Aqui está uma comparação de várias opções baratas de energia da bateria, que fornecerão o Pi bem dentro de suas especificações: Executando um Raspberry Pi a partir de baterias [Este link está realmente morto - e a pesquisa no domínio por "baterias de framboesa" falha - mas Pikamander2 sugeriu o abaixo como edição que supostamente contém o conteúdo original (??). Espero que isso possa ser considerado de domínio público. -> Cachinhos dourados]
Executando um Raspberry Pi usando baterias
Uma das propriedades essenciais de um robô móvel, baseado no Raspberry Pi, é que ele precisa funcionar com bateria - rastrear um cabo de força não é muito útil.
O problema é que o Pi consome uma quantidade considerável de corrente (digamos 500mA, dependendo da atividade e dos periféricos conectados) e precisa de uma faixa de tensão de entrada bastante estreita (5V +/- 0,25V). Como a tensão da bateria varia bastante, dependendo do nível de carga atual, a operação direta a partir da bateria não é realmente sensata.
Então, comecei a procurar várias opções para converter tensões padrão da bateria em algo adequado para o Pi.
Usando um regulador linear
A abordagem tradicional, quando eu estava mexendo com a eletrônica há cerca de 30 anos, seria reunir baterias suficientes para obter uma voltagem significativamente maior que 5V (por exemplo, 4x AA não recarregável para obter 6V ou 6x AA recarregável para 7,2 V) e, em seguida, execute isso através de um regulador linear (por exemplo, CI da série 7805) para obter um 5V constante.
Existem 2 problemas principais com esta abordagem.
- Os reguladores lineares são ineficientes e queimam efetivamente o excesso de tensão como calor. Isso significa que você está desperdiçando a vida da bateria e provavelmente também precisa dissipar esse calor com um dissipador de calor.
- O Pi consome bastante corrente, portanto seria necessário um regulador bastante grande, juntamente com um grande dissipador de calor.
Felizmente, existem abordagens muito melhores hoje em dia, na forma de reguladores de modo comutado, que são muito mais eficientes, mesmo em altas correntes.
Usando um UBEC modelo RC
Modelos decentes controlados por rádio, especialmente aeronaves, geralmente precisam de uma fonte de alimentação de tensão estável e eficiente, funcionando com uma bateria pequena e leve. A abordagem padrão para isso é usar uma bateria recarregável conectada através de um dispositivo conhecido como UBEC (Ultimate Battery Eliminator Circuit), que usa uma voltagem mais alta que a saída necessária e a converte com muita eficiência. Enquanto um regulador linear que alimenta uma saída de 500mA a partir de uma entrada de 6V consumirá 500mA (resultando em potência desperdiçada de (6-5) x0,5 = 0,5W), um UBEC não precisará extrair os 500mA completos da bateria de entrada, e assim desperdiça muito pouco poder.
Como os UBECs são comumente usados para modelos de RC, você pode adquiri-los com muito mais barato, e eles geralmente podem lidar com algumas correntes bastante altas. Por exemplo, eu encontrei um modelo 4A no eBay por cerca de 1,50 libras, incluindo postagem.
A desvantagem é que você precisa fornecer mais tensão de entrada do que a tensão de saída desejada, o que significa que você pode precisar de muitas células na bateria. Ainda assim, esta é uma opção muito barata e funciona bem.
Usando um conversor DC-DC
Se o peso for uma prioridade, é importante manter o número mínimo de células da bateria. Felizmente, existe um dispositivo chamado conversor DC-DC que funciona de maneira muito semelhante a um UBEC, mas pode funcionar a partir de uma tensão de entrada inferior à tensão de saída necessária. Estes também são tipicamente muito pequenos.
Olhando no eBay novamente, encontrei alguns realmente legais, que incluem um soquete USB-A fêmea. Isso significa que você pode usar o mesmo cabo USB que provavelmente está usando para alimentar seu Raspberry Pi, sem nenhuma modificação. O preço aqui era de cerca de £ 2,50, com frete grátis. A tensão de entrada é de 3-5V (ideal para 3x AA recarregável) e a corrente de saída é de até 1A, o que deve ser suficiente.
