揭秘手机快充行业!百瓦快充终结五福一安,中国厂商立功 | 智东西内参

手机功耗提升和手机电池容量受限催生快充解决方案,通过充电头/电池/数据线及接口三方配合,快充已由过去传统高压低电流和低压高电流方案,走向高电流高电压融合方案,OPPO/VIVO/小米均于今年7月推出百瓦以上快充。此外,主流厂商通过GaN开关、平板变压器等使快充变得更便携,通过VC液冷散热、石墨烯、高导散热凝胶等使快充变得更安全。

无线充电是最近三年新兴的充电方式,国产厂商率先推出 20W 以上的高功率无线快充,今年小米/华为/OPPO 已推出 40W 以上产品。在散热方面,手机厂商采用主动散热(风扇)+被动散热(半导体制冷)结合方案,65W 产品温度可以控制在 40℃以内;在使用体验方面,小米近期推出智能追踪无线充电器,可实现随意放置功能。

本期的智能内参,我们推荐民生证券的研究报告,揭秘手机快充行业的最新发展情况。

本期内参来源:中国联通

原标题:

快充新“赛道”,行业势不可挡

作者: 王芬

一、 有线快充走向百瓦时代

1、 手机能耗提升,推动快充功率走向百瓦时代

手机能耗需求及锂电池性能限制催生快充方案。(1)能耗需求:智能手机在 CPU 运算处理性能、屏幕分辨率及宽带无线网络通信等方面的不断升级将使得手机耗电量相应提升。(2)手机电池限制:从近几年几大主流手机品牌所发布的手机来看,手机电池容量均有所提高。但受限于锂电池本身物理特性以及手机机身大小、重量、散热性能、成本等因素,手机电池容量整体增速较慢。因此,快充成为了提高电池续航能力的有效解决方案。

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手机主要耗电来源

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各品牌每年新发布手机电池容量(单位:mAh

快充过程包含三阶段,恒定电流充电的持续时间及峰值电流大小是影响快充性能的主要因素。(1)预充电:对过放电池进行恢复性充电,使电池恢复活性,防止过高电流损坏电池。(2)恒定电流充电(快充):当电池电压达到预充电电压阈值后,对电池进行大电流恒流充电。在此充电阶段中,电池电量快速增加,电压不断增大,电流保持不变。(3)恒定电压充电(涓流充电):当电池电压达到电压阈值后,电压不再增大,电流逐渐减小,以涓流充电的形式将电池电量充满。由此可见,快充主要体现在恒定电流充电阶段。因此,恒定电流充电阶段的持续时间及峰值电流大小是影响快充性能的主要因素。

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快充方案的主要充电环节

传统快充方案包括高压低电流、低压高电流。(1)高压低电流:在充电器、充电线等接口最大承载电流的限制下,充电器输出高电压以提高传输功率。再在手机端通过降压电路将高压低电流转换为电池可承受的低压高电流进行大电流充电。(2)低压高电流:打破接口承载电流的最大限制,充电器直接输出高电流到手机电池端进行大电流充电。相较于高压低电流方案,低压高电流方案对硬件的物理属性要求更高,因此其成本更高,兼容性较差。但由于传统降压电路效率较低(约 90%),所以低压高电流方案发热损耗更少,充电效率更高。

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快充的两种传统方案

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两种传统快充方案的主要工作模式

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 高压低电流方案与低压高电流方案对比

快充趋势下,手机品牌厂商、第三方充电头品牌厂商争相通过技术升级推行具有更大功率、更安全、更便携的快充产品:

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主流手机品牌厂商及第三方充电头品牌厂商推出的快充产品及其搭载的核心技术

1)更大功率:快充功率的提升由充电器、数据线、终端电池协同完成。一方面,电芯、数据线、接口的不断优化将使得整个充电环节可以承受更大的充电电流和电压;另一方面,电荷泵技术能够将降压电路的电压转换效率提高至接近 100%,从而以极低的损耗实现更大功率的快充方案。在此基础上,快充将不再局限于两种传统的方案,高压高电流方案将成为来快充的主流发展方向。

