Co muszę wiedzieć, aby zasilać z baterii?

Jaki zakres napięcia może przyjąć? Jakie baterie są odpowiednie?

Standardowe USB wykorzystuje 5 V, a Model B Pi twierdzi, że potrzebuje 700 mA. Zaczerpnięte z Raspberry Pi FAQ :

Urządzenie powinno dobrze pracować z 4 ogniwami AA.

Jeśli korzystasz z baterii alkalicznych 1,5 V, spowodowałbyś nadmierną podaż płyty. Podobnie jak w przypadku większości komputerów opartych na SoC, należy używać akumulatorów NiMH, ponieważ dostarczają one średnio 1,25 V. Pozwoliłoby to na pozostawienie płyty w bezpiecznym, lepiej kontrolowanym 5 V. Pi pobiera odpowiednią ilość amperów z akumulatorów, więc nie musisz się tam martwić.

Oto porównanie różnych tanich opcji zasilania bateryjnego, które wszystkie zapewnią Pi dobrze w ramach jego specyfikacji: Uruchamianie Raspberry Pi z akumulatorów [To łącze jest już martwe - i wyszukiwanie domeny dla „akumulatorów malinowych” kończy się niepowodzeniem - ale Pikamander2 zasugerował poniżej jako edycję, która podobno zawiera oryginalną treść (??). Mamy nadzieję, że można to uznać za domenę publiczną. -> złotowłosa]

W tym treści poniżej:

Uruchamianie Raspberry Pi z baterii

Jedną z podstawowych właściwości mobilnego robota opartego na Raspberry Pi jest to, że musi on działać na zasilaniu bateryjnym - przeciąganie przewodu zasilającego nie jest zbyt użyteczne.

Problem polega na tym, że Pi pobiera znaczną ilość prądu (powiedzmy 500mA, w zależności od aktywności i podłączonych urządzeń peryferyjnych) i potrzebuje dość wąskiego zakresu napięcia wejściowego (5 V +/- 0,25 V lub więcej). Ponieważ napięcie akumulatora zmienia się dość gwałtownie w zależności od aktualnego poziomu naładowania, uruchomienie bezpośrednio z akumulatora nie jest tak naprawdę sensowne.

Zacząłem więc szukać różnych opcji konwersji standardowych napięć akumulatora na coś odpowiedniego dla Pi.

Korzystanie z regulatora liniowego

Tradycyjnym podejściem, kiedy jeszcze 30 lat temu majstrowałem przy elektronice, byłoby zgromadzenie wystarczającej ilości baterii, aby uzyskać znacznie wyższe napięcie niż 5 V (powiedzmy, 4x nienaładowalny AA, aby uzyskać 6V lub 6x AA do wielokrotnego ładowania dla 7.2 V), a następnie przepuścić przez regulator liniowy (np. Układy scalone serii 7805), aby uzyskać stały poziom 5 V.

Z tym podejściem wiążą się 2 główne problemy.

1. Regulatory liniowe są nieefektywne i skutecznie wypalają nadmiar napięcia jako ciepło. Oznacza to, że po prostu marnujesz żywotność baterii, a także prawdopodobnie masz do czynienia z rozpraszaniem tego ciepła za pomocą radiatora.
2. Pi pobiera dość dużo prądu, więc potrzebowałby dość dużego regulatora wraz z dużym radiatorem.

Na szczęście istnieją obecnie znacznie lepsze podejścia, w postaci regulatorów z przełączanym trybem, które są znacznie bardziej wydajne, nawet przy dużych prądach.

Korzystanie z modelu UBEC RC

Przyzwoite modele sterowane radiowo, zwłaszcza samoloty, często potrzebują wydajnego zasilacza o stałym napięciu zasilanego z małej, lekkiej baterii. Standardowym podejściem w tym celu jest użycie akumulatora podłączonego przez urządzenie znane jako UBEC (Ultimate Battery Eliminator Circuit), który pobiera napięcie wyższe niż wymagana moc wyjściowa i bardzo skutecznie przekształca go w dół. Podczas gdy liniowy regulator zasilający wyjście 500mA z wejścia 6V pobierałby 500mA (prowadząc do zmarnowanej mocy (6-5) x0,5 = 0,5W), UBEC nie będzie musiał pobierać pełnego 500mA z akumulatora wejściowego, i tak marnuje bardzo mało energii.

Ponieważ UBEC są tak często stosowane w modelach RC, możesz je bardzo tanio odebrać i ogólnie mogą one obsługiwać dość wysokie prądy. Na przykład znalazłem model 4A na eBayu za około 1,50 funta, w tym opłatę pocztową.

