如何选择为您的新电子产品供电是您必须尽早做出的关键决策之一。每种选择都有其优缺点，我们将在本文中进行讨论。

在为大多数电子产品供电方面，您有三种选择：可充电电池、一次性电池或交流电源（AC）。

每种选择都有其自身的优势和劣势，我们将在本文中详细讨论。

选项#1-可充电电池

可充电电池是为大多数现代消费电子产品供电的最常见方法。

图1 各种电池化学成分的能量密度

有多种类型的可充电电池，但有两种最常用于消费产品：锂离子或锂聚合物。

锂离子电池使用液态电解质，而锂聚合物电池使用类似凝胶的聚合物作为电解质。然而，大多数标为锂聚合物电池的电池实际上是锂离子聚合物电池。

真正的锂聚合物电池使用聚合物电解质，而锂离子聚合物电池使用液态电解质（就像锂离子电池一样），但具有聚合物外壳。

在本文的剩余部分，我将使用“锂聚合物”这个术语，尽管在大多数情况下，它实际上是一个“锂离子聚合物”电池。

锂离子电池是硬质电池，通常用于笔记本电脑和不需要超薄的大型产品。单个锂离子电池单元通常比标准的AA碱性电池稍大，但在大多数情况下，这些电池单元会被组合在一起，并被封装在一个塑料外壳中。

