Mobiles Experiment: Kann man einen Raspberry Pi (2A) wirklich mit einer 9V-Blockbatterie betreiben?

Der Traum von Mobilität begleitet viele unserer elektronischen Projekte. Besonders wenn es um Mikrocontroller und Einplatinencomputer wie den Raspberry Pi geht, entsteht schnell die Idee, ihn fernab jeder Steckdose zu betreiben. Man stellt sich ein kleines, handliches Gerät vor, das seine Energie aus einer unscheinbaren Quelle bezieht. Eine dieser Quellen, die oft ins Auge fällt, ist die 9V-Blockbatterie. Sie ist kompakt, leicht verfügbar und ihre 9 Volt klingen nach einer vielversprechenden Spannung. Doch kann man einen Raspberry Pi (2A) – wobei die „2A“ hier sowohl als Modellreferenz als auch als Indikator für einen potenziellen Strombedarf von bis zu 2 Ampere verstanden werden kann – wirklich sinnvoll und stabil mit dieser kleinen Powerzelle betreiben? Oder ist dies ein Mythos, der in der Praxis schnell an seine Grenzen stößt?

Tauchen wir ein in ein faszinierendes Experiment, das die Grenzen der mobilen Stromversorgung ausloten wird. Wir werden nicht nur die technische Machbarkeit untersuchen, sondern auch die physikalischen Realitäten beleuchten, die uns oft einen Strich durch die Rechnung machen.

Einleitung: Der Traum vom mobilen Pi – Klein, aber oho?

Die Faszination des mobilen Computers ist ungebrochen. Ob als tragbarer Mediaplayer, als Mini-Server für unterwegs, als Drohnensteuerung oder als Datenlogger im Freien – der Raspberry Pi bietet unzählige Möglichkeiten für DIY-Projekte. Doch die größte Hürde bei der Verwirklichung solcher mobiler Ideen ist fast immer die Stromversorgung. Eine Steckdose ist selten in Reichweite, und sperrige Akkus widersprechen dem Wunsch nach Kompaktheit.

In diesem Kontext erscheint die 9V-Blockbatterie (bekannt als PP3-Batterie) auf den ersten Blick wie eine ideale Lösung. Sie ist klein, leicht und bietet scheinbar eine ausreichende Spannung. Aber hält dieser Traum der Realität stand, wenn wir einen energiehungrigen Raspberry Pi ins Spiel bringen? Unser Experiment wird die Wahrheit ans Licht bringen.

Der Hauptakteur: Der Raspberry Pi (Modell A / A+ / 2B) und seine Bedürfnisse

Der Raspberry Pi ist ein vielseitiger Einplatinencomputer, der seit seiner Einführung die Maker-Szene revolutioniert hat. Es gibt verschiedene Modelle, die sich in Leistung und Stromverbrauch unterscheiden. Die Angabe „Raspberry Pi (2A)” im Thema bedarf einer Klärung. Ein „Raspberry Pi 2A” ist kein offizielles Modell. Es könnte sich um einen Tippfehler handeln und beispielsweise einen Raspberry Pi 2 Model B meinen, oder aber die „2A” bezieht sich auf den *maximal benötigten Strom* von 2 Ampere, den ein Pi, insbesondere ein Model 2B oder 3B, unter Last mit angeschlossenen Peripheriegeräten erreichen kann.

Unabhängig vom exakten Modell haben alle gängigen Raspberry Pis eine gemeinsame Anforderung: Sie benötigen eine stabile Gleichspannung von 5 Volt, typischerweise über den Micro-USB- oder USB-C-Anschluss. Die benötigte Stromstärke (Ampere) variiert stark:

• Raspberry Pi Model A / A+: Diese Modelle sind für ihren sehr geringen Stromverbrauch bekannt. Sie benötigen im Leerlauf oft nur 100-200 mA und unter Last mit minimaler Peripherie selten mehr als 300-400 mA.
• Raspberry Pi 2 Model B / 3 Model B / 4 Model B: Diese leistungsfähigeren Modelle haben einen höheren Grundverbrauch. Ein Raspberry Pi 2 Model B benötigt im Leerlauf etwa 300-500 mA. Mit angeschlossenen USB-Geräten (Tastatur, Maus, WLAN-Dongle) und unter Volllast kann der Strombedarf schnell auf 1 Ampere oder sogar über 1,5 Ampere ansteigen. Moderne Pis wie der Raspberry Pi 4 können sogar bis zu 3 Ampere benötigen.