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实现更大功率快充的解决方案

OPPO 125W 超级闪充通过接口、线缆、电池三方协同,实现 20V6.25A 的高压高电流充电方案。为了承载这样的高压高电流:(1)在接口端,OPPO 对接口处负责供电的针脚进行了更大接触面积的设计;(2)在线缆端,除了加粗设计之外,OPPO 还定制了 E-marker 加密线缆,仅在识别到加密信息之后才可支持高达 6.25A 的电流,防止不合格第三方数据线威胁用户使用安全;(3)在电池端,OPPO 通过并联三电荷泵(转换效率高达 98%)的方案进行电压转换,防止电荷泵过载,通过串联双 6C 电芯使得电芯能够对外承载 10V12.5A 高压高电流,同时通过多极耳技术进一步降低电芯阻抗,最小化充电过程中的发热情况。

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OPPO 125W 超级闪充简化示意图

2)更便携:GaN 开关适应于高频率和高功率工作环境,是实现更小、更高效快充方案的重要组成:第三代半导体材料 GaN 相较于传统 Si 半导体材料拥有更高的电子迁移速度,因
GaN 具有更高的工作频率,更适用于高频率工作环境。根据电磁感应定律,变压器次级产生的感应电动势(充电器提供的充电电压)与变压器线圈匝数、磁通量和电源频率成正比。所以,GaN 开关充电器能够通过更大的开关频率减少变压器线圈匝数,从而减小充电器体积。此外,GaN 作为宽禁带材料(即带隙高达 3.4eV),其击穿电压更高,能承载的功率更高,更适宜作为高功率输出材料,从而实现更低开关损耗、更高效的充电器。

OPPO 50W 超闪饼干充电器通过 GaN 开关、钳位二极管、平板变压器及脉冲充电等技术将大功率快充充电器的体积缩小到极致。OPPO 50W 超闪饼干充电器不仅使用了 GaN 开关,还使用高频平板变压器替代传统体积较大的线圈式变压器、利用体积更小的航空级器件钳位二极管对电路进行过压保护、通过脉冲充电方案替代传统充电器中体积巨大的电解电容设计,将快充充电器的便携性做到极致。

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实现更便捷快充的解决方案

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小米 GaN 快充与小米普通快充相比,体积更小

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三代半导体材料特性对比

3)更安全:快充功率的不断提升伴随着对充电环节安全性的更高要求,其中最重要的就是散热和温度控制。一方面,VC 液冷散热、石墨烯、高导散热凝胶等具有突出导热性能的新材料、技术不断地应用在终端电池的物理散热中。另一方面,厂家在推出更大功率快充时也相应搭配了完整的温度控制解决方案。通过温度传感器、温控芯片、智能充电模式、硬件过载保护机制等技术全方位保障快充的应用安全。

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OPPO 125W 超级闪充的 5 重安全防护机制

2、快充技术协议兼容性不断增强,私有协议逐步走向开放

快充技术包括从充电器到设备的一整套快充方案设计,充电协议为快充技术的一部分,协议规定了设备和充电器的通信方式。目前市面上的主流快充技术厂商有五家,分别为高通联发科、华为、OPPO 以及 USB-IF 协会。各家快充技术下有自己的通信协议,高通、联发科、USB-PD 的通信协议为公有协议(对外出售或免费公开),华为、OPPO 的通信协议为私有协议(手机厂商自用),设备和充电器只有在成功进行协议握手后方能开启快充。握手过程由充电器或手机中的某一方主动发起,另一方根据所收到的信息做出反应。

协议通信方式可以分为三种:基于 D+D-线的通信模式、基于 VBUS 线的脉冲电流指令以及基于 CC 线的 BMC 编码通信。 D+D-线通信是通过在 D+D-端施加不同的电压实现的,每组不同的电压值对应适配器的不同电压输出规格;VBUS 线通信通过在该线上传输不同的脉冲电流信号实现,设备通过发送脉冲电流信号请求充电器调升或调降电压;CC 线通信指设备和充电器通过在该线上互相传输 BMCBi-phase Mark Code)编码进行电压电流规格的请求。

