BRAUN シェーバー 5887 電池交換 2

    電子工作
    02 /18 2018
      やっと放電が終わりました。

    記事の更新が遅れており申し訳ありません。
    1ヶ月以上経つのですがシェーバーの電池が切れないんですよ(汗)
    無駄に持ち過ぎです。 あと数日だと思いますのでしばしお待ちください。
    あ、でも大した内容じゃないような気が...


    そして1週間経ちましたが、まだ電池が切れません。m(_ _)m
    Braun5887_10.jpg
    ランプ1個で2週間以上動いています。以前なら数日で赤になり、赤で1回使うと回転が急速に落ちて充電だったのですがこの感じだと赤になっても数回使えそうです。
    もう永久に切れないんじゃないかとか原子力電池を積んだっけとか困惑しています。 今までの経験が全く役に立ちません。(当然か)
    元の電池(ER160L2507N?)はかなり容量が少なかったようです。
    2000mAhで今日で7週間動いています。もとは2週間チョットでした。

    折角なので?雑談
    原子力電池が正確にはRTG(Radioisotope thermoelectric generator)です。 原理的には放射性物質が発生する熱を電気に変えるというシンプルなもの。
    (正確には放射性物質が発生するアルファ線が物に当たって発熱する。)
    (核爆弾も微かに暖かいらしいので有事の際は触って区別して下さい? 機密保持の為にマークはないはずです。)
    ただ、ロケットの打ち上げに失敗したときに放射性物質をまき散らす恐れがあるので強度が必要でそう簡単には作れません。
    形状は黒い円柱に多数(普通8枚)の放熱フィンが付いているのですぐに分かる。何十年も使えるものもある。
     例えばボイジャーは40年以上も動いている。最近、軌道修正を行った
    以前は木星の観測衛星にはRTGが必要でした。 それは太陽光の強さが遠日点で地球の1/30(火星は1/2.8)しかないため太陽電池が使えなかったからです。
    最近は木星までなら太陽電池で動かせ通信できます。 但し、その技術と通信設備があるのはアメリカだけですけどね。
     因みにはやぶさ (探査機)が行った小惑星イトカワは遠日点で火星と同等です。
    それと、宇宙基地の電源にもRTGを使うはずです。(寒いので火星でも。月は微妙だがRTGを使った方が重量的に楽か。)
    日本でRTGは...アメリカに売ってもらうしかないかな?


    やっと電池が切れました。
    9週間(ちょうど2か月)持ちました。
    これからすると元の電池は500mAh位です。
    1000mAh位だと思っていたので1ヶ月で済むと思っていました。
    2か月持つメリットは見いだせません...(長期間の旅行にしても長すぎる)

    追記

     使用時間を気にせずじっくり剃ることができます。
     これは気分的にかなりいいです。
     以前だと時間を気にして剃り、後から剃り残しに気が付くことがありました。
    追記終わり

    前回の記事で400mAで1h(時間)充電だと書きましたが、それだと充電効率を加味しての容量は300mAh弱と合わない。
    説明書を読み直すと、1h充電で50分使用可能(約2週間)とあるだけでフル充電とは書いていない。
    また、半年ごとに電池を使い切って4時間以上充電するようにとあった。
    どうも1hではフル充電にならないようで実用的な充電時間のよう。
    実際、長時間充電した方が最初に使った時にモーターの回転数が速い。

    という訳でまあ最大500mAh位かな。

    今後何年使えるか?
    ReCyKo+の充電回数は数100回~約1000回と幅が広い。(JIS規格でない独自の充放電条件なのだろう。)
    常識的に考えると?最小の数100回はフル充電・フル放電。数100回の最小は200回。
    今回の結果から9週間、寿命中間で6.75週間持つとすると、1年での充電回数平均は365/7/6.75=7.7回
    充電回数200回で計算とすると25.7年。
    いや~シェーバーが持たないでしょう。電池自体も持たない。(私も持たない?)

    つまり、2000mAhの電池を使うのはオーバー・スペックだったようです。(今更か)
    充電時間は最大7.5時間位になるはずです。(ちと長いな。充電時間が長くなることを考えていなかった...)

