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Battery Selector

电池选择器

Guides battery chemistry and charging circuit selection for embedded projects.

指导嵌入式项目的电池化学类型和充电电路选择。

Resources

资源

This skill includes bundled tools and references:

scripts/compare_batteries.py - Battery comparison calculator with 15+ battery types
references/safety-guidelines.md - Comprehensive safety guide for all chemistries

本技能包含配套工具和参考资料：

scripts/compare_batteries.py - 支持15+种电池类型的电池对比计算器
references/safety-guidelines.md - 涵盖所有电池化学类型的综合安全指南

Quick Start

快速开始

Interactive selection:

bash

uv run --no-project scripts/compare_batteries.py --interactive

Command line:

bash

undefined

交互式选择：

bash

uv run --no-project scripts/compare_batteries.py --interactive

命令行模式：

bash

undefined

Find battery for 50mA project, 24h runtime

为50mA电流、24小时续航的项目寻找合适电池

uv run --no-project scripts/compare_batteries.py --current 50 --hours 24

Require rechargeable

要求可充电电池

uv run --no-project scripts/compare_batteries.py --current 100 --hours 12 --rechargeable

List all batteries in database

列出数据库中所有电池

uv run --no-project scripts/compare_batteries.py --list

undefined

uv run --no-project scripts/compare_batteries.py --list

undefined

When to Use

使用场景

"What battery should I use?"
"How do I charge this project?"
"Lithium vs alkaline?"
"Is this battery safe?"
Planning portable/battery-powered projects

“我应该用什么电池？”
“如何为这个项目充电？”
“锂电池 vs 碱性电池？”
“这种电池安全吗？”
规划便携式/电池供电项目

Decision Flowchart

决策流程图

START
  │
  ▼
Is project rechargeable? ──No──► Alkaline/Lithium Primary
  │                              (Disposable batteries)
  Yes
  │
  ▼
What voltage does MCU need?
  │
  ├── 5V ──► LiPo + Boost converter
  │          OR 3x/4x NiMH
  │
  ├── 3.3V ──► Single LiPo (3.0-4.2V)
  │            Directly compatible!
  │
  └── 12V+ ──► Multi-cell LiPo pack
               OR Lead-acid
  │
  ▼
How much current?
  │
  ├── <50mA ──► Small LiPo (500-1000mAh)
  │             OR Coin cell (CR2032)
  │
  ├── 50-500mA ──► Standard LiPo (1000-3000mAh)
  │                OR 18650 cells
  │
  └── >500mA ──► Large LiPo (3000mAh+)
               OR Multiple 18650s
               External power recommended

开始
  │
  ▼
项目是否需要可充电？──否──► 碱性/锂原电池
  │                              (一次性电池)
  是
  │
  ▼
MCU需要多少电压？
  │
  ├── 5V ──► LiPo + 升压转换器
  │          或 3节/4节NiMH电池
  │
  ├── 3.3V ──► 单节LiPo电池（3.0-4.2V）
  │            直接兼容！
  │
  └── 12V+ ──► 多节LiPo电池组
               或铅酸电池
  │
  ▼
项目电流需求是多少？
  │
  ├── <50mA ──► 小型LiPo（500-1000mAh）
  │             或纽扣电池（CR2032）
  │
  ├── 50-500mA ──► 标准LiPo（1000-3000mAh）
  │                或18650电池
  │
  └── >500mA ──► 大容量LiPo（3000mAh+）
               或多节18650电池
               建议使用外部电源

Battery Chemistry Comparison

电池化学类型对比

Quick Reference

快速参考

Chemistry	Voltage	Rechargeable	Energy Density	Cost	Safety
Alkaline	1.5V/cell	No	Medium	Low	Very safe
Lithium Primary	3V	No	High	Medium	Safe
NiMH	1.2V/cell	Yes	Medium	Medium	Safe
LiPo/Li-ion	3.7V	Yes	Very High	Medium	⚠️ Needs care
LiFePO4	3.2V	Yes	High	High	Safer than LiPo
Lead-acid	2V/cell	Yes	Low	Low	⚠️ Acid hazard

