锂电池市场快速增长，管理芯片需求强烈！推荐使用艾创微锂电池充电管理芯片ICW5012-N

时间： 2024-04-13 来源：艾创微微信公众号

技术问答

锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间的移动来工作。具有能量高、使用寿命长、额定电压高、高功率承受力、自放电率低、绿色环保等优点。已经广泛用于消费电子、笔记本电脑、电动工具、家用小家电上、电动汽车和储能电站等领域。

锂电池管理系统的核心和价值最高的是锂电池管理芯片。锂电池虽然是种新型的存能方式，但是如果对其大电流的充放电，会影响其使用寿命和性能，而且有爆炸的风险隐患。因此需要锂电池管理系统，对电池进行实时监控，提供剩余电量、电池状态、电流等信息，防止电池过充、过放、过压、过流、过高温。一个合适的锂电池管理系统能够在充分发挥电池优越性能的同时，给予锂电池最佳的保护，保证电池性能，延长电池寿命。

一、什么是锂电池

锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N.Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。随着科学技术的发展，锂电池已经成为了主流。

锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性比、容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制，只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。

二、锂电池的工作原理

锂金属电池

锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。

放电反应：Li+MnO2=LiMnO2

锂离子电池

锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。

充电正极上发生的反应：LiCoO2=Li（1-x）CoO2+xLi++xe-（电子）

充电负极上发生的反应：6C+xLi++xe-= LixC6

充电电池总反应：LiCoO2+6C=Li（1-x）CoO2+LixC6

正极

正极材料：可选的正极材料很多，目前市场常见的正极活性材料如表1所示。

表 1

正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌，如图1所示。

图 1

充电时：LiFePO4=Li（1-x）FePO4+xLi++xe-

放电时：Li（1-x）FePO4+xLi++xe-=LiFePO4

负极

负极材料：多采用石墨。另外锂金属、锂合金、硅碳负极、氧化物负极材料等也可用于负极。

负极反应：放电时锂离子脱嵌，充电时锂离子嵌入。

充电时：xLi++xe-+6C=LixC6

放电时：LixC6=xLi++xe-+6C

三、锂电池充电管理

锂电池的广泛使用，使得一些产品对电池容量的需求不断提升，就需要串联多个锂电池，从而导致电池的总电压升高，于是艾创微就催生出了锂电池充电管理芯片产品。

艾创微的锂电池充电管理芯片可以有效管理每个锂电池的充电，它会根据锂电池的特性自动进行预充、恒流充电、恒压充电。对于锂电池来说，电池管理芯片对于电池充放电的各种性能管理，比如恒压方式，恒流方式等等，这些充电方式是对电池有好处的，最重要的一点是相对来说会更加安全。

另外锂电池管理芯片对于电池的寿命延续有明显作用，因为有了充放电芯片。电压，电流都达到了可控状态，可以有效的控制充电的各个阶段的充电状态。管理芯片就是设计用于保护电池的电路，可以保护电池过放电，过压，过充，过温，可以有效保护电池寿命和使用者的安全。

艾创微的锂电池充电管理芯片具有功能全、价格低、集成度高，外部电路简单，调节方便，可靠性好等特点。所以，给锂电池充电时配备管理芯片是很重要的选择。接下来给大家推荐一款锂电池充电管理芯片ICW5012-N产品。

四、锂电池充电管理IC

ICW5012-N是合肥艾创微电子科技有限公司的一款耐压9V的单节锂离子电池恒压恒流充电管理芯片，最大充电电流可达1.3A，由于线性充电器在输入和输出大压差情况下会严重发热，其内部有热反馈电路可以对在充电过程中对芯片温度加以控制，将充电电流调节到较低水平，以适应相应的系统散热要求。采用带有散热PAD的SOP8封装形式，外加很少的外部原件，使其成为便携应用的理想选择。

ICW5012-N不需要电流检测电阻，也不需要外部隔离二极管实现防倒灌应用。充电截止电压固定在4.2V14.34V14.4V，充电电流可以外接电阻调节，当充电电流达到恒流电流的1/10时，ICW5012-N将终止充电。典型应用的充电周期如图2所示。

图 2

当输入电压（适配器或USB）被拿后，ICW5012-N进入睡眠模式。芯片内部自动关断充电通路，输入电压变低。此时电池漏电流降低到2uA以下。当ICW5012-N有电源而电池拿掉时，芯片电流为降低至55uA，来降低系统损耗。

ICW5012-N还具有电池温度检测，输入欠压锁定，自动再充电和两个充电指示引脚。

五、ICW5012-N的工作原理

ICW5012-N是一款单节锂电池充电管理芯片，具有恒压恒流充电特点。最大充电电流可达1.3A，不需要另加二极管和电流检测电阻。ICW5012-N包含两个漏级开路输出的状态指示端：充电状态指示CHRG和电池故障状态指示输出端STDBY。

芯片内部的热反馈电路使温度超过145℃会自动降低充电电流。这个功能可以给使用户最大限度利用芯片的功率处理能力。不用担心芯片过热而损坏芯片或外部器件，最大限度保证了芯片的可靠性。

当输入电压大于电压欠压保护阈值，同时使能端接高电平时，ICW5012-N开始对电池充电，CHRG管脚输出低电平，表示充电正在进行，如果电池电压低于2.9V，充电器用小电流对电池进行预充电。当电池电压超过2.9V时，便切换到恒流模式对电池充电，充电电流由PROG管脚和GND之间的电阻确定。当电池电压接近4.2V（或4.34V或4.4V）时，充电电流逐渐减小。当电流减小到充电结束阈值时（恒流电流的1/10），充电周期结束，CHRG端输出高阻态，STDBY输出低电位。

图 3

当电池电压降到再充电阈值以下时，自动开始新的充电周期。芯片内部的高精度电压基准源，误差放大器和电阻分压网络确保电池端调制电压精度在1%以内。满足锂离子电池和锂聚合物电池的要求。当输入电压掉电或者输入电压低于电池电压时，充电器进入睡眠模式。电池端漏电电流低至2uA，从而增加待机时间。如果将使能端接低电平，芯片将停止充电。充电过程如图3所示。

最后，给大家普及一些会造成锂电池爆炸的以下十点原因，在平时也可以做好相应的防范措施。

1、内部极化较大；

2、极片吸水，与电解液发生反应气鼓；

3、电解液本身的质量、性能问题；

4、注液时候注液量达不到工艺要求；

5、装配制程中激光焊接密封性能差，测漏气时漏气；

6、粉尘、极片粉尘首先易导致微短路；

7、正负极片较工艺范围偏厚，入壳难；

8、注液封口问题，钢珠密封性能不好导致气鼓；

9、壳体来料存在壳壁偏厚，壳体变形影响厚度；

10、外面环境温度过高也是导致爆炸的主要原因。

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