило обеспечения непрерывной работы батареи питания в течение минимум 2 часов. Емкость батареи, выраженная в ватт-часах, должна быть минимум в 2 раза больше, чем значение величины номинального потребления мощности камеры/камкордера, выраженная в ваттах (лучше – чуть выше).

2. В качестве источника питания вы можете выбрать блок, состоящий из батарей разных размеров, например, из батареи более высокой емкости и с высокой механической прочностью для использования внутри помещения и с полным освещением, и батареи меньшей емкости для наружного использования. В качестве примера приведем камкордер со значением потребляемой мощности в 23 Вт с подключением двух батарей 2 х 23 или 46 Вт-ч. В этом случае для наружной съемки (без освещения) может быть достаточно использовать батарею TrimPac (45 Вт-ч) или HyTRON 50 (50 Вт-ч), а при использовании рассеянного освещения более выгодно применять батарею ProРас™ емкостью 65 Вт-ч или HyTRON 100. Поэтому, в данном конкретном случае больше всего подходит система питания, состоящая из двух батарей TrimPac, двух батарей ProРас и одного 4-позиционного зарядного устройства PowerCharger. Кстати, это действительно популярная конфигурация.

3. Накопленный опыт показывает, что дополнительный расход энергии от включения накамерного источника света относительно невелик за исключением случая, когда оператор случайно оставляет свет включенным после окончания видеозаписи. Поэтому необходимо взять за правило выключать свет сразу после остановки ленты. Для этой цели разработана микросхема Ultralight "Automatique", которая устанавливается во многие известные модели видеокамер и камкордеров. Эта микросхема имеется в устройстве Anton/Bauer Gold Mount и соединяется с микросхемой "включения" лентопротяжного механизма, встроенного в видеокамеру. Включением и выключением света можно управлять вручную или автоматически, одновременное нажатием кнопки на блоке видеозаписи, что исключает пустой расход энергии.

4. Может случиться так, что для съемки более удаленных объектов потребуется дополнительный источник света. Однако в большинстве случаев это не нужно, так как здесь требуется использовать осветительный прибор более высокой мощности. Используя источник точечного света (spot light) и адаптеры для дополнительной фокусировки, можно увеличить поток света в 10 раз и более, не повышая уровень потребления мощности. Когда расстояние между камерой и объектом увеличивается, фокусное расстояние объективов обычно растет, а угол обзора уменьшается. Согласуя угол потока света осветительного прибора с углом обзора объектива, можно направить на объект то количество света, которое раньше бы рассеивалось впустую.

Пример: Большинство осветительных приборов рассеянного света полностью охватывают угол 8-мм широкоугольного объектива. Теперь представим поток света от источника в 25 Вт при видеосъемке обычным объективом с возможностью изменения фокусного расстояния примерно на 20%. При фокусном расстоянии 36 мм, около 94% потока света падает вне площади снимаемой сцены и рассеивается, и в действительности только 6% света попадает в зону наблюдения. Правильное согласование угла падения света с углом раствора объектива даст 100%-использование потока света, исходящего от источника мощностью 25 Вт. Если такого согласования не производить, то для получения такого же уровня освещения необходимо использовать лампы общей мощностью 400 Вт !

Хотя 25-Вт источник способен осветить основные объекты "рассеянным" светом, существуют случаи, когда может потребоваться дополнительный световой поток. Несколько таких случаев описано ниже.

1. Outdoor "Daylight Fill" (наружный "рассеянный дневной свет") – На открытой съемочной площадке находится несколько объектов, которые освещены слабее, чем задний план, или же одна сторона лица освещена больше, чем другая. Это может быть ситуация, аналогичная съемке внутри помещения, но за исключением того, что в первом случае поток света может быть в 20 раз больше. Такое освещение вызвано узким пучком света, поступающим от источника мощностью 85 Вт через дихроичный светофильтр "дневного света". Такой вариант почти полностью аналогичен устаревшему и малоэффективному осветительному прибору типа "солнечной пушки" (sun gun) мощностью 250 Вт и напряжением 30 В, при котором может быть обеспечена установка значения фокусного расстояния объектива "f-8" при съёмке объекта, расположенного на относительно небольшом расстоянии. Высокоэффективные светильники малой мощности, такие как модуль Anton/Bauer UltraDAYlight, обеспечивают в два раза больший световой поток 5600 К при той же мощности, что и вольфрамовые источники.