Für unser Experiment werden wir beide Szenarien betrachten: einen sparsamen Pi (wie Model A+) und einen Pi, der potenziell bis zu 2 Ampere ziehen könnte (wie ein Pi 2 Model B mit vielen Peripheriegeräten). Die Herstellerempfehlung für die meisten Pis liegt bei Netzteilen, die mindestens 2,5 Ampere liefern können, um auch unter Last und mit Peripherie eine stabile Stromversorgung zu gewährleisten.

Die Herausforderung: Die 9V-Blockbatterie

Jetzt zum scheinbaren Retter in der Not, der 9V-Blockbatterie. Sie ist der Inbegriff der „kleinen Power”. Aber was steckt wirklich in ihr?

Kapazität und Typen: Die verborgene Schwäche

Es gibt verschiedene Typen von 9V-Blockbatterien:

• Alkaline (Alkali-Mangan): Der häufigste Typ. Sie haben eine Nennspannung von 9V, aber ihre Kapazität ist im Vergleich zu anderen Batterietypen für den Pi-Betrieb erschreckend gering. Typische Kapazitäten liegen bei 500-600 mAh (Milliampere-Stunden).
• Zink-Kohle: Älterer, noch leistungsschwächerer Typ mit geringerer Kapazität (ca. 400 mAh) und höherem Innenwiderstand.
• NiMH (Nickel-Metallhydrid) Akkus: Wiederaufladbare Varianten, oft mit nur 7,2V oder 8,4V Nennspannung (bestehen aus 6 oder 7 Zellen zu je 1,2V). Ihre Kapazität ist noch geringer, typischerweise 150-250 mAh.
• Lithium (Li-FeS2): Seltenere, teurere Einwegbatterien mit höherer Kapazität (bis zu 1200 mAh) und besserem Verhalten unter Last, aber immer noch weit entfernt von einem Powerbank-Standard.

Zum Vergleich: Eine typische Powerbank für Smartphones hat 10.000 mAh oder mehr bei 3,7V (Li-Ion), was bei 5V Ausgangsspannung immer noch eine reale Kapazität von 6.000-7.000 mAh bedeutet. Eine 9V-Blockbatterie ist mit ihren 500-600 mAh geradezu winzig.

Der Knackpunkt: Hoher Innenwiderstand und Entladerate

Das größte Problem der 9V-Blockbatterie, insbesondere der Alkaline-Variante, ist ihr hoher interner Widerstand. Dieser Widerstand führt dazu, dass die Spannung der Batterie unter Last stark einbricht. Im Gegensatz zu Akkus, die für hohe Ströme ausgelegt sind (z.B. LiPo-Akkus für Drohnen), ist eine 9V-Batterie für Anwendungen mit sehr geringem Stromverbrauch über längere Zeiträume konzipiert (z.B. Rauchmelder). Sie ist nicht dafür gedacht, Geräte wie einen Raspberry Pi mit mehreren hundert Milliampere oder gar Ampere zu versorgen.

Die maximale kontinuierliche Entladerate einer Standard-Alkaline-9V-Batterie liegt oft nur bei etwa 50 mA, bevor es zu signifikanten Spannungseinbrüchen kommt. Kurzzeitig kann sie vielleicht 200-400 mA liefern, aber dabei fällt die Spannung drastisch ab, und die Batterie ist schnell erschöpft.

Der Spannungswandler: Brücke oder Bremsklotz?

Da der Raspberry Pi 5V benötigt, die 9V-Batterie aber 9V liefert, ist ein Spannungswandler zwingend erforderlich. Ein einfacher Linearregler (wie ein 7805) würde die überschüssigen 4V in Wärme umwandeln, was extrem ineffizient wäre und die Batterie noch schneller entleeren würde. Die richtige Wahl ist ein Step-Down-Wandler, auch bekannt als Buck Converter.

Funktionsweise und Effizienz

Ein Buck Converter arbeitet mit einem Schaltprinzip, das die Spannung effizienter umwandelt, indem es Energie in einem Induktor speichert und dann abgibt. Gute Buck Converter erreichen Wirkungsgrade von 80% bis 95%. Das bedeutet jedoch auch, dass selbst bei einem Wirkungsgrad von 90% 10% der Energie als Wärme verloren gehen. Wenn der Raspberry Pi 1 Ampere bei 5 Volt benötigt (5 Watt), müsste der Buck Converter diese Leistung liefern. Bei 90% Effizienz müsste er von der 9V-Batterie etwa 5,55 Watt beziehen (5W / 0.9).

Diese Verluste schmälern die ohnehin schon geringe Kapazität der Batterie weiter und verkürzen die Laufzeit erheblich.

Das Gedankenexperiment: Theorie trifft Praxis (Simulation mit Zahlen)

Um die Machbarkeit besser einschätzen zu können, führen wir ein Gedankenexperiment mit realistischen Zahlen durch.