化学类型	电压	可充电	能量密度	成本	安全性
碱性电池	1.5V/节	否	中等	低	非常安全
锂原电池	3V	否	高	中等	安全
NiMH	1.2V/节	是	中等	中等	安全
LiPo/Li-ion	3.7V	是	极高	中等	⚠️ 需要注意安全
LiFePO4	3.2V	是	高	高	比LiPo更安全
铅酸电池	2V/节	是	低	低	⚠️ 存在酸液风险

Alkaline (AA/AAA/9V)

碱性电池（AA/AAA/9V）

Pros:

Cheap, available everywhere
No charging circuit needed
Very safe
Long shelf life (5-10 years)

Cons:

Not rechargeable (e-waste!)
Voltage drops as discharged
Poor at high current
Heavy for capacity

Best For:

Low-power projects (<20mA average)
Beginner projects
Remote/deployment where charging impractical
Backup power

Voltage Configurations:

Cells   Voltage    Use With
────────────────────────────
2x AA   3.0V       3.3V MCUs (with LDO)
3x AA   4.5V       5V MCUs (direct or LDO)
4x AA   6.0V       5V MCUs (with regulator)
9V      9.0V       With 5V/3.3V regulator

优点：

价格低廉，随处可得
无需充电电路
安全性极高
保质期长（5-10年）

缺点：

不可充电（产生电子垃圾！）
放电时电压下降
高电流性能差
相同容量下重量较大

最佳适用场景：

低功耗项目（平均电流<20mA）
新手项目
充电不便的偏远/部署场景
备用电源

电压配置：

电池节数   输出电压    适用场景
────────────────────────────
2节AA   3.0V       3.3V MCU（搭配LDO）
3节AA   4.5V       5V MCU（直接使用或搭配LDO）
4节AA   6.0V       5V MCU（搭配稳压器）
9V      9.0V       搭配5V/3.3V稳压器使用

NiMH (AA/AAA Rechargeable)

NiMH（可充电AA/AAA）

Pros:

Rechargeable (500-1000 cycles)
Same size as alkaline
Safer than lithium
No memory effect

Cons:

Lower voltage (1.2V vs 1.5V)
Self-discharge (~20%/month)
Need proper charger
Heavier than LiPo

Best For:

Projects replacing disposable batteries
Educational settings
Where LiPo is too risky
Budget rechargeable solution

Charging:

Use dedicated NiMH charger
Don't mix brands/capacities
Eneloop/Eneloop Pro recommended

优点：

可充电（500-1000次循环）
尺寸与碱性电池相同
比锂电池更安全
无记忆效应

缺点：

电压更低（1.2V vs 1.5V）
自放电率高（约20%/月）
需要专用充电器
比LiPo重量大

最佳适用场景：

替代一次性电池的项目
教育场景
LiPo电池风险过高的场景
高性价比的可充电方案

充电注意事项：

使用专用NiMH充电器
不要混合不同品牌/容量的电池
推荐使用Eneloop/Eneloop Pro系列

LiPo / Li-ion (3.7V)

LiPo / Li-ion（3.7V）

Pros:

High energy density (light + powerful)
Rechargeable (300-500 cycles)
Flat discharge curve
Many form factors

Cons:

⚠️ Fire risk if abused
Needs protection circuit
Temperature sensitive
Ages even unused

Best For:

Most portable projects
Weight-sensitive applications
When you need runtime
Professional builds

Critical Safety Rules:

✅ DO:
- Use protected cells with BMS
- Store at 40-60% charge
- Use proper TP4056/similar charger
- Monitor temperature during charge
- Use battery with JST-PH connector (prevents polarity swap)

❌ DON'T:
- Puncture, crush, or bend
- Charge below 0°C
- Discharge below 3.0V
- Leave charging unattended (first few times)
- Use damaged/puffy batteries