    充電時間を考えると1000mAh程度までの電池にした方が良かったようです。
    エネループライト(950mAh)とか、100均の充電池も容量的には良い(1300mAh)。
    だだ、100均のは急速充電すると寿命がかなり短くなり(元々未保障)、500mA位の充電で50回強位しか持たない感じです
    それでも3年位は持つかもしれませんが、急速充電による水素ガスの発生が心配です。
    ニッケル水素充電池を使った時点であるリスクですが、このシェーバーは防水=完全密閉なので心配です。
     モーターやスイッチが防爆型で密閉されていれば(火花の)問題はない。
    従って、急速充電に耐える信頼できるニッケル水素充電池にした方が良いでしょう。

    パナソニックの充電器の説明書をみるとエネループ・ライトで1C充電もOKなようです。(寿命への影響は不明)
    エネループ・ライトした方が充電時間的に使い勝手が良かったようです。(3~4時間で充電完了)
    ただ、エネループ・ライトは大電流で使用だとエネループに比べてわずかに電圧が低いようなので髭剃りに少し時間が掛かる可能性があります。(ただ、恐らく分からないでしょう。)

    それと書き忘れましたが防水パッキングが付いているのですが、ゴミや埃に注意しないで分解・組み立てをしたので防水性能は低下していると思います。
    私は水洗いしないので問題ないです。


    さて、完全に放電したので充電してみる。
     前回、充電済みの電池を入れたのに不審な動作だったので心配です。

    あ~やっぱりランプ上は1時間でフル充電になります。
    使ってみるとランプはフル充電ではない。
    基本的には電池の電圧をみてランプを点けるが、充電中のランプはタイマーのようです。
    この方法だと電池がへたった時でも見かけ上は充電がきちんと終わったように見えるし、不良品扱いで充電できないといことがない。

    また、シェーバーとACアダプタが以前より熱くなる。
    以前より長時間大電流が流れるのでしょう。
    2時間くらいで冷える。

    まあ、適当な時間充電してフル放電させないようにして使えばいいでしょう

    たわいもない話で長らく引っ張ることになり申し訳ありませんでした。

    以上

    BRAUN シェーバー 5887 電池交換 1

    電子工作
    12 /19 2017
    BRAUNの5シリーズで昔ながらの物です。替え刃を常にストックしているので売っている間は変えられないのです。

    買った頃は2週間以上持った電池が1週間しか持たなくなった。
    これだけならまだ使えるのですが、まだ充電量があるのに使用中にモーターの回転=音程が微妙に落ちて不安を感じるのです。
    10年使ったので約300回充放電したことになる。
    その様な訳でニッケル水素充電池を交換しました。

    説明書に分解の仕方が出ている、が、分解したら修理不可能と書いてある...
    また、電池は使い切ってから分解するようにとある。
    Braun5887_01.jpg
    BRAUN  Contour BS 5887 2007年製 家にある唯一ドイツ製のもの。
    大昔、日本がガラクタしか作れなかった頃(1965年位まで?)ドイツのゾーリンゲン地方の刃物(包丁、ナイフ)は憧れの存在でした。今でも高級品のツヴィリングとリーズナブルなヘンケルスのブランドが有名なようです。

    えーさて、分解しました。
    Braun5887_03.jpg
    尻(図左上)にあるキャップを外して、マイナスドライバーでネジを緩めた。
    ネジは抜けてこない。 ヘッドの部分(右下)をこじって引き抜いた。
    BRAUNのシェーバーは35年以上使っており一世代?前のに比べてかなり簡単。
    図にはないですがユニバーサルのACアダプタで充電します。(左下の3ピン)

    Braun5887_04.jpg
    電池は+-電極に突起(ポッチ)が付いており、これを電池フォルダーの板で挟む(摘まむ)ようになっている。 直列接続です。
    寸法的には単三サイズの寸法規格ギリギリのニッケル水素電池と殆ど同じだが突起1個分長い。

    説明書と電池の向きが逆。
    キチンとしたドイツ製らしくないな。まあ最近は日本も人のこと言えませんが。
    電池は分厚く強力な両面テープで固定されており簡単には取れない。

