¿Celdas serie o de litio paralelas para una fuente de alimentación portátil de 5 V?

La configuración más común es una celda única o varias celdas en paralelo, por varias razones: -

1. Costo: una sola celda solo necesita un circuito de carga lineal simple para convertir de 5V a 3.7 ~ 4.2V, pero un paquete de mayor voltaje necesita un refuerzo de voltaje para cargarlo y otro Regulador para bajar el voltaje a 5V durante la descarga. Los convertidores de conmutación necesitan más piezas y, en general, son más caros, por lo que un circuito de una sola celda es potencialmente más barato.

2. Seguridad: una sola celda cargada desde USB con un cargador lineal no puede superar los 5 V, y el circuito de carga puede tener componentes que disminuyan aún más la tensión de falla máxima. Si un cargador de aumento de voltaje falla, podría apagar un voltaje mucho más alto que el que la batería puede tomar de manera segura.

3. Compensación de costo / seguridad: un paquete en serie requiere monitoreo y balanceo de celdas individuales para asegurar que ninguna celda reciba demasiado voltaje. Normalmente, el cargador limita el voltaje del paquete total , por lo que una celda puede obtener una mayor proporción del voltaje total que las otras, posiblemente sobrecargarse antes de que el cargador alcance el voltaje de corte. Una condición similar ocurre con la descarga, ya que la celda más débil disminuirá su voltaje antes y puede descargarse demasiado antes de que el voltaje del paquete llegue a su punto de corte de bajo voltaje.

El monitoreo y balanceo de la celda requiere más circuitos y tiene una confiabilidad potencialmente menor. Para ahorrar dinero, los circuitos de balance a menudo están diseñados para manejar solo desequilibrios menores. Si una de las celdas falla por completo, es posible que el circuito de balance no pueda hacer frente y que la batería se vuelva peligrosa. Una configuración de celda única / paralela evita este problema de compensación de costo / seguridad.

4. Flexibilidad: si una sola celda no tiene la capacidad requerida o no tiene la forma óptima, al agregar otra en paralelo, el paquete es eléctricamente equivalente a una sola celda, por lo que no se requieren cambios en el circuito de soporte. Si la celda adicional está conectada en serie, el voltaje del paquete aumenta y el circuito debe cambiarse para acomodarlo.

En el lado negativo, una configuración de celda única / paralela es probablemente menos eficiente porque el impulsor de voltaje debe extraer más corriente de la batería de la que suministra a la carga. A medida que se extrae esta corriente más alta en ráfagas, la corriente rms también es mayor, lo que provoca mayores pérdidas en los componentes de cableado y conmutación. El cargador también puede ser menos eficiente si es un tipo lineal.

Sin embargo, la alta eficiencia a menudo se ve superada por otros factores como el costo y la seguridad. Quizás la mayor ventaja de una batería de celda única / paralela es: -

5. Comercialización: el fabricante puede inflar el tamaño aparente de la unidad citando la capacidad de la batería, aunque la capacidad efectiva será menor porque a medida que la tensión aumenta de 3.7 V a 5 V, la corriente de salida debe disminuir al menos la misma proporción!

Uno puede lograr una eficiencia del 97% con aproximadamente el doble del costo de la lista de materiales como 94% en Buck o aumentar estas diferencias de voltaje. Por lo tanto, con 2 celdas LiPo buenas (emparejadas), no importa si elige en serie o en paralelo si la carga de entrada es de 5 V y la descarga de salida es de 5 V.

No hay mucha diferencia en precio por eficiencia, pero puede ser importante si quiere que su costo de BOM

Ambas formas emiten fácilmente 2A, que es más que la mayoría de los puertos USB y mi análisis usaba el diseñador web Bench de www.TI.com.