リチウム電池は、Raspberry Piのプロジェクトに電力を供給するために使用できます。これにより、持ち運び可能なポータブルプロジェクトを作成できます。多くのメーカーがリチウム電池を選択する理由はいくつかあります。
バッテリー電源を使用するとエネルギー消費が少なくなります。
低品質のコンバーターを使用せずに安定したパフォーマンスが得られます。
プロジェクトケース内にはさらに多くのスペースがあります。
Raspberry Piのバッテリー電源を利用すると、設計の変更がより容易になります。プロジェクトを始める前に、必要なものを検討してください。
モデルの選択
電力需要
バッテリーを選ぶ前に、Raspberry Piの消費電力を把握しておく必要があります。モデルによって必要な電力は異なり、消費電力が大きいものもあります。下の表は、一般的なバッテリーモジュールと、それらが対応するRaspberry Piモデルを示しています。プロジェクトに最適なハードウェアを選ぶのに役立ちます。
製品名 | 互換性 | 価格 | リンク |
|---|---|---|---|
PIco ダブルリチウムイオン 18650 バッテリーホルダー | ラズベリーパイB、B+ | $11.95 | |
UPS PIco HV3.0B+ HAT トップエンド 450 | ラズベリーパイ3モデルB + | $35.95 | |
UPS PIco HV3.0B+ HATスタック 450 PoE | ラズベリーパイ3モデルB + | $34.95 | |
LiFePO4wered/Pi+ | Raspberry Pi（各種モデル） | 無し |
Raspberry Piの消費電流も確認する必要があります。下の表は、モデルごとの消費電力を示しています。例えば、Raspberry Pi 3 B+は最大400mAを消費しますが、Zeroモデルはそれよりはるかに少ない電流しか消費しません。
したい場合は より長いバッテリー寿命消費電力の低いモデルを選択してください。これにより、Raspberry Piのバッテリー駆動時間が長くなります。
バッテリー寿命への影響
Raspberry Piのモデルの選択によって、バッテリー駆動時間が変わります。以下の点にご注意ください。
SSDを搭載したRaspberry Pi 4 Model Bは、通常のバッテリーで約5時間動作します。SSDの代わりにSDカードを使用すると、さらに長く駆動できます。
SSD のような高速ストレージを使用すると、Pi はアプリをすばやく起動できますが、消費電力も大きくなります。
Raspberry Pi 5はさらに多くの電力を必要とします。長時間のバッテリー駆動が求められるポータブルプロジェクトには適さない可能性があります。
ヒント: プロジェクトを一日中実行したい場合は、消費電力の少ないモデルを選択し、バッテリーを消耗させる余分なハードウェアを避けてください。
適切なモデルを選択すると、Raspberry Pi バッテリー電源プロジェクトを最大限に活用できるようになります。
バッテリー寿命の計算
電流消費量と容量
バッテリーを選ぶ前に、Raspberry Piの消費電流を把握しておく必要があります。モデルによって消費電力は異なります。下の表は、一般的なRaspberry Piモデルの標準的な消費電流を示しています。アイドル時や高負荷時など、プロジェクトに必要な電力を把握できます。
Raspberry Pi モデル | アイドル電流消費量（W） | アイドル電流消費量（mA） | 負荷時電流消費量（W） | 負荷時電流消費量（mA） |
|---|---|---|---|---|
ラズベリーパイ5 | 3.0-3.5 | 600-700 | 7.0-9.0 | 1400-1800 |
ラズベリーパイ4B | 2.5-3.0 | 500-600 | 5.0-7.5 | 1000-1500 |
ラズベリーパイ400 | 2.7-3.2 | 540-640 | 5.5-7.5 | 1100-1500 |
ラズベリーパイ3B + | 1.9-2.3 | 380-460 | 3.5-5.5 | 700-1100 |
ラズベリーパイゼロ2W | 0.5-0.7 | 100-140 | 1.5-2.2 | 300-440 |
ラズベリーパイゼロワ | 0.4-0.5 | 80-100 | 0.8-1.5 | 160-300 |
注：Raspberry Piでの操作内容によって消費電流は変化します。動画を再生したりGPIOピンを使用したりすると、バッテリーの消耗が早くなります。Raspberry Piがアイドル状態またはディープスリープ状態にあるときは、消費電力は少なくなります。
計算例