图2 笔记本电脑电池组中的单个锂离子电池单元

另一方面，锂聚合物电池更灵活，可以比锂离子电池做得更薄。

锂聚合物电池的成本比锂离子电池高出大约10%到20%，因此对于较大的产品来说，使用标准锂离子电池可能更有意义。

图3 锂聚合物电池。注意嵌入的小PCB板和保护电路。

然而，即使是对于较大的产品，锂聚合物电池（可以制成各种形状）也可以让您在产品中装入更多的电池体积。这允许您在不增加产品尺寸的情况下提高电池容量/寿命。

如果您的产品非常小且薄，那么您可能想要选择锂聚合物电池。

可充电电池的一个显著缺点是它们会为您的产品增加显著的成本。最大的成本通常是电池本身。

大多数使用一次性电池的产品并不包括电池本身，因此您的产品成本不包括电池的成本。

此外，您还必须考虑充电器本身的成本。对于锂电池，您还需要一个特殊的设备，称为燃料表，用于监控电池的充电水平。这些会额外增加一些成本。

最后，您需要随产品一起包含某种外部电源充电器（最常见的是USB充电器）。

所有这些都增加了一些额外的成本和复杂性。幸运的是，有许多集成的电池充电器解决方案，可以处理充电锂电池所涉及的所有复杂问题。

可充电电池的另一个问题是它们需要额外的安全认证。其中一些认证包括UL1642、IEC61233和UN 38.3。

很多时候，您可以购买已经预先认证的锂可充电电池，但您的选择将更加有限。大多数商业产品最终需要定制电池，以便电池可以利用最大可用空间来增加电池寿命和容量。

一旦您达到更高的生产量，您可能希望切换到使用定制锂电池，以最大化产品的电池寿命。那时，您将被迫获得所需的认证。

最后，可充电锂电池有一些严重的安全问题。你们中的大多数人可能已经听说过三星手机中锂电池爆炸的新闻。锂电池可能非常危险。

因此，如果您打算将这些电池设计到您的产品中，您需要意识到安全问题。安全问题也是为什么锂电池需要认证的原因。

锂电池需要充电器和燃料表芯片，以及保护电路。这个电路将防止电池过充或短路，这可能导致电池爆炸或起火。

我建议您购买已经内置保护电路板的锂电池。这样，您就不必担心任何设计问题导致您的产品爆炸。

为可充电电池充电的电源

那么，下一个问题是如何为您的锂电池充电？让我们讨论一下为电池充电的不同电源。

外部AC/DC（交流/直流）电源适配器

外部电源适配器通常是为电池充电的最简单方法。这个适配器将插入交流电源插座，然后输出直流电压到您的产品。

图4 外部交流/直流电源适配器的例子。注意CCC/UL等认证标志。

只要确保您使用的是预先认证的电源适配器，这样您就不必让您的产品通过CCC/UL认证。

任何直接插入交流电源插座的产品都需要CCC/UL认证。这种认证相当昂贵，通常成本超过5-10万元。

这与锂离子电池所需的UL1642认证不同，比如这个UL认证是针对您的产品本身的。

所以一定要使用已经通过CCC/UL认证的外部电源适配器。由于预先认证的适配器处理了AC/DC转换，而您的产品从未直接连接到交流电压，因此不需要UL认证。

USB充电

USB是另一种电源选项，本质上只是一种标准化的外部交流/直流适配器，如上所述。然而，除了使用外部USB充电器外，您还可以从笔记本电脑的USB端口为您的产品充电。

图5 通过USB充电允许您的客户使用任何USB充电器。

USB可能是为电池充电的最常见方法。这是我设计到大多数产品中的方法。也是我通常推荐的方法。它非常标准化，USB还允许您使用预先认证的适配器。

最大的优势是，您的大多数客户可能已经拥有多个USB充电器。

如果您需要一个只适用于您产品的专用电源充电器，如果客户找不到它可能会很麻烦。但是，如果您允许他们使用任何USB充电器，他们可以使用您随产品附带的充电器，或者他们已经拥有的任何其他充电器。

不过，要注意USB充电有不同的级别。有一种称为标准下游端口（SDP）的，基本上是笔记本电脑上的USB端口。

标准下游端口根据USB规范1.0和2.0可以提供最多500mA的电流。另一方面，USB 3.0 SDP可以提供多达900 mA的电流。

另一个USB选项称为专用充电端口（DCP），当您有一个插入电源插座的USB充电器时。DCP可以提供多达1.5A的电流。

您的设备检测产品是否连接到SDP或DCP是一个相当简单的过程。如果它连接到笔记本电脑上的SDP端口，那么您可以将电池充电电流限制为500 mA。

另一方面，如果它连接到DCP充电器，那么您可以将充电电流增加到1.5A。尽管您必须确保不超过产品的最大充电电流规范。

太阳能充电

另一个选项是太阳能电池板。使用太阳能电池板的主要缺点是它增加了显著的尺寸。如果您的产品非常小，这将限制可以用于太阳能电池板区域的空间。

显然，太阳能电池板越大，它能够产生的电流就越多。但对于大多数产品来说，太阳能电池板产生的电流将会相当小。因此，这将是一个为您的电池充电的缓慢过程。它不会像USB充电器那样快速充电。