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OPPO 的快充协议握手流程图

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五家主流快充技术的通信方式

趋势一:快充技术方案逐步实现对 USB-PD 协议的兼容 。

2016 年起,各家快充技术对 USB-PD 协议的兼容性增强,USB-IF 协会致力于统一快充市场。由于各家快充技术相互独立,搭载不同快充技术的手机需要配备特定的充电插头甚至数据线,给消费者的使用带来了极大的不便,USB-IF 协会希望通过协议兼容达到一台充电器可以为多部设备快充的目的。由于 USB-IF 协会负责 USB 接口的定义,能够对协议通信起到一定的强制作用,各快充技术厂商业也为了提升消费者使用体验而选择兼容其他协议。2016 年起,各家快充技术逐渐实现对 USB-PD 协议的兼容。

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有线快充的主要厂商/协会的充电技术及充电协议

CC 针脚。引入 CC 针脚有两种方式,一是直接采用 Type-C 接口,二是在 Type-A 接口的基础上进行改造,加入 CC 针脚。

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USB Type-A 接口与 USB Type-C 接口对比示意图

USB-PD 协议预先定义了五组电压电流参数,其他快充技术厂商在兼容 USB-PD 协议时可以选择直接采用 PD 协议预定义的参数,也可以自定义瓦数。为了满足各快充厂商对不同的充电瓦数的要求,USB-IF 协会在 USB-PD 技术规范中引入 PPS 功能。2017 年,USB-IF 协会发布 PD 3.0 version 1.1,在原有的 PD 3.0 技术规范中填加 PPSProgrammable Power Suppply)可编程电源功能,提升对电压电流的调控精度,达到 20mV/step 的电压调控以及 50mA/step 的电流调控,使得各厂商在使用非 USB-PD 预设的电流电压参数时可以实现高效率充电,进一步推动了对 USB-PD 协议的兼容。

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USB-PD 协议电压电流参数

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USB-PD PPS 动态微调电压

趋势二:私有协议正逐步走向开放,华为、OPPO 开放快充技术授权 。

华为、OPPO 先后开放快充技术授权,被授权厂商将可以生产支持相应快充技术的芯片及配件。华为于 2017 12 月公开快充技术,供充电器生产商、协议芯片厂商等免费使用,目前已通过授权的协议芯片厂商包括立锜科技、伟诠电子、天钰科技、南芯科技等。2018 11月,OPPO 宣布对外授权 VOOC 闪充技术,目前共有 23 家企业获得相关授权。

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通过授权的芯片公司及下游充电器产品应用

趋势三:协议兼容性增强、私有协议逐步开放,一对多充成为可能 。

快充技术对协议的兼容性增强,手机端可以支持的快充协议逐步增多。如华为、OPPO 一类拥有自己快充技术的手机厂商开始对公有协议进行兼容,消费者使用支持公有协议的充电插头即可实现快充。但这种兼容仍存在一定的局限性,出于安全考虑,手机厂商一般会选择兼容低功率的公有协议,想要达到最高瓦数充电仍需使用特定的充电插头。

私有协议逐步开放授权,一台充电器可以支持不同快充技术的手机快充。私有协议开放授权后,协议芯片厂商可以设计支持私有协议的协议芯片,充电器厂商可以生产支持私有协议的充电插头,进而满足更多设备的供电需求。

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各品牌手机支持的快充协议数量不断提升

3、 竞争格局:产业链由国内企业主导,代工行业集中度较低

有线充电产业链上游为电子元器件及 IC 供应商,下游为有线充电器代工厂、品牌商。上游电子元器件供应商主要来自国内企业,电阻电容生产商包括艾华集团,氮化镓 MOS 管生产商包括三安光电等,IC 供应商主要为国外企业如德州仪器,国内企业包括圣邦股份、富满电子;下游代工厂如赛尔康、奥海科技,品牌商如安克、墨菲等。

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有线充电产业链

充电器价值结构中,芯片类产品占比较高。有线充电器中,芯片属于价值含量较高的部分,约占整个充电器成本的 10%。芯片部分市场多为国外厂商垄断,如德州仪器、Power Integrations意法半导体等,国内企业在技术方面仍与国外厂商有着较大的差距,厂商分散度高且规模小。