    それと話は前後しますがマイナスドライバーはかなり細い(薄い)のでないとダメです。上図のを使いましたがチョット細かったです。

    電池はこんな感じです。
    Braun5887_08.jpgBraun5887_07.jpg
    SANYO製のニッケル水素ですが容量は不明です。
    これと互換性があるのはパナソニックのER160L2507Nという電池らしいです。
    ナショナル プロリニアバリカン ER160用らしいです。これも容量不明。

    単3のReCyKo+ 2000mAh 2個に交換しました。(通信量削減の為図は省略)
    一応直前にリフレッシュ(放電後に充電)したものを普通の両面テープで固定しました。(セルバランスをなるべく揃えるため)
    電池フォルダーの電極の板は電池と密着するように曲げましたが、板が薄くばね性が弱くて接触が心配だった。一応無水アルコールで拭いた。(電池も)

    組み立てる前に確認の為にばらした状態で電源SWを入れてもモーターは回らなかった。安全装置付き?
    ただ、充電ランプが4個中1個しか点かないのが気になった。

    組み立てて電源入れてもランプ1個。 モーターは勢いよく回るのでフル充電なのは間違いない。きっと充電回路の癖だな(冷や汗)充電してみよう。
     マイコン制御かもしれない。
     替刃の交換時期も教えてくれるし。使用回数をカウントしているらしい。

    1時間で充電完了。ランプ4個になった。
    そうそう1C充電なので電池を選ぶんです。ReCyKo+は0.5Cの充電器があるのまでは確認したのですが1Cで大丈夫かは厳密には不明です。

    追記1

    ただ、元の電池の容量が分からないので1Cが何mAなのかは分かりません。
    ACアダプタは12V 0.4A。でも電池が400mAhってことはないでしょう。
    降圧型のDC/DCを使ったとしても最大1.5A位。でも、シェーバーのプリント基板上にはコイルは見えないので謎です。
    まあ、今回の2000mAhので大丈夫なのではないかと思い(期待し)ます。
    追記1終わり

    それにしても1C充電、毎回ほぼフル放電でよく約300回も充電でき10年持ったものです。(過放電はしなかった)

    ニッケル水素充電池はフル放電で使うと公称充電回数の半分前後しか持たない。(試験に実使用時みたいに半分位しか放電しないような回が含まれるため)
    必ずフル放電したり、さらに1C充電するともっと回数が減る。
    SANYO製なのでエネループの第一世代(2005年 1000回充電)の技術が使われていたのかもしれない。

    交換の次の日使いましたが問題ないです。
    あとは電池が切れるまで使って充電してみないと分からないです。

    つ づ く

    バッテリーバックアップ回路のDiとRを厳密に選定

    電子工作
    08 /27 2017
    311の時に買って使用推奨期限を過ぎた CR2032 コイン形(ボタン型)リチウム電池が10個ある。
    ただ捨てるのはもったいないなぁ。 何か使え(遊べ)ないかな~。
    でも、コイン形リチウム電池は電流流すと電圧落ちるんだよな。

     参考:CR2032の放電特性の実測
        CR2032ってどんな電池?主要メーカ7社の比較まとめ

    並列は...確かダメだよな。 充電電流量が決まっているんだったはず。
    データシートで確認してみるか。
    backupBATT01.png
       図はPanasonicの「AAA4000COL14.pdf」から引用(以下ことわりがない限り同様)
    図の(2)で回路図を独立させている、やっぱり直に並列はだめか。

    あれ、バックアップ回路の逆流防止用ダイオードの選定ってこんなに面倒だったっけ。
    backupBATT02.png

    確か小電流のスイッチング・ダイオードで良かった気がするが。
    チョット調べてみるか... という訳で話しがそれる(良くあること) (成り行きの話終了)
    そんな訳で 以下、調べてみた個人的なメモです。


    逆流防止用ダイオード
    ダイオードの逆方向電流Ir=リーク(漏れ)電流によって、電源から電池への流れで充電してしまうので低リークなダイオードにする必要がある。
    温度によってリーク電流の変化が少ないものしろとなっているが一般的でない気がする。
    一般的には温度が上がるとリークが増えるが、年単位の話なので寒い時期は減るので室内で使う分には25℃での最大リーク電流で選定しても概略良いと思う。 (あくまで趣味レベルの設計で) ただ、ダイオードにばらつきがあるので何倍かマージンがあった方がよりよいとは思う。

