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Alimentation électrique

L’alimentation électrique est un problème crucial puisque, pour des utilisations sur le terrain, donc sans possibilité de raccordement au secteur, il est nécessaire d’avoir le maximum d’autonomie. Il faut alimenter le Raspberry, dont la consommation varie en fonction de la charge du processeur, mais aussi l’écran qui est de loin le plus consommateur d’énergie.

L’énergie est fournie par un bloc batteries de type 18650 de 3,7V. Ce bloc est connecté sur un circuit Adafruit POWERBOOST 1000C. Celui-ci est connecté sur un circuit spécifiquement réalisé et baptisé POOM (Power ON OFF Management). Le POOM est connecté sur le GPIO du Raspberry. La logique du circuit est issue du projet pi_power sur Github et implémentée par Patrick Hellmuth du service électronique du CENBG (Centre d’Etudes Nucléaires de Bordeaux-Gradignan).

Le POWERBOOST

Le rôle principal du POWERBOOST est de «  booster » la tension des batteries de 3,7V à 5V puisque le Raspberry nécessite une tension de 5V. Il permet :

  •  D’avoir une source d’énergie ininterruptible c’est-à-dire que le passage de l’alimentation sur secteur à la batterie, et vice-versa, se fait sans coupure pour le Raspberry (fonction UPS).
  • Recharger les batteries tout en alimentant le Raspberry  (fonction Pass-throu).
  • D’utiliser un bouton-poussoir pour démarrer la machine ou l’éteindre proprement. (A noter qu’il existe une méthode consistant à connecter un bouton poussoir directement sur le GPIO mais avec cette méthode le Raspberry reste sous tension après l’arrêt et continuer à vider la batterie.)

Le circuit POOM

La première version du circuit POOM qui était présente dans le prototype 1 permettait seulement de gérer la mise sous tension de la machine et son arrêt propre au moyen d’un bouton poussoir. Une simple pression sur le bouton allumait la machine, une pression de 4 secondes (paramétrable) permettait de provoquer un shutdown.

La version 2 du POOM permet désormais, en plus, de monitorer le niveau de la batterie, afficher la valeur sur l’écran, déclencher un shutdown propre à partir d’un seuil jugé critique. Désormais nous utilisons un support de batteries 18650. En effet, avec le prototype 1 l’utilisation de pack batteries pré-conditionnées avec 1 ou 2 cellules 18650 s’avérait très limitatif. D’une part parce que cela posait des problèmes de fixation et, d’autre part, parce que les puissances annoncées se situent entre 2000 et 6000maH environ et que cela n’est pas suffisant. De plus les valeurs annoncées ne sont pas forcément fiables. Le nombre réduit d’articles disponibles sur le marché risquait aussi de poser un problème de pérennité.
L’utilisation d’un support indépendant des batteries permet de sélectionner les batteries et vérifier leur puissance réelle. Il est aussi possible de les changer facilement et de les recharger en dehors du boîtier avec un chargeur plus rapide que le Powerboost.

Batteries

Nous utilisons un support pour 3 batteries montées en parallèles Pour les tests nous avons utilisé des piles LG annoncées pour 3000maH. Les tests avec un chargeur de batterie montrent que cette valeur est à peu près correcte (voir photo).

Avec 3 batteries on dispose d’une puissance d’environ 9000maH.

Afin de pouvoir sortir facilement le support du boîtier il est fixé à la plaque MSB au moyen de velcro double-face. Pour pouvoir le débrancher facilement les fils sont connectés sur des bornes à clip de type Waco sur lesquels le Powerboost est lui-même branché.

 

 

Remarque
Récemment est apparu sur le marché le module Pi Juice qui permet d’ajouter une batterie en chapeau sur le Raspberry. L’intérêt pour le projet Pi4X4 est qu’il pourrait remplacer les 3 circuits POWERBOOST, POOM et RTC. Malheureusement il ne coche pas toutes les cases car la batterie fournie n’a qu’une puissance de 1850maH, beaucoup trop faible lorsqu’il s’agit d’alimenter un écran. Il est possible de connecter sur le Pi Juice une batterie externe, mais pour l’instant soit elle n’existe pas, soit présente un risque de pérennité. L’idéale aurait été de connecter le support de batteries. Malheureusement, le chargeur du Pi Juice est mono-cellule et ne permet pas de recharger plusieurs cellules à la fois. A la rigueur on doit pouvoir utiliser un support avec une seule batterie (pas encore testé) ce qui permettrait déjà d’améliorer l’autonomie.
Cependant, le Pi juice est intéressant lorsque l’autonomie n’est pas un critère et qu’on souhaite juste une alimentation ininterruptible. Cette solution sera testée et d’ores-et-déjà les points de fixation sont prévus sur la plaque MSB.

 

Test d’autonomie