全球模拟类 IC 市场为国外厂家垄断,国内厂家逐渐崛起。模拟类 IC 可分为信号链类和电源管理类。据 IC Insights 统计数据,德州仪器销售额位列第一,占全球市场的 19%,公司针对个人电子产品的模拟类 IC 销售约占公司营收的 23%ADI 位列第二,占全球市场的 10%,针对个人电子产品的模拟类 IC 销售约占公司营收的 13%英飞凌位列第三,占全球市场的 7%,电源管理方面业务收入约占公司营收的 30%。全球范围内,国外厂家占据电源管理芯片 90%的市场;在国内,有 80%的电源管理 IC 市场被国外厂家占据。圣邦股份、富满电子等中国本土电源管理芯片厂商逐渐崛起,产品由低功率向中高功率发展,逐步走向国产替代。

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普通有线充电器各零部件价值占比

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2019 年全球模拟 IC 市场格局

赛尔康在充电器代工领域具有绝对优势,但代工市场总体集中度较低。2019 年充电器代工市场中赛尔康处于首位,出货量在 2 亿左右,占据 11%的份额;奥海科技为第二大企业,市场份额约为 6%。其他代工企业主要包括 Dongyang E&P(韩国)、伟创力、飞宏科技、雅达电子、光宝科技等,均有知名手机、电脑厂商作为企业客户。

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各主要充电器代工厂业务及客户情况

自有品牌充电器市场竞争较为集中。贝尔金、安克、IncipioJascoAtomi360 Electrical飞利浦AukeyICleverScoshe 为全球前十大自主品牌充电器厂商,2016 年占据全球自有品牌充电器销量的 43%

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各手机品牌厂商及自主品牌厂商有线充电产品

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各手机厂商及自主品牌厂商的充电宝产品

4、 市场空间:快充渗透率逐年提升,无线市场蓄势待发

2022 年快充市场空间达 986 亿元,未来三年 CAGR 40%。快充市场增长驱动力主要来自渗透率提高(即 10W 以上占比)。根据我们测算,2022 年整体有线充电器市场空间为 1081亿元,其中快充 986 亿元,2020-22 CAGR 40%

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有线充电器市场空间

核心方法:采取充电市场空间 = 各功率充电器出货量×ASP”的方式预测。其中,手机充电器出货量=原配充电器+向第三方购买量(假设为 30%手机出货量),可穿戴设备和电脑充电器出货量=终端设备出货量。同时,将充电器分为四个档位:5-10W苹果手机+大部分千元机+可穿戴)、10-30W(安卓中高端手机)、功率 30W 以上(安卓中高端手机+电脑)、GaN 工艺快充(安卓中高端手机) 。

核心假设:(1)各单位出货量比例:根据我们统计,大部分千元机标配充电器仍为 10W以下普通充电器,1500 元以上 HMOV 多搭载快充(18W/22.5W30W 居多),苹果除高端机型外仍标配 5V1A三星全系列基本都是搭载 25W 快充,30W 以上闪充/搭载 GaN 开关的充电器仍只在少量高端机型配备。据此,我们假设 2019 年手机充电器 5-10W/10-30W/30W 以上分别占 45%/50%/4%/1%,且快充比例逐年提升。(2)各档位 ASP:根据我们统计,10-30W/30W以上/GaN 充电器平均售价分别在 60/120/200 元左右,我们按照 BOM 成本为售价的 50%计算,并逐年降低。

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HMOV 千元机配备充电器功率梳理

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各手机厂商在售 10-30W 充电器价格

二、 无线充电:国内厂商推动无线充电走向快充时代

1、 电磁感应为主流技术,使用场景有别有线充电

电磁感应定律为原理,电磁感应技术占无线充电市场主导地位。(1)技术原理:无线充电板通过电磁感应给手机线圈供电。闭合线圈通入交流电时,交流电会在空气中激发出变化的磁场,使另一个线圈感应出交流电,从而实现电流的隔空转移。以手机无线充电板为例:转换器将市电转化为无线充电板可用的低压交流电通入充电板内的闭合线圈以产生磁场。当手机与充电板靠近时,手机内的线圈感应出交流电,经整流后转化为直流电进行充电。(2)主导市场地位:凭借技术难度低、起步早、产业链完善等优势,电磁感应式无线充电设备在 2017年就已占据整个无线充电市场的 85%。在手机等小功率充电市场,电磁感应占比近 100%;在电动汽车等大功率充电市场,电磁感应和电磁共振两种技术均有采用。