    ダイオードで許容できる最大リーク電流は電池の許容充電電気量と使用時間から計算するとのことなのでやってみる。
    許容充電電気量は公称容量の何%かで規定されている。
    Panasonic コイン型は3% 円筒型は1%
    maxell タイプによらず1%
    SONY 2%
    一般社団法人 電池工業会 2%
    一般的には公称容量の2%と思っておけば良さそう。
    ワーストケースのmaxellの1%でCR2032(220mAh)を計算すると許容充電電気量は2.2mAh。
    電池の使用推奨期限の5年で充電する(使う)とすると
     2.2mAh/(5*365*24)=50.2nA  結構少ない。

    ダイオードの選定
    まずはダイオードの種類によるIrの傾向
    ・スイッチング・ダイオードはIrが非常に少ないし安いので基本的はこれ。
    ・ファスト(ファースト)リカバリ(FRD)もIrが少ないがやや高価なので今回の用途に使う意味はない。
     なお、FRDはスイッチング・ダイオードよりも高速にリカバリーするのでフリーホイール
     (フライホイール)ダイオードに向いている。
    ・ショットキーバリア(SBD)は順方向電圧 Vfが低いので使いたくなるがIrが非常に多いのでムリ。
    ・整流用はVfが高いしIrはSBDよりはましだが割と多い。
     大きくて足(リード)も太く、いいところなしなので考える必要し。
    やはり基本的にはスイッチング・ダイオードがよいだろう。

    具体的に秋月電子扱いのダイオードで、種類毎に安いもので調べてみる。
    汎用小信号高速スイッチング・ダイオード 1N4148 100V200mA(50本入) 100円
     25nA Max.(20V 25℃)実際に掛かる逆電圧は2~3Vなのでさらに減る。
     あくまで代表値なのでもっと多いものあると思うが温度が高い場所で連続して使わない
     限りは大丈夫だろう。
     もし、公称容量の2%まで充電OKの電池を使うならば10年でも可なレベル。

     参考:古いスイッチング・ダイオードは?
      1S1588 グラフの読み値で約2nA Typ.(3V 25℃)
      1S2076A グラフの読み値で約6nA Typ.(5V 25℃)
      それぞれ最大値は不明。
      最大を10倍まで見込んでも、まあ少なくとも趣味の範囲では使えるだろう。

    ファストリカバリ・ダイオード 200V1A ERA32-02 (20個入) 100円
     50uA Max.(200V 25℃)1000倍多い。
     120nA Typ.(50V 25℃)グラフの読み値で多い。 2~3Vなら減るだろうが不明なのでNG。

    ショットキーバリアダイオード(30V200mA) BAT43(10本入) 150円
     100uA Max.(25V 100℃)2%パルステスト
      2uA Max.(25V 50℃)グラフの読み値。2%?のパルステスト。
     2%パルステストではなく100%通電だと恐らく10倍位になる。 全然話にならないのでNG。

    という訳でやはりスイッチング・ダイオードが最適で、1N4148が使えるだろう。
    Vfはそれなりに高いがバックアップ時の動作電流が少ないのでVfは最大0.5V位かと思う。

    注意:基本的には電源側の逆流防止用ダイオードもリークが少ないものにしないと、
       電源OFF時に電池から電源にリークし、想定以上に早く電池が無くなる。
       もしくはこの分も電池寿命(時間)の計算に入れておくか大容量の電池にする。
       また、Vfが低い方がよい、と実はこちらのダイオードの方が選定が難しい。
       →これに単純な回答はないと思う。 (でも基本的にはスイッチング・ダイオードかな)
         FETスイッチで電源切り替えする回路を内蔵したRTCはある。
         例えばこれ。 単純な回答はないという裏返しともいえる。
       細かいことを言えば電源に電解コンデンサを入れる場合はそのリーク電流も問題。
       だが、普通は0.1uF程度のセラコンを入れるのでこれは無視できる。

    追記
    仮にバックアップデバイスの動作電源電圧が4.5Vまで下がる場合
    ・デバイスの論理レベルがCMOSならば5V対4.5Vでも論理レベル的には問題ない。
    ・問題なのは4.5Vのデバイスの入力に5Vが掛かって損傷やラッチアップを起こすこと。
     一般的に信号入力電圧は電源電圧+0.3Vまで。
     だが、例えばEPSONのRTCでは+0.5Vまで大丈夫なものがあるのこれにすればよい。

