¿Qué necesito saber para alimentar las baterías?

¿Qué rango de voltaje puede aceptar? ¿Qué tipo de baterías son apropiadas?

El USB estándar usa 5V, y el Modelo B Pi dice necesitar 700mA. Tomado de las preguntas frecuentes de Raspberry Pi :

El dispositivo debe funcionar bien con 4 celdas AA.

Si estuviera usando pilas alcalinas de 1.5V, estaría sobreabasteciendo la placa. Al igual que con la mayoría de las computadoras basadas en SoC, debe usar baterías NiMH, ya que suministran un promedio de 1.25V. Esto dejaría su placa en un 5V seguro y más controlado. El Pi extraerá la cantidad correcta de amperios que requiere de las baterías, por lo que no debe preocuparse allí.

Aquí hay una comparación de varias opciones baratas para la energía de la batería, que abastecerá a la Pi dentro de sus especificaciones: Ejecutar una Raspberry Pi desde baterías [Este enlace está realmente muerto y falla la búsqueda en el dominio de "baterías de frambuesa", pero Pikamander2 sugirió lo siguiente como edición que supuestamente contiene el contenido original (??). Esperemos que esto pueda considerarse de dominio público. -> Ricitos de oro]

Incluyendo contenido a continuación:

Ejecutar una Raspberry Pi con baterías

Una de las propiedades esenciales de un robot móvil basado en Raspberry Pi es que necesita funcionar con batería; no es muy útil seguir un cable de alimentación.

El problema es que el Pi toma una cantidad apreciable de corriente (digamos 500mA, dependiendo de la actividad y los periféricos conectados), y necesita un rango de voltaje de entrada bastante estrecho (5V +/- 0.25V, más o menos). Debido a que el voltaje de la batería varía bastante dependiendo del nivel de carga actual, el funcionamiento directo de una batería no es realmente sensato.

Entonces, me puse a buscar varias opciones para convertir los voltajes de batería estándar en algo adecuado para el Pi.

Usando un regulador lineal

El enfoque tradicional, cuando comencé a jugar con la electrónica hace unos 30 años, sería juntar suficientes baterías para obtener un voltaje significativamente más alto que 5V (digamos, 4x AA no recargables para obtener 6V, o 6x AA recargables para 7.2 V), y luego ejecute eso a través de un regulador lineal (por ejemplo, IC de la serie 7805) para obtener un 5V estable.

Hay 2 problemas principales con este enfoque.

1. Los reguladores lineales son ineficientes y queman eficazmente el exceso de voltaje como calor. Eso significa que solo está desperdiciando la vida útil de la batería, y probablemente también tenga que lidiar con la disipación de ese calor con un disipador térmico.
2. El Pi consume mucha corriente, por lo que necesitaría un regulador bastante grande, junto con un gran disipador térmico.

Afortunadamente, hay enfoques mucho mejores hoy en día, en forma de reguladores de modo conmutado, que son mucho más eficientes, incluso a altas corrientes.

Usando un modelo RC UBEC

Los modelos controlados por radio decentes, especialmente los aviones, a menudo necesitan una fuente de alimentación eficiente de voltaje estable que funcione con una batería pequeña y liviana. El enfoque estándar para esto es utilizar una batería recargable conectada a través de un dispositivo conocido como UBEC (circuito eliminador de batería final), que toma un voltaje más alto que la salida requerida y lo convierte de manera muy eficiente. Mientras que un regulador lineal que alimenta una salida de 500mA desde una entrada de 6V consumiría 500mA (lo que llevaría a una energía desperdiciada de (6-5) x0.5 = 0.5W), un UBEC no necesitará extraer los 500mA completos de la batería de entrada, y así desperdicia muy poca energía.

Debido a que los UBEC se usan con tanta frecuencia para los modelos RC, puede recogerlos a un precio muy bajo, y generalmente pueden manejar algunas corrientes bastante altas. Por ejemplo, encontré un modelo 4A en eBay por alrededor de £ 1.50 incluyendo franqueo.