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电磁感应原理图

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手机无线充电方案

电磁感应技术存在充电距离短、位置要求严苛的缺点。(1)充电距离短:电磁感应出的磁场发散性强,磁场强度随距离增大迅速衰减,所以手机必须与无线充电板保持较近距离(毫米以内)才会有较高的传输效率。(2)摆放位置要求精准:由于磁场的辐散发射特性,送电线圈只有与受电线圈对准时才可实现高效电能传输。因此,手机与无线充电板错位时将无法进行正常充电。

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电磁感应充电效率随距离衰减图

电磁感应技术目前已大量使用于接触式无线充电场景。目前电动牙刷、手机、可穿戴设备等均采用电磁感应式无线充电技术。在许多公共场景中电磁感应技术也得到了广泛运用,如将供电装置以无线充电板的形式内嵌在办公桌、餐桌、汽车等场景中。

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餐桌内嵌无线充电场景

电磁共振技术采用共振原理提高能量传输效率,具有三大核心优势。电磁共振式无线充电技术通过精密的线圈设计使两个线圈具有相同的共振频率,从而获得最大的能量传输效率。核心优势:(1)传输距离更长:电磁共振技术的有效充电距离达到了数厘米远;(2)摆放位置更灵活:电磁共振技术对设备的摆放位置要求较宽松,无需精准接触,应用场景更灵活;(3)多设备同时充电:在前两个核心优势的基础上,电磁共振技术可以实现一对多同时充电。因此,电磁共振技术在性能上可以视作电磁感应技术的改良方案。

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电磁共振技术原理图

电磁共振技术存在远距离充电效率有限、技术成本高的劣势,在消费电子市场尚未普及,但在中、微型功率电子市场具有独特潜力。劣势:(1)远距离传输会降低充电效率:目前,手机、可穿戴设备等小型设备仅能做到 5cm 范围内的 5W 电磁共振式无线充电,虽然相比电磁感应式无线充电有所提升,但技术成熟程度还远达不到商用要求;(2)技术成本高:电磁共振技术的电路复杂且共振频率调校对技术要求较高,产品成本高昂,能够实现该技术的公司较少。应用场景:消费电子无线充电市场上几乎没有电磁共振技术的身影,仅有戴尔 Latitude 7000 笔记本等少量数码产品使用了电磁共振技术。虽然目前电磁共振技术仍不成熟,但其厘米级传输距离也有特定应用场景,如向 PCTV、家用电器此类具有中等功率、内部供电模组离墙面较远的电子产品供电,或是向微小功率、位置较固定的小型传感器供电。

2、 无线充电发展趋势:更高功率、更强散热及更灵活使用

苹果与三星最先发布无线充电手机,但 20W 以上的高功率无线快充由国产厂商率先推出。苹果于 2017 年发布支持 7.5W 无线充电的 iPhone X,之后一直没有增大功率。三星于2016/2019/2020 年分别推出支持 10W/12W/15W 的无线充电手机,一直保持慢速增长。近三年来功率增长较为迅速的是国内的华为、小米、OPPO 等厂商,华为于 2018/2019/2020 年分别推出了支持 15W/27W/40W 无线充电的手机,小米于 2018/2019/2020 年分别推出了支持10W/30W/50W 无线充电的手机,OPPO 2020 年连续推出了支持 40W/65W 无线充电的手机,一加于 2020 年推出了支持 30W 无线充电的手机。

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主流厂商无线充电手机功率(截至 2020 8 23 日)

