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Mit Batteriebetrieb

Energiesparender Raspberry Pi 2

5. November 2015, 13:10 Uhr | Von Klaus Dembowski

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Frisch nachgemessen

Max. Strom beim	Modell B	Modell A	Modell B+	Modell A+	Compute Module	Modell 2 B
Boot	450 mA	230 mA	250 mA	140 mA	140 mA	350 mA
Login (Idle)	340mA	136 mA	210 mA	90 mA	95 mA	210 mA
Halt Mode (Standby)	112 mA	36 mA	57 mA	25 mA	29 mA	65 mA

Gemessener Stromverbrauch der verschiedenen Raspberry-Pi-Versionen

Die Leistungsangaben für die Raspberry-Pi-Modelle von beispielsweise 3,5 W (Modell B), 3 W (Modell B+) und 2,5 W (Modell A) sind für konkrete Leistungsbetrachtungen viel zu ungenau, sodass eigene Messungen notwendig sind. In der Tabelle sind Messwerte für den maximalen Strom angegeben, der nach dem Einschalten und während des Bootens (Boot) - wenn auch nur kurzzeitig - bei den verschiedenen Raspberry-Pi-Versionen auftritt. Wenn Raspbian gebootet hat und stabil "am Login steht", ist ein weiterer Messwert (Login) ermittelt worden. Dieser Zustand wird typischerweise mit der Bezeichnung Idle ausgewiesen, was allgemein für einen Leerlaufprozess steht, in diesem Fall für denjenigen Zustand, bei dem der Raspberry Pi keine (merkliche) Aktion durchführt und auf ein Login durch den Benutzer wartet. Gleichwohl ist der Raspberry Pi aktiv, denn es laufen - quasi im Hintergrund - verschiedene Prozesse ab, was jedoch nicht weiter von Bedeutung ist, weil hier vergleichende Relativmessungen durchgeführt wurden. Der dritte Messwert ist im Stromsparmodus (Standby) ermittelt worden, wenn das System per sudo halt abgeschaltet worden ist.

Der Aufbau war bei den getesteten Systemen stets gleich: mit angeschlossenem Monitor an HDMI und einer Tastatur, aber ohne Netzwerkverbindung und ohne weitere Peripherie. Allein durch den Anschluss eines LAN-Kabels und somit der Aktivierung der Netzwerkverbindung erhöht sich die Stromaufnahme um bis zu 20 % beim Boot und beim Login.

Als SD-Karte wurde stets der gleiche Typ (Intenso Micro 8 GB, bei den älteren RP-Modellen mit SD-Card-Adapter) verwendet. Eine Ausnahme betrifft das Compute Module, welches keinen SD-Karten-Slot besitzt und bei dem das System im eMMC-Chip abzulegen ist. Das Compute Module wurde dabei mit dem dazugehörigen Träger-Board (I/O Board) des Development Kit betrieben.

Wenn mit dem Modell 2 B ein aktuelles ARM11-basiertes Raspbian-System (Kernel 3.1) statt eines der vorherigen (ARMv7) verwendet wird, verringert sich der Stromverbrauch geringfügig, beim Boot um ca. 5 % und im Idle-Status um ca. 2 %; im Standby-Modus bleibt der Strom bei 65 mA. Beim Einsatz eines aktuellen (ARM11-basierten) Raspbian-Systems auf einem der vorherigen Boards tritt interessanterweise eine ähnlich hohe Stromreduzierung auf. Ein Unterschied im Stromverbrauch beim Einsatz verschiedener SD-Cards konnte im Übrigen nicht festgestellt werden.

Das Modell 2 B hat beim Booten den zweithöchsten Verbrauch aller Raspberry-Pi-Modelle, der im Idle Mode auf das Niveau eines Modells B+ sinkt und im Standby etwas mehr als beim B+ beträgt. Dass der Stromverbrauch trotz Vierkern-CPU, 1 GB Speicher und 900 MHz Takt im Vergleich zu den Vorgängern nicht noch höher liegt, ist in erster Linie der 28-nm-Fertigungstechnologie - statt vorher 65 nm - zu verdanken, sodass auch 50 % weniger Chipfläche benötigt werden. Das Modell A+, welches mit dem Compute Module fast gleichauf liegt, ist für stromsparende Raspberry-Pi- (Embedded-)Anwendungen nach wie vor die erste Wahl, wie es die Angaben in der Tabelle belegen.

Mobil versorgt

Bei batterie- oder akkugespeisten Systemen kommt der Stromaufnahme zwangsläufig eine große Bedeutung zu. Für eine mobile Raspberry-Pi-Lösung, und damit für eine Batterie- oder eine Akkuspeisung, wird ein zusätzlicher Spannungsregler benötigt, der die externe Spannung in die notwendigen 5 V für die Raspberry-Pi-Platine umsetzt. Hierfür empfiehlt sich ein Schaltregler, wie etwa ein MagI3C-Modul in der 5-V-Ausführung der Firma Würth Elektronik. Wenn auf USB-Geräte verzichtet werden kann, ist es sogar möglich, das System ? unter Umgehung des 5-V-Reglers ? lediglich mit mindestens 3,3 V zu versorgen, was aber leider immer noch nicht ausreicht, um das System aus zwei AA-Batterien zu speisen. Typische AA-Batterien (Mignon 1,5 V Alkaline) liefern im günstigsten Fall eine Energie (Ladung) von 1100 mAh und die Lithium-Pendants bis zu 1300 mAh. Die Micro-Ausführungen (AAA) liegen in ihren Kapazitätswerten ca. 10 bis 20 % unter denen der Mignon-Typen. Der Einsatz von 9-V-Blocks, die über Kapazitäten von bis zu 1200 mAh (Lithium-Typ) verfügen, stellt aufgrund der zu hohen Spannung keine effektive Lösung dar.

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NiMH-Akkus in der AA-Bauform liefern bis zu 2700 mAh; die Spannung beträgt allerdings nur 1,2 V pro Zelle, sodass vier Zellen eigentlich nicht ausreichen. Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Zellen sind in einer Vielzahl von Ausführungen erhältlich, etwa für Digitalkameras oder Smartphones (1300 mAh für Samsung Galaxy) mit einer typischen Spannung von 3,7 V (Bild 3). Höhere Spannungen, etwa für Modellbau, Notebooks oder auch Elektrowerkzeuge, werden durch eine Reihenschaltung einzelner Lithium-Zellen realisiert, was zu mechanisch mehr oder weniger großen Akku-Packs führt. Die direkte Versorgung einer Raspberry-Pi-Platine - ohne zusätzlichen Spannungsregler - mit 3,7 V ist unter Umgehung des 5 V-Reglers und dem Verzicht auf bestimmte USB-Geräte wie WLAN-Dongles oder USB-Hubs durchaus möglich.

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