2015年,我们离无线充电爆发还有多远?
有人说,2015年无线充电市场发生两件大事,一是三星Galaxy S6/S6 Edge内置无线充电功能,这意味着市场将增加5000万台支持无线充电的手机,二是Apple Watch内置无线充电,这意味着庞大的可穿戴式设备正在走无线充电之路。
无线充电在市场上发展多年,一直不温不火。消费类电子,尤其是智能手机,曾经让许多新技术提前普及,并大规模应用,比如触控技术等。苹果、三星等巨头发力无线充电,是否会使得2015年会成为具有里程碑意义的一年?
一、突破性的一年
无线充电消费意识爆发性增长
据IHS最近的一项消费者调查,在2014年,只有36%的消费者表示,他们已经听说过无线充电(WirelessCharging)技术。不过,在过去12个月内,包括美国,英国和中国的消费者对无线充电技术的消费意识已增加了一倍,达76%。
“无线充电今年已被证明是一个突破性的一年,因为绝大多数消费者现在都开始意识到这一点。”IHS无线电源分析师VickyYussuff表示。“这种增长意识背后的一个关键因素是,三星、苹果等中高阶产品制造商开始采用无线充电技术,以及公共部门对布建无线充电基础建设的认可度上扬所致。”Vicky Yussuff认为,不管这些手机巨头最终是否推出相应的新品,但它们的介入,无疑提高了消费者对无线充电的意识,也反过来推动对无线充电功能的需求。
基于这一数据,IHS预测,2015年无线电源接收器在移动电话的出货量可望超过1亿2000万台,主要的成长动能来自于三星Galaxy S6 and S6 edge的销售。在穿戴式电子市场方面,2015年,无线充电接收器出货量预计将上升到2000多万台,苹果Apple Watch挹注到无线充电功能在可穿戴设备的总营收占比,超过70%。
2013—2019年,全球无线充电于可穿戴设备的营收统计(单位:百万美元)。
Source:IHS,2015/06
两大标准组织合并
除了消费意识增强以外,标准的统一也对无线充电市场的发展有着举重轻重的影响。今年6月,无线充电产业两大联盟A4WP和PMA完成合并,这意味着基于两大标准的无线充电设备,均可兼容对方标准的手机,PMA联盟也正式宣布未来PMA将不再发展下一代的磁感应标准,而在磁共振方案上亦将采行A4WP的标准,这两种技术标准的兼容无疑将降低无线充电普及的难度。
除了A4WP、PMA标准以外,Qi标准影响力更大,但是业界认为,这三个标准最终都将趋向统一,即实现越来越远的距离、支持越来越大的功率。无线充电标准不统一一向是业界唱衰无线充电技术的重要理由,但目前看来似乎越来越站不住跟脚。
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产业链积极布局
无线充电产品尽管目前仍未大规模出现,但从今来看,该市场有星火燎原之势。今年最引人关注的无线充电手机莫过于三星Galaxy S6/S6 Edge,这两款手机能够兼容两种充电标准——Qi和PMA协议。根据韩媒预算,这两款手机出货量能够达到5000万台。
此外,苹果手表也首次尝试无线充电,只不过它并不符合采用传统意义上的三大无线充电标准,而是采用了与Mac笔记本电脑类似的Magsafe磁吸式技术,透过磁吸的方式连接内建于智能手表中的感应线圈与充电线,从而完成充电。根据IHS预测,iWatch在今年的出货量将达到2000万个以上。
另外,大比特记者发现,诺基亚、摩托罗拉、谷歌、索尼、YotaPhone在今年也各自推出新品应对,这对无线充电技术的推广起到推波助澜的作用。据了解,目前仅支持Qi无线充电的手机就有超60种,累积售出了4000万台。随着未来无线充电生态环境的成熟,手机无线充电普及将更加快速。
