PiJuice HATで作るRaspberry Pi UPS：ステップバイステップ構築ガイド

UPS（無停電電源装置）は、メイン電源や入力電源が故障した際に非常用電力を供給することで、Raspberry Piの運用において重要な役割を果たします。今回は、PiJuice HATとシンプルなハードウェアを使用してRaspberry Pi UPSを構築する方法を解説します。

なぜRaspberry PiにUPSが必要なのか

UPSはUninterruptible Power Supplyの略です。Piプロジェクトに取り組む際、ACアダプタの接触不良、停電、微小な電力変動があっても作業を継続するためにUPSが必要です。

その他の理由には以下があります。

• SDカードの破損防止

残念ながら、Raspberry Piを不適切にシャットダウンするたびに、SDカードが破損する可能性があります。しかし、UPSはこの問題を防止できます。

• 常時稼働が必要なプロジェクト

また、UPSは継続的な稼働を要するプロジェクト、再起動時に再開しない複雑なスクリプト、ストリーミング、データ収集、カメラ撮影などの完全性を保証します。

Pi-HoleやOctoPrintなどのさまざまなカスタムプロジェクトにも対応できます。これらはバッテリ電圧が低下した際に、安全なシャットダウンコマンドや通知を送信できます。

Raspberry Pi UPSの選択肢

Pi UPS構築の主な2つの選択肢は以下の通りです。

• 選択肢 #1：モバイルバッテリー（パワーバンク）

高出力のモバイルバッテリーにRaspberry Piを接続するだけのシンプルなプロセスです。モバイルバッテリーを壁面コンセントに挿し、Raspberry Piをバッテリーに接続します。

考慮すべき重要な要素

出力電力

モバイルバッテリーは、Raspberry Pi Zeroで最低1A、Raspberry Pi 3B+で2.5A、Raspberry Pi 3で2Aの出力を持つ必要があります。

この条件は、Piが電力を消費していない、または周辺機器がPiに接続されていないことを前提としています。

残念ながら、Piはバッテリー駆動中であることを検出できないため、常に安全なシャットダウンができるわけではありません。また、必要な要件を満たすポータブル電源は高価で希少です。

同時充放電

充電中にUSBポートのいずれかに最大電力を出力できる必要があります。つまり、同時充電と放電が可能であることです。

再び、この機能を持つモバイルバッテリーを見つけるのは困難です。追加の回路が必要になるためです。

• 選択肢 #2：電源管理ボード

バッテリーと電源管理回路を直接Piに接続します。次に、ACアダプタを電源管理ボードに接続します。

停電が発生しても、ボードは長期間スムーズに動作し続けます。さらに、Piは電力低下時に通知し、安全なシャットダウンを開始したり、バッテリー電源で動作していることを知らせたりできます。

ハードウェア

以下のコンポーネントを使用します。

• JuiceBox Zero － Raspberry Pi Zero UPSの安価な選択肢
• PiJuice － セットアップが簡単でコンパクト

UPS稼働時間

大容量のオンボードBP7X 1820mAhリチウムイオン/リチウムポリマー電池を接続して、Piを4〜6時間、または1日間連続稼働させます。

稼働時間は主に、使用するRaspberry Piの種類、外部ハードウェアへの給電、実行タスクに依存します。作業を容易にするため、バッテリー放電計算ツールを使用してプロジェクトの稼働時間を把握することもできます。

Raspberry Pi OSのインストールとPiの設定

通常、Piは何らかのソフトウェアを実行します。プロジェクトにGUIが必要かどうかに応じて、Raspberry Pi OSのLite版またはフル版を選択できます。

Piのシャットダウン

PiをPiJuiceに接続した後、以下のコマンドを実行して作業中にPiを安全にシャットダウンします。

HATの接続（PiJuiceハードウェア）

次に、PiJuiceをPiのGPIOヘッダーに慎重に押し当て、プラスチック製スタンドオフとネジで固定します。

注意： ハードウェアがRaspberry Pi Zeroの場合、最初にヘッダーをPiにはんだ付けしてください。

バッテリーの接続

PiJuiceパッケージにはプリインストールされた市販電池が含まれており、電源投入中のPiでの電池交換やスワップが容易です。電池が見つかったら、電池の透明な絶縁タブを取り外してください。

PiJuiceに電池がない場合や、別のリチウムポリマー/リチウムイオン電池から追加の電力容量が必要な場合は、PiJuiceにはんだ付けで電池端子を取り付け、別の電池を接続します。

PiJuiceケースの取り付け（オプション）

PiJuiceにGPIOポート/スロットがない場合やRaspberry Piケースを使用する場合は、PiJuiceケースの上部を外してください。また、フルサイズPi（例：Pi 3）用に設計されたケース（背の高いケースと低いケース）を使用することもできます。

手順： ケースの前面、背面、上部をスライドして外します。その後、PiJuiceとPiをそれぞれの位置にスライドさせ、ケース側面のスロットに全体をロックインします。最後に、上部と側面を戻し、4つのゴム足を取り付けます。

電源の接続とPiの電源投入

標準的なRaspberry Pi電源をPiJuiceのMicro-USBポートに接続します。その後、点滅するLEDの近くにある小さなSWボタンをピンやクリップで押してPiの電源を入れます。

安全なシャットダウン： Piの電源ボタンを最低10秒間長押ししてから離します。

安全でないシャットダウン： 電源ボタンを20秒間長押しします。

また、PiJuiceソフトウェアをインストールして、Piが低電力時にコマンドを実行したり、安全なシャットダウンを行ったりできるようにします。

Raspberry Pi UPSバッテリー残量低下時の自動シャットダウン

最後のステップでは、バッテリー残量/電圧が低下した際にPiJuiceがPiをシャットダウンするように設定します。

PiJuice CLIでの設定

コマンドラインを使用して以下の手順を実行し、設定オプションを確認・変更します。

PiJuice GUIでの設定

VNCまたはキーボードを使用して、メニュー → 設定 → PiJuice設定に移動し、Raspberry Pi OS GUIからオプションを変更します。

その後、システムタスクタブを押し、最小充電のチェックボックスをオンにし、テキスト入力に「1」を入力します。最後に「適用」を選択します。

CLIとGUI両方の設定オプション

さらに、バッテリー容量が低下した際にJSON設定を直接編集することもできます。

system_taskオブジェクトに以下を追加します。

上記設定により、バッテリー残量が1%に達したときにPiが自動的にシャットダウンします。

結論

本日の投稿ガイドラインが理解しやすかったことを願っています。しかし、まだ疑問がある場合や支援が必要な場合は、お気軽にお問い合わせください。