Raspberry Piの寿命を推定することができます バッテリー電源の設定 シンプルな計算式で、バッテリーの持ち時間を簡単に計算できます。これにより、プロジェクトの計画を立て、バッテリー切れを防ぐことができます。
に バッテリー寿命を計算する、 つかいます：
寿命（サイクル）＝（容量×100）／（放電率×放電深度）
容量はアンペア時間（Ah）で表されます
放電率はアンペア（A）で表されます
放電深度は充電前に使用されたバッテリーの割合です
5000mAh（5Ah）のリチウムバッテリーを使用し、Raspberry Pi 4 Bが負荷時に1Aを消費するとします。充電前にバッテリーの80%を使用した場合、計算は次のようになります。
Life = (5 x 100) / (1 x 80) = 500 / 80 = 6.25 cycles
1 回の充電で、実行時間は次のように見積もることができます。
動作時間（時間）＝バッテリー容量（Ah）／消費電流（A）
例: 5Ah / 1A = 5時間
ヒント: プロジェクトでディープスリープを使用したり、アイドル状態を維持したりすることで、バッテリーの持続時間を延ばすことができます。起動時には多くの電力を消費するため、頻繁に再起動するとバッテリー寿命が短くなる可能性があります。
これらの計算を使用して、Raspberry Pi バッテリー電源プロジェクトに適したバッテリーを選択できます。
リチウム電池の選び方
容量と携帯性
Raspberry Pi用のバッテリーを選ぶ際には、バッテリーの持続時間と持ち運びやすさを考慮する必要があります。バッテリーが大きいほどプロジェクトの稼働時間は長くなりますが、重くなり、場所を取ります。バッテリーが小さいほど軽く、狭いスペースにも収まりますが、持続時間は短くなります。
Raspberry Pi プロジェクトではさまざまな種類のバッテリーを使用できます。
ニッケル水素 (NiMH) 電池
鉛蓄電池
多くの人は、リチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池を好みます。これらの電池は小型ながら多くのエネルギーを蓄えることができます。持ち運び可能なプロジェクトに適しており、Raspberry Piに安定した電力を供給します。
ヒント：購入する前に、バッテリーに安全ラベルが付いているかどうかを必ず確認してください。UN38.3、UL1642、IEC62133のラベルが付いているか確認してください。これらのラベルは、バッテリーが重要な安全試験に合格していることを意味します。
認定 | 詳細説明 |
|---|---|
UN38.3 | これは、リチウム電池を世界中に安全に輸送するために必要です。これにより、電池が安全規則に準拠していることが保証されます。 |
UL1642 | これにより、リチウム電池セルが安全であり、過熱したりショートしたりしないことを確認します。 |
IEC62133 | これは充電式バッテリーに関する世界的な規則です。過熱や液漏れなどの問題を防ぎ、携帯機器内のバッテリーを安全に保つのに役立ちます。 |
プロジェクトのトレードオフ
バッテリーを選ぶ前に、プロジェクトに何が必要かを考えましょう。Raspberry Piを長時間動作させたいなら、より大きなバッテリーが必要になるかもしれません。そうすると、プロジェクトは重く大きくなります。一方、プロジェクトを小型軽量にしたい場合は、より頻繁に充電する必要があるかもしれません。
大きい電池（D サイズなど）は寿命が長くなりますが、重くて大きくなります。
小さい電池（単三電池など）は軽量ですが、寿命が短くなります。
バッテリーの種類とプロジェクトで使用する電力量によって、動作時間が変わります。
新しいバッテリー技術にも注目しましょう。新しいシングルセルのリチウムイオンUPSデバイスの中には、Raspberry Piに十分な電力を供給し、安全に電源を切るまで稼働し続けるものもあります。最新のバッテリー管理システム（BMS）は、特別な設計やAIを駆使してバッテリーの状態を監視し、問題の発生を未然に防ぎます。これらの機能はバッテリーの寿命を延ばし、プロジェクトの安全性を確保するのに役立ちます。
注：バッテリーは期待したほど長持ちしない場合があります。電力を多く使用するとバッテリーの効率が低下する可能性があります。プロジェクトで使用する電力を最大限まで処理できるバッテリーをお選びください。
Raspberry Piのバッテリー電源設定
Raspberry Piのバッテリー電源をセットアップするには、適切なパーツと綿密な計画が必要です。これにより、プロジェクトを安全かつ円滑に進めることができます。以下では、必要な主なパーツ、簡単なセットアップ手順、そしてそれぞれの方法の比較をご紹介します。
基本的な充電コントローラー