2. Distant Interior Wide Angle (широкоугольный рассеянный пучок света для обстановки с глубоким сценическим интерьером) – Универсальный источник света мощностью 25 Вт может быть достаточен для освещения одного или двух типичных объектов "two-shot" (интервьюер/объект на расстоянии, не превышающем 3 м). Однако, для того, чтобы при съёмке охватить в кадре большую группу людей (используя широкоугольные объективы) на расстоянии 4-6 м, потребуется источник света мощностью 85 Вт (обычно это 85-Вт лампа с широкоугольным отражателем). Хоть и редко, но иногда все же требуется снять группу людей, находящуюся от камеры на расстоянии 7 м и более, и может понадобиться быстрое переключение на базовый осветительный прибор мощностью 200 Вт, 30 В). Такой источник света может получать электроэнергию от стандартного набора батарей питания с напряжением 30 В, упакованных в поясной ремень оператора (28,8 В) или от двух батарей типа РгоРас 14 напряжением 30 В.

3. Exterior Night (Ночная съёмка) – В данном случае более выгодно использовать "солнечную пушку" старого образца мощностью 250 Вт, которым пользуются для съемки "страшных сцен" в темное время суток. Однако, учитывая последние достижения в области разработки камер на ПЗС матрицах, для получения высокого качества видеоизображения больше не рекомендуется использовать осветительные приборы высокого напряжения и большой мощности. В противоположность бытующему представлению, от камеры должно поступать меньше света, когда сцена становится темнее. При ночных съемках яркий свет от камеры даст плоское видеоизображение и разрушит детали фона. Большую степень реализма, четкость и высокое качество видеоизображения сейчас можно получить при использовании менее мощного осветительного прибора (25 Вт) даже в том случае, если необходимо дополнительное усиление в 6 или 9 дБ.

ПРИЛОЖЕНИЕ: ПРОБЛЕМЫ (с прилагаемыми вариантами решений)

Как оказалось, в профессиональной видеосъемке использование аккумуляторных батарей представляет собой самый малоизученный процесс, который является как бы "полностью независимым", и в процессе эксплуатации эти источники питания становятся источником разных мифов и мнений, большинство из которых являются плодом вымысла, а не фактов. Это привело к избыточному росту различных проблем, связанных с применением батарей питания, компрометирующих сам процесс видеопроизводства. В данном Руководстве сделана попытка устранить большинство преград, затрудняющих чёткое понимание предмета обсуждения и рассмотреть эти проблемы в практическом ключе.

Ниже описаны особенности использования аккумуляторных батарей, которые по логическим соображениям не попали ни в один из вышеприведенных разделов.

Память

Возможно, что "память" NiCd батарей является самой непонятной причиной возникновения аномалий в работе батарей. С введением новых химических технологий много говорилось о том, что новые батареи «не обладают эффектом памяти». Как мы увидим ниже, многие из явлений, отнесенных к памяти в NiCd аккумуляторах, могут существовать в NiMH и литиево-ионных батареях. Фактически в основном разговоры о памяти исходят от производителей или пользователей, применяющих батареи и зарядные устройства не по их назначению.

Основной источник недоразумения, названный "памятью", заключается в том, что существуют два совершенно самостоятельных явления, названных одним словом "память". Одно из этих явлений – это "правильное" понятие памяти, которое в профессиональной видеосъемке обычно отсутствует. Другое явление – это проблема "падения напряжения", которую на основе этих симптомов стали называть "памятью". Вторичное падение напряжения представляет собой "псевдопамять", которая долгое время оставалась предметом обсуждения в качестве непонятного явления.

"Настоящее" явление памяти впервые было обнаружено специалистами космического агентства NASA при наблюдении за орбитальным спутником. Каждый день примерно в одно и то же время этот спутник уходил из освещенной области, где происходила подзарядка NiCd батарей от Солнца, в темноту, где батареи начинали расходовать полученный заряд на жизнеобеспечение экипажа. После многих циклов разрядки/зарядки батарей, абсолютно одинаковых по времени, ученые обнаружили, что за каким-то пределом батарея отказывалась давать энергию, хотя ранее именно в этой точке батарея еще работала и подвергалась разрядке. Другими словами, батарея "запомнила" точку разрядки и затем отказалась отдавать энергию за этой точкой, даже если поступала соответствующая команда. Это явление породило миф о том, что батареи перед зарядкой должны быть полностью разряжены, для того чтобы предупредить таинственную "память" об остающейся емкости.