提升无线充电功率的三种途径:增大充电板功率、提高线圈的传输效率、提高手机的接收负荷能力。无线充电系统由充电板、线圈组合、手机组成。增大充电板功率的方法有:(1)增加线圈数量,如 OPPO 采用并联双线圈方案,成倍提高充电功率;(2)减小充电板电路器件的内阻、导通损耗;提高线圈组合传输效率的方法有:(1)减少线圈内阻的损耗,如小米采用多股绕线技术,通过削弱线圈的趋肤效应以降低线圈电阻;(2)增强磁场耦合性能,如小米采用了具有较高磁导率的纳米晶材料,使感应磁场分布更集中。提高手机接收负荷能力的方法有:(1)采用电荷泵技术,如 OPPO 的并联三电荷泵方案,小米的单层级电荷泵方案。(2)提升电芯数量与质量,如小米 10 采用了双电芯方案在手机中放入了两块电池,OPPO 改进电芯质量,采用 6C 电芯提高电池负荷能力。

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OPPO 并联双线圈方案

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小米多股绕线技术

大功率方案主要通过私有协议实现,公有协议 WPC 也逐渐走向大功率化:

公有协议之 Qi 标准:基于无线充电磁感应和磁共振技术,适用于 90%无线充电产品。Qi 标准是由无线充电联盟 WPC 制定的短距离低功耗无线感应式充电标准。Qi 标准以电磁感应式无线充电技术为主,由于电磁感应式技术是目前无线充电的主流技术方案,所以 Qi 标准也相应覆盖了目前市场上绝大多数的无线充电设备。

公有协议之 AirFuel 标准:专注无线充电磁共振和射频技术,提供最多样化应用方案。AirFuel 标准推行的磁共振技术能同时对多个设备充电,最大充电距离可达 5 厘米;射频技术更能够支持几厘米到一米范围内的低功率充电,在充电空间上更为灵活,从而更好地应用在特定充电场景,如:可穿戴设备、医疗设备、电子汽车等领域。

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Qi 标准与 AirFuel 标准对比

大功率无线充电方案主要通过厂商私有协议实现,WPC 将推行更高功率 Qi 新标准。目前市场上主要的无线快充产品均兼容 Qi 标准,但手机厂商主推的高功率无线充电方案均依靠私有协议实现。Qi 标准下的最大充电功率无法满足许多无线充电产品的功率需求,通用 Qi 标准未能有效规范和统一无线充电行业的充电协议。但为了适应高速发展的大功率无线充电协议,WPC 也着手定义 30W 120W Qi2.0 标准。

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各手机品牌系列产品所支持的私有协议功率及 Qi 标准功率

增大功率带来的温度上升会对手机健康产生损害。交流电通过发射段的线圈时,线圈的电阻在电流的作用下产生热量,充电功率越高产生的热量也就更多。如果热量不能及时排出,会对整个供电电路元器件的性能、安全性、手机电池健康程度产生负面影响。无线充电功率从5W 增大到 65W,产生的热量也在不断增加。如何在增大充电功率的同时提升散热效率成了手机进入快充时代必须要克服的问题。

提升散热效率的方式有半导制冷器(被动)、风扇(主动)等。业界会选择其中一种方式或结合两种方式来对无线充电板进行散热。小米采用了散热风扇+散热片方案;一加、华为采用了散热风扇方案、OPPO 采用了蝶翼风扇+半导体制冷器方案。

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主流厂商无线充电器功率(截至 2020 8 23 日)

典型方案如 OPPO 65W AirVooc,采用了风冷+半导体制冷器的主被动散热方案。充电板板与手机的热量先被 TEC 半导体制冷器(14)传递到风道区域,然后风扇(17)从进风(18)吸入外界空气,从出风口(15)将热量带出,从而将充电温度控制在 40以下。其中半导体制冷器是利用半导体电偶通电时,一端吸热一端放热的现象制成。

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OPPO 65W AirVooc 设计图

线圈移动、多线圈叠加方案改善了需要用户精确摆放、只能一对一充电的问题。当用户没有将手机与充电板精准对齐放置时,线圈之间的水平错位会导致手机充电效率低下、充电板发热严重。并且目前充电板一次只能给一个设备充电,为了改善用户体验,厂商采取了线圈移动与多线圈叠加两种方案来解决对齐放置问题。