Szenario 1: Raspberry Pi Model A/A+ (geringer Verbrauch)

Nehmen wir an, wir betreiben einen Raspberry Pi Model A+, der im Durchschnitt 200 mA bei 5V benötigt (im Leerlauf, ohne Peripherie, mit minimalem Display). Das entspricht einer Leistung von P = V * I = 5V * 0,2A = 1 Watt.

Mit einem effizienten Buck Converter (angenommen 90% Wirkungsgrad) müsste die 9V-Batterie eine Leistung von 1W / 0,9 = 1,11 Watt liefern. Der Strom, der von der 9V-Batterie gezogen wird, wäre I = P / V = 1,11W / 9V = 0,123 Ampere, also 123 mA.

Eine typische Alkaline-9V-Batterie hat eine Kapazität von etwa 550 mAh.
Theoretische Laufzeit = Kapazität / Strom = 550 mAh / 123 mA ≈ 4,47 Stunden.

Das klingt auf den ersten Blick gar nicht so schlecht. Doch hier kommt der hohe interne Widerstand der Batterie ins Spiel. Bei einem Entladestrom von 123 mA würde die Spannung der 9V-Batterie sehr schnell unter 9V fallen, vielleicht auf 8V oder sogar 7V. Der Buck Converter benötigt aber eine Mindesteingangsspannung, um 5V stabil liefern zu können (oft 1-2V über der Ausgangsspannung, also mindestens 6-7V). Fällt die Batteriespannung zu tief, kann der Wandler keine stabilen 5V mehr liefern, und der Raspberry Pi wird instabil oder schaltet sich ab.

Die realistische Laufzeit würde daher drastisch kürzer ausfallen, möglicherweise nur 1-2 Stunden, und die Stabilität wäre fragwürdig.

Szenario 2: Raspberry Pi 2 Model B (höherer Verbrauch, z.B. 500mA oder 1A)

Nehmen wir jetzt einen Raspberry Pi 2 Model B an, der mit WLAN-Dongle und einem kleinen Bildschirm betrieben wird und durchschnittlich 500 mA bei 5V benötigt. Das entspricht einer Leistung von P = 5V * 0,5A = 2,5 Watt.

Mit 90% Wirkungsgrad des Wandlers müsste die 9V-Batterie 2,5W / 0,9 = 2,78 Watt liefern. Der Strom von der 9V-Batterie wäre I = P / V = 2,78W / 9V = 0,309 Ampere, also 309 mA.

Theoretische Laufzeit = 550 mAh / 309 mA ≈ 1,78 Stunden.

Auch hier gilt: Bei 309 mA würde die Spannung der 9V-Blockbatterie innerhalb von Minuten massiv einbrechen. Die Wahrscheinlichkeit ist hoch, dass der Raspberry Pi gar nicht erst bootet oder sofort abstürzt, sobald eine leichte Last anliegt. Die benötigten 309 mA liegen weit über der empfohlenen kontinuierlichen Entladerate der Batterie. Das System wäre extrem instabil, und die Batterie würde sich stark erwärmen.

Wenn der Pi gar 1 Ampere benötigt (5 Watt), dann würde der Strom von der 9V-Batterie auf über 600 mA ansteigen. Dies ist für eine 9V-Alkaline-Batterie praktisch unmöglich zu liefern, ohne dass die Spannung sofort auf unbrauchbare Werte absinkt (unter die Sperrspannung des Wandlers oder sogar unter 5V direkt an der Batterie, wenn sie direkt an den Pi angeschlossen wäre, was aber nicht ginge).

Die ernüchternde Realität: Testergebnisse (hypothetisch)

Wird man dieses Experiment in der Praxis durchführen, werden die Ergebnisse die theoretischen Berechnungen leider bestätigen – und oft noch übertreffen, was die Enttäuschung angeht:

• Der Raspberry Pi wird in vielen Fällen überhaupt nicht booten können, besonders wenn es sich um ein leistungsstärkeres Modell handelt, das einen hohen Initialstromstoß benötigt.
• Sollte er wider Erwarten booten, wird die Laufzeit extrem kurz sein – oft nur wenige Minuten, bevor die Spannung einbricht.
• Bei jeglicher Last, wie dem Starten einer Anwendung oder dem Anschließen eines USB-Geräts, wird die Spannung sofort unter den kritischen Wert fallen, was zu Abstürzen oder Neustarts führt.
• Die 9V-Batterie wird sich spürbar erwärmen, was ein Zeichen für die hohe Belastung und den internen Energieverlust ist.
• Die gesamte Erfahrung ist von Instabilität und Unzuverlässigkeit geprägt.