El inconveniente es que necesita suministrar más voltaje de entrada que el voltaje de salida deseado, lo que significa que puede necesitar muchas celdas en la batería. Aún así, esta es una opción muy barata y funciona bien.

Usando un convertidor DC-DC

Si el peso es una prioridad, es importante mantener el número de celdas de batería al mínimo. Afortunadamente, hay un dispositivo llamado convertidor DC-DC que funciona de manera muy similar a un UBEC, pero puede funcionar desde un voltaje de entrada que es más bajo que el voltaje de salida requerido. Estos también son típicamente muy pequeños.

Al buscar en eBay nuevamente, encontré algunos muy buenos, que incluyen un conector hembra USB-A. Esto significa que puede usar el mismo cable USB que probablemente esté usando para alimentar su Raspberry Pi, sin modificaciones. El precio aquí fue de alrededor de £ 2.50, con franqueo gratuito. El voltaje de entrada es de 3-5V (ideal para 3x AA recargables), y la corriente de salida es de hasta 1A, lo que debería ser suficiente.

Usando una caja de batería integrada

Finalmente, hay varias soluciones disponibles que usan baterías recargables más un convertidor DC-DC, en una carcasa dedicada. Estos pueden ser bastante buenos, ya que no requieren ningún ensamblaje especializado (por ejemplo, soldadura), algunos incluso tienen las baterías ya integradas. La opción que elegí utiliza celdas de iones de litio "18650" de alta capacidad (por ejemplo, estas, alrededor de £ 10 por un par de eBay), y cuesta alrededor de £ 8 incluyendo gastos de envío. Puede suministrar hasta 2.5 A, que es más que suficiente, y nuevamente tiene un conector USB-B incorporado para una fácil conexión, así como un conveniente conector USB-miniA para una carga fácil. Otra buena característica de este tipo de caja es que puede pegar desde 1 a 4 celdas, dependiendo de la duración de la batería que necesite.

Un inconveniente es que estos cuadros pueden ser bastante grandes. El que elegí tiene aproximadamente el mismo tamaño que la caja en la que vino mi Pi de Farnell.

Si opta por la opción 18650, entonces vale la pena comprar con cuidado. Algunas marcas, especialmente Ultrafire, tienen una mala reputación de calidad y no parecen estar a la altura de sus capacidades nominales. Este tipo de baterías también son propensas a incendios o explosiones si se usan de manera inadecuada, por lo que debe tener mucho cuidado para cuidarlas, y vale la pena asegurarse de que no esté usando una marca poco fiable.

Cálculos de duración de la batería.

Todavía no he verificado experimentalmente las cifras de duración de la batería para ninguna de estas opciones, aunque he probado que mi Pi funciona felizmente con cada una de ellas (excepto, hasta ahora, para el UBEC).

Al calcular la duración teórica de la batería, debido a que está convirtiendo voltajes, no puede ir simplemente por las clasificaciones de miliamperios-hora (mAh) impresas en la batería. Es más sencillo convertir a vatios-hora, que es simplemente voltaje multiplicado por la cifra de mAh. El RasPi necesita aproximadamente 500 mA a 5 V, que es 0.5 x 5 = 2.5 vatios. Suponiendo una eficiencia perfecta en el convertidor (generalmente son al menos 90% eficientes), una celda AA de 1.5V con capacidad de 1000mAh podría suministrar 1.5Wh, es decir, ejecutar un RasPi durante aproximadamente 1.5 / 2.5 = 0.6 horas (o 36 minutos ) por sí mismo. Con un convertidor de modo conmutado (es decir, cualquiera de las últimas 3 opciones), realmente no importa si conecta varias celdas en serie o en paralelo; en cada caso, está multiplicando aproximadamente la capacidad disponible por el número de celdas usado.

Aquí hay una comparación fácil de lado a lado de las opciones enumeradas anteriormente. Espero que te ayude a encontrar una solución de batería adecuada para tu proyecto de Pi.