优点：

能量密度高（轻便且功率强）
可充电（300-500次循环）
放电曲线平稳
多种外形规格

缺点：

⚠️ 滥用存在起火风险
需要保护电路
对温度敏感
即使未使用也会老化

最佳适用场景：

大多数便携式项目
对重量敏感的应用
需要长续航的场景
专业级项目

关键安全规则：

✅ 必须：
- 使用带BMS的保护型电池
- 以40-60%电量存储
- 使用专用TP4056或类似充电器
- 充电时监控温度
- 使用带JST-PH连接器的电池（防止极性接反）

❌ 禁止：
- 穿刺、挤压或弯折电池
- 在0°C以下充电
- 放电至3.0V以下
- 充电时无人看管（前几次充电）
- 使用损坏/鼓包的电池

LiFePO4 (3.2V)

LiFePO4（3.2V）

Pros:

Much safer than LiPo (no thermal runaway)
Longer cycle life (2000+ cycles)
Flat discharge curve
Tolerates abuse better

Cons:

Lower energy density
Lower voltage (may need boost)
More expensive
Less common in small sizes

Best For:

Safety-critical applications
Outdoor/rugged deployments
Long-term installations
When LiPo risk unacceptable

优点：

比LiPo安全得多（无热失控风险）
循环寿命更长（2000+次）
放电曲线平稳
更耐受滥用

缺点：

能量密度较低
电压更低（可能需要升压）
价格更高
小尺寸规格较少

最佳适用场景：

安全关键型应用
户外/ rugged部署场景
长期安装项目
LiPo风险不可接受的场景

CR2032 / Coin Cells

CR2032 / 纽扣电池

Pros:

Tiny and light
Long shelf life
3V output (direct to 3.3V MCU)

Cons:

Very low capacity (220mAh)
Poor high-current performance
Not rechargeable
⚠️ Danger if swallowed

Best For:

Ultra-low power only (<10µA average)
RTC backup
Tiny sensors
Keyfobs, beacons

Current Limits:

Continuous: <2mA
Pulse: <15mA (brief)

DON'T use for: WiFi, Bluetooth, motors, LEDs

优点：

体积小巧轻便
保质期长
3V输出（直接适配3.3V MCU）

缺点：

容量极低（220mAh）
高电流性能差
不可充电
⚠️ 误食危险

最佳适用场景：

仅适用于超低功耗（平均电流<10µA）
RTC备用电源
微型传感器
钥匙扣、信标

电流限制：

持续电流：<2mA
脉冲电流：<15mA（短时间）

禁止用于：WiFi、蓝牙、电机、LED

Voltage Regulation

电压调节

3.3V Systems (ESP32, RP2040)

3.3V系统（ESP32, RP2040）

Single LiPo → 3.3V:

LiPo outputs 3.0-4.2V
Most 3.3V MCUs tolerate this range directly!

Option 1: Direct connection (if MCU allows)
   LiPo(+) → 3.3V/VIN pin
   
Option 2: LDO for clean 3.3V
   LiPo(+) → [AMS1117-3.3] → 3.3V pin
   (Need 4V min input for AMS1117)

Better: Use HT7333 LDO (low dropout, low quiescent)
   Works from 3.3V input!

单节LiPo → 3.3V：

LiPo输出3.0-4.2V
大多数3.3V MCU可直接耐受此电压范围！

方案1：直接连接（如果MCU支持）
   LiPo(+) → 3.3V/VIN引脚
   
方案2：使用LDO获得稳定3.3V
   LiPo(+) → [AMS1117-3.3] → 3.3V引脚
   （AMS1117需要至少4V输入）

更佳选择：使用HT7333 LDO（低压差、低静态电流）
   可从3.3V输入开始工作！

5V Systems (Arduino UNO/Nano)

5V系统（Arduino UNO/Nano）

LiPo → 5V:

