Électronique Niveau: Debutant Jonathan Schemoul By-NC-SA 3.0

Article élaboré en partenariat avec Hackspark.fr. Voir la page partenariats pour plus de détails.

Vous venez de finir votre projet, il est tout beau, tout propre. Oui, mais est-il transportable ? S'il y a une coupure de courant, que se passe-t-il ?

Il existe plusieurs solutions pour mettre un projet sur batterie :

  • Utiliser de bêtes piles, on a plusieurs réceptacles pour cela... mais la recharge doit être séparée ou les piles changées régulièrement. Pas génial.
  • Utiliser une pile 12V de voiture ou d'onduleur, lourd et pas forcément efficace.
  • Notre solution préférée, et c'est celle que nous allons étudier ici, utiliser des batteries lithium polymer (li-poly) protégées avec un module de charge usb.

Dans le cas d'une solution à base de li-poly, il y a plusieurs choses à prendre en compte : la batterie en elle-même (combien allons-nous consommer), le module de charge (combien allons nous consommer en pic) et la recharge (usb ? énergie solaire ? eau qui coule ? roue de vélo ? etc.)

Quelle batterie ?

Batteries 3.7v à 1000, 2000 et 6000 mAh

Supposons que nous ayons un projet avec un Arduino Uno , quelques senseurs, une ou deux leds et une carte SD, ça ne nous fait pas beaucoup d'énergie au final (5V 200mA environ). Si on veut être alimenté tout le temps, sauf de temps en temps, et continuer à marcher lorsque l'on est débranché (continuer en cas de coupure de courant), on pourra prendre une petite batterie 1000mAh . Pour tenir un petit moment une batterie 2000mAh . (en 3.7v, cela équivaut à environ 1500mAh en 5v soit 7h30 environ).

Si l'on veut tenir plus longtemps ou que notre projet consomme plus (utilisant une carte Raspberry Pi par exemple), on peut opter pour une batterie de 6000mAh (donnant environ 22h d'autonomie à notre exemple précédent, 12 à 16h à un RPi modèle A et 7 à 10h à un RPi modèle B, selon l'utilisation du cpu et de l'usb).

Quel module de charge ?

Modules de charge LiPo Rider Pro et LiPo Rider côte à côte

Avoir une batterie, c'est bien, mais autant faut-il pouvoir l'utiliser.

Certaines cartes de prototypage proposent un port permettant d'en raccorder une en direct (la seeeduino mega par exemple), mais autant prendre une solution générique.

Pour cela, on en a choisi deux.

La carte LiPo Rider est un bon choix car elle permet de brancher n'importe quel périphérique en usb et de l'alimenter à partir de la batterie. Dès que vous branchez le lipo rider à l'ordinateur, vous accédez de façon transparente au device alimenté (votre arduino pour l'exemple précédent, et ainsi le programmer pendant que vous le chargez) tout en rechargeant la batterie. L'autre avantage est qu'il supporte l'adjonction d'une source externe comme un panneau solaire, une dynamo ou un générateur hydro. Petit bémol, sa sortie d'énergie en pointe est de 350mA en 5V, donc ce sera suffisant pour un arduino avec quelques capteurs, mais si vous voulez alimenter une matrice de leds, un moteur ou autre chose, passez à la carte suivante.

La carte LiPo Rider Pro a les mêmes fonctionnalités que sa petite soeur, mais permet de sortir 1A en 5V, de quoi alimenter un raspberry pi avec sa clé wifi, un arduino avec des petits moteurs, etc. Vous pourrez même l'utiliser pour charger votre téléphone portable en fait.

Quelle source d'énergie ?

Lorsque l'on peut être branché au secteur ou à un ordinateur, pas de soucis, on se recharge lorsque l'on est branché en USB, et on utilise la batterie lorsqu'on ne l'est pas. Pas besoin d'une source annexe.

En revanche, pour des projets nomades ou devant rester à l'extérieur, nous avons plusieurs sources d'énergie à notre disposition, que ce soit une dynamo sur un vélo, un générateur hydro ou des panneaux solaires .

Pour notre exemple, nous allons nous intéresser plus particulièrement aux panneaux solaires, en particulier les panneaux photo-voltaïques. On les classe selon la puissance restituée, ceux proposés sur HackSpark sont en 3.7v et proposent des puissances allant de 1.5 à 3W.

Panneaux solaires 1.5W, 2W et 3W

Dans le cas de l'Arduino avec des capteurs, le projet consomme 200mA à 5V, soit 1W. Un panneau de 1.5W est donc suffisant en source d'énergie d'appoint, mais devient limité lorsque l'on doit tenir toute une nuit par exemple.

Si l'on utilisait un MSP 430 Launchpad à la place d'un Arduino, on pourrait consommer beaucoup moins, 50 à 100mA environ et encore, uniquement lors des réveils (le msp430 peut entrer en veille quasi-complète pendant de longues périodes); Dans ce cas le 1.5W serait parfait.

Revenons à notre exemple, on prendrait plutôt un panneau solaire 2.5W , laissant 1.5W à la charge d'une batterie lors des périodes ensoleillées.

Dans le cas d'un Raspberry Pi, le Type B consomme environ 350mA en activité moyenne et jusqu'à 700mA lors des pics de cpu.

Prenons la valeur moyenne de 300mA, cela nous fait 0.4x5 => 2W, un panneau de 2.5W sera tout juste suffisant alors qu'un panneau de 3W sera adapté. Un Raspberry Pi type A en revanche, consomme beaucoup moins, et pourra être opéré avec un panneau de 2.5W sans trop de soucis.

Connectons tout ça...

Connexion

Tout d'abord, il faut relier la batterie au LiPo Rider, grâce à la prise prévue à cet effet.

Si vous avez choisi d'utiliser un panneau solaire pour augmenter l'autonomie de votre projet, c'est le moment de le connecter également.

Maintenant, connectez votre dispositif (Arduino, Raspberry-Pi, etc.) avec la prise USB host femelle (comme celle d'un ordinateur).

Pour finir, allumez le dispositif à l'aide du sélecteur on/off sur le Lipo Rider . Et voilà, vous avez un dispositif autonome. Ce n'était pas très compliqué :)

Exemple de montage.

Et ensuite ?

Faire marcher c'est une chose, avoir de l'autonomie c'en est une autre, et vous devrez tôt ou tard penser à optimiser votre projet pour l'économie d'énergie.

Avec un Raspberry Pi la solution facile est de passer au Raspberry Pi modèle A qui est beaucoup moins gourmand en énergie.

Avec un Arduino, une solution est de passer aux MSP430 qui ont un IDE équivalent à Arduino disponible sur internet, vous permettant de continuer à utiliser votre code, l'autre, plus simple et aidant un peu (moins) est de passer à une carte Arduino supportant l'exécution en 3.3v comme la Seeeduino des photos ci-dessus ou l' iTeaduino .

Chacun a ses solutions pour moins consommer, l'essentiel étant d'arriver à équilibrer la consommation électrique avec la vitesse de charge et/ou l'autonomie désirée.