Supervisión del nivel de carga

Cuando funciona con baterías, es aconsejable tratar de controlar el nivel de carga actual, para que pueda estimar la vida útil restante de la batería. Puede hacerlo observando el voltaje a través de la batería; esto caerá a medida que la batería se descargue. Además de permitir curvas de descarga no lineales (cada tipo de celda se comporta de manera diferente y tiene un rango de voltaje diferente), existen dos dificultades principales con esto cuando se ejecuta un Pi desde un convertidor de voltaje.

1. El voltaje de entrada en el Pi siempre será constante de 5V, por diseño. Por lo tanto, debe conectar los cables de la batería de entrada al circuito de monitoreo de carga, en lugar de poder medir el voltaje en la entrada al Pi. Para cajas de batería integradas, esto requiere perforar algunos agujeros en la caja para acceder a la batería.
2. El Pi no tiene un convertidor analógico a digital incorporado, por lo que no puede medir directamente el voltaje con el Pi. Puede obtener chips ADC pequeños, baratos e independientes a los que se puede acceder utilizando los pines GPIO de Pi (por ejemplo, usando I2C), que es probablemente la opción más barata. Personalmente, tengo muchos microcontroladores ATTiny85 por ahí (esencialmente un mini-Arduino), y probablemente consideraré usar uno de esos para medir el voltaje analógico, convertirlo en un porcentaje restante de indicación usando el software en el ATTiny, y luego comunique ese nivel al Pi sobre I2C.

Desafortunadamente, no puede apagar correctamente el Pi simplemente desde el software, por lo que también hay un posible mini proyecto para proporcionar un interruptor de apagado controlable por software. Personalmente, espero usar el interruptor de apagado manual integrado en la caja de la batería. Si está utilizando celdas Li 18650, entonces vale la pena obtener el tipo 'protegido', ya que estas se cortan automáticamente a bajos voltajes.

Tengo este cargador de teléfono celular USB con batería y un par de baterías de litio 18650 . Hizo un trabajo bastante bueno y funcionó durante 5,5 horas cuando estaba inactivo y más de 4 horas cuando ejecutaba un bucle de demostración Quake 3. Puedes leer sobre mi metodología de prueba aquí . Estas baterías de litio 18650 funcionan muy bien porque tienen un voltaje suficientemente alto que solo 2 baterías harán el trabajo fácilmente, y también son recargables. También proporcionan bastante potencia y le permiten usar el Pi durante muchas horas incluso a plena carga. Creo que estas baterías serían una buena opción para cualquiera que quiera alimentar su Raspberry Pi con baterías.

No es aconsejable ejecutar el RPi con baterías, ya que ha sido diseñado para funcionar con USB; La alimentación por USB está regulada y con precisión 5V. La mayoría de los puertos USB pueden suministrar ~ 500 mA, mientras que la mayoría de los cargadores USB están diseñados para suministrar 1A. El RPi requiere un suministro mínimo capaz de 700 mA, de lo contrario, puede que no arranque correctamente.

En su lugar, sería aconsejable usar un cargador de teléfono USB de emergencia alimentado por batería o esperar un escudo LiPo, que sin duda se desarrollará.

http://elinux.org/R-Pi_Troubleshooting#Troubleshooting_power_problems sugiere que el voltaje debe estar entre 4.75 y 5.25 V, lo que sugiere que 4 baterías NiMh a 1.2V cada una deberían estar a 4.8V, dentro del rango. Sin embargo, las baterías NiMH completamente cargadas pueden subir hasta 1.4V * 4 = 5.6V, muy por encima del máximo. Si prueba sus baterías y descubre que solo llegan a 1.3V cuando están completamente cargadas, deberían estar bien. Probablemente, la mejor solución es utilizar un convertidor DC-DC de conmutación para convertir de lo que sea que sus baterías apaguen a 5V.

Esto es lo que hice y parece funcionar bien: necesitará una batería de 8xAA con una batería de 9v como un conector de alimentación. Un adaptador USB para automóvil de 2 amperios Opcional: un enchufe para enchufarlo en el adaptador para automóvil; de lo contrario, solo desarme el adaptador.