Такой тип памяти никогда не обнаруживался в видеопроизводстве, равно как и в других отраслях. Этот редкий феномен запоминания проявляется только там, где число повторяющихся циклов частичного разряда всякий раз является точно таким же, как на спутнике. Если перенести это явление в область видеотехники, то для того чтобы этот эффект проявился, батарея, например, в течение недели или более должна разряжаться точно на 23-ей с половиной минуте от начала работы, с одинаковой скоростью каждый день, а затем каждую ночь перезаряжаться вновь. Естественно, что ничего подобного и близкого к такой ситуации возникнуть просто не может. Разумеется, что батареи часто, но лишь на какую-то часть разряжаются и затем вновь заряжаются. Этот процесс никогда не протекает в таком прецизионном виде, чтобы возник эффект памяти батарей.

"Память", часто упоминаемая в видеоотрасли, в действительности не является потерей емкости от повторной частичной разрядки, а представляет собой только понижение напряжения, как показано на рис. 5. В так называемой точке подавления "памяти" напряжение снижается примерно на 1,2 В. Кривая "А" отражает поведение батареи с номинальным напряжением 12 В при работе обычного камкордера. Заметьте, что в точке "памяти" напряжение батареи падает ниже уровня напряжения отключения камеры, и поэтому камера выключится. Начинает казаться, что батарея больше не имеет емкости. Однако это не так. Как можно видеть, батарея при этом более низком напряжении еще может расходовать емкость до достижения уровня EODV. Здесь основная проблема заключена в камкордере, который не может использовать эту емкость. (Такая часть емкости батареи называется "неиспользуемой емкостью". См. также раздел "Напряжение батареи"). Так как в данном случае емкость снижается, то этот тип "памяти" стал называться "потерей емкости".

Рис.5

Кривая "В" представляет "оптимальную" батарею с номинальным напряжением 14,4 В для этого же камкордера. Обратите внимание на то, что так называемая точка "памяти" и соответствующее падение напряжения не приводят к потере емкости. Таким образом, этот вид "памяти" в действительности не является "потерей емкости". Но откуда появляется падение напряжения и почему оно называется "памятью"? Зачем выпускают так называемые устройства устранения памяти (dememorizer) или специальные разрядные устройства, видимо, предназначенные для того, чтобы устранить эту проблему?

Появление так называемой проблемы "памяти" может быть вызвано действием вторичного сплава никель-кадмий. Там, где полностью заряженная NiCd батарея остается установленной в зарядном устройстве медленного действия или некоторых видах зарядных устройств быстрого действия, происходит "медленная зарядка импульсным током", предупреждающим саморазряд. К сожалению, после определенного периода времени стандартный импульсный ток зарядки начинает непрерывно превращать кристаллическую структуру никель-кадмия во вторичный сплав. Пока обычная NiCd батарея имеет номинальное напряжение 1,2 В на элемент (секцию), элемент из вторичного сплава имеет меньшее значение напряжения примерно на 1,08 В.

Теперь рассмотрим батарею питания для видеомагнитофона, состоящую из 10 элементов и изготовленную из вторичного сплава. Здесь присутствуют как бы "две батареи в одной": часть батареи – это NiCd батарея номиналом 12 В, а другая – батарея из вторичного сплава номиналом 10,8 В. Когда такая двойная батарея помещается в камкордер, в первую очередь мощность всегда будет поступать от источника более высокого значения напряжения (обычный сплав NiCd), и процесс выглядит нормальным. Как только весь "нормальный" ток более высокого уровня напряжения в элементах NiCd разрядится, энергия начинает поступать от секции батареи, составленной из другого сплава и обеспечивающей более низкое значение напряжения. Конечно, в этой точке "переключения источников" напряжение упадет до величины, наиболее характерной для вторичного сплава, что безусловно недостаточно для нормальной работы камкордера.

Может сложиться впечатление, что существует какая-то мистическая потеря емкости, проявляющаяся, когда батарею возвращают в зарядное устройство. Теперь возникает следующий вопрос: "Что заряжается повторно?" И ответом является: не та часть батареи, которая состоит из вторичного сплава. Из-за того, что камкордер не мог бы разрядить часть батареи из вторичного сплава, она остаётся всё ещё полностью заряженной и нетронутой. Только нормальная секция батареи подвергается перезарядке. Поэтому на следующий день батарея будет работать точно в таком же режиме, как и накануне. Вначале все выглядит нормально, и вдруг камкордер внезапно выключается, как и раньше, как будто он "запомнил" точку, в которой была потеряна емкость. Вот откуда впервые появилось неправильное название "память". Затем появился миф о разрядке, выдвинув неверное предположение о том, что батареи перед повторной зарядкой следует полностью разрядить.

