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Raspberry Pi 5を外に持ち出して使いたいですよね…分かります。そこで、21700サイズの電池を2本入れて動かすUPS HATを付けてみたところ、ちゃんと動きました。ただ途中で電池の容量が足りないように見えたり、僕が電池を逆に挿して壊してしまったりと、いろいろあったのでそのお話です。
UPS HATを使用した経緯
UPS HATは、ラズパイに重ねて付ける電池の基板です。UPSは「無停電電源装置」のことで、外から電源をつないでいる間は電池を充電しながらラズパイに給電して、電源を抜いても電池に切り替わって止まらずに動き続けてくれます。
裏側には、21700の電池を2本入れるホルダーが付いています。
もともとはモバイルバッテリーから給電していましたが、ラズパイにつないだままバッテリーに充電ケーブルを挿すと、一瞬電源が切れて再起動してしまうという事象が起きていました。あと、充電しながら使うと電力も足りないように感じていたのもあります。
そこで電池から直接給電して、充電しながらでも止まらないUPS HATを使ってみることにしました。使ったのはMcuzoneの「21700 5V5A PD UPS」です。Pi5の下からポゴピンで給電するタイプで、PD Dongleが付いたセットを買いました。これならラズパイへの給電に加えて、他の機器への充電をすることも出来る…！すごいですね。
電池はMolicel P50Bとして売られていたものですが、届いたものは「21700 5000mah 3.7V」と書いた無地の被覆で、型番の印字がなくて本物かどうかは確かめられていません。ただ容量は表示どおりでした(後述)。
あと上記のUPS HATで注意が必要なのが電池のサイズですね。対応するリチウムイオン電池は色々とサイズがありますので間違えないように注意してください。21700サイズは大きい方のサイズで、今は1本あたり5000mAh前後のものが多いと思います。
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付けてみて
電池を2本入れたら、そのまま起動しました。5Vの出力は5.1〜5.2Vくらいで、電圧低下の記録もなく問題無さそうです。
ひとつだけ設定が必要でした。Pi5は電源とやり取りをして、5V5Aを出せる電源だと分かったときだけ、USB機器に流せる電流の制限を緩めます。ところがこのUPS HATはポゴピンで給電するので、そのやり取りができません。そのためにPi5のUSB-C端子に挿して5V5Aの電源だと伝えるのが付属のPD Dongleなのですが、僕の環境ではPD Dongleを付けてもPi5の側では5V3Aの扱いされてしまうのでUSB機器に流せる電流が制限されてしまいます。config.txt に次の1行を足すと、この制限が外れます。
usb_max_current_enable=1注意: PD Dongleは、Pi5本体のUSB-C端子(電源の端子)に挿すものです。記事を書いていて気づいたのですが、上の写真や1枚目の写真では、撮影のときに間違えてUPS HAT側のUSB-Cに挿してしまっていました。。実際に使っていたときはちゃんとPi5本体に挿していて、それでも5V3Aの扱いでした。UPS HATにもUSB-C端子があって、重ねると位置が近いので間違えやすいと思います。
このUPS HATはI2Cで電圧と電流を読めるのが良いところで、充電側、放電側、5V出力側の3か所にセンサー(INA219)が付いています。これを使って、自作の操作画面に電池の残量や消費電力を出すことが出来ます。ClaudeなどのAIが簡単に作ってくれると思います。
ただセンサーの値はそのままだと合っていませんでした。USB電力計を挟んで比べると、5V出力側はちょうど半分くらいの値になっていたので、値を補正して使う必要があります。電池残量をちゃんと出したい方は、一度電力計で確かめるのがいいかなと思います。
電池の容量が足りない?
満充電から電池だけで一晩動かしてみたところ、センサーの値から計算すると2本で7,000mAhくらいしかないように見えました。5000mAhが2本なら10,000mAhのはずなのでだいぶ少ないですよね。。。買った電池には型番の印字もなく、簡素なシールが貼ってあるだけなので、正直少し疑っていました。。
そこで電池だけを測れる充電器を買って、1本ずつ容量を測ってみました。使ったのはXTAR VC4 Plusです。充電、放電、充電を自動でやって、実際に取り出せた容量を出してくれます。
結果は5,070mAhと5,034mAhで、2本とも表示どおりでした。内部抵抗も11mΩと14mΩで、問題なさそうです。疑ってすみませんでした。
なので7,000mAhに見えたのは、電池ではなくUPS HAT側の測り方の問題だったようです。どこでずれていたのかは、まだ調べている途中です。
電池を逆に挿して壊しました
これは完全に僕のミスなのですが、電池を入れ直すときに1本を逆向きに挿してしまい、煙が出てUPS HATが壊れました。すぐに抜いたので電池は無事でしたが、基板はもう正しい値を返さなくなってしまいました…
アリエクは買ってから届くまで時間がかかるし、このUPS HATは2週間くらい待ったのでショックでした…。電池容量の検証をするときに、電圧を測る為に何回も付けたり外したりしてたのでそれが原因ですね。一度ハメたらずっと外さないようにしなければ…。
21700の電池は、どちらがプラスか暗いところだと分かりにくいんですよね。電池とホルダーにプラスの印を付けておくのがおすすめです。すぐに同じUPS HATをもう一度注文したので、届いたらまた試します。。。
まとめ
壊すまでの数日間は問題なく動いていたので、Pi5を電池で持ち歩きたい方には良い選択肢かなと思います。この組み合わせが動いたことは、CompatRigsにも記録しておく予定です。
新しいUPS HATが届いたら、センサーの値がなぜずれていたのかをもう一度確かめる予定。でもそれはまた別のお話しです。
ご覧頂きありがとうございました。
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