充電コントローラーは、リチウムバッテリーとRaspberry Piを安全に保ちます。バッテリーの充電を制御し、損傷を防ぎます。リチウムバッテリーを使用する際は、必ず充電コントローラーを使用してください。
充電コントローラー | 詳細説明 |
|---|---|
TP4056 | リチウム電池の電流と電圧を制御します。過充電を防ぎ、電池の寿命を延ばします。 |
MT3608 | 3.7Vを5Vに変換します。バッテリーの電力を有効に活用し、安全に充電できます。 |
優れた充電コントローラーには多くの安全機能が備わっています。
保護メカニズム | 詳細説明 |
|---|---|
過充電保護 | バッテリーの過充電を防ぎます。 |
逆保護 | バッテリーを間違って接続した場合でも安全を保ちます。 |
短絡保護 | 過大な電流を止めて、熱を発生させます。 |
ヒント： 充電コントローラーを購入する前に、必ずこれらの安全機能を確認してください。これらの機能は、Raspberry Piのバッテリー電源を安全に保つのに役立ちます。
ステップバイステップ：充電コントローラの追加
充電コントローラーをバッテリーボードに半田付けします。
バッテリーホルダーをコントローラーに接続します。
出力ワイヤをRaspberry Piの電源入力に接続します。
Raspberry Pi を接続する前に電圧出力をテストしてください。
4セル18650バッテリーホルダーを使用すると、駆動時間が長くなります。多くの充電コントローラーは、最大3000mAの急速充電に対応しており、バッテリーとアダプター間の電力供給を中断することなく切り替えることができます。
DC / DCコンバーター
DC/DCコンバータは、バッテリーの電圧をRaspberry Piに必要な電圧に変換します。ほとんどのリチウムバッテリーは3.7Vを出力しますが、Raspberry Piは5Vを必要とします。
製品仕様 | 重要性 |
|---|---|
電流容量 | 特に起動時には、Raspberry Pi 4 に最大 3 アンペアを供給する必要があります。 |
効率化 | 高効率（最大95％）でエネルギーを節約します。 |
安定した電圧出力 | 約 5.3V を与える必要がありますが、5.45V を超えることはありません。 |
内部抵抗が低い | 電力を節約し、プロジェクトの作業効率を向上させます。 |
リングインダクタ設計 | Raspberry Pi の起動に必要な高電流を処理します。 |
一般的な DC/DC コンバータには次のようなものがあります。
モデルの説明 | 電圧の取り扱い | 価格帯 |
|---|---|---|
ステップダウンバックコンバータ | 最大30V | $ 25以上 |
ハイエンド12Vコンバータ | 36Vから12V | 無し |
安価なUSB-C電源アダプターは使用しないでください。壊れやすく、Raspberry Piのバッテリー電源システムを保護できない可能性があります。
ステップバイステップ：DC/DCコンバータのインストール
バッテリー出力をDC/DCコンバーターの入力に接続します。
マルチメーターを使用して、出力電圧を 5.1V～5.3V に設定します。
コンバーターの出力を Raspberry Pi の電源ピンまたは USB ポートに接続します。
Pi の電源入力の電圧をチェックしてシステムをテストします。
バッテリーとコンバーターの間にスイッチを追加すれば、簡単に電力を制御できます。コンバーターの最大出力電流を必ず確認してください。Raspberry Pi 4の場合は、少なくとも3Aが必要です。
パワーブーストモジュール
パワーブーストモジュールは、バッテリー残量が少なくなっても電圧を安定させるのに役立ちます。電圧を3.7Vから5Vまで昇圧できるので、Raspberry Piのバッテリー駆動プロジェクトに最適です。
機能 | 詳細説明 |
|---|---|
内部昇圧コンバータ | Raspberry Pi の電圧を 3.7V から 5V に上げます。 |
低排出カットオフ | バッテリーの過剰な消耗を防ぎ、安全性を保ちます。 |
高電荷カットオフ | 過充電を防止し、セットアップをより安全にします。 |
電圧の安定性 | バッテリー残量が少なくなっても出力を 5V に維持します。 |
シャットダウンしきい値 | バッテリーを損傷から保護するために 2.5V でシャットダウンします。 |
注意： パワーブーストモジュールはポータブルプロジェクトに最適です。Raspberry Piの稼働時間を延ばし、安全性を維持します。
ステップバイステップ：パワーブーストモジュールの使用
リチウム電池をパワーブーストモジュールの入力に接続します。
モジュールの出力をRaspberry Piの5VピンとGNDピンに接続します。
バッテリーが消耗しても出力が 5V のままであることを確認してください。