Теперь таинственное явление "памяти" полностью распознано и причины разрядки стали понятны. Из-за того, что камкордер не может забрать энергию у элементов из вторичного сплава в батарее с напряжением 12 В, то действие этого сплава останется "навсегда". В действительности ситуация оказывается несколько сложнее поскольку каждая следующая зарядка импульсным током будет способствовать появлению все большего количества вторичного сплава. Вторичный сплав реально является аккумуляторной батареей, имеющей право на существование. Если такая "испорченная" батарея будет подключена к устройству, которое может работать при напряжении разрядки 10 В, то батарея полностью разрядится вместе с элементами из вторичного сплава. Если эту батарею снова зарядить, то она уже станет на 100% "нормальной" батареей NiCd и утраченная емкость вдруг неожиданно восстановится. Поэтому суть мифа "разрядка перед зарядкой" состоит в следующем:

1. Камера/камкордер получали электропитание от "неправильной" батареи, что привело к полной разрядке перед отсечкой напряжения камкордера.

2. Когда медленная зарядка импульсным током начинает образовывать вторичный сплав, камкордер может не разрядить его. Поэтому вторичный сплав остается нетронутым и кажется, что батарея прогрессивно теряет свою емкость.

3. Разместив батарею на устройстве, способном разрядить вторичный сплав, можно полностью вернуть сплав в прежнее нормальное состояние; он получит полный заряд и мистическая" потеря емкости" исчезнет.

Вновь вернёмся к рис. 5, но уже посмотрим на кривую "В". Обратите внимание на то, что когда в камкордере используется "правильная" батарея с "правильным" диапазоном напряжения, не возникают проблемы, связанные с неожиданным появлением "памяти". Каждый раз при использовании батареи в камкордере выполняется функция "сброса памяти" или полная разрядка и "протирка" вторичного сплава. Должно стать абсолютно ясно, что проблема "памяти" и связанный с ней миф о "разрядке перед зарядкой" являются результатом использования батареи номиналом 12 В в тех случаях, когда нужно было использовать батареи с номинальным напряжением 13,2 или 14,4 В. Более того, когда вы используете батарею с верно подобранным напряжением, то полная разрядка перед новой зарядкой не только не требуется, но и не рекомендуется.

При использовании батареи с правильно выбранным напряжением исключается появление нежелательных симптомов "памяти", то есть образование вторичного сплава на самом первом этапе можно предотвратить, правильно выбрав тип зарядного устройства. Переход нормального сплава во вторичный NiCd сплав вызван подачей постоянного импульсного заряда, характерной для большинства зарядных устройств быстрой зарядки; импульсный заряд подается для того, чтобы сдержать саморазряд.

Очевидно, что, исключив импульсную зарядку, можно остановить образование вторичного сплава, но тогда вернется проблема саморазряда. Фирма Anton/Bauer решила эту головоломку при помощи запатентованной микросхемы Lifesaver, применяемой во всех профессиональных зарядных устройствах Anton/Bauer и позволяющей заряжать батареи на 100% практически при полном отсутствии следов образования вторичного сплава или выделения пагубно действующего тепла.

Разрядка-перед-зарядкой

Предыдущий раздел о "памяти" полностью дает объяснение того, откуда возник миф о необходимости полной разрядки перед повторной зарядкой батареи, и почему отсутствует необходимость в этом при использовании "правильно" выбранной батареи. Для тех, кто еще продолжает использовать батареи номиналом 12 В и поэтому продолжают испытывать симптомы "памяти", правильное решение заложено не в разрядке, а в замене предлагаемых батарей на "правильные", имеющие номинальное напряжение 13,2 и 14,4 В, как это подчеркнуто в разделе "Напряжение". 0днако, если постоянно используется разрядное устройство, необходимо выполнять рекомендации, выполнение которых поможет предупредить порчу батареи или даже её возможный взрыв.

В качестве неуправляемой нагрузки, разряжающей батарею, никогда нельзя использовать осветительный прибор или резистор, так как это может привести к падению напряжения батареи до 0 В. Полная разрядка батареи до 0 В может безвозвратно испортить батарею или даже вызвать серьезный взрыв. Батарея для видеоаппаратуры обычно состоит из серий по 10 элементов (секций) и более. В процессе разрядки батареи всегда один из элементов достигнет полного истощения раньше, чем другие. Как только в этом первом элементе уровень напряжения достигнет нулевого значения, в остальных элементах еще может оставаться некоторый запас энергии, которая будет по-прежнему поступать на видеоустройство. Ток пойдет через полностью истощенный элемент и начнет заряжать его в противоположном направлении. Это вызовет перемену полярности элемента, принося вред батареи, а также приводя к выделению молекул взрывоопасного газа водорода.