     また、信号ピンにkΩオーダーの直列抵抗を入れてラッチアップが起きにくくする方法もある。 ラッチアップを起こすには電流も必要ということ。
     でも、I2CならばHiを与えるのはプルアップ抵抗であり普通はkΩ単位なのでこの条件を満たす。 I2CはCMOSレベルだし。

    例えばEPSONのI2C接続の RTC-8564RX-8025 は大丈夫そう。
    特に設計の新しい RX-8025 は電源電圧に無関係に5.5Vまで掛けられる5Vトレラントらしい。
     なお、秋月のピッチ変換基板付のモジュールを使う場合、基板上のプルアップ抵抗を使うと
     電源OFF時にこの抵抗を介して電池を消費するのでバッテリーバックアップの場合は
     使ってはならない。 プルアップは5V側で行うこと。
    追記終わり

    追記2
     ラジオペンチ様がこのダイオードの件を実測して下さいました。 貴重なデータです。
      RTCのバッテリーバックアップ回路
     1N4148で問題ないようです。
    追記2終わり


    保護抵抗の抵抗値
    backupBATT04.png
    逆流防止用ダイオードがショート状態で損傷した場合に充電電流を制限する為もの。
    UL(事実上アメリカ、カナダ)の他、EUの安全規格のCEでも必要なので、プロの設計では必ず入れる。
     あくまで電池の破壊を防ぐためであり、なるべく早くにダイオードと電池の交換が必要。
     抵抗も壊れたら?は考えない。 部品1個の損傷まで想定すればよいことになっている。
      この理屈だと抵抗無しでダイオード2個直列というやり方もある。
      ただ、電圧降下は当然増すし、抵抗器の方が故障率が低いので普通はやらない。

    充電許容最大電流値
    backupBATT03.png
    図はmaxellの「CR_Warnings_17j.pdf」から引用
    Panasonicの「AAA4000COL14.pdf」の方が多くの種類載っているが図が大きすぎるのでmaxellのを使いました。

    CR2032は最大10mA
    最大電源電圧5.25V、電池終始電圧2Vで計算すると抵抗値は
    (5.25V-2V)/10mA=325Ω以上
     → 抵抗器の誤差も考慮して390(E12系列)か470Ω(E3系列)。
    ただ、SONYは電池電圧0Vで計算しろとなっている。 まあ確かに最悪はそうだろう。
    ダイオードが壊れた状態で電源OFFにすると、電池から電流が流れ続けて最悪0Vになる。
     525Ω以上 → 560(E12系列)か680Ω(E6系列)
    リアルタイムクロック(RTC) 用途ならば最近のならば消費電流が非常に少ないので680Ωでも問題ない。
    5.25Vで560Ωの抵抗の消費電力は1/20W。

    結論
    逆流防止用ダイオードはスイッチング・ダイオードから選ぶとよい
     室内で趣味で使う分には世界的に汎用な1N4148で良いだろう。
     もし連続して25℃以上で使う製品ならもう少しリーク電流が少ないものにした方が良いかも。
     ただ、許容充電電気量が一般的な?2%以上の電池を使うならば1N4148でまず問題ないだろう。
    保護抵抗
     電源が5V±5%ならば 560Ω か 680Ω 1/10Wで良いだろう。
    ・CR2032で10年位のバックアップが必要ならば許容充電電気量が2%以上のリチウム電池にする。
     今回調べた限りでは Panasonic か SONY のもの。
     特にPanasonicのは3%なので長期間のバックアップ用途にはベストである。
     逆にmaxellのは1%で5年より長期間に向かない。
       CR1632のように小型で小容量ならばなお更向かない。
     FDK、東芝、三菱、Golden Powerはこの記述が発見できず不明です。


    で、最初の話はというと、そもそもCR2032の電池ホルダー持っていないんだった。 (汗)
    CR2032の電池ホルダーは2.54mmの格子に載らないので非常に面倒だし...
    何かで挟めばいいかもしれないが...一気にやる気が失せました。

    以上

    Friendship 7

    浅く広くのハード屋です。 基本的に弱電ですが強電も多少分かります。
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