Raspberry Pi im Akkubetrieb

[paedubucher]

Hat schon jemand Erfahrungen mit Raspberry Pi im Akkubetrieb gemacht? Konkret geht es mir um ein Projekt, bei dem ein Raspi Zero W sich auf einem beweglichen Vehikel befindlich die Steuerung für dieses Vehikel übernehmen soll. Die Laufzeit spielt dabei eher eine untergeordnete Rolle, denn mehr als eine Stunde am Stück wird es nicht benötigt. Die Stromversorgung sollte aber vor allem sehr zuverlässig sein.
Vom Prinzip her fände ich das Konzept einer USV sehr interessant, sodass man immer nur über die USV lädt und nicht immer am Raspi umstecken muss. Und welche Möglichkeiten bestehen, den Ladestand der Batterie zur Laufzeit abzufragen, damit etwa ein geordnetes Runterfahren mit vorheriger Warnung bewerkstelligt werden könnte? Ich wäre über ein paar Erfahrungsberichte sehr erfreut.
PS: Ein Arduino dürfte wohl für den Anwendungsfall nicht so gut geeignet sein, zumal sich das Vehikel autonom fortbewegen und somit in Echtzeit auf den Input einer Kamera reagieren soll. Korrigiert mich, wenn ich falsch liege, aber für solche Aufgaben ist doch ein Raspi mit einem "vollen" Betriebssystem doch noch besser geeignet als ein Arduino, oder?
Nachtrag: Das Gewicht ist durchaus ein Kriterium: je leichter, desto besser.

[MSfree]

Hat schon jemand Erfahrungen mit Raspberry Pi im Akkubetrieb gemacht?

Ich habe hier einen Raspi3 mit NiMH-Akkus. Mit 6 AA-Zellen zu 2Ah (zusammen ca. 14Wh) kommt der auf ca. 4h Laufzeit (inklusive 5"-TFT), wobei ich allerdings nicht den besten Spannungsregler verbaut habe, der soll ca. 30% Verlustleistung haben.

Konkret geht es mir um ein Projekt, bei dem ein Raspi Zero W ... Vom Prinzip her fände ich das Konzept einer USV sehr interessant

Es gibt doch diese kleinen Powerbanks (mit LiIon-Akku haben die locker 35Wh) zum Laden von Mobiltelefonen oder anderen Kleingeräten. Einige (wenige) Powerbanks kann man gleichzeitig laden und auf der anderen Seite Strom abzapfen. Das sollte sich wohl am besten für dein Projekt eignen.

Und welche Möglichkeiten bestehen, den Ladestand der Batterie zur Laufzeit abzufragen

Bei den Powerbanks besteht keine Möglichkeit, den Ladestand über den Raspi abzufragen. Die kann man nur per Druck auf den Testknopf abfragen.

OK, wenn du bereit bist, so eine Powerbank auseinander zu nehmen, kannst du natürlich den Knopfdruck auch über einen der GPIO-Pins "simulieren" und den Ladestand, der über ein paar LED signalisiert wird, auch wieder über GPIO-Pins zurück liefern.

PS: Ein Arduino dürfte wohl für den Anwendungsfall nicht so gut geeignet sein, zumal sich das Vehikel autonom fortbewegen und somit in Echtzeit auf den Input einer Kamera reagieren soll.

Arduino und Kamera schließen sich gegenseitig aus, für Bildverarbeitung ist der Arduino völlig ungeeignet, da ist selbst der Raspi3 schon grenzwertig, der Zero W mit nur einem CPU-Kern dürte da auch ganz schnell überfordert sein. OK, man könnte die Auflösung der Kamera drastisch reduzieren (z.B. 320x200), aber ob dann noch genug zur Hinderniserkennung übrig bleibt, mußt du selbst ausprobieren.

Das Gewicht ist durchaus ein Kriterium: je leichter, desto besser.