Когда к перезаряжаемым батареям вы применяете выражение "полная разрядка", никогда не подразумевайте под этим разрядку до 0 В, а лишь разрядку до уровня EODV (нижний допустимый предел разряда батареи; иногда его называют "напряжением полной разрядки"). Поэтому разрядное устройство должно иметь автоматическую установку отсечки EODV батареи или чуть ниже. Чтобы избежать повреждения батареи и получения травмы, при достижении этого уровня напряжения нагрузку от батареи необходимо сразу же отключить.

Справка. Рекомендованные значения величины напряжения EODV для отсечки тока на разрядных устройствах:

Батарея с номинальным напряжением 12 В, 10 элементов = 9,0-10,0 В

Батарея с номинальным напряжением 13,2 В, 11 элементов = 10,0-11,0 В

Батарея с номинальным напряжением 14,4 В, 12 элементов = 11,0-12,0 В

При использовании правильно выбранной батареи с номинальным напряжением 13,2 или 14,4 В, разрядка перед зарядкой не только не нужна, но и категорически запрещается. Такая разрядка способна сократить полный срок службы батареи.

Тем же, кто, несмотря на приведенные научно-технические практически подтверждённые свидетельства, продолжает "верить" в существование "памяти", даются следующие советы.

· В течение месяца "поупражняйтесь"с вашими батареями, используя разрядное устройство с правильно подобранной микросхемой для отсечки тока. После завершения разрядки и непосредственно перед началом ее повторной зарядки положите батарею" отдохнуть" на 2-4 ч. Такая разрядка не произведет на батарею никакого отрицательного эффекта.

· Поместите "именные наклейки" на ваши батареи, например, "понедельник", "вторник" и т. д., или же только укажите "А", "В", "С" и т. д. В понедельник начните работу с первой батареей ("понедельник" или "А") и используйте ее до полного истощения (показание низкого напряжения на камере), и затем переключите питание на любую другую батарею. Во вторник используйте вторую батарею (обозначенную "вторник" или "В") и снова попытайтесь использовать ее до полного истощения перед тем, как заменить её на "свежую" батарею.

Продолжайте в том же духе каждый последующий день. Эта практика гарантирует вам, что каждая из ваших батарей будет достигать полной разрядки по крайней мере раз в неделю. Если кто-то продолжает думать, что периодическая разрядка полезна, то этот способ разрядки является безопасным и простым, не сокращающим срок жизни и не ухудшающим эксплуатационные характеристики батарей. Если для электропитания используется батарея с правильно подобранным напряжением, то сама камера выполнит функцию оптимального разрядного устройства.

Самопроизвольная разрядка (саморазряд)

Полностью заряженная батарея, после снятия с зарядного устройства, проявляет признаки самопроизвольной разрядки, или саморазряда. Из-за своих свойств элемент, изготовленный на основе сплава NiCd, будет очень медленно и непрерывно терять свой заряд в течение определенного периода времени. Можно ожидать, что при комнатной температуре в первые 24 часа батарея потеряет 5% своей емкости, а затем ежедневно будет терять по 1% емкости. Чем ниже температура, тем медленнее протекает этот процесс, а с повышением температуры скорость самопроизвольной разрядки заметно увеличивается. В нормальных условиях саморазряд можно считать незначительным, поскольку почти 90% полной емкости должно сохраняться, если аккумулятор не подзаряжается более недели.

Литиево-ионные батареи сохраняют значительную часть своего заряда в течение длительного времени. Однако следует отметить, что заряженное состояние батареи – самое худшее состояние для ее долговременного хранения, что особенно относится к литиево-ионным батареям. Эффекты «невосстанавливаемой емкости» (рассмотренные в разделе «Конструкция элемента») в заряженной батарее проявляются значительно сильнее. В то время как эффекты хранения в NiCd батареях практически отсутствуют и слабо выражены в NiMH батареях, долговременное хранение литиево-ионной батареи следует исключить. Низкие температуры значительно замедляют процессы внутри батареи, а при повышенных температурах саморазряд ускоряется.

Эффекты саморазряда можно совершенно не учитывать при использовании зарядного устройства InterActive с режимом сохранения срока службы (Lifesaver mode). Эта программа, заложенная в зарядное устройство, обеспечивает только низкоскоростную зарядку, достаточную для компенсации саморазряда. Это позволяет оставлять батареи в зарядном устройстве произвольно долгое время, сохраняя 100% заряженное состояние и исключая эффекты саморазряда и вытекающего из этого дисбаланса батареи.