バッテリー残量が少なくなると自動的にシャットダウンするので注意してください。
必須ハードウェアの概要
安全な Raspberry Pi バッテリー電源セットアップに必要な主なハードウェアの簡単なリストを以下に示します。
コンポーネントの説明 | Details |
|---|---|
最大電流出力 | 5.1V 5000mA |
バッテリーホルダー | 4セル18650バッテリーホルダー |
保護機能 | 過電流、過電圧、逆接続 |
効率化 | 最大95%の電力使用で最適な電力を活用 |
電源入力範囲 | 6Vから18V |
急速充電容量 | 3000mA |
パワースイッチング | バックアップとアダプタを簡単に切り替えます |
オートパワーオフ | Piがシャットダウンすると電源がオフになります |
待機時消費電力 | バッテリーを長持ちさせるために非常に低く設定 |
セットアップ方法の比較
それぞれの方法には長所と短所があります。簡単な比較を以下に示します。
方法 | メリット | デメリット |
|---|---|---|
基本的な充電コントローラー | 使いやすく、バッテリーとPiを保護します | すべてのPiモデルで電圧をブーストできるわけではない |
DC / DCコンバーター | 高電流、安定した電圧に対応 | 慎重な設定が必要で、コストがかかる |
パワーブーストモジュール | 5V出力を維持し、バッテリーを保護します | Pi 4に十分な電流を供給できない可能性があります |
基本的な充電コントローラーは、簡単なプロジェクトや小型の Raspberry Pi モデルに適しています。
DC/DC コンバーターは、Raspberry Pi 4 や 5 などの高出力モデルに最適です。
パワーブーストモジュールは、安定した電圧が必要なポータブルプロジェクトに最適です。
セットアップを頻繁にテストしてください。Raspberry Piのバッテリー電源システムを安全に保つために、電圧と温度を確認してください。適切なセットアップであればRaspberry Piを何時間も稼働させることができると多くの人が考えていますが、一晩中使用したり屋外で使用したりするには、より大きなバッテリーが必要になる場合があります。
Raspberry Piを動かすためにリチウム電池を使うことができます。まず、電圧が適切であることを確認してください。電池が満充電または空充電にならないように注意してください。接続が安全であることを確認するために、常に確認してください。以下の表に、覚えておくべき重要な事項をまとめました。
機能 | 詳細説明 |
|---|---|
電圧入力 | リチウムイオン電池から3.7V |
電圧出力 | Raspberry Pi を 5V に昇圧 |
バッテリ保護 | 過充電と過放電を防止 |
LEDインジケータ | 緑は充電済み、赤は充電中 |
パワーバンクやソーラーパネルで使えるか疑問に思う方もいるかもしれません。はい、5V、2.5A以上の電圧であれば使用できます。
Raspberry Piに電力を供給する様々な方法を試してみましょう。発見したことを共有してください。ご質問やアイデアがありましたら、下のコメント欄にご記入ください。
FAQ
Raspberry Pi ではどんなリチウム電池でも使用できますか?
Raspberry Piの電圧と電流の要件に合ったリチウム電池を使用する必要があります。ほとんどのPiモデルは5Vが必要です。必ず電池の出力を確認し、 安全のための充電コントローラー.
バッテリーの容量が十分かどうかはどうやってわかりますか?
Raspberry Piの消費電流を確認してください。バッテリー容量（mAh）をRaspberry Piの消費電流（mA）で割ると、駆動時間（時間）が算出されます。安全のため、バッテリー容量に余裕を持たせてください。
Raspberry Pi の動作中にバッテリーを充電しても安全ですか?
はい、適切な充電コントローラーを使用すれば、バッテリーの充電と使用を同時に行うことができます。コントローラーはバッテリーとRaspberry Piの両方を損傷から保護します。
パワーバンクを使用して Raspberry Pi を稼働できますか?
はい！多くのパワーバンクは、少なくとも5V、2.5Aの電流を供給できれば問題なく動作します。パワーバンクによっては、低負荷時に電源が切れるものもありますので、プロジェクトで使用する前に必ずテストを行ってください。
Raspberry Pi の電源が入っているときにバッテリーが切れるとどうなりますか?
Raspberry Piが突然シャットダウンします。これにより、データの損失や破損が発生する可能性があります。 バッテリー管理システム または、バッテリー残量が少なくなったときに Pi を安全にシャットダウンするための UPS HAT を使用します。