Option 1: Boost converter
   LiPo(+) → [MT3608] → 5V → VIN pin
   
Option 2: PowerBoost module (Adafruit)
   Includes charging + boost + protection
   
Option 3: USB power bank
   Already regulated 5V + charging built-in

LiPo → 5V：

方案1：升压转换器
   LiPo(+) → [MT3608] → 5V → VIN引脚
   
方案2：Adafruit PowerBoost模块
   集成充电+升压+保护功能
   
方案3：USB移动电源
   已内置稳压5V输出和充电功能

Charging Solutions

充电方案

TP4056 Module (Most Popular)

TP4056模块（最常用）

┌─────────────────────────────┐
│  TP4056 with Protection     │
│                             │
│  [USB-C] ─► [TP4056] ─► [DW01+FS8205] ─► [B+/B-]
│   IN         Charger     Protection      To Battery
│                             │
│  Features:                  │
│  - 1A max charge current    │
│  - Overcharge protection    │
│  - Overdischarge protect    │
│  - Short circuit protect    │
│  - LED charge indicator     │
└─────────────────────────────┘

Wiring:
  B+ → LiPo positive
  B- → LiPo negative
  OUT+ → Load/MCU positive
  OUT- → Load/MCU negative

⚠️ Get module WITH protection (6 pins, not 4 pins)

┌─────────────────────────────┐
│  带保护电路的TP4056        │
│                             │
│  [USB-C] ─► [TP4056] ─► [DW01+FS8205] ─► [B+/B-]
│   输入       充电器       保护电路        连接电池
│                             │
│  特性：                     │
│  - 最大1A充电电流           │
│  - 过充保护                 │
│  - 过放保护                 │
│  - 短路保护                 │
│  - LED充电指示灯            │
└─────────────────────────────┘

接线方式：
  B+ → LiPo正极
  B- → LiPo负极
  OUT+ → 负载/MCU正极
  OUT- → 负载/MCU负极

⚠️ 务必选择带保护电路的模块（6引脚，而非4引脚）

Adafruit PowerBoost 500C/1000C

Premium solution with:

LiPo charging via USB
5V boost output (500mA or 1A)
Low battery indicator
Load sharing (charge while running)

高端解决方案，具备：

USB接口LiPo充电
5V升压输出（500mA或1A）
低电量指示灯
负载共享（充电时可同时运行设备）

DIY Charging Don'ts

DIY充电禁止事项

❌ Never charge LiPo with a constant voltage supply
❌ Never charge LiPo with a phone charger directly
❌ Never charge at >1C rate (e.g., 1000mAh → max 1A)
❌ Never charge frozen batteries

❌ 切勿用恒压电源给LiPo充电
❌ 切勿直接用手机充电器给LiPo充电
❌ 充电电流切勿超过1C倍率（例如1000mAh电池→最大1A）
❌ 切勿给冷冻的电池充电

Battery Sizing Calculator

电池容量计算方法

Step 1: Determine average current (from power-budget-calculator)
        I_avg = _____ mA

Step 2: Determine required runtime
        T_required = _____ hours

Step 3: Calculate minimum capacity
        C_min = I_avg × T_required × 1.25 (safety factor)
        C_min = _____ × _____ × 1.25
        C_min = _____ mAh

Step 4: Select battery
        Choose capacity ≥ C_min
        Consider: size, weight, form factor

Example:

Project: Weather station
I_avg: 15mA
T_required: 48 hours (2 days between charges)

C_min = 15 × 48 × 1.25 = 900mAh

Selection: 1000mAh LiPo (gives ~67 hours actual)

步骤1：确定平均电流（来自功率预算计算器）
        I_avg = _____ mA

步骤2：确定所需续航时间
        T_required = _____ 小时

步骤3：计算最小容量
        C_min = I_avg × T_required × 1.25（安全系数）
        C_min = _____ × _____ × 1.25
        C_min = _____ mAh

步骤4：选择电池
        选择容量≥C_min的电池
        考虑：尺寸、重量、外形规格

示例：

项目：气象站
I_avg: 15mA
T_required: 48小时（每2天充电一次）

C_min = 15 × 48 × 1.25 = 900mAh

选择：1000mAh LiPo（实际续航约67小时）

Common Mistakes

常见错误

1. Using Wrong Charger

1. 使用错误的充电器

❌ "My 9V adapter should work"
   LiPo needs CC-CV charging at 4.2V max!
   