Wadą jest to, że musisz dostarczyć więcej napięcia wejściowego niż pożądane napięcie wyjściowe, co oznacza, że ​​możesz potrzebować dużej liczby ogniw w akumulatorze. Jest to jednak bardzo tania opcja i działa dobrze.

Korzystanie z konwertera DC-DC

Jeśli priorytetem jest waga, ważne jest utrzymanie minimalnej liczby ogniw akumulatora. Na szczęście istnieje urządzenie zwane konwerterem DC-DC, które działa bardzo podobnie do UBEC, ale może pracować przy napięciu wejściowym niższym niż wymagane napięcie wyjściowe. Te są również zazwyczaj bardzo małe.

Patrząc ponownie na eBay, znalazłem kilka naprawdę fajnych, w tym żeńskie gniazdo USB-A. Oznacza to, że możesz używać tego samego przewodu USB, którego prawdopodobnie używasz do zasilania Raspberry Pi, bez żadnych modyfikacji. Cena tutaj wynosiła około 2,50 £, z darmową wysyłką. Napięcie wejściowe wynosi 3-5 V (idealne dla 3-krotnego akumulatora AA), a prąd wyjściowy do 1A, co powinno wystarczyć.

Korzystanie ze zintegrowanego pojemnika na baterie

Wreszcie dostępne są różne rozwiązania wykorzystujące akumulatory oraz przetwornik DC-DC w specjalnej obudowie. Mogą być całkiem fajne, ponieważ nie wymagają specjalistycznego montażu (np. Lutowania) - niektóre mają nawet wbudowane akumulatory. Wybrałem opcję wykorzystującą ogniwa litowo-jonowe „18650” (np. Około 10 funtów za para z serwisu eBay) i kosztuje około 8 GBP, w tym koszty wysyłki. Może zasilać do 2,5 A, co jest więcej niż wystarczające, i znowu ma wbudowane gniazdo USB-B dla łatwego podłączenia, a także wygodne gniazdo USB-miniA dla łatwego ładowania. Inną fajną cechą tego typu pudełek jest to, że możesz włożyć wszystko od 1-4 ogniw, w zależności od tego, ile potrzebujesz baterii.

Wadą jest to, że te pudełka mogą być dość duże. Ten, który wybrałem, jest mniej więcej tego samego rozmiaru co pudełko, do którego przyszło moje Pi z Farnell.

Jeśli zdecydujesz się na opcję 18650, warto dokładnie się rozejrzeć. Niektóre marki, w szczególności Ultrafire, mają złą reputację pod względem jakości i wydają się nie spełniać swoich zdolności znamionowych. Baterie tego typu są również podatne na ogień lub eksplozję, jeśli są używane niewłaściwie - więc musisz bardzo uważać, aby się nimi opiekować, i warto upewnić się, że nie używasz podejrzanej marki.

Obliczenia żywotności baterii

Nie zweryfikowałem jeszcze eksperymentalnie żadnych danych dotyczących żywotności baterii dla żadnej z tych opcji, chociaż przetestowałem, że moje Pi działa z każdego z nich szczęśliwie (z wyjątkiem, jak dotąd, dla UBEC).

Obliczając teoretyczną żywotność baterii, ponieważ konwertujesz napięcia, nie możesz po prostu przejść przez wartości miliamperogodzin (mAh) wydrukowane na baterii. Najłatwiej jest przeliczyć na watogodziny, czyli po prostu napięcie pomnożone przez liczbę mAh. RasPi potrzebuje około 500 mA przy 5 V, czyli 0,5 x 5 = 2,5 W. Zakładając idealną wydajność konwertera (zwykle są one co najmniej w 90% sprawne), ogniwo AA 1,5 V o pojemności 1000 mAh byłoby w stanie dostarczyć 1,5 Wh - tzn. Uruchomić RasPi na około 1,5 / 2,5 = 0,6 godziny (lub 36 minut) ) samemu. W przypadku konwertera trybu przełączanego (tj. Jednej z 3 ostatnich opcji) tak naprawdę nie ma znaczenia, czy łączysz wiele komórek szeregowo czy równolegle - w każdym przypadku z grubsza mnożymy dostępną pojemność przez liczbę komórek używany.

Oto łatwe porównanie obok siebie opcji wymienionych powyżej. Mam nadzieję, że pomoże ci to znaleźć odpowiednie rozwiązanie w zakresie zasilania bateryjnego dla twojego projektu Pi.

