teniendo en cuenta de que el peso es un factor importante, habría q buscar lo más pequeño posible. Dentro de unos margenes, que no tengas que cambiar de bateria cada 10 min, pero 1h o 2h funcionando si estaría bien.

La salida conecta a un elevador de tensión DC-DC... pero hay igual rendimiento si subes desde 3.7 que desde 7.4 ?? que sería más óptimo?? porque el tamaño de la batería sería muy parecido y la energía almacenada también.

Bueno el rendimiento con el voltaje creo que no es constante, de todas maneras habría que mirar las condiciones optimas de cada aplicación y la hoja de características del regulador. Sobre lo que dices de el tamaño y la lipo, de una lipo de 3,7 a una de 7,4 con la misma capacidad el tamaño es el doble a no ser que estes hablando de una lipo de 7,4v y la mitad de capacidad (misma energía, parecido tamaño y mayor voltaje) Sobre el usar las Li-Po a 3,7v hay dos razones fundamentales. El rendimiento de un LDO de 3,7 a 3v3 es Mayor que de 7,4 a 3v3 (aparte el voltaje de entrada de los LDO mas buenos es más limitado). Y la segunda ventaja puedes usar un cargador de Li-Po por usb.

Efficiency and available output current
The available output current depends on the input and output voltages. The input current is limited to approximately 2 A, and, as shown in the graphs below, the efficiency is typically 80% to 90%. Therefore, the maximum available current will be approximately 800 mA when doubling the input voltage and approximately 400 mA when quadrupling the input voltage. At high output powers, the 20% lost in the regulator will cause substantial heating, which can limit the available output power (the regulator will automatically shut off if its internal temperature gets too high).

el rendimiento varía con la tensión,
At low output currents and high input and output voltages, the efficiency drops closer to 50%, though the lower power involved prevents heating from being an issue

que para subir tensión a 12V o es mejor una bateria de 7.4V (2S). (mismo tamaño, mitad capacidad, misma energía) que es como conectar las celdas lipo en serie o en paralelo.

Je, je. Es lo que tienen las fuentes conmutadas. Por eso, yo prefiero conectar directamente los controles de los motores a la batería, así el rendimiento aumenta un poco (además de permitir la recarga bajo ciertas circunstancias). Eso implica tener una tensión de batería superior a la nominal/máxima de los motores, pues generalmente los controles hechos con puentes en H son en el fondo fuentes conmutadas reductoras.

Y luego, o bien un regulador conmutado eficiente y de baja corriente para la CPU, o mejor, una batería aparte con un LDO (suelo trabajar con micros a 3V3). Incluso hay micros (ATmegas como mínimo) que pueden trabajar (eso sí, más lentamente) en el rango de funcionamiento de una Li-Pol (de 2.7 a 5V).

Mi gustaría aclarar que el rango de 2v7 a 5v es del uC no de la lipo, el de la lipo bajo ninguna circunstancia deben descargarse a menos de 3,6 ni cargarse a mas de 4,2 (para li-po, li-ion es a 4,1v) ya que en ambos casos el riesgo de explosión es muy alto.