バッテリーでRaspberry Pi 3のカメラ映像配信をすると何時間できるのか？

Raspberry Pi 3とUSBカメラでワイヤレスのWebカメラみたいのを作れますね。バッテリーで動かすことも簡単です。どのくらいの時間動かせるのか実験してみました。

手元にあるモバイルバッテリーで試してみました。

モバイルバッテリーを電源にしたRapberry Pi 3でUSBカメラのストリーミングをすると何分間使う事ができるでしょうか？

モバイルバッテリー CP-2L

試したバッテリーはソニーのCP-2Lという古いモバイルバッテリーです。ケータイのころのモバイルバッテリーなので最近のスマホには電流不足で充電時間が長く使い物になりません。引き出しの奥に放置していました。USBポートが2つありそれぞれ0.5Aの出力があります。1ポート使用時なら合わせて1Aとはどこにも書いてありません。
容量は2000mA × 2と書いてありますので3.6V4000ｍAのようです。ただし古いバッテリーのため、今現在の容量はわかりません。

Raspberry Pi 3とカメラ

Raspberry Pi 3にUSBカメラをつなぎます。USBの電流モニタを付けておきました。

配信方法は前回の記事
Raspberry Pi 3とFFmpegでUSBカメラの映像と音声をストリーミングする
で説明したSAPで行います。
LANにはRaspberry Pi 3内蔵のWiFiで接続します。

まずはUSBカメラでffmpegの配信をした時点での電流を見てみます。モニタの電流値はおおむね0.5Aから0.6Aの間を動いています。

バッテリー持ち時間の予測

バッテリーの持ち時間を計算してみます。バッテリーの容量は"mAh"という単位で書かれています。リチウムイオンバッテリーの電圧3.6Vでの容量を示しているため、USBの5V出力で取り出せる電流量とは異なったものになります。

大雑把に電力量で換算してみます。
バッテリーの容量は4000mAhで電圧3.6Vです。電力量は
4000mAhｘ3.6V＝14400mWh
となります。

Raspberry Pi 3に必要な電力量を見てみます。
電圧5Vで0.55Aを流し続けるとします。
550mAh×5V =　2750ｍWh
となります。

14400÷2750≒5.2
ですので損失が無いとすると5時間以上動かせることになります。

バッテリーが切れてからモニタを見てみる

さて、配信して放っておきました。モニタでは電流を流した時間を表示する事ができます。バッテリーが切れてから他のUSB端子につないで電流モニタを見てみました。

結果は
4時間20分　2181mAh(5V)
でした。
モバイルバッテリーから取り出した電力量は約11000mWhとなります。
バッテリー容量をカタログ値で代用すると変換効率は
11000mAh÷14400mAh = 0.76
となります。

モバイルバッテリーでの駆動時間の見積もり

今回は私の手元のバッテリーで試しました。4000mAhのカタログ容量で4時間20分の動作が可能でした。最近のモバイルバッテリーは10000mAhを超えるものもあります。もっともっと動かせそうですね。

リチウムイオンバッテリーの容量から大雑把に配信可能時間を計算する方法を書いておきます。
Raspberry Pi 3とUSBカメラで配信するのに必要な電流量は1時間で約500mAhというのが判りました。これは5Vでのものです。リチウムイオンバッテリーの電圧3.6Vに換算すると約700mAhとなります。
リチウムイオンバッテリーの容量をこの700mAhで割ります。そして効率約0.75をかければ稼働時間が求まります。
例えば10000mAhのバッテリーだと、
10000÷700×0.75=10.7
10時間半は使えると見込めます。

変換効率とかはいろいろなバッテリーで確かめないと当てになる値かどうかはわかりません。そもそもまともな計測器は一切使っていませんので電圧や電流が正しい保証はありません。
大雑把に見積もるのに使ってください。計算と違うじゃないか！という苦情は受け付けません。

Raspberry Pi 3の電源について

Raspberry Pi 3の電源の容量について不安に思っている方も多いでしょう。動作が不安定だとか、電源を変えたら安定したとか。定格で2.5Aが必要だとか。

今回の実験で使ったモバイルバッテリーは1Aが最大電流だと思われます。ですが何の問題もなく動いています。動作中の電流をモニタしていても0.6Aを超える事はありませんでした。

Raspberry Piの基板上で電圧をモニタすると良いのですが、USBの電圧はかなり不安定な時があります。Raspberry Pi 3に使われるICは電源電圧の変化にとても弱いです。USBの電圧が4.85Vを下回る事があるようだとRaspberry Pi 3はまともに動かないでしょう。

ではUSBの電圧が不安定になる原因は何か？という事になりますが、ほとんどの場合はUSBケーブルに原因があります。一番多いのはコネクタ部分の接触の不具合です。ケーブルを動かすと電圧が大きく変化します。一瞬でも4.8Vを下回ったらダメでしょう。
デスクトップパソコンのフロントパネルにあるUSB端子も注意が必要です。パソコンの内部で長いケーブルが這いまわされています。内部のその先にもマザーボードに刺さるコネクタがあります。接触が悪いと電圧が下がりやすいです。
まともなケーブルを使っていればスマホ用2.4AのUSB電源で安定に動作するはずです。CPUをいくら動かそうが電流1Aを超える事はありませんでした。
USB充電器によっては出力インピーダンスが高く電圧が落ちやすいのモノもあるでしょう。充電器を何種類か試し電圧を見ておく事をお薦めします。