Backup-Batterie für Raspberry PI 3 Modell B

Ich versuche derzeit, eine unterbrechungsfreie Stromversorgung für meinen Mikrocontroller ( Raspberry Pi 3 Model B ) zu entwerfen. Ich habe aus der Dokumentation gelesen, dass der Mikrocontroller 5 V benötigt und die von ihm gezogene Stromstärke von den von mir verwendeten Peripheriegeräten abhängt.

Unter normalen Bedingungen wird der Mikrocontroller mit dem mitgelieferten 5-V-Micro-USB betrieben, aber im Falle eines Stromausfalls oder wenn das Kabel herausgezogen wird, möchte ich wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien als Notstromversorgung verwenden. Ich möchte auch, dass die Schaltung die wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien aufladen kann, um ein Überladen der Lithium-Ionen-Batterien zu verhindern.

Ich möchte auch, dass mein Mikrocontroller tragbar ist, damit ich ihn draußen verwenden kann. Also wollte ich ein Solarpanel verwenden, um die Schaltung mit Strom zu versorgen, aber in Zeiten, in denen das Solarpanel nicht genug Strom liefert, wollte ich, dass die wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien den Mikrocontroller mit der notwendigen Energie versorgen. Ich möchte auch, dass das Solarpanel die Lithium-Ionen-Batterien auflädt, wenn das Solarpanel überschüssige Energie abgibt, die für den Mikrocontroller nicht erforderlich ist. Auch hier muss die Schaltung in der Lage sein, ein Überladen der Lithium-Ionen-Batterien zu verhindern.

Ich habe mich umgesehen und einige andere gesehen, die etwas Ähnliches tun, aber ich habe nichts gefunden, das mir eine konkrete Erklärung oder ein Schema gibt, das ich verstehe.

Mein Versuch: (Beachten Sie, dass die 5 V das microUSB oder Solarpanel und die 4 V-Versorgung die wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien sind.) Ich verstehe, dass die Werte nicht korrekt sind und dass möglicherweise ein DC-DC-Aufwärtswandler erforderlich ist ... Ich auch muss etwas vorhanden sein, um sicherzustellen, dass bei vollständig aufgeladenen Batterien keine Verpolung auftritt, richtig?

Jede Hilfe ist willkommen!

Wenn das 5VmicroUSB oder das Solarpanel angeschlossen ist, beachten Sie, dass es die wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien „auflädt“ (Idk, wie man wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien modelliert)

Dies ist der Fall, wenn der 5-V-microUSB getrennt wird und die Lithium-Ionen-Batterien sofort beginnen, den Mikrocontroller mit Strom zu versorgen

Der Raspberry Pi 3 kann nicht mit 4 V betrieben werden. Die minimale angegebene Versorgungsspannung beträgt 4,75. Eine Unterspannungssperre tritt in der Regel bei 4,5-4,6 V auf.
Ja, ich wusste, dass die Werte falsch waren, ich habe nur versucht, eine Vorstellung davon zu vermitteln, was ich zu tun versuchte. Aber die Kenntnis der minimalen Versorgungsspannung ist nützlich, danke! Jeder andere Rat ist willkommen!
Suchen Sie auf den Websites der üblichen Verdächtigen (TI, Linear, Maxim, Microchip usw.) nach "Power-Management-ICs" und/oder "Batterielade-ICs". Sie haben einige Lösungen, die Ihren Anforderungen entsprechen könnten.

Antworten (1)

Ihr Versuch erfüllt nicht einmal ansatzweise die Anforderungen jeder Komponente im System, nämlich:-

  1. Raspberry Pi Modell B: Geregelte 5-V-DC-Versorgung mit bis zu 1,7 Ampere.

  2. Lithium-Ionen-Zelle: maximale Spannung 4,20 V. Maximaler Ladestrom ? (abhängig von Batteriekapazität und C-Bewertung). Mindestspannung unter Last 3,0 V.

  3. Solarpanel: effiziente Energieübertragung auf Batterie und/oder Last (es sei denn, Sie haben nichts dagegen, ein übergroßes Panel zu verwenden).

Um den Pi mit einer einzelnen Li-Ionen-Zelle zu betreiben, benötigen Sie unbedingt einen Spannungsverstärker. Dieser Booster muss bis zu 1,7 A bei 5 V liefern, kann also bis zu ~3,3 A aus der Batterie ziehen (bei einem Wandlerwirkungsgrad von 85 %).

Um den Pi über das Solarpanel zu betreiben, ohne die Batterie zu entladen, muss das Panel bis zu 10 W an den Konverter liefern. In der Praxis bedeutet dies, dass Sie wahrscheinlich mindestens ein 20-W-Panel wünschen.

Ein Spannungsverstärker kann die Spannung nur erhöhen (nicht verringern). Wenn das Panel also mehr als 5 V ausgibt, benötigen Sie einen Abwärtswandler, um es auf 5 V oder weniger zu senken. Um die Batterie aufzuladen, müssen Sie die Panelspannung auf 4,2 V senken und eine Strombegrenzung anwenden.

Solarmodule begrenzen den Strom jedoch automatisch je nach Lichtintensität, sodass Ihre Schaltung auch dann ordnungsgemäß funktionieren muss, wenn das Modul den eingestellten Ladestrom nicht liefern kann. In diesem Fall müssen Sie den Ladestrom drosseln, um zu verhindern, dass die Panelspannung unter ihren maximalen Leistungspunkt fällt. Konverter, die dies tun, heißen MPPT (Maximum Power Point Tracking).

Um eine Beschädigung des Akkus zu vermeiden, benötigen Sie eine Möglichkeit, ihn auszuschalten, bevor er vollständig entladen ist, und wahrscheinlich eine Warnung, damit der Pi heruntergefahren werden kann, während er noch Strom hat. Im ausgeschalteten Zustand muss Ihr Stromkreis einen vernachlässigbaren Strom aus der Batterie ziehen.

Schließlich möchten Sie eine ausreichende Batteriekapazität, um den Pi über einen angemessenen Zeitraum zu betreiben. Die von Ihnen gewählte Batteriekapazität beeinflusst den maximalen Ladestrom und wie er angewendet werden kann.

Wenn die Batterie mehr Strom aufnehmen kann als der Pi zieht, können Sie das Ladegerät und den Booster einfach ohne Steuerdioden direkt daran anschließen. Dann „schwebt“ die Batterie bei bis zu 4,2 V, während überschüssiger Strom vom Booster absorbiert wird (falls erforderlich). Wenn die Batterie nur mit niedrigem Ladestrom umgehen kann, muss sie während des Ladevorgangs vom Ausgang isoliert werden, und Sie benötigen einen Bypass, um überschüssigen Panelstrom zum Booster zu leiten. Ihr Versuch verkörpert das grundlegende Konzept dieser Konfiguration, trägt aber nichts dazu bei, die anderen Anforderungen zu erfüllen.

Fazit ist, dass Sie aus zwei Dioden und einem Widerstand keine praktische solarbetriebene USV erstellen können!

Backup-Batterie für Raspberry PI 3 Modell B
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