方案厂商也在不遗余力地进行产品创新,TI已经推出第三代无线电接收器芯片bq51020和bq51021,以及世界第一个达到WPC1.1和PMA标准的双模型集成电路bq51221。这些接收器解决方案已达到96%的超高效率,进而完全消除了在5W的条件下,应用于智能手机及其他便携式设备中全面运转的散热问题。
恩智浦的解决方案在针对单一的Qi智能手机充电器的充电效率接近75%,针对A4WP功率进出设备的转换效率能达到85%。
劲芯微无线充电芯片采用ASIC(专用集成电路)架构,集成了硬件过流、过压、过温保护,其5W的方案效率达76%,感应距离在12mm,针对家具等嵌入式应用做到20mm左右。
IDT推出双模无线电源接收器,提供WPC 1.1 Qi和PMA 1.1双重标准相容性,可以让OEM厂商采用1颗单一的无线电源接收器解决方案。
联发科在2014年的CES上展示了多模充电装器MT3188,它所含的线圈系统可以支持磁共振和磁感应线圈这两种系统。
立錡等企业也都明确表示,看好今年无线充电的潜力市场,会推出具有市场竞争力的新品应对。
二、线圈产业
机遇
受惠于无线充电市场发展愈来愈快速,线圈模组商机看俏。线圈模组是由防磁片与铜制线圈所组成,占无线充电模组近40%的成本。其中,防磁片的功能为防范电磁干扰影响移动通讯芯片,而线圈则负责产生或接收电源能量,两者在无线充电模组中皆扮演举足轻重的角色,且品质良莠更直接影响无线充电的效率,是手机厂商及芯片厂商比较重视的环节,毛利率通常也较高,是国内线圈行业有望切入的高附加值环节。
目前线圈厂大量出货的产品主要为单线圈模组,根据IHS预计,2015年全球无线充电技术市场达17亿美元,那么将为线圈模组带来6.8亿美元(42.23亿人民币)的市场总值,除去防磁片占据70%的成本,线圈的市场总值仍高达12.67亿人民币。由于多线圈模组充电效率更高,这几年获得更大推广,其成本是单线圈模组的1.5倍。由此看来,一套无线充电设备可以为线圈提供更可观的利润。
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移动电话方面,IHS预测,2015年无线电源接收器在移动电话的出货量可望超过1.2亿台,那么以单线圈模组计算,同样需要1.2亿个线圈,每个线圈以5元计算,那么在接收器环节可以为线圈提供6亿元产值。由于一个发射器可适应于多个接收器,以3:1进行配套的话,那么发射器可以为线圈提供2亿元的市场需求量。
可穿戴设备方面,IHS预测,该部分市场的出货量在今年有望增加到2000万个以上。那么可穿戴设备给线圈(以单线圈计算)带来的市场总值将达1亿元人民币。此外还有平板电脑、相机等众多消费电子产品,一旦市场启动,均能为线圈带来不菲的市场总值。
线圈技术要求
无线充电使得电子设备能够摆脱线缆束缚,方便携带提升用户使用体验,同时无线充电在设备的防尘防水设计方面比线充方式更具优势,因此它是充电模式发展的必然趋势。然而目前无线充电技术在效率、发热和尺寸等方面仍存在不少问题,而这些问题与负责产生和接收能量的线圈息息相关。
深圳劲芯微电子有限公司总经理邵礼斌认为:“工程师比较关心的参数是充电效率,效率决定了发热的问题,这既是用户体验问题,又是安全问题,而效率的决定因素在于线圈,线圈行业要提供性价比更高的产品,最好是可以跟我们一同进行验证。”
东莞市大忠电子有限公司研发总工文成波表示,由于智能手机目前比较注重小尺寸和轻薄,因此对芯片的空间有着严格的限制,线圈需要朝着小、薄、高频化发展,现在对线圈的要求最主要体现在电感量以及是否支持大电流。“我们现在也有跟芯片厂商进行配合,主要在探讨如何提高电源效率,对于他们要求的参数,我们的产品都能够支持。”
除此之外,为了提升无线充电效率,许多方案采用了多模设计,那么,线圈该如何配合这一发展趋势呢?