Monitorowanie poziomu opłat

Podczas pracy z akumulatorów dobrze jest monitorować aktualny poziom naładowania, aby oszacować pozostały czas pracy akumulatora. Możesz to zrobić, obserwując napięcie na akumulatorze - spadnie ono w miarę rozładowywania się akumulatora. Oprócz uwzględnienia nieliniowych krzywych rozładowania (każdy typ ogniwa zachowuje się inaczej i ma inny zakres napięć), istnieją dwie główne trudności z tym, gdy zasilany jest Pi z przetwornicy napięcia.

1. Napięcie wejściowe w Pi zawsze będzie z założenia stałe 5 V. Musisz więc podłączyć przewody od akumulatora wejściowego do obwodu monitorowania ładowania, zamiast mierzyć napięcie na wejściu do Pi. W przypadku zintegrowanych skrzynek akumulatorów wymaga to wywiercenia kilku otworów w skrzynce w celu uzyskania dostępu do akumulatora.
2. Pi nie ma wbudowanego przetwornika analogowo-cyfrowego, więc nie można bezpośrednio zmierzyć napięcia za pomocą Pi. Możesz dostać małe, tanie, samodzielne układy ADC, które są dostępne za pomocą pinów GPIO Pi (np. Za pomocą I2C), co jest prawdopodobnie najtańszą opcją. Osobiście mam dużo mikrokontrolerów ATTiny85 leżących wokół (zasadniczo mini Arduino) i prawdopodobnie przyjrzę się użyciu jednego z nich do pomiaru napięcia analogowego, konwersji na wskazanie pozostałego procentu za pomocą oprogramowania na ATTiny, a następnie przekazać ten poziom do Pi przez I2C.

Niestety, nie można poprawnie wyłączyć Pi wyłącznie z oprogramowania, więc istnieje również potencjalny mini-projekt, który zapewni kontrolowane programowo, zatrzaskowe wyłączanie. Osobiście spodziewam się po prostu użyć ręcznego wyłącznika wbudowanego w pojemnik na baterie. Jeśli używasz ogniw Li 18650, warto uzyskać typ „chroniony”, ponieważ są one automatycznie odcinane przy niskich napięciach.

Mam zasilaną baterią ładowarkę USB do telefonu komórkowego i kilka baterii litowych 18650 . Wykonał całkiem dobrą robotę i działał przez 5,5 godziny w stanie bezczynności i ponad 4 godziny podczas uruchamiania pętli demonstracyjnej Quake 3. O mojej metodologii testowania możesz przeczytać tutaj . Te akumulatory litowe 18650 działają świetnie, ponieważ mają wystarczająco wysokie napięcie, aby zaledwie 2 akumulatory z łatwością wykonały zadanie, a także można je ładować. Zapewniają również sporo mocy i pozwalają używać Pi przez wiele godzin, nawet przy pełnym obciążeniu. Sądzę, że te baterie będą dobrym wyborem dla każdego, kto chce zasilić swoje Raspberry Pi z baterii.

Nie zaleca się uruchamiania RPi na bateriach, ponieważ została zaprojektowana do zasilania przez USB; Zasilanie USB jest regulowane i dokładnie 5 V. Większość portów USB może dostarczać ~ 500mA, podczas gdy większość ładowarek USB jest zaprojektowana do zasilania 1A. RPi wymaga minimalnego zasilania wynoszącego 700 mA, w przeciwnym razie może nie zostać poprawnie uruchomiony.

Wskazane byłoby zamiast tego użyć zasilanej bateryjnie, awaryjnej ładowarki telefonu USB lub poczekać na tarczę LiPo, która niewątpliwie zostanie opracowana.

http://elinux.org/R-Pi_Trou Rozwiązywanie problemów#Troublesh_power_problems sugeruje, że napięcie musi wynosić od 4,75 do 5,25 V, sugerując, że 4 akumulatory NiMh o napięciu 1,2 V każdy powinny wynosić 4,8 V w zakresie. Jednak w pełni naładowane akumulatory NiMH mogą wzrosnąć do 1,4 V * 4 = 5,6 V, znacznie przekraczając maksimum. Jeśli podczas testowania akumulatorów okaże się, że przy pełnym naładowaniu osiągają tylko 1,3 V, powinny być w porządku. Najlepszym rozwiązaniem jest prawdopodobnie zastosowanie przełączającego przetwornika DC-DC do konwersji z dowolnego wyładowanego akumulatora na 5 V.

Oto, co zrobiłem i wydaje się, że działa dobrze: będziesz potrzebować zestawu akumulatorów 8xAA z akumulatorem 9 V, takim jak złącze zasilania. Adapter samochodowy 2Amp USB Opcjonalnie - wtyczka do podłączenia do adaptera samochodowego, w przeciwnym razie wystarczy rozebrać adapter na części.