Разбалансированные батареи

Разбалансированная батарея характеризуется наличием элементов, которые находятся в разном состоянии зарядки. Это обусловлено тем, что каждый из 10 или больше элементов, из которых состоит батарея, саморазряжается с разной скоростью, и через одинаковый промежуток времени каждый элемент будет иметь или разную емкость, или требовать отличного режима зарядки. Эта маленькая проблема становится серьезной в случае, когда один или несколько элементов демонстрируют аномальную, или ускоренную саморазрядку, при которой величина дисбаланса между отдельными элементами может стать очень большой и даже привести батарею к полному выходу из строя.

Литиево-ионная батарея также может стать разбалансированной вследствие различных факторов – производственных допусков при изготовлении элементов, различия в емкости элементов, которыми комплектуется батарея, периодами длительного хранения, в результате чего получаются различные значения «восстанавливаемой емкости» элементов, из-за внутренних дефектов в одном из элементов или вследствие различной нагрузки на элемент, создаваемой собственной схемой контроля. К сожалению, нельзя оценить несбалансированность литиево-ионной батареи. Если схемы защиты литиево-ионной батареи правильно рассчитаны и нормально работают, меньшая емкость даже одного элемента батареи может привести к отключению всей батареи. Поскольку только один элемент при EODV приводит к отключению батареи (а следовательно и камеры), любая несбалансированность литиево-ионной батареи приводит к уменьшению ее срока службы. Слабый элемент может отключить зарядку всей батареи, когда он оказывается полностью заряженным, в то время как оставшаяся батарея заряжена лишь частично. В результате снижаются характеристики батареи. Один из основных недостатков связан с химическим составом.

При несбалансированном состоянии процесс обычно протекает следующим образом:

1. Батарея имеет один или более элементов с ускоренным саморазрядом (вследствие внутренних коротких замыканий между пластинами, что вызывает ускоренную потерю энергии элементом батареи).

2. В течение короткого промежутка времени какие-то три элемента теряют 40% своего первоначального заряда, в то время как остальные 8 элементов теряют только около 10% заряда, что считается нормальным явлением.

3. После этого батарея используется для подачи электропитания на камкордер, и вместо двух часов работа прекращается через 1 час 10 минут. Это объясняется тем, что когда 3 элемента, имеющие лишь 60% заряда, истощаются полностью, напряжение резко падает, и камкордер отключается. Поэтому кажется, что батарея полностью разрядилась и 30% емкости таинственно исчезло.

4. В действительности батарея разряжена не полностью, так как 8 элементов все еще остаются заряженными на 30%. Теперь, когда батарея повторно заряжена, большинство обычных зарядных устройств прекратит зарядку батареи после полной зарядки этих 8 элементов. Так как этим восьми элементам нужно дополнительно только 70% заряда, три элемента, которые полностью разряжены, получат лишь 70% заряда, а другие – все 100%. Поэтому снятая с зарядного устройства батарея имеет три элемента с 30%-ным недостатком заряда. Первоначальный дисбаланс поэтому продолжает развиваться дальше и предыдущая "потеря емкости" обнаружится снова, если батарея будет немедленно введена в работу. Кажется, что батарея запомнила эту потерю емкости, вызвавшую ошибочное представление о появлении симптомов явления "памяти".

5. Если батарея немедленно не используется, то снова проявится явление, описанное в п.2. За то время, пока 8 элементов потеряют 10% емкости, 40% заряда потеряют три оставшихся элемента из 70% заряда, который они имели вначале. Теперь дисбаланс вызван тем, что у "нормально" заряженных элементов имеется 90% заряда, а у остальных трех – только 30 % заряда.

6. Этот процесс может продолжаться до тех пор, пока три элемента полностью не разрядятся, а оставшиеся 8 будут заряжаться на 100%. В этот момент батарея обычно характеризуется как "не принимающая заряда" и выбрасывается как испорченная. Причина того, что батарея "не принимает заряда", заложена в том, что большинство элементов находятся в полностью заряженном состоянии, а диагноз "испорченная батарея" появляется потому, что несколько элементов продолжают оставаться в полностью разряженном состоянии.

Умеренно ускоренная саморазрядка элементов батареи является нормальным явлением, но в связи с этим чаще, чем хотелось бы, возникают выше описанные проблемы. Батареи с подобными элементами могут обеспечить высокий уровень обслуживания при условии, если получены правильные замеры. Конечно, правильная сборка батарей может резко уменьшить вероятность ускоренной саморазрядки (см. раздел "Строение батарей"), но когда это условие не соблюдено, ускоренный саморазряд может быть предупрежден режимом медленного заряда (24-часовой тест) (maintenance charge), а любой дисбаланс может быть выправлен режимом быстрой зарядки (короткий тест) (equalizing charge).

