Souvent, lorsque je réalise un projet basé sur un Raspberry Pi, l’objectif principal est de le rendre portable. Ainsi, je trouve des moyens de le faire fonctionner sans être branché. Dans ce tutoriel, je vais parler de comment alimenter un Raspberry Pi avec une batterie.
*Image générée par IA Dall-E*
J’utilise le Raspberry Pi depuis des années maintenant, et sans aucun doute, le meilleur aspect est que je peux l’emporter partout. C’est un petit ordinateur de la taille de votre main, donc le fait de le connecter à une prise électrique va à l’encontre de son but.
Avec des batteries connectées, je peux mettre en place un serveur web pour des capteurs dans un champ ouvert, appliquer l’apprentissage automatique à une caméra de surveillance, ou même contrôler des actionneurs de n’importe où dans la maison. Maintenant, le seul inconvénient à l’utilisation de batteries est que vous devez commencer à surveiller la consommation d’énergie. Mais c’est parfaitement faisable, comme nous le verrons dans ce tutoriel.
La première chose que vous devez faire est de choisir le bon Raspberry Pi.
CHOISIR LE BON RASPBERRY PI
Le dernier Raspberry Pi 4 B est une bête parmi les ordinateurs monocarte. Il a un processeur quadricœur, un port Ethernet gigabit, USB3, qui prend en charge deux écrans 4k, mais consomme un impressionnant 6.25Wh.
Vous pouvez utiliser le Raspberry Pi 4 B si votre application est gourmande en ressources, mais un Raspberry Pi Zero serait un meilleur choix si vous voulez maximiser la durée de vie de la batterie.
Le Raspberry Pi Zero consomme presque sept fois moins d’énergie que le Raspberry Pi 4 B, on peut aussi voir son évolution, le Pi Zéro W 2 ; avec le processeur du Raspberry PI 3B, et modules Wifi/Bluetooth intégrés.. Pour le démontrer, convertissons ces valeurs de courant en termes de durée de vie de la batterie.
COMMENT CALCULER LA DURÉE DE VIE DE LA BATTERIE
Supposons que je dispose d’une seule batterie au lithium cylindrique 18650 avec une capacité de 2200 mAh. Combien de temps un Raspberry Pi 4 B durerait-il ? Pour obtenir la durée de vie de la batterie, divisez 2200 mAh par l’ampérage nominal du Raspberry Pi 4 B :
Une heure et quarante-cinq minutes de temps de fonctionnement ne sont certainement pas suffisants pour un appareil portable. Cependant, si vous utilisez un Raspberry Pi Zero, les résultats s’améliorent considérablement :
Notez que cela ne concerne qu’une seule batterie au lithium, donc il y a une grande marge de progression. Vous pouvez ajouter plus de batteries en parallèle pour prolonger la durée de vie de la batterie. De plus, le courant nominal du Raspberry Pi est une moyenne à partir de la fiche technique. Les lectures de courant réelles peuvent différer en fonction de l’activité de votre Raspberry Pi et de ses périphériques. Si vous voulez connaître les lectures réelles, vous pouvez utiliser un testeur de courant.
COMMENT CHOISIR LA TAILLE DE LA BATTERIE
En utilisant les calculs ci-dessus, nous pouvons formuler une estimation approximative de la durée de vie de la batterie de notre appareil. Par exemple, une batterie de 1000 mAh serait capable d’alimenter un appareil avec un courant nominal de 1000 mA pendant une heure. De même, une batterie externe de 40 000 mAh serait capable d’alimenter un appareil de 4 A pendant une heure, ou un appareil de 1 A pendant 40 heures. C’est vraiment un compromis entre la consommation d’énergie de votre projet et la durée pendant laquelle vous avez besoin que l’appareil soit alimenté par une seule charge.
CHOSES À PRENDRE EN COMPTE
Le Raspberry Pi doit être alimenté avec du 5V DC, donc nous devons avoir un convertisseur DC/DC pour convertir la tension de la batterie de 3.7V en 5V. Cela signifie que la consommation d’énergie et l’efficacité du convertisseur doivent être pris en compte lors de la détermination de la durée de vie de la batterie. L’efficacité affecte la durée de vie de la batterie comme un multiplicateur, donc lisez la fiche technique et choisissez soigneusement un bon convertisseur DC/DC.
Enfin, si vous alimentez le Raspberry Pi avec une batterie rechargeable, vous devez avoir un contrôleur de charge de batterie. Les contrôleurs de charge régulent le courant et la tension entrants vers vos batteries. Ils sont utilisés pour éviter la surcharge, vous permettant de charger vos batteries au lithium en toute sécurité, prolongeant ainsi la durée de vie de votre batterie.
Maintenant que vous avez choisi le Raspberry Pi approprié, la taille de batterie correcte, un convertisseur DC-DC et un contrôleur de charge de batterie, nous pouvons maintenant passer aux configurations de batterie possibles.
Il existe trois configurations que j’ai essayées au fil des ans. La première est la configuration minimale.
CONTRÔLEUR DE CHARGE
Connectez un contrôleur de charge TP4056 à une batterie lithium 3.7V. Ensuite, connectez la sortie du contrôleur de charge aux broches 5V et de masse du Raspberry Pi Zero. Puisque le Raspberry Pi fonctionne à 3.3V, le rail 5V a déjà un régulateur de tension embarqué qui crée cette tension en utilisant n’importe quelle entrée entre 3.3V et 5.25V.
Cette configuration est idéale pour les tests. Meilleure pour essayer votre système pendant quelques minutes et observer s’il fonctionne. Cependant, je ne recommande pas de l’utiliser comme solution permanente. C’est parce que vous connectez essentiellement 3.7V à la broche 5V. Lorsque le niveau de la batterie descend à 3.3V, le Raspberry Pi s’éteindra même si la batterie n’est pas complètement épuisée. De plus, vous devez déconnecter le Raspberry Pi de la batterie chaque fois que vous le chargez, donc vous aurez besoin d’un interrupteur ou d’une plaque à essais.
CONVERTISSEUR DC/DC
Pour résoudre ce problème, vous devez avoir un convertisseur DC/DC MT3608 de 3.7V à 5V qui élève votre 3.7V à un standard de 5V. Prenez la sortie du contrôleur de charge. Connectez-la à l’entrée du convertisseur et connectez la sortie à la broche 5V du Raspberry Pi.
Avec cette configuration, vous n’avez pas à vous soucier de ne pas exploiter au maximum vos batteries. Vous n’avez pas non plus à déconnecter les batteries chaque fois que vous les chargez en raison de la circuit intégré des convertisseurs DC/DC.
MODULE POWER BOOST
La dernière configuration utilise le module de charge PowerBoost 1000 d’Adafruit. Ce module agit à la fois comme un contrôleur de charge de batterie et un convertisseur DC/DC. Pas besoin d’avoir des modules séparés. Il suffit de connecter une batterie lithium 3.7V, et vous aurez une sortie constante de 5V et une charge USB régulée.
J’espère que cet article vous a aidé à configurer votre Raspberry Pi pour fonctionner sur batterie !