无线感应充电（Qi）

另一种电源选项是使用无线感应充电。无线充电器通过电磁场传输能量。这是通过使用两个线圈通过电磁感应传输能量，类似于变压器。

Qi是无线感应充电最常见的标准。

然而，无线充电有很多缺点。在大多数情况下，我建议至少在最初坚持使用USB充电器，除非您认为无线充电对您的产品至关重要。

如果它是您产品的一个关键标准，那么请使用无线感应充电。但如果您只是想因为它很酷而添加它，那么您是在为您的产品增加很多不必要的成本和复杂性，没有真正好的理由。

替代电源

还有一些其他可能用于为电池充电的替代电源，但这些对于当前产品来说并不实用。

但我想简要提及它们，因为在有限的情况下它们可能是一个可行的选项。此外，随着它们背后的技术改进，它们可能在未来变得更加实用。

射频（RF）能量收集就是这样一种选项。射频能量收集利用任何环境无线电波的能量。这种能量通过天线接收并转换为电流，可以用作电源。

听起来很棒，不是吗？只是从空气中提取免费的能量。问题是，任何环境无线电波中的能量都会非常小。在大多数情况下，它产生的功率太少，不太有用。

还有从运动中获取能量。例如，您摇晃设备，这个动作被转换成电能，可以用来为电池充电。

一些产品使用这种方法，但再次，我倾向于建议您坚持使用标准充电方法，除非它是您产品的基本特征。

最后，还有一些有趣的实验性选项，如从热量或化学反应中收集能量，但我还没有看到任何消费产品使用这些方法。

选项#2 可更换/一次性电池

最后，我们准备讨论为您的产品供电的第二个选项，可更换电池。

图6 碱性电池有各种尺寸示意

大多数现代消费电子产品使用可充电电池，但对于许多产品来说，可更换电池可能是一个更好的选择。

例如，对于成本非常敏感的产品，或者对于那些不容易放置在交流电源插座附近进行充电的产品。

碱性电池与锂电池

您必须决定的第一个问题是，您想要使用碱性电池还是锂电池。

这里我指的是一次性锂电池（技术称为锂金属电池），不要与可充电的锂离子或锂聚合物电池混淆。

碱性电池有我们熟悉的所有标准尺寸，包括9V、AA、AAA、C和D尺寸。

锂金属电池也有这些尺寸，但也作为纽扣电池（或手表）电池提供。

图7 一次性锂金属纽扣电池有各种尺寸示意

选择最佳电池化学成分将取决于您产品的应用程序。例如，如果您的产品将在寒冷天气下运行，那么锂电池比碱性电池是更好的解决方案。

碱性电池在寒冷天气下表现极差。如果您的产品将在寒冷环境中使用，那么锂金属电池会是更好的选择。

您还需要考虑，您的产品有多小，以及它的功率需求是什么？例如，如果您的产品非常小且使用少量的电力（如蓝牙低功耗），那么锂纽扣电池可能是您的最佳解决方案。

碱性电池通常具有1.5伏特的电压，标准碱性电池尺寸的锂金属电池也是如此。而锂纽扣电池则提供3.0伏特的电压。这可能会影响您选择最佳电池类型的决定。

如果您的产品需要高于电池电压的供电电压，那么将需要一个特殊的设备，称为升压转换器，来提升电池电压。

电池仓门

最后，可更换电池的一个隐藏缺点是，您必须设计一个电池仓门，以便用户可以更换电池。

显然，如果您使用可充电电池，客户就不需要电池仓门。这允许您的产品密封，您可能只需要两个塑料部件——顶部和底部，它们可以组合在一起形成您的外壳。

一旦您有一个电池仓门，您就增加了一个额外的、单独的、定制的塑料部件。这个额外的定制塑料部件将需要一个定制的注塑模具，而模具费用不低。

事实上，模具成本通常是将产品从原型扩展到大规模生产的最大财务障碍。

我建议您寻找一个已经生产类似产品的供应商，使用现有的现成电池仓门。找到一个您认为与您的产品设计相匹配的。

然后围绕这个现成的仓门设计您的外壳。这样做将消除额外注塑模具的需要。

选项#3-交流电源

最后，第三个选项是交流电源。首先，从交流电源插座为您的产品供电的最大缺点是它需要昂贵的UL认证。所以您至少需要花费10,000美元来获得产品的认证。

图8 交流电源插座

此外，还涉及到安全问题（因此需要CCC/UL认证）。没有人会因为AA电池而触电，但使用220/120伏交流电，有人可能会严重触电或受伤。

除非您的产品包含交流组件（如交流电机或加热器），否则您将需要在某个时候执行一些交流/直流转换。

除了支付昂贵的认证费用外，内部AC/DC转换电路可能会为您的产品增加额外的尺寸。这就是为什么在大多数情况下，如果您的产品使用直流电，我建议使用外部AC/DC转换器。

正如我之前提到的关于可充电电池的情况，确保如果您使用外部交流/直流转换器，您使用的是预先认证的。