Equalizing charge (Режим быстрой зарядки – короткий тест) – По причине обычного и ускоренного саморазряда батарея может серьезно разбалансироваться (см. выше). Такое положение не может быть выправлено обычной зарядкой, так как ток быстрой зарядки должен быть отсечен, когда первые элементы достигнут полного заряда, а иначе они будут повреждены. Остальные элементы, не получившие к этому моменту полного заряда, останутся заряженными не полностью. Поэтому любой дисбаланс, существующий перед зарядкой, будет существовать и после зарядки. Кроме того, из-за сильно разбалансированной батареи способ обычного прекращения подачи заряда может дать сбой, ток быстрой зарядки будет продолжать поступать, что приведет к разрушению батареи и риску возгорания.

Этот очевидный парадокс и опасная ситуация полностью исключаются при использовании интерактивной технологии зарядки разработанной специалистами компании Anton/Bauer (InterActive charge technology). Внутренняя сеть All Cell Sensing следит за статусом зарядки каждого элемента. Независимо от величины дисбаланса внутренние датчики в каждом цикле зарядки вначале определяют состояние первого элемента, достигшего 100% заряда, и поступление к нему тока быстрой зарядки прекращается, исключая риск опасности и повреждения элемента. Сразу после прекращения подачи тока быстрой зарядки, микропроцессор зарядного устройства входит в режим быстрой зарядки (equalizing mode). На основе поступающих данных от микросхемы Microcode аккумуляторной батареи и датчиков, а также учитывая данные о заряде, накопленного в процессе предыдущего цикла быстрой зарядки, с помощью микропроцессора рассчитывается величина возможного дисбаланса. Батарея затем вводится в режим быстрой зарядки, и в элемент передается номинальный заряд, величина которого рассчитывается таким образом, что все элементы подзаряжаются до 100%. При этом дополнительный заряд не разрушает уже полностью заряженные элементы. Когда все элементы получат 100% заряд, а батарея полностью сбалансирована и выровнена, режим быстрой зарядки останавливается, и начинает действовать режим медленной зарядки (24-часовой тест) (maintenance charge). При использовании зарядного устройства Anton/Bauer InterActive, режим быстрой зарядки становится стандартным параметром в каждом цикле зарядки, обеспечивая полную безопасность и 100%-ю зарядку и балансировку батареи в любой момент времени. В то время как режим быстрой зарядки исправляет имеющийся дисбаланс, режим медленной зарядки служит для предупреждения дисбаланса, возникающего в последующем по любой причине.

Maintenance Charge (Режим медленного заряда • 24-часовой  тест) – Допуская, что зарядное устройство успешно справилось с оценкой статуса полной зарядки батареи и прервало поступление тока быстрой зарядки, следует рассмотреть еще два важных момента. Будет ли прекращено поступление полного тока заряда и, соответственно, батарея будет отключена, или же будет обеспечено поступление "импульсного заряда" на протяжении всего времени, пока батарея остается в зарядном устройстве. Оба момента создают серьезные проблемы.

Полное прекращение зарядного тока равнозначно тому, что батарея снимается с зарядного устройства и укладывается на полку в шкафу, где она лежит до тех пор, пока не понадобится. Здесь элементы батареи испытывают как нормальный, так и ускоренный саморазряд, но может возникнуть нежелательная ситуация, описанная в пп. 1 - 6 раздела "Разбалансированные батареи". Даже в случае, когда ускоренный саморазряд минимальен, обычный саморазряд может заметно уменьшить время работы, если температура при хранении была повышенной или продолжительность хранения на полке была слишком большой.

После отключения режима быстрой зарядки многие обычные зарядные устройства быстрой зарядки дают батарее "непрерывную подпитку импульсным зарядом" на протяжении всего времени, пока батарея находится в зарядном устройстве. Такой импульсный заряд подпитки предназначен для полной компенсации разряда и поэтому подавляет любой вид саморазряда, поддерживая батарею в полностью сбалансированном и заряженном состоянии. Подбный подход подтверждается теорией, но, к сожалению, подпитке быстрым зарядом сопутствуют серьезные побочные эффекты, наносящие батарее больший вред, чем явление саморазряда. Импульсному заряду сопутствует выделение тепла, температура элемента обычной батареи повышается примерно до 45°С, что вызывает разрушение и разложение органических компонентов элемента со скоростью, в 5-10 раз выше, чем при нормальных условиях. Другими словами, постоянный импульсный заряд, вызывающий старение батареи с 10-кратной скоростью, по сравнению с нормальными условиями, приводит к тому, что батарея, вместо ожидавшихся от нее двух лет надежной службы, отказывается работать уже после трех месяцев эксплуатации. Кроме того, повышенная температура также снижает уровень адаптации батареи к приёму заряда, приводя, в результате, к общему снижению ёмкости. Наконец, продолжение подачи импульсных зарядов вызывает эффект, названный "памятью". И самое последнее. Импульсные заряды наносят самый большой вред батареям с экономической точки зрения, снижая уровень её рабочих характеристик.