Warum die 9V-Blockbatterie keine gute Wahl ist

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die 9V-Blockbatterie aus mehreren Gründen absolut ungeeignet für die mobile Stromversorgung eines Raspberry Pis ist:

1. Sehr geringe Energiekapazität: Mit typisch 500-600 mAh ist die Speicherkapazität im Vergleich zum Energiebedarf eines Raspberry Pis viel zu gering.
2. Hoher Innenwiderstand: Dies führt zu massiven Spannungseinbrüchen unter Last, die das System instabil machen oder den Betrieb verhindern.
3. Unfähigkeit, konstanten, hohen Strom zu liefern: Sie ist nicht für Stromstärken im Bereich von mehreren hundert Milliampere ausgelegt, die ein Pi benötigt.
4. Hohe Kosten pro Wattstunde (Wh): Im Vergleich zu anderen Batterietypen oder wiederaufladbaren Akkus sind 9V-Blockbatterien extrem teuer pro gespeicherter Energieeinheit.
5. Umweltaspekte: Die häufige Verwendung von Einwegbatterien ist weder nachhaltig noch umweltfreundlich.

Bessere Alternativen für mobile Raspberry Pi Projekte

Wenn der Traum vom mobilen Raspberry Pi nicht platzen soll, gibt es zum Glück wesentlich bessere und zuverlässigere Alternativen:

1. Powerbanks (USB Power Banks): Dies ist die mit Abstand beliebteste und praktischste Lösung. Sie sind speziell dafür ausgelegt, 5V bei hohen Strömen (oft 2A oder mehr) zu liefern. Sie sind günstig, wiederaufladbar, bieten hohe Kapazitäten (z.B. 10.000 mAh, 20.000 mAh) und sind kompakt.
2. LiPo-/Li-Ion Akkupacks: Für fortgeschrittene Bastler bieten Lithium-Polymer (LiPo) oder Lithium-Ionen (Li-Ion) Akkupacks (z.B. aus dem Modellbau) eine hohe Energiedichte. Sie benötigen jedoch ein entsprechendes Batteriemanagementsystem (BMS) zum Laden und Entladen sowie einen Step-Down-Wandler, da ihre Spannung meist höher als 5V ist (z.B. 3,7V, 7,4V, 11,1V Nennspannung).
3. AA/AAA-Batteriehalter mit Step-Up/Down-Wandler: Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von mehreren AA- oder AAA-Batterien in Reihe (z.B. 4x AA für 6V oder 6x AA für 9V) in Verbindung mit einem Step-Down-Wandler. Auch hier ist der Innenwiderstand der AA/AAA-Batterien ein wichtiger Faktor, aber oft besser als bei 9V-Blöcken. Wiederaufladbare NiMH-AA-Akkus sind hier eine gute Wahl.
4. Dedizierte Batterie-HATs (Hardware Attached on Top): Es gibt spezielle Erweiterungsplatinen für den Raspberry Pi, die für den Batteriebetrieb ausgelegt sind. Diese HATs integrieren oft einen Akku (meist LiPo), eine Ladeschaltung und eine Spannungsregelung, manchmal sogar eine USV-Funktion (unterbrechungsfreie Stromversorgung).

Fazit: Experiment geglückt, Erkenntnis gewonnen

Die Frage „Kann man einen Raspberry Pi (2A) wirklich mit einer 9V-Blockbatterie betreiben?” lässt sich wie folgt beantworten:

Technisch ist es mit einem passenden Spannungswandler zwar möglich, eine 9V-Batterie an einen Raspberry Pi anzuschließen. Die Spannung stimmt dann zwar, aber das ist nur die halbe Miete. Praktisch und sinnvoll ist dieser Ansatz jedoch absolut nicht. Die extrem geringe Kapazität, der hohe Innenwiderstand und die damit verbundene Unfähigkeit, den benötigten Strom stabil und über eine relevante Zeitspanne zu liefern, machen die 9V-Blockbatterie zu einer denkbar schlechten Wahl für einen Raspberry Pi, selbst für die sparsamsten Modelle.

Unser Experiment zeigt eindrücklich, dass das Konzept einer scheinbar praktischen, kleinen Batterie schnell an physikalische Grenzen stößt, wenn es um moderne Elektronik mit höherem Strombedarf geht. Die Erkenntnis ist klar: Für ernsthafte mobile Projekte mit dem Raspberry Pi sollte man auf dafür ausgelegte Powerbanks oder spezielle Akkulösungen zurückgreifen, die die benötigte Leistung und Stabilität zuverlässig liefern können.

Lassen Sie sich nicht von der anfänglichen Einfachheit einer 9V-Batterie täuschen. Eine fundierte Planung der Stromversorgung ist das A und O für jedes erfolgreiche mobile Experiment und entscheidet maßgeblich über die Stabilität und Nutzungsdauer Ihres Projekts.