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Batterie- und Akkutest für den Raspberry Pi Nano W

Batterie- und Akku-Test für den Raspberry Pi

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Wie soll man am besten einen Raspberry Pi unterwegs mit Strom versorgen? Welcher Energieträger ist überhaupt geeignet? Wie lange halten die Batterien und Akkus? Bleigel, Kohle-Zink, Nickel-Metallhydrid oder doch Lithium-Polymer? Eine Entscheidungshilfe sollen die hier aufgeführten Tests liefern. Bis jetzt wurden 3 unterschiedliche mobile Stromquellen getestet. Die Testreihe wird nach und nach erweitert.

Ziel und Motivation für diese Tests

Ziel des Test ist es, verschiedene Stromlieferanten nur für einen spezifischen Einsatzzweck – mobiler Betrieb eines Raspberry Pi – zu vergleichen.

Ziel ist es nicht, einen objektiven, allgemeingültigen Vergleich über die Güte der verwendeten Stromquellen anzustellen.

Im Ergebnis soll der Test eine Auswahlentscheidung für den mobilen, unabhängigen Betrieb z.B. in IoT-Szenarien unterstützen. Auslöser war die Problemstellung, für die Beobachtung des Brutverhaltens von Singvögeln eine geeignete Stromversorgung zu finden.

Testmethodik

Als Messgerät und als Verbraucher wird ein Raspberry Pi Zero W verwendet. Als Betriebssystem kommt Raspbian Stretch (Stand November 2018) zum Einsatz. An den Raspberry ist ein 2,7 Zoll e-Ink-Display angeschlossen. Ein Python-Script schreibt jede Minute die IP-Adresse des Raspberry  und die aktuelle Uhrzeit auf das Display. Der Start des Python Scripts erfolgt über einen CRON-Eintrag. Bluetooth und WLAN sind eingeschaltet, der Raspberry logt sich beim Start in ein privates Netz ein.

Der Raspberry wird für einen Testfall mit den zu testenden Batterien / Akkus … betrieben.

Beim Start wird die angezeigte Uhrzeit notiert. Der Raspberry wird so lange laufen gelassen, bis die Betriebsspannung nicht mehr ausreicht. Das e-Ink Display zeigt die zuletzt ausgegeben Uhrzeit auch stromlos an. Die Differenz zwischen Startzeit und zuletzt angezeigter Uhrzeit ist die Laufzeit. Die Laufzeit für verschieden Batterien / Akkus ist in Tab. 1 zusammengefasst.

Testkandidaten

Bis heute wurden getestet:

  1. Aldi AA Batterien 4 Stück: Vier blaue Batterien AAA mit der Aufschrifft „Active Energie Super Alkaline“ werden in Reihe in einem Batteriehalter mit Micro-USB-Anschluss zusammengefasst. Nach dem Entladen konnte noch bis zu 2 A Strom entnommen werden, die Leerlaufspannung lag bei 1,2V
  2. Aldi AA Akkus 2.500 mAH 4 Stück. Nach dem Entladen war eine Zelle völlig leer, drei zeigten um die 0,9 V Leerlaufspannung, bei einer konnte noch 1 A Strom entnommen werden.
  3. Aldi Powerbank 5200 mAh:  Die Powerbank gab es als Angebotsaktion. Die Powerbank hat einen Einschalter und vier bleue Leuchtdioden für den Ladestand. Die Powerbank schaltet sich von selber aus, wenn der Ladestand gering ist oder kein Strom abgenommen wird.
  4. Eneloop NiMH Akkus 1900mAh 4 Stück: Vier weiße Eneloop-Akkus werden in Reihe in einem Batteriehalter mit Micro-USB-Anschluss zusammengefasst. Die Akkus wurde frisch in einem Ansmann Schnellladegerät mit Einzelschachtüberwachung geladen. Die Akkus hatten schon etwa 15 Ladezyklen hinter sich.
  5. sf-trade-gmbh 1300mAH Powerbank weiß-orange mit Taschenlampe. Mit drei Ausgangsbuchsen. Kann gleichzeitg geladen und entladen werden.

Testergebnisse

Die Ergebnisse der Tests sind in der Tabelle Tab. 1 zusammengestellt.

Stromquelle Laufzeit hh:mm
Aldi AA Batterien 4 Stück 18:32
Aldi AA Akkus 2.500mAH 4 Stück 18:33
Aldi Powerbank 5.200mAh 23:44
Eneloop NiMH Akkus 1.900mAh 4 Stück 15:47
sf-trade Powerbank 13.000mAH 18:58

Tab. 1 Testergebnisse

Fazit

Angaben der Hersteller auf Batterien oder einem Akkupack lassen nur bedingt einen Schluss darauf zu, wie lange für eine konkrete Aufgabenstellung  der Strom reicht. Unter anderen Testbedingungen, z. B.mit einem stromsparenden ATtiny85,  hätten vielleicht Zink-Kohle-Batterien aufgrund der geringeren Selbstentladung das Rennen gemacht. Aus den bisherigen Tests kann festgehalten werden:

  1. Die längste absolute Laufzeit erreicht die Aldi Powerbank 5200 mAh.
  2. Überraschend gut sind die Disounter- (Aldi) Batterien.
  3. Noname Powerbanks halten nicht, was sie versprechen.

Anhang Python Script

#!/usr/bin/python
# uhr.py
# schreibt Datum und Uhrzeit auf das E-Paper Diskplay
# Claus Brell
# 01.02.2019
 
import epd2in7
import time
from PIL import Image,ImageDraw,ImageFont
import traceback
import commands
 
try:
    epd = epd2in7.EPD()
    epd.init()
    # Bild aufbauen
    Himage = Image.new('1', (epd2in7.EPD_HEIGHT, epd2in7.EPD_WIDTH), 255)  l
    print "Drawing"
    draw = ImageDraw.Draw(Himage)
    font36 = ImageFont.truetype('/usr/share/fonts/truetype/freefont/FreeSans.ttf', 36)
    font96 = ImageFont.truetype('/usr/share/fonts/truetype/freefont/FreeSans.ttf', 96)
    # IP Adresse beschaffen
    ausgabe=commands.getoutput('hostname -I')
    draw.text((10, 0),ausgabe, font = font36, fill = 0)
    # Datum und Uhrzeit
    ausgabe=time.strftime("%d.%m.%Y")
    draw.text((10, 40),ausgabe, font = font36, fill = 0)
    ausgabe=time.strftime("%H:%M")
    draw.text((10, 80),ausgabe, font = font96, fill = 0)
    epd.display(epd.getbuffer(Himage))
except:
    print 'traceback.format_exc():\n%s' % traceback.format_exc()
    exit()