Suelde el pin central del adaptador para automóvil al positivo del paquete de baterías, o si usó el cable, el cable apropiado. Y suelde el negativo al exterior en el adaptador

Luego obtuve 8xAA 2500mAh NiMH recargable para un total posible de 24wH. Esto debería ser bueno por un tiempo.

Estoy midiendo un constante 5.08v en el conector USB del adaptador. Esto dependerá de la calidad de la que compre / tenga. Usé un adaptador rayovac.

Las baterías se apagarán alrededor de 10-11 V antes del adaptador.

El pi necesita 5V, si no un poco más. El adaptador adafruit es de 5.25V

http://elinux.org/RPi_5V_PSU_construction también es útil.

También medí el consumo de corriente de la batería cuando era de 10V a 0.54A. El dispositivo tenía un concentrador, Logitech Quickcam 9000, Netgear N150 y un adaptador USB2Serial y la CPU estaba al 70-100%. En inactivo fue 0.38A. En el apagado medía 0.14A. Con solo el Pi, estuvo inactivo a 0.24A. Bajo carga a 900Mhz, solo usaba 0.27A. Cuando el dispositivo está inactivo, alcanza los 250Mhz. No parece que la velocidad del reloj haga mucha diferencia o la carga de la CPU.

Entonces, a 5W con todos los dispositivos, debería obtener aproximadamente 4-5hrs, más o menos, pero 8-9hrs solo con Pi y ethernet.

Estoy usando Rpi con un convertidor DC-DC barato . Lo usó con baterías Airsoft y baterías de modelos RC (7.2V y 11.8V). Funciona como un encanto. Parece que mi batería 5000mah 11.6V puede alimentarlo durante días.

Solo tenga cuidado de configurarlo antes de usarlo. Lo estoy probando con cada batería nueva antes de conectarme a Rpi.

Veo al menos 2 puntos a considerar.

1. Eficiencia del regulador de potencia

Si está utilizando baterías, probablemente esté preocupado por el consumo de energía de su Rpi. Rpi utiliza un regulador lineal ineficiente (la eficiencia de energía típica de esos es de alrededor del 30-50%. ¡Pero no estoy seguro del regulador lineal Rpi!). El regulador lineal disipa energía como calor para obtener el riel de voltaje deseado, es decir, 3.3V. La regla general con respecto a la traducción de la línea de alimentación, por ejemplo, USB @ 5V -> [email protected], es: cuanto mayor es el voltaje de entrada, mayor es la disipación en el regulador para las mismas condiciones de trabajo. Por otro lado, el regulador swithing proporciona una mayor eficiencia, típ. 80-85%, incluso hasta 97% ( LM2651 ). Y es más adecuado (¡pero también más costoso!), Cuando necesita una mayor caída de voltaje, por ejemplo, baterías de 12V o 24V a 5V.

Puede encontrar muchos tutoriales para reemplazar el regulador Rpi original en Internet.

2. Tipo de batería

Puede hacer su propio conjunto de baterías con baterías LiPo para adaptar su proyecto y luego puede ajustar las dimensiones, la capacidad, min. especificaciones de voltaje y corriente, etc. Puede comprar diferentes tipos de LiPoly en mercados electrónicos de uso frecuente, como eBay o similares. Además de la capacidad , debe tener cuidado con el máx. y corriente de descarga estándar (necesaria si se utilizan dispositivos de alta potencia a lo largo de Raspberry como módems UMTS), ciclo de vida (típicamente 200-1000 para LiPoly barato) y especificaciones de seguridad y protección ( descarga, cortocircuito, sobrevoltaje, subvoltaje, etc. ). Utilicé baterías LiPoly en muchos proyectos debido a la buena disponibilidad y la relación rendimiento / precio .

Puede leer más sobre LiPoly en los foros de RC .

Esta es una batería USB bastante cara, pero es muy versátil, y encontrará varios usos, además de una batería de respaldo para su pi.

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

Esto probablemente esté mal, pero ¿ha intentado obtener 2 baterías y luego cortar el cable y luego conectarlo a 4 baterías?