Tja, das ist das leidige Thema. Der Raspi3 wiegt übrigens 40g, der Zero W kommt auf 9g. Ob du dir die zusätzlichen 31g leisten kannst, mußt du selbst wissen. So eine Powerbank, wie ich sie oben genannt habe, wiegt aber auch mindestens 80g.

[BenutzerGa4gooPh]

Und welche Möglichkeiten bestehen, den Ladestand der Batterie zur Laufzeit abzufragen, damit etwa ein geordnetes Runterfahren mit vorheriger Warnung bewerkstelligt werden könnte?

Das hat mich jetzt mal interessiert: https://bbs.archlinux.org/viewtopic.php ... 0#p1339780
Also sollten 3 Möglichkeiten bestehen:
Aus

Code: Alles auswählen

acpi -b

per Script den Ladezustand in % ermitteln und reagieren. Raspi wird allerdings kein ACPI haben ...

Dgl. aus

Code: Alles auswählen

upower -i /org/freedesktop/UPower/devices/battery_BAT0 | grep percentage 

ermitteln? Oder energy-rate von Momentanwerten auswerten:

Code: Alles auswählen

upower -i /org/freedesktop/UPower/devices/battery_BAT0 | grep energy

Die aktuelle Restkapazitaet entspricht der Anfangs-Kapazität in Wh (Ladezustand voll oder teilweise) subtrahiert davon das Mittel der Entnahme-Leistung im Abfrageintervall (s) multipliziert mit der Anzahl der Abfrageintervalle. Der subtrahierte Term entspricht einer (digitalen) Integration der Entnahme-Leistung über die Zeit = Energieverbrauch = Arbeit. Reale Maximalkapazitaet damit (Entladeenergie) oder durch Ladewerte berechenbar. Digital muss man nicht integrieren (können), mehrfache Poduktbildung und Summe dieser genügt.

Die Bedeutung der Werte und deren Zeitintervalle kann ich nicht einschätzen. Vielleicht weiß ein anderer was?

Code: Alles auswählen

cat /sys/class/power_supply/BAT0/charge_*
4808000
5200000
5200000

Und nun werde ich mal am Laptop probieren, ob das klappt ... war bisher Theorie.

Edit: powertop oder/und tlp sind vielleicht auch hilfreich?!

[MSfree]

Raspi wird allerdings kein ACPI haben ...

Richtig, und deshalb hat der Raspi auch keine Schnittstelle zur Abfrage des Akkuladestands. Der Raspi wird über eine µUSB-Buchse mit Strom versorgt und weiß sonst gar nichts darüber, wo der Strom überhaupt herkommt. upower und ACPI werden also beim Raspi nichts bringen.

Wenn man den Raspi mit einem Akku speist, muß man schonmal mit einem Spannugsregler dafür sorgen, daß etwa 5V auf dem µUSB-Anschluß anliegen (ich habe meinen Raspi auf 5.1V gestellt, weil er sonst das Low-Power-Muster unter Last oben links im Bildschirm einblendet).

Alles vor dem Spannungsregler ist dem Raspi aber zunächst unbekannt.Man könnte da natürlich die Akkuspannung über einen simplen A/D-Wandler auf die GPIO-Ports übertragen und daraus dann einen Füllstand ableiten, aber das muß man alles selbst programmieren.

[BenutzerGa4gooPh]

Trotzdem wie versprochen. Entladung eines vollen, etwa 4 Jahre alten Laptop-Akkus:

Code: Alles auswählen

# cat /sys/class/power_supply/BAT0/charge_*
cat: /sys/class/power_supply/BAT0/charge_*: Datei oder Verzeichnis nicht gefunden

# upower -i /org/freedesktop/UPower/devices/battery_BAT0 | grep energy
    energy:              37,52 Wh
    energy-empty:        0 Wh
    energy-full:         37,83 Wh
    energy-full-design:  42,77 Wh
    energy-rate:         8,253 W

# upower -i /org/freedesktop/UPower/devices/battery_BAT0 | grep percentage 
    percentage:          99%

# cat /sys/class/power_supply/BAT0/energy_{full,full_design,now}
37830000
42770000
37090000

# acpi -b
Battery 0: Discharging, 94%, 04:16:54 remaining

Der vorletzte Befehl zeigt die aktuelle Maximalkapazität, Nennkapazität (neu) und Restkapazität im momentanen Entladezustand in mikroWh an.

