RaspberryPi Zero を モバイルバッテリーで使う件

消費電力の少ないラズパイをバッテリーで使うとして、どれくらいの大きさのモバイルバッテリーが必要になるかざっくり計算してみました。

ラズパイを動かすバッテリーの大きさはどれくらい必要か？

まず知りたいのは、どれくらいの電気を喰うのか？ですが、検索してみると実験されている報告がありました。感謝！
https://www.usagi1975.com/052520180823/

ざっくり200ｍAで動くらしいですね。（詳しくは引用LINK先をご覧ください。）
５Vで使っていて、電力は５Vｘ２００ｍA　＝　１Wattです。

電力量は？

１時間で使うエネルギーは１Wattｘ１時間＝１Wh。

ここまでは簡単ですね。

モバイルバッテリーの容量は？

モバイルバッテリーの容量は、通販サイトとかみるとｍAhですね。

これは、例えば１時間で放電させるときこれだけの電流が流せるって目安です。ここで注意してほしいのは、これが目安ってところ。実際には取り出せるmAhは流す電流で変わるはずです。１０倍の電流を流すと1/10時間＝６分になるかというとそれほどはモタナイはずです。それは、電池が化学反応で電気をだすためで、一度に流す電流によって取り出せる総電流は変わります。

だから目安です。

乾電池は、間欠（つまり大電流を流して、休ませてを繰り返す）使い方が一番たくさんエネルギーが取り出せると聞いたことがあります。

乾電池でも作り方で、大電力を短期間に取り出すのが得意なタイプと、少しづつ長く使うのが得意なものがあります。後のタイプは、時計向きですね。

閑話休題（それはさておき）

でも、ｍAhって電流ｘ時間で電力量ではないですねえ。

そういえば、充電できるニッケル水素電池も2000ｍAhとかが容量の表示ですね。

電池の電力？

電池の容量が電流ｘ時間なので、これに電圧を掛けてやれば、電圧ｘ電流ｘ時間＝電力量を見積もることができます。

先ほど例にあげた2000ｍAhのニッケル水素電池なら電圧が0.8V~1.2Vくらいなので中をとって１V平均なら１Vｘ2000ｍAh＝２Whになります。電圧が途中で変わるのでまあ目安程度です。

ラズパイは１Vでは動きませんから、電圧を変換する必要がありこの時１０～２０％くらいの電力が失われます。（多くは熱になってしまいます）

最終的に使えるのは

　　２Whｘ80%＝１．６Whになります。

ラズパイZeroWが１Wattでしたから、

　　　　１．６Wh÷１W＝１.6時間　使うことができる計算です。

モバイルバッテリーの場合

モバイルバッテリーの場合はどうなるかですが、中の電池はたいていリチウムポリマーでしょう。それなら電圧は４Vくらいだと思います。（目安ね）

すると、使える電力はこんな感じで計算できます。

　　　電流容量ｘ４Vｘ80%

例えば1000ｍAhの場合にはこうなります。

　　　　1000mAh x 4V x 0.8 = 3.2 Wh

ラズパイが１Wでしたから動かせる時間の見積もりはこうなります。

　　　　3.2Wh ÷ １W =　3.2ｈ

時間を長くしたいときは電流容量を大きくすればOKです。

例えば２倍の2000mAhのモバイルバッテリーなら時間も２倍の6.4時間の動作が期待できますね。

ここで、注意が必要なのは、これが新しいときの話だということです。

使うと容量は減っていきます。大体半分で寿命という目安なので、使いたい時間から計算した容量の２倍くらいを用意すればよいと思います。

また、ラズパイの電力の１Wも平均です。コンピュータなので細かく増えたり減ったりしていて、つまり瞬間的にはたくさん流れてしばらく少なくてというのを平均すると１Wということなのです。モバイルバッテリーも減ってくるとたくさん流れる瞬間に電気が足りなくなって装置として止まってしまうこともあります。このところからも大き目のバッテリが必要になります。

例えば5000mAhのモバイルバッテリーなら

5000mAh x 4V x 0.8 ÷１W ÷ 2=8時間

結構長く動きますね。

もちろん、Zeroの他にも何か動かすのであればもっと大容量のバッテリーが必要ですが、使う電力（電流ｘ電圧）を見積もれば、同様の計算で必要な容量が計算できます。