✅ Use TP4056 or dedicated LiPo charger

❌ “我的9V适配器应该可以用”
   LiPo需要恒流-恒压充电，最大电压4.2V！
   
✅ 使用TP4056或专用LiPo充电器

2. No Low-Voltage Cutoff

2. 无低压截止保护

❌ Draining LiPo below 3.0V
   Permanently damages the cell!
   
✅ Use protection module OR monitor in code:
   if (batteryVoltage < 3.2) {
       enterDeepSleep();  // Protect battery
   }

❌ 将LiPo放电至3.0V以下
   会永久损坏电池！
   
✅ 使用保护模块或在代码中监控：
   if (batteryVoltage < 3.2) {
       enterDeepSleep();  // 保护电池
   }

3. Ignoring Inrush Current

3. 忽略浪涌电流

❌ Battery can't handle WiFi TX spike (500mA)
   Causes brownout/reset
   
✅ Add 100-470µF capacitor near MCU
✅ Size battery for peak current, not just average

❌ 电池无法承受WiFi发射峰值电流（500mA）
   会导致掉电/复位
   
✅ 在MCU附近添加100-470µF电容
✅ 按峰值电流而非平均电流选择电池

4. No Reverse Polarity Protection

4. 无反接保护

❌ Swapping battery wires = magic smoke

✅ Use JST-PH connectors (keyed)
✅ Add protection diode or P-FET

❌ 电池线接反=冒烟损坏

✅ 使用带防呆设计的JST-PH连接器
✅ 添加保护二极管或P-FET

Recommended Setups by Project Type

按项目类型推荐配置

Low-Power Sensor Node

低功耗传感器节点

Battery: 18650 (3000mAh) or LiPo 2000mAh
MCU: ESP32 with deep sleep
Charger: TP4056 with protection
Runtime: Weeks to months

电池：18650（3000mAh）或2000mAh LiPo
MCU：带深度睡眠的ESP32
充电器：带保护电路的TP4056
续航：数周至数月

Handheld Device

手持设备

Battery: LiPo 1000-2000mAh flat pack
MCU: Any
Charger: PowerBoost or TP4056 + boost
Runtime: Hours to days

电池：1000-2000mAh扁平LiPo
MCU：任意型号
充电器：PowerBoost或TP4056+升压转换器
续航：数小时至数天

Robot/High Current

机器人/高电流项目

Battery: 2S or 3S LiPo pack (7.4V or 11.1V)
Regulator: Buck converter to 5V
Charger: Balance charger (external)
Runtime: Minutes to hours

电池：2S或3S LiPo电池组（7.4V或11.1V）
稳压器：降压转换器至5V
充电器：外置平衡充电器
续航：数分钟至数小时

Ultra-Low Power Beacon

超低功耗信标

Battery: CR2032 or 2x AA
MCU: ESP32-C3 or ATtiny with deep sleep
No charger needed
Runtime: Months to years

电池：CR2032或2节AA电池
MCU：带深度睡眠的ESP32-C3或ATtiny
无需充电器
续航：数月至数年

Quick Selection Table

快速选型表

Project Type	Best Battery	Capacity	Charger
Simple Arduino	4x AA	2500mAh	None
ESP32 portable	18650	2600mAh	TP4056
Wearable	Small LiPo	500mAh	TP4056
Robot	2S LiPo	2200mAh	Balance
Ultra-low power	CR2032	220mAh	None
Solar project	LiFePO4	3200mAh	MPPT

项目类型	推荐电池	容量	充电器
简易Arduino项目	4节AA电池	2500mAh	无需
便携式ESP32项目	18650电池	2600mAh	TP4056
可穿戴设备	小型LiPo	500mAh	TP4056
机器人	2S LiPo	2200mAh	平衡充电器
超低功耗项目	CR2032	220mAh	无需
太阳能项目	LiFePO4	3200mAh	MPPT充电器