Voici une comparaison de différentes options peu coûteuses d’alimentation par batterie, qui permettront au Pi de répondre parfaitement à ses spécifications: Exécuter un Raspberry Pi à partir de batteries [Ce lien est actuellement mort - et la recherche dans le domaine des "batteries framboises" échoue - mais Pikamander2 suggéré le ci-dessous comme éditer qui contient soi-disant le contenu original (??). Espérons que cela puisse être considéré comme du domaine public. -> Boucles d'or]
Faire fonctionner un Raspberry Pi avec des piles
L'une des propriétés essentielles d'un robot mobile basé sur Raspberry Pi est qu'il doit fonctionner sur batterie - il n'est pas très utile d'utiliser un cordon d'alimentation.
Le problème est que le Pi prend une quantité de courant appréciable (disons 500mA, en fonction de l'activité et des périphériques connectés), et nécessite une plage de tension d'entrée assez étroite (5V +/- 0,25V, environ). Étant donné que la tension de la batterie varie énormément en fonction du niveau de charge actuel, il n’est pas judicieux d’utiliser directement une batterie.
Alors, je me suis mis à la recherche de différentes options pour convertir les tensions de batterie standard en quelque chose d’approprié pour le Pi.
Utilisation d'un régulateur linéaire
L’approche traditionnelle, lorsque j’avais commencé à bricoler l’électronique il y a environ 30 ans, consisterait à assembler suffisamment de piles pour obtenir une tension nettement supérieure à 5 V (par exemple, 4x piles AA non rechargeables pour obtenir 6 V ou 6 piles rechargeables AA pour 7,2 V), puis passez par un régulateur linéaire (par exemple, un circuit intégré de la série 7805) pour obtenir une tension continue de 5V.
Il y a 2 problèmes principaux avec cette approche.
- Les régulateurs linéaires sont inefficaces et brûlent efficacement l'excès de tension sous forme de chaleur. Cela signifie que vous ne faites que gaspiller la vie de la batterie et que vous devez probablement également dissiper cette chaleur avec un dissipateur thermique.
- Le Pi attire beaucoup de courant, il aurait donc besoin d’un régulateur de taille importante ainsi que d’un dissipateur thermique de grande taille.
Heureusement, il existe actuellement de bien meilleures approches, sous la forme de régulateurs à mode commuté, beaucoup plus efficaces, même à des courants élevés.
Utiliser un UBEC de modèle RC
Les modèles radiocommandés convenables, en particulier les avions, nécessitent souvent une alimentation efficace et à tension stable alimentée par une petite batterie légère. L’approche standard consiste à utiliser une batterie rechargeable reliée par un dispositif appelé UBEC (Ultimate Battery Eliminator Circuit), qui prend une tension supérieure à la sortie requise et la convertit très efficacement à la baisse. Alors qu'un régulateur linéaire alimentant 500mA en sortie à partir d'une entrée 6V consommerait 500mA (entraînant une perte de puissance de (6-5) x 0,5 = 0,5 W), un UBEC n'aura pas besoin de tirer la totalité des 500mA de la batterie d'entrée gaspille très peu d'énergie.
Étant donné que les UBEC sont couramment utilisés sur les modèles RC, vous pouvez les prendre à très bon marché et ils peuvent généralement gérer des courants assez élevés. Par exemple, j'ai trouvé un modèle 4A sur eBay pour environ 1,50 £, frais de port compris.
L'inconvénient est que vous devez fournir plus de tension d'entrée que la tension de sortie souhaitée, ce qui signifie que vous aurez peut-être besoin de beaucoup d'éléments dans la batterie. Néanmoins, c’est une option très bon marché et qui fonctionne bien.
Utiliser un convertisseur continu-continu
Si le poids est une priorité, il est important de limiter le nombre de cellules de la batterie. Heureusement, il existe un dispositif appelé convertisseur CC-CC qui fonctionne de manière très similaire à un UBEC, mais qui peut fonctionner à partir d'une tension d'entrée inférieure à la tension de sortie requise. Ce sont aussi généralement vraiment minuscules.
En cherchant de nouveau sur eBay, j'ai trouvé de très bons modèles, dont une prise USB-A femelle. Cela signifie que vous pouvez utiliser le même câble USB que vous utilisez probablement pour alimenter votre Raspberry Pi, sans aucune modification. Le prix ici était autour de £ 2.50, frais de port gratuits. La tension d'entrée est de 3 à 5 V (idéale pour 3 piles AA rechargeables) et le courant de sortie peut atteindre 1 A, ce qui devrait être suffisant.