Przylutuj środkowy pin adaptera samochodowego do dodatniego z akumulatora lub, jeśli użyłeś kabla, odpowiedni przewód. I przylutuj ujemny do zewnętrznego na adapterze

Następnie dostałem akumulator NiMH o pojemności 8xAA 2500 mAh, co daje w sumie 24WH. To powinno być na chwilę dobre.

Mierzę stałą 5.08v na wtyczce USB z adaptera. Będzie to zależeć od jakości tego, który kupujesz / posiadasz. Użyłem adaptera rayovac.

Baterie wyłożą się około 10-11 V przed adapterem.

Pi potrzebuje 5 V, jeśli nie trochę więcej. Adafruitowy adapter to 5,25 V.

Pomocna jest również http://elinux.org/RPi_5V_PSU_construction .

Zmierzyłem również pobór prądu z akumulatora, gdy wynosił on 10 V przy 0,54 A. Urządzenie miało koncentrator, Logitech Quickcam 9000, Netgear N150 oraz adapter USB2Serial, a procesor miał 70-100%. Na biegu jałowym było 0,38A. Przy wyłączeniu wyniósł 0,14A. Tylko Pi miało wartość bezczynną przy 0,24 A. Pod obciążeniem przy 900 MHz zużywał tylko 0,27 A. Gdy urządzenie jest w stanie bezczynności, osiąga 250 MHz. Nie wygląda na to, aby prędkość zegara miała znaczącą różnicę lub obciążenie procesora.

Więc przy 5W na wszystkich urządzeniach powinienem dostać około 4-5 godzin, dać lub wziąć, ale 8-9 godzin tylko z Pi i ethernetem.

Używam Rpi z tanim konwerterem DC-DC . Używany z bateriami airsoft i modelami RC (7,2 V i 11,8 V). Działa jak urok. Wygląda na to, że moja bateria 5000 mah 11,6 V może zasilać ją przez wiele dni.

Po prostu należy go skonfigurować przed użyciem. Testuję go z każdą nową baterią przed podłączeniem do Rpi.

Widzę co najmniej 2 punkty do rozważenia.

1. Wydajność regulatora mocy

Jeśli używasz baterii, prawdopodobnie martwisz się zużyciem energii przez Rpi. Rpi używa nieefektywnego regulatora liniowego (typowa efektywność energetyczna wynosi około 30-50%. Ale nie jestem pewien co do regulatora liniowego Rpi!). Regulator liniowy rozprasza energię w postaci ciepła w celu uzyskania pożądanej szyny napięcia, tj. 3,3 V. Ogólna zasada dotycząca translacji linii elektroenergetycznej, np. USB @ 5V -> RPI@3.3V, jest taka: im większe napięcie wejściowe, tym większe rozproszenie na regulatorze dla tych samych warunków pracy. Z drugiej strony regulator swithing zapewnia wyższą wydajność, typ. 80–85%, nawet do 97% ( LM2651 ). I jest bardziej odpowiedni (ale także droższy!), Gdy potrzebujesz większego spadku napięcia, np. Akumulatora o wartości 12V lub 24V do 5V.

W Internecie można znaleźć wiele samouczków zastępujących oryginalny regulator Rpi .

2. Typ baterii

Możesz stworzyć swój własny zestaw baterii przy użyciu baterii LiPo, aby dopasować swój projekt, a następnie możesz dostosować wymiary, pojemność, min. specyfikacje napięcia i prądu itp. Możesz kupić różne typy LiPoly na często używanych rynkach internetowych, takich jak eBay lub podobne. Oprócz pojemności powinieneś uważać na maks. oraz standardowy prąd rozładowania (wymagany, jeśli używane są urządzenia dużej mocy wraz z modemami Raspberry, takimi jak modemy UMTS), cykl życia (zwykle 200-1000 w przypadku taniego LiPoly) oraz specyfikacje bezpieczeństwa i ochrony ( rozładowanie, zwarcie, przepięcie, zbyt niskie napięcie itp .). Używałem akumulatorów LiPoly w wielu projektach ze względu na dobrą dostępność i stosunek wydajności do ceny .

Możesz przeczytać więcej o LiPoly na forach RC .

Jest to dość drogi pakiet baterii USB, ale jest bardzo wszechstronny i znajdziesz w nim kilka zastosowań, innych niż tworzenie kopii zapasowych baterii dla twojego pi.

http://www.adafruit.com/products/962

Prawdopodobnie jest to złe, ale czy próbowałeś zdobyć 2 baterie, a następnie odciąć przewód, a następnie przymocować go do 4 baterii.