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多线圈叠加与移动线圈方案实现的功能与具体产品

小米采用线圈移动方案实现了手机随意摆放功能。其推出的智能追踪无线充电器配备了检测电路用来探测手机的摆放位置,并使用 X Y 轴电机控制充电板内线圈的移动,从而自动跟踪到手机线圈处进行精准对位。

国外厂商通过多线圈叠加方案实现一对多同时充电功能。国外厂商 Native Union 采用在一块充电板内并列放置双个线圈的方案,实现了同时对 iPhoneAirpods 两个产品进行无线充电,克服了电磁感应技术只能一对一充电的弊端。

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小米智能追踪无线充电器线圈移动方案

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Native Union 双线圈叠加方案

苹果的一代 AirPower 利用多线圈叠加方案为了实现多单位,随便放的充电效果。苹果在 AirPower 内部分层堆叠了 22 个感应线圈,使得无论如何放置手机都有线圈与之对应,并且多个线圈可以同时为多个产品充电。但是出于发热和充电效率较低的考量,苹果未将这款产品公开发售。

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苹果 AirPower 多线圈叠加方案

3、 国内厂商积极布局上下游产业链,代工企业竞争激烈

在技术支撑、政策导向、终端需求的带动下,无线充电市场迅速成长。从整个市场结构来看,可以分为上游无线充电设备资源供应商、下游无线充电器代工厂、无线充电器品牌商。在本段中,我们将基于无线充电发射端(产品对象为充电器),重点关注资源供应商和品牌及 OEM成品生产商的竞争格局。

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无线充电市场总览

1)产业链上游供应商:

无线充电产品模组的生产主要有五个环节:方案设计、电源芯片、磁性材料、线圈、模组制造。其中方案设计和电源芯片环节有着较高的技术壁垒和利润率,以国外龙头厂商为主。磁性材料和线圈也是无线充电设备的关键零部件,对技术要求略低,海内外厂商均有参与。模组制造环节工艺相对简单,利润空间不大,但是国内厂商的竞争优势所在。

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无线充电模组各环节概况

方案设计 : 方案设计是无线充电产业中利润占比最大的一环,各家充电方案设计大体相似,但方案的优劣会影响功率的损耗以致影响充电效率。方案设计以前主要由苹果、IDTTI(最早量产无线充电方案)等国外商家垄断,WPC 推出 QI 标准并被引入中国后,标准的统一化使得行业门槛降低,芯片技术的发展也提高了方案设计的灵活性,国内出现信维(方案材料模组一体化)、易冲无线(已经成为市面上定频调压方案的代表厂商,为 RAVPowerAnkermophie 等充电器提供解决方案)、伏达半导体(推出首款第三代充电方案)、奥海、中康惠制等表现出色的方案设计商。

电源芯片 : 电源芯片是发射端的核心部分,直接决定充电方案和充电功率,同样技术壁垒较高(接收端相比发射端对芯片有更高的要求),主要由国外企业掌握如 IDTTI、高通、NPX 等,呈现高集成度、高功率、高充电效率的趋势。近年来国内出现易冲无线、劲芯微(国内芯片出货量最大达百万)、佰壹科技(成为高通授权单位)等拥有了一定客户基础的芯片厂商,且国内厂商在性价比上往往更占优势。

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国内外芯片厂商及其主要客户

磁性材料 : 磁性材料在发射端中起到屏蔽其他材料干扰和增加磁通量的作用,主要有铁氧体、非晶、纳米晶三种材料,其中非晶和纳米晶磁导率更高可应用于便携设备,铁氧体以发射端和大功率接收端为主。虽然国外 TDK、村田等企业仍有领先优势,但我国作为最大的铁氧体软磁生产国,近年来国内供应商如横店东磁、天通股份、安泰科技、领益智造、合力泰、信维通信也积极参与其中。

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国内无线充电磁性材料相关厂商

线圈 : 为了改善无线充电的位置自由,方法之一是发射端多线圈,因而线圈需求量会持续增加。线圈生产技术相似,主要考验精密加工能力和与上下游厂商的紧密连接实现定制化生产。除了TDK、村田等海外企业,我国立讯精密、顺络电子、信维通信、东尼电子、东山精密等企业也颇具竞争优势。