Edit:

MSFree schrieb:
Richtig, und deshalb hat der Raspi auch keine Schnittstelle zur Abfrage des Akkuladestands.
...
Man könnte da natürlich die Akkuspannung über einen simplen A/D-Wandler auf die GPIO-Ports übertragen und daraus dann einen Füllstand ableiten, aber das muß man alles selbst programmieren.

Wenn die Versorgungsspannung zusammen bricht, ist es zu spät. Besser wäre m. E. Messung und Aufzeichnung des Entladestroms und digitale Intergration zur Ermittlung der Entladeenergie vs. Ladeenergie. Damit würden auch Teilladungen berücksichtigt sowie aktuelle "Vorhersagen" der Betriebsdauer möglich.

[MSfree]

Wenn die Versorgungsspannung zusammen bricht, ist es zu spät.

Man muß es ja nicht soweit kommen lassen. Die 6 AA-NiMh-Zellen, die ich verwende, liefern aufgeladen etwa 8.4V und kurz bevor die Kiste zusammenbricht, sind es noch 7.0V. Wenn man bei 7.3V Alarm schlägt, ist das (in meinem Fall) noch gut genug.

Der Raspi ist ja auch kein so großer Stromschlucker. Bei rund 3.5W im Schnitt (mit Bildschirm und Wandlerverlusten) bricht die Spannung auch nicht urplötzlich bei einer kleinen Lastspitze ein, da ist der Raspi ziemlich gutmütig. Der Zero W soll sich wohl mit 0.7W zufrieden geben.

Besser wäre m. E. Messung und Aufzeichnung des Entladestroms und digitale Intergration zur Ermittlung der Entladeenergie vs. Ladeenergie

Das ist natürlich der Königsweg. Wenn man aber ein kleines Fahrzeugmodel betreiben will, das vielleicht eine Stunde am Stück laufen soll und der Akku liefert aufgeladen 4 Stunden, dann kann man den Aufwand für die Akkuüberwachung durchaus reduzieren.

[shoening]

Hi,

ich hatte dieses Jahr meinen Raspberry Pi 2 mal testweise mit so einem Powerpack (mit 2 Ausgängen 5V 1A und 5V 2A) für ca. 2 Stunden in Betrieb.
Auf dem Raspi lief dabei ein Python Bottle Webserver und den Micro WLAN Stick habe ich als AP benutzt.

Hat problemlos funktioniert - und das Powerpack war danach auch noch nicht leer.

Nur mit gleichzeitiger Entnahme und Aufladen muss man aufpassen - als ich im laufenden Betrieb das Ladekabel wieder an den Akku gesteckt habe, hat der Raspi neu gebootet.

Ciao
Stefan

[MSfree]

Nur mit gleichzeitiger Entnahme und Aufladen muss man aufpassen - als ich im laufenden Betrieb das Ladekabel wieder an den Akku gesteckt habe, hat der Raspi neu gebootet.

Die wenigsten Powerpacks könne gleichzeitig geladen werden und Strom für andere Geräte abgeben. Man kann sie also nicht als USV einsetzen. Die schalten einfach hart den Stromausgang ab, wenn das Ladekabel eingesteckt wird.

Es gibt aber einige wenige, die das können und darauf muß man beim Kauf halt achten.

