Kann das Raspberry Pi mit Batterien betrieben werden?

Einen Raspberry Pi mit Batterien zu betreiben, ist eine sehr verbreitete und effektive Methode, um Ihre Projekte mobil und ungebunden zu machen.

Es ist jedoch nicht so einfach, wie nur ein paar AA-Batterien anzuschließen. Um es korrekt zu machen, muss man die Stromanforderungen des Pi verstehen und den richtigen Batterietyp sowie die passende Regelungselektronik wählen.

Hier ist eine detaillierte Aufschlüsselung, wie man einen Raspberry Pi mit Batterien betreibt.

1. Die Stromanforderungen verstehen

Zuerst muss man wissen, was man versorgen muss:

• Der Raspberry Pi selbst: Ein moderner Raspberry Pi (3/4/5/Zero) benötigt eine stabile 5V-Stromquelle, die über den USB-C- oder Micro-USB-Anschluss geliefert wird. Der Strombedarf (Ampere) hängt vom Modell und der Auslastung ab:

  • Im Leerlauf: ~100-200 mA

  • Unter Last (CPU-intensiv): ~400-800 mA

  • Spitzenwert (besonders während des Bootens): Kann kurzzeitig 1A für einen Pi 4 oder 5 überschreiten.

• Peripheriegeräte: Das ist der kritische Teil. Alle USB-Geräte (Tastaturen, WLAN-Dongles, Webcams), HATs (Add-On-Boards) oder Sensoren, die an die GPIO-Pins angeschlossen sind, ziehen zusätzlichen Strom. Ein Pi, der einen hellen Bildschirm und einen Motor antreibt, könnte leicht 2A oder mehr benötigen.

Die goldene Regel: Sie müssen eine stabile, saubere 5V-Versorgung bereitstellen. Der Pi ist empfindlich gegenüber Spannungseinbrüchen ("Brownouts"), die dazu führen können, dass er sich neu startet, die SD-Karte beschädigt oder unvorhersehbar verhält.

2. Die richtige Batterielösung wählen

Es gibt drei Hauptansätze, vom Einfachsten zum Fortgeschrittensten:

Lösung A: Eine USB-Powerbank verwenden (einfachste Methode)

Dies ist die unkomplizierteste und für Anfänger sehr empfehlenswerte Methode.

• Funktionsweise: Man verwendet eine standardmäßige USB-Powerbank, genau wie zum Laden eines Handys. Verbinden Sie sie mit dem Stromanschluss des Pi über ein USB-Kabel.

• Vorteile:

  • Äußerst einfach. Keine Verkabelung oder Schaltkreise nötig.

  • Sicher. Powerbanks haben einen eingebauten Schutz vor Überstrom, Überladung und Tiefentladung.

  • Hohe Kapazität. Es gibt Powerbanks, die einen Pi viele Stunden oder sogar Tage lang betreiben können.

• Nachteile:

  • Man kann nicht einfach auf die Batteriespannung zugreifen, um Sensoren oder Motoren zu betreiben, die etwas anderes als 5V benötigen (es sei denn, man verwendet auch ein HAT).

  • Einige "smarte" Powerbanks schalten sich möglicherweise automatisch ab, wenn der Stromverbrauch des Pi zu niedrig ist (z. B. im Leerlauf). Suchen Sie nach Powerbanks mit einem "Always-On"- oder Niedrigstrom-Modus, oder testen Sie sie vor dem Kauf.

• Am besten geeignet für: Tragbare Media-Center, Data-Logger in einem Gehäuse oder jedes Projekt, bei dem der Pi und seine Peripheriegeräte mit 5V laufen.

Lösung B: Ein "UPS"-HAT verwenden (All-in-One-Lösung)

Ein UPS (unterbrechungsfreie Stromversorgung) HAT ist eine Platine, die auf dem GPIO-Header Ihres Pi sitzt und alles für Sie erledigt.