Usando uma caixa de bateria integrada
Por fim, existem várias soluções disponíveis que usam baterias recarregáveis e um conversor DC-DC, em um compartimento dedicado. Isso pode ser muito bom, porque eles não exigem montagem especializada (por exemplo, solda) - alguns até têm as baterias já incorporadas. A opção que escolhi usa células de íon de lítio "18650" de alta capacidade (por exemplo, cerca de £ 10 por um par do eBay) e custam cerca de £ 8, incluindo postagem. Ele pode fornecer até 2,5 A, o que é mais do que suficiente, e novamente possui um soquete USB-B embutido para facilitar a conexão, além de um soquete USB-miniA conveniente para facilitar o carregamento. Outro recurso interessante desse tipo de caixa é que você pode colocar de 1 a 4 células, dependendo da quantidade de bateria necessária.
Uma desvantagem é que essas caixas podem ser bastante grandes. O que eu escolhi é do mesmo tamanho da caixa em que meu Pi veio de Farnell.
Se você optar pela opção 18650, vale a pena fazer compras com cuidado. Algumas marcas, principalmente a Ultrafire, têm uma má reputação de qualidade e parecem não corresponder às suas capacidades nominais. Esses tipos de baterias também são propensos a incêndio ou explosão se usados incorretamente - portanto, você deve ter muito cuidado em cuidar deles, e vale a pena garantir que você não esteja usando uma marca desonesta.
Cálculos da duração da bateria
Ainda não verifiquei experimentalmente nenhum valor de duração da bateria para nenhuma dessas opções, embora tenha testado que meu Pi roda felizmente em cada uma delas (exceto, até agora, no UBEC).
Ao calcular a duração teórica da bateria, porque você está convertendo tensões, você não pode ir simplesmente pelas classificações em miliamperes-hora (mAh) impressas na bateria. É mais simples converter em watts-hora, que é simplesmente a tensão multiplicada pela figura mAh. O RasPi precisa de aproximadamente 500mA a 5V, que é de 0,5 x 5 = 2,5 watts. Supondo uma eficiência perfeita no conversor (geralmente são pelo menos 90% de eficiência), uma célula AA de 1,5V com capacidade de 1000mAh seria capaz de fornecer 1,5Wh - ou seja, execute um RasPi por aproximadamente 1,5 / 2,5 = 0,6 horas (ou 36 minutos) ) sozinho. Com um conversor de modo comutado (ou seja, qualquer uma das três últimas opções), não importa se você conecta várias células em série ou em paralelo - em cada caso, você está multiplicando aproximadamente a capacidade disponível pelo número de células usava.
Aqui está uma fácil comparação lado a lado das opções listadas acima. Espero que ajude você a descobrir uma solução de energia da bateria apropriada para o seu projeto Pi.
Monitorando o nível de cobrança
Ao usar baterias, é aconselhável tentar monitorar o nível de carga atual, para que você possa estimar a vida útil restante da bateria. Você pode fazer isso observando a tensão na bateria - isso cairá à medida que a bateria descarregar. Além de permitir curvas de descarga não lineares (cada tipo de célula se comporta de maneira diferente e possui uma faixa de tensão diferente), existem duas dificuldades principais ao executar um Pi a partir de um conversor de tensão.
- A tensão de entrada no Pi sempre será de 5V, por padrão. Portanto, você precisa conectar os fios da bateria de entrada ao seu circuito de monitoramento de carga, em vez de poder medir a tensão na entrada do Pi. Para caixas de bateria integradas, é necessário fazer alguns furos na caixa para acessar a bateria.
- O Pi não possui um conversor analógico-digital embutido, portanto você não pode medir diretamente a tensão usando o Pi. Você pode obter chips ADC pequenos, baratos e autônomos, acessíveis através dos pinos GPIO do Pi (por exemplo, usando I2C), que provavelmente é a opção mais barata. Pessoalmente, tenho muitos microcontroladores ATTiny85 espalhados (essencialmente um mini-Arduino) e provavelmente usarei um deles para medir a tensão analógica, converter em uma porcentagem restante da indicação usando o software no ATTiny e, em seguida, comunique esse nível ao Pi por I2C.
Infelizmente, você não pode desligar corretamente o Pi apenas com base em software; portanto, há também um miniprojeto em potencial para fornecer um comutador com trava controlável por software. Pessoalmente, espero usar apenas o interruptor manual incorporado na caixa da bateria. Se você estiver usando células Li 18650, vale a pena obter o tipo 'protegido', pois elas são cortadas automaticamente em baixas tensões.