Таким образом, возникает известная ситуация: "и делать плохо, и не делать плохо". Если батарея не получает импульсного заряда, то она будет саморазряжаться и быстро становится разбалансированной. С другой стороны, если батарея получает импульсный заряд, прекращается саморазряд, но ухудшаются рабочие параметры, а срок службы батареи может уменьшиться до 80%. Столкнувшись с этим противоречием много лет назад, специалисты фирмы Anton/Bauer разработали режим медленной зарядки, предупреждающий саморазряд и появление дисбаланса без выделения тепла и ускоренного старения, т. е. без процессов, обычно сопровождающих стандартный режим подзарядки импульсным зарядом. В результате успешной реализации указанного режима, была разработана и запатентована микросхема Lifesaver для установки и регулировки процесса медленного заряда, и которая входит в состав каждого профессионального зарядного устройства фирмы Anton/Bauer. После того, как батарея зарядилась и полностью сбалансировалась в режиме быстрого заряда, она переводится в режим Lifesaver на всё время, пока она остается в зарядном устройстве. На основе поступающих от батареи данных, микропроцессор разрабатывает прецизионный пульсирующий график Lifesaver, поддерживающий батарею на уровне 100% заряда и в сбалансированном состоянии, не допуская повышения температуры. Батарея остается в зарядном устройстве до тех пор, пока не понадобится для работы. Это могут быть дни, недели и даже месяцы.

КАК ОПРЕДЕЛИТЬ, КАКАЯ БАТАРЕЯ НАИЛУЧШАЯ?

Важно понять, что выбор батарейной системы является сегодня таким же важным решением, как и выбор формата записи. В большинстве случаев на выбор батареи требуется больше времени, чем на выбор камеры. Многие вещательные компании, которые начинали работать с аккумуляторами NP, когда только появились первые камкордеры Betacam (потому что они получали аккумуляторы вместе с камерами), до сих пор сталкиваются с проблемами, которые были успешно решены фирмой Anton/Bauer еще 20 лет назад.

«Наилучшая» батарея – это та, которая может продолжительное время надежно эксплуатироваться оператором в тех условиях, в которых он предполагает использовать свое оборудование. Батарея, которая обеспечивает электропитание 40-Вт цифровой камеры и накамерного светильника, совсем не обязательно должна быть той же, которая используется для питания 25-Вт камкордера без дополнительного источника света.

Батарейная система с характеристиками, принятыми всеми основными производителями оборудования, состоящая из батарей различного размера, различного химического состава и различной стоимости, которые могут заряжаться с помощью одного зарядного устройства, обеспечивающего возможность ввода новых программ зарядки, – единственное «универсальное» решение. Таким образом, каждое применение и каждые условия эксплуатации требуют использования различных типов батарей.

Задайте себе следующие вопросы:

· Какой формат батареи обеспечивает наибольшую гибкость и совместимость с современным оборудованием?

· Какие размеры и типы батарей подходят для используемого мной типа съемки? Использую ли я только один тип видеозаписи?

· Могу ли я одновременно устанавливать батареи разного размера и различного химического состава в одно зарядное устройство?

· Могут ли я эффективно использовать накамерный светильник?

· Какой формат и тип батареи позволяет иметь наименьшие затраты (следует учитывать первоначальные затраты, эксплуатационные затраты и затраты на замену батарей)?

· Какой формат батарей может быть адаптирован к новым технологиям, которые появятся в будущем?

Ни одна батарея, применяемая в видеотехнике или в любой другой отрасли, не может быть названа «универсальной». В технологии видеосъемки различные условия работы, различные требования к съемке и индивидуальные предпочтения приводят к необходимости использования в разное время различных типов батарей. Те дни, когда в профессиональной работе использовались батареи одного размера и типа, давно прошли.

Сегодня принятие решения, какую батарею использовать в профессиональном видеооборудовании, – это выбор формата. Формат включает батареи различного размера, типа и химического состава, которые могут использоваться для электропитания оборудования любого производителя. Батареи одного формата могут заряжаться одновременно, безопасно и надежно в одном зарядном устройстве, что определяет их применение сегодня и в будущем.