• Funktionsweise: Das HAT enthält die Ladeschaltung, das Batteriemanagement und einen 5V-Regler. Sie schließen einen bestimmten Batterietyp (normalerweise einen LiPo) an das HAT an, und es liefert nahtlos Strom. Oft kann es den Pi sicher herunterfahren, wenn der Akku leer ist.

• Vorteile:

  • Integriert und sauber. Keine chaotische Verkabelung.

  • Enthält oft "smarte" Funktionen wie Batterie-Ladezustandsanzeigen und Scripts für sicheres Herunterfahren.

  • Schützt Ihren Pi und die SD-Karte vor Beschädigung durch plötzlichen Stromausfall.

• Nachteile:

  • Teurer als eine DIY-Lösung.

  • Belegt den GPIO-Header, den man vielleicht für andere Dinge benötigt.

• Am besten geeignet für: Zuverlässige, kritische Anwendungen wie Roboter, Wetterstationen oder Heimserver, bei denen ein sicheres Herunterfahren wichtig ist.

Lösung C: DIY mit rohen Batterien und einem Regler (flexibelste Methode)

Dies ist für fortgeschrittene Benutzer, die andere Komponenten (wie 12V-Motoren oder 3.3V-Sensoren) aus dem gleichen Batteriepack versorgen müssen.

• Funktionsweise:

  1. Wählen Sie ein Batteriepack mit einer höheren Spannung (z. B. 7,4V für ein 2S LiPo oder 9V aus Alkali-Packs).

  2. Verwenden Sie einen Spannungsregler (wie einen UBEC oder LM2596-Modul), um die höhere Spannung auf eine saubere, stabile 5V herunterzuregeln.

  3. Schließen Sie den 5V-Ausgang des Reglers an den 5V-Pin des GPIO-Headers (Pin 2 oder 4) und seinen GND an einen GND-Pin (z. B. Pin 6) an.

• ⚠️ Wichtige Warnung: Wenn man über die GPIO-Pins speist, umgeht man die eingebaute Sicherung und Schutzschaltung. Sie müssen sicherstellen, dass Ihr Regler eine sehr saubere und stabile 5V liefert. Eine Spannungsspitze wird Ihren Pi sofort zerstören. Ein gutes Reglermodul ist unerlässlich.

• Vorteile:

  • Maximale Flexibilität. Man kann jede Batteriechemie verwenden (LiPo, Li-Ion, NiMH, Alkaline).

  • Man kann die rohe Batteriespannung nutzen, um andere Teile des Projekts zu versorgen.

• Nachteile:

  • Erfordert Elektronikkenntnisse und Erfahrung beim Verkabeln.

  • Risiko, den Pi zu beschädigen, wenn es falsch gemacht wird.

  • Weniger portabel und unordentlicher.

• Am besten geeignet für: Robotik, Drohnen und komplexe embedded Projekte, bei denen der Pi Teil eines größeren Systems ist.

Vergleich der Batterietypen

Zusammenfassung & Empfehlung

• Für die meisten Benutzer: Beginnen Sie mit einer hochwertigen USB-Powerbank. Es ist die sicherste, einfachste und zuverlässigste Methode.

• Für kritische Projekte: Investieren Sie in ein UPS-HAT für integriertes Batteriemanagement und Fähigkeiten zum sicheren Herunterfahren.

• Für fortgeschrittene Bastler: Verwenden Sie ein rohes Batteriepack (z. B. 2S LiPo) mit einem hochwertigen 5V-Regler (UBEC), der an die GPIO-Pins angeschlossen ist, aber gehen Sie vorsichtig vor.

Egal welche Methode Sie wählen, stellen Sie immer sicher, dass Ihre Stromlösung eine stabile 5V und genug Strom (mindestens 2,5A für einen Pi 4/5 mit Peripheriegeräten) für einen stabilen Betrieb liefern kann.