Batería de respaldo Raspberry PI 3 Modelo B

Actualmente estoy tratando de diseñar una fuente de alimentación ininterrumpida para mi microcontrolador ( Raspberry Pi 3 Model B ). He leído en la documentación que el microcontrolador requiere 5 V y el amperaje que consume dependerá de los periféricos que use.

En condiciones normales, el microcontrolador se alimentará con el microUSB de 5 V que viene con él, pero en caso de un corte de energía o si se desconecta el cable, quiero usar baterías recargables de iones de litio como fuente de alimentación de respaldo. También me gustaría que el circuito fuera capaz de cargar las baterías de iones de litio recargables, con una forma de evitar la sobrecarga de las baterías de iones de litio.

También quiero que mi microcontrolador sea portátil para poder usarlo en el exterior. Entonces, quería usar un panel solar para proporcionar energía al circuito, pero en los momentos en que el panel solar no proporciona suficiente energía, quería que las baterías recargables de iones de litio suministraran la energía necesaria al microcontrolador. También me gustaría que el panel solar recargue las baterías de iones de litio cuando el panel solar tenga un exceso de energía que no sea necesaria para el microcontrolador. Una vez más, el circuito debe ser capaz de evitar la sobrecarga de las baterías de iones de litio.

Miré a mi alrededor y vi a otros haciendo algo similar, pero no encontré nada que me dé una explicación concreta o un esquema que entienda.

Mi intento: (Tenga en cuenta que el 5V es el microUSB o el panel solar y el suministro de 4V son las baterías recargables de iones de litio). Entiendo que los valores no son correctos y que es posible que se requiera un convertidor DC-DC Boost... También necesita algo en su lugar para asegurarse de que cuando las baterías estén completamente cargadas no ocurra la polaridad inversa, ¿correcto?

¡Cualquier ayuda es apreciada!

Esto es cuando el 5VmicroUSB o el panel solar están conectados, observe que está 'cargando' las baterías recargables de iones de litio (no sé cómo modelar baterías recargables de iones de litio)

Aquí es cuando el microUSB de 5 V se desconecta y luego las baterías de iones de litio comienzan a proporcionar energía al microcontrolador de inmediato.

El Raspberry Pi 3 no puede funcionar a 4V. La tensión de alimentación mínima especificada es 4,75. El bloqueo por bajo voltaje tiende a ocurrir a 4.5-4.6V.
Sí, sabía que los valores estaban mal, solo estaba tratando de dar una idea de lo que estaba tratando de hacer. Pero conocer el voltaje de suministro mínimo es útil, ¡gracias! Cualquier otro consejo es apreciado!
Busque "CI de administración de energía" y/o "CI de cargador de batería" en los sitios web de los sospechosos habituales (TI, Linear, Maxim, Microchip, etc.). Tienen algunas soluciones que podrían satisfacer sus necesidades.

Respuestas (1)

Su intento ni siquiera comienza a cumplir con los requisitos de cada componente del sistema, que son:

  1. Raspberry Pi modelo B: suministro de CC de 5 V regulado hasta 1,7 amperios.

  2. Célula de iones de litio: tensión máxima 4,20 V. ¿Corriente máxima de carga? (depende de la capacidad de la batería y la clasificación 'C'). Voltaje mínimo bajo carga 3.0V.

  3. Panel solar: transferencia eficiente de energía a la batería y/o carga (a menos que no le importe usar un panel de gran tamaño).

Para hacer funcionar el Pi con una sola celda de iones de litio, necesita absolutamente un amplificador de voltaje. Este amplificador debe suministrar hasta 1,7 A a 5 V, por lo que puede consumir hasta ~3,3 A de la batería (suponiendo una eficiencia del convertidor del 85 %).

Para ejecutar el Pi fuera del panel solar sin agotar la batería, el panel debe suministrar hasta 10 W al convertidor. En la práctica, esto significa que probablemente desee al menos un panel de 20W.

Un amplificador de voltaje solo puede aumentar (no disminuir) el voltaje, por lo que si el panel genera más de 5 V, necesita un convertidor reductor para reducirlo a 5 V o menos. Para cargar la batería, debe bajar el voltaje del panel a 4,2 V y aplicar la limitación de corriente.

Pero los paneles solares limitan automáticamente la corriente de acuerdo con la intensidad de la luz, por lo que su circuito también debe funcionar correctamente cuando el panel no puede suministrar la corriente de carga establecida. Cuando esto sucede, debe reducir la corriente de carga para evitar que el voltaje del panel caiga por debajo de su punto de máxima potencia. Los convertidores que hacen esto se llaman MPPT (seguimiento del punto de máxima potencia).

Para evitar dañar la batería, necesita alguna forma de apagarla antes de que se agote por completo, y probablemente alguna advertencia para que el Pi pueda apagarse mientras todavía tiene energía. Cuando está apagado, su circuito debe extraer una corriente insignificante de la batería.

Finalmente, desea que la batería tenga suficiente capacidad para hacer funcionar el Pi durante un período de tiempo razonable. La capacidad de la batería que elija afectará la corriente de carga máxima y cómo se puede aplicar.

Si la batería puede tomar más corriente de la que consume el Pi, entonces simplemente puede conectar el cargador y el amplificador directamente sin diodos de dirección. Luego, la batería 'flotará' a hasta 4,2 V, mientras que el amplificador (si lo necesita) absorberá cualquier exceso de corriente. Si la batería solo puede manejar una corriente de carga baja, debe aislarse de la salida mientras se carga, y necesita un bypass para enrutar el exceso de corriente del panel al amplificador. Su intento incorpora el concepto básico de esta configuración, pero no hace nada para abordar los otros requisitos.

¡La conclusión es que no puede crear un UPS práctico con energía solar a partir de dos diodos y una resistencia!

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