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国内无线充电线圈相关厂商

模组组装 : 模组组装在几个环节中对科技水平的要求最低(接收端模组由于通常置于消费电子终端产品中相比于发射端要求更高),我国厂商是主要参与者,如立讯精密、信维通信、合力泰、硕贝德、领益智造都涉足模组制造环节。

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国内无线充电模块相关厂商

市场上无线充电器主要分为消费电子品牌和第三方品牌,其中消费电子品牌的无线充电终端由代工厂生产,而第三方品牌产品部分自产部分来自代工。随着无线充电市场规模扩大,无线充电器生产企业数量众多,竞争激烈,市场格局较为混乱。我们以下将从主要第三方品牌和代工厂的角度来梳理发射端生产企业。

品牌厂商:一边原有的智能终端品牌如苹果、三星、小米、华为等纷纷推出无线充电器,另一边无线充电器第三方品牌厂商还是以有线充电器的品牌厂商为主,如 Belkin(排名第一的无线充电设备制造商)、mophie(主打高端市场,首个支持苹果 7.5W 的厂家)、RAVPowerAnker 等。

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第三方品牌厂商无线充电器产品一览

代工厂:只有一些第三方品牌厂商会自行完成部分无线充电器的生产,其余品牌无线充电器均是代工企业生产,中国深圳众多工厂扮演重要角色。现在代工业务较为出色的国内企业有立讯精密、信维通信、奥海科技、合力泰、硕贝德等。

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国内无线充电终端代工厂主要客户及生产情况

4、市场空间:市场空间潜力巨大,未来应用前景广阔

根据我们预测 2022 年无线充电市场空间达 57 亿美元,未来 3 CAGR 达到 21%。一方面,无线应用前景广阔,渗透率逐年提升。根据 IHS 统计数据,2016 年智能手机的无线渗透率为 11%,随着无线充电技术的不断成熟与人们对无线充电接受度的提高,未来这一比例将大幅提升。我们预计到 2022 年,智能手机无线渗透率将达 60%,可穿戴设备无线充电方案将成为主流、渗透率将达 70%。另一方面,智能手机、可穿戴设备在未来三年均有放量趋势。量比齐升,未来三年无线充电市场有望释放巨大潜力。

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无线充电市场空间预测

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无线市场空间预测结果

具体测算方法及核心假设如下:

核心方法:采取无线充电市场空间 = 发射端市场空间 + 接收端市场空间的方式预测。其中,发射端市场空间 = 发射端出货量 ×发射端单价,未来发射端出货量通过无线充电器配置比例估计;接收端市场空间 = 终端设备出货量 × 渗透率 × 接收端单价,终端设备包括智能手机、可穿戴设备与个人电脑。

核心假设:

1)无线充电器配置比例:即发射端出货量占支持无线充电智能手机出货量的比例,根据 IHS 数据,2016 年该比例为 49%,我们假设未来三年该比例为 50%60%67%

2)各终端设备出货量:使用 IDC 预测数据;

3)各终端设备无线渗透率:我们假设未来三年智能手机的无线渗透率为 40%50%60%,可穿戴设备的无线渗透率为 55%65%70%,个人电脑的无线渗透率为 30%35%40%;(4)发射端与接收端单位价值量:随着无线渗透率逐渐提升、技术逐渐成熟,发射端和接收端单位价值量均有下降趋势,我们假设未来三年发射端单位价值量为 5.04.74.3 美元,不同终端设备的接收端单位价值量不同,约为 2-3 元。

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发射端与接收端出货量(亿件)

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各终端设备接收端出货量(亿件)

智东西认为,手机快充,从18W到125W,仅仅用时两年,为了不在充电上耗费更多等待时间,中国手机厂商的“激进”显得与通信时代发展极其同步。现在,5G为万物互融多场景带来了更丰富的场景使用,而这也大大提升了能耗的输出需求,对手机的续航及充电提出了新的要求,快速充电变快将成为手机行业发展的主流趋势,曾几何时一晚才能充满手机的时代已然过去,洗漱十分钟完成充电将成为现实。5G时代,手机厂商将同时面临更多的机会和挑战。