Utilisation d'un boîtier de batterie intégré
Enfin, différentes solutions sont disponibles, qui utilisent des batteries rechargeables plus un convertisseur DC-DC, dans un boîtier dédié. Celles-ci peuvent être très agréables, car elles ne nécessitent aucun assemblage spécialisé (par exemple, la soudure) - certaines ont même des batteries déjà intégrées. L’option que j’ai choisie utilise des cellules au lithium-ion "18650" de grande capacité (par exemple, environ 10 € pour une paire d’eBay) et coûtent environ 8 £, frais de port compris. Il peut fournir jusqu'à 2,5 A, ce qui est plus que suffisant, et dispose à nouveau d'une prise USB-B intégrée pour une connexion facile, ainsi que d'une prise USB-miniA pratique pour une charge facile. Une autre fonctionnalité intéressante de ce type de boîtier est que vous pouvez y insérer de 1 à 4 cellules, en fonction de la durée de vie de la batterie dont vous avez besoin.
Un inconvénient est que ces boîtes peuvent être assez grandes. Celui que j'ai choisi a à peu près la même taille que la boîte où mon Pi est venu de Farnell.
Si vous optez pour l'option 18650, alors cela vaut la peine de magasiner avec soin. Certaines marques, notamment Ultrafire, ont une réputation médiocre en termes de qualité et ne semblent pas être à la hauteur de leurs capacités nominales. Ces types de piles sont également sujettes au feu ou à l'explosion si elles sont mal utilisées - vous devrez donc faire très attention de les entretenir, et il est bon de s'assurer que vous n'utilisez pas une marque douteuse.
Calculs de la vie de la batterie
Je n'ai pas encore vérifié de manière expérimentale la durée de vie de la batterie pour ces options, même si j'ai vérifié que mon Pi fonctionnait bien (à l'exception de l'UBEC).
Lors du calcul de la durée de vie théorique de la batterie, étant donné que vous convertissez des tensions, vous ne pouvez pas vous contenter des évaluations en milliampères-heure (mAh) imprimées sur la batterie. Il est plus simple de convertir en wattheures, ce qui correspond simplement à la tension multipliée par le chiffre en mAh. Le RasPi nécessite environ 500 mA à 5 V, ce qui correspond à 0,5 x 5 = 2,5 watts. En supposant une efficacité parfaite du convertisseur (ils ont généralement une efficacité d'au moins 90%), une pile AA de 1,5 V avec une capacité de 1000 mAh pourrait fournir 1,5 Wh - c'est-à-dire qu'elle exécutera un RasPi pendant environ 1,5 ) seul. Avec un convertisseur à mode commuté (c’est-à-dire l’une des 3 dernières options), peu importe que vous connectiez plusieurs cellules en série ou en parallèle: dans chaque cas, vous multipliez à peu près la capacité disponible par le nombre de cellules. utilisé.
Voici une comparaison côte à côte facile des options énumérées ci-dessus. J'espère que cela vous aidera à trouver une solution d'alimentation par batterie adaptée à votre projet Pi.
Surveillance du niveau de charge
Lorsque vous utilisez des batteries, il est sage d'essayer de contrôler le niveau de charge actuel afin de pouvoir estimer la durée de vie restante de la batterie. Vous pouvez le faire en observant la tension sur la batterie - elle tombera lorsque la batterie se déchargera. Outre le fait de permettre des courbes de décharge non linéaires (chaque type de cellule se comporte différemment et a une plage de tension différente), il existe deux difficultés principales lorsqu’il exécute un Pi à partir d’un convertisseur de tension.
- La tension d'entrée sur le Pi sera toujours de 5 V stable, par conception. Vous devez donc connecter les câbles de la batterie d'entrée à votre circuit de surveillance de la charge, plutôt que de pouvoir mesurer la tension à l'entrée du Pi. Pour les boîtiers de batterie intégrés, cela nécessite de percer quelques trous dans le boîtier pour accéder à la batterie.
- Le Pi n’a pas de convertisseur analogique-numérique intégré, vous ne pouvez donc pas mesurer directement la tension à l’aide du Pi. Vous pouvez obtenir de petites puces ADC autonomes, peu coûteuses et accessibles via les broches GPIO du Pi (par exemple, en utilisant I2C), ce qui est probablement l'option la moins chère. Personnellement, j'ai beaucoup de microcontrôleurs ATTiny85 (essentiellement un mini-Arduino), et je vais probablement utiliser l'un de ceux-ci pour mesurer la tension analogique, convertir en pourcentage l'indication restante à l'aide d'un logiciel sur le ATTiny, puis communiquer ce niveau au Pi sur I2C.
Malheureusement, vous ne pouvez pas éteindre correctement le Pi uniquement à l'aide d'un logiciel. Il existe donc un mini-projet potentiel qui consiste à fournir un commutateur verrouillable contrôlable par logiciel. Personnellement, je m'attends à utiliser simplement l'interrupteur manuel intégré dans le boîtier de la batterie. Si vous utilisez des cellules Li 18650, cela vaut la peine de choisir le type "protégé", car celles-ci sont automatiquement coupées à basse tension.