[BenutzerGa4gooPh]

Man muß es ja nicht soweit kommen lassen. Die 6 AA-NiMh-Zellen, die ich verwende, liefern aufgeladen etwa 8.4V und kurz bevor die Kiste zusammenbricht, sind es noch 7.0V. Wenn man bei 7.3V Alarm schlägt, ist das (in meinem Fall) noch gut genug.

Das das kommt, habe ich geahnt. Tiefentladung trägt trotzdem nicht zur langen Lebensdauer bei. Aber okay, geht ja nur um kleine, billige Akkus.

Für Bastler erinnere ich aufgrund deines Beitrages an Praezisions-Schmitt-Trigger, z. B. den guten alten NE755 : https://de.m.wikipedia.org/wiki/NE555
Selber damit gebastelt. Uebertromsicherung und Pulsweitenmodulation zur Drehzahlsteuerung einer Modellbahn. Habe noch einige 755er in der Bastelkiste.

[ViNic]

PS: Ein Arduino dürfte wohl für den Anwendungsfall nicht so gut geeignet sein, zumal sich das Vehikel autonom fortbewegen und somit in Echtzeit auf den Input einer Kamera reagieren soll.

Arduino und Kamera schließen sich gegenseitig aus, für Bildverarbeitung ist der Arduino völlig ungeeignet, da ist selbst der Raspi3 schon grenzwertig, der Zero W mit nur einem CPU-Kern dürte da auch ganz schnell überfordert sein. OK, man könnte die Auflösung der Kamera drastisch reduzieren (z.B. 320x200), aber ob dann noch genug zur Hinderniserkennung übrig bleibt, mußt du selbst ausprobieren.

Für die Erkennung von Hindernissen kann doch ein Ultraschall-Entfernungsmesser genutzt werden. Das geht mit Arduino.

[paedubucher]

Vielen Dank für all die Rückmeldungen! Für unser Projekt ziehe ich erstmal folgende Schlüsse daraus:

- Den Akkuladestand werden wir wohl nicht softwaremässig auslesen. Wir werden ausprobieren, wie lange der Akku hält, und dann die Betriebszeiten entsprechend daran anpassen.
- Für die Bilderkennung (eine Hinderniserkennung reicht nicht, wir müssen die Hindernisse und andere Objekte auch optisch unterscheiden können) ist ein Arduino zu schwach auf der Brust. Deshalb versuche ich es einmal mit einem Raspberry Pi Zero W. Mal schauen, ob wir auch mit einer tiefen Auflösung zurecht kommen.
- Bezüglich des Gewichts habe ich mich wohl etwas unklar ausgedrückt: es geht nicht um das Gewicht des Boards, sondern um das Gewicht der Batterie. Ob nun 9 (Raspberry Pi Zero) oder 40 (Raspberry Pi 3 Model B) Gramm fällt da überhaupt nicht ins Gewicht.
- Ein Akku mit USV-Modus wäre zwar sehr praktisch, aber wir können das auch andersweitig bewerkstelligen.
- Die Akkulaufzeit sollte kein Problem darstellen.

Ich habe mir mal einen Raspberry Pi Zero W mit Kamera zum Experimentieren bestellt. Von der Kamera sollte er ja direkt einen h.264-Stream auslesen können, oder?

[DeletedUserReAsG]

Ich würde auch mal abseits des Pi schauen: z.B. das Cubieboard 3 hat Akkuanschluss an Board, incl. Möglichkeiten, Spannungen und so auszulesen, zudem hat’s mehr Feuer als ein Pi Zero (vielleicht nützlich bei der Bildverarbeitung), und die GPIOs hat’s auch. Nachteil ist, dass es teurer ist, und dass es etwas mehr Strom verbraucht – da kann man aber beim Akku wieder ordentlich Gewicht sparen, indem man ‘nen einzelligen LiPo (etwa aus ’nem Telephon) nimmt, die haben ein ziemlich gutes Gewichts-/Kapazitätsverhältnis. Erheblich besser jedenfalls, als Li-Ion-oder gar NiMH-Rundzellen.