恩智浦半导体大中华区产品市场经理陈筠仪认为,多模芯片设计的难点在于,多模设备的系统要能够在200kHz(Qi)至6MHz(A4WP)的广范围内运行;多模设备的接收器需要两个不同的天线/线圈(发送器一直是单一标准),在两个频段里都要实现高功率。而作为线圈,需要配合的是,缩小线圈的尺寸以及降低线圈模组的整体价格。
除了效率和多模设计,无线充电标准的走向也将影响线圈设计要求。
磁共振与磁感应是目前比较主流的两种无线充电标准,其中Qi 采用的是“电磁感应方式”更是占据90%以上的市场份额,不过这种方式产生的缺点是,充电效率低以及充电范围有限,而磁共振技术则能比较好地解决能量传输距离、位置无需对准、传输功率高和远距离传输效率更好等问题,目前这种技术正迅速被应用到电动汽车、医疗设备甚至是军用设备等领域。连支持Qi标准的WPC(无线充电联盟)近期也宣布支持磁共振无线充电技术。这表明,磁共振技术是未来的发展方向。
PikeResearch公司最近的一份报告也显示,到2020年,全球无线充电设备的收入将超过150亿美元,基于磁共振无线输电的系统将占整个市场的80%以上。
那么,磁共振和磁感应技术两者对线圈的要求一样吗?东莞市力能电子科技有限公司副总经理高峰认为,从技术上来看,这两种充电技术的原理不一样,因此对线圈的要求肯定不一样。磁共振需要在原来磁感应的技术上去解决效率、距离问题,因此对线圈的传输能力、效率、工艺的优化等要求要比原来的高。
而格维电子(惠州)有限公司副总钟远明却认为,不管采用哪种技术,对线圈的要求都不是很高,属于中层次的。目前线圈的线材、磁材在耐温、耐压等级上都达到很高级别。无线充电技术的要求还是主要体现在高频率电源以及谐振管理技术的管控上。
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三、快充能否解决无线充电效率短板?
无线充电尽管优势明显,然而缺陷也很突出——其效率仅为线充的80%左右,这与用户对缩短手机充电时间的期望是背道而驰的,因此,有些业界人士认为,要改变这种困境应该借助日渐成势的快速充电技术。高晟腾公司的一位工程师认为,吸收现有快速充电技术的精髓,结合无线充电的特点,推出无线快速充电技术,能够在15分钟左右让手机电池充至70%的电量。
东莞首邦电子有限公司开发部经理邓壬华表示:“无线充电技术未来改进的话,效率也会很高的。比如无线快充,我觉得是有实现的可能,但目前我觉得这技术还不成熟。”
邓壬华认为,无线快充在无线的基础上实现快充,因此对电池的要求可能会更加严格,而线圈主要负责电源效率问题,在快充的环境下,可能对线材的耐温、耐压等要求会更高。但线圈技术已经能够满足无线快充需求。
高峰认为:“无线快充有一定的前景,这是现在消费类电子的发展趋势,也迎合了个性化的需求,如果把这两者结合起来,机场、酒店、咖啡厅等公共场合的使用几率会很高。”但高峰表示,目前线圈行业存在的瓶颈在于线材有针孔,这导致线圈效率降低。
这个问题也在东莞市力音电子塑胶制品厂经理李明贵口中得到印证。李明贵认为,线材上都会存在针孔,而由于线圈制作得很薄的原因,这会使针孔扩大,而且线材跟线材摩擦会发生损耗,因此导致线圈效率降低。“这是线材产业需要去克服的问题,其他磁材都可以满足充电模组的要求。”
无线快充技术描绘了一幅美好的图景,但最终能够落地还要取决于快充技术的发展。随着电子设备功能的日渐强大,以及电池技术的突破遥遥无期,快充技术被寄予厚望。由于快充技术符合用户需求,是提升用户体验的新痛点,因此逐渐成为消费电子领域新卖点。
业内比较知名的快速充电方式有高通Quick Charge 2.0和OPPO VOOC闪充,而今年快充技术又爆发之势:联发科推出PumpExpress、金立双电池快充与手机互充技术、TI推出专有MaxCharge技术的全集成5A单节锂离子 (Li-ion) 电池充电器电路、苹果正计划为旗下设备配备输出6V到20V的快速充电器。而显然,目前已推出无线充电功能的手机厂商将在无线快充方面处于领先地位,比如三星。
然而,业界对于快充技术的普及仍有疑虑。高峰的观点是,快充绝对不会成为市场主流。“我们目前也有在做快充的生意,它能够满足部分消费者的需求,但不可能成为主流。像三星、苹果都是对输出电流有限制,快充充电速度再快也不可能形成标配。”
跟高峰观点相同的还有邓壬华,他认为,快充只能满足短期消费者需求,不适合大范围进行普及。“快充对电池和手机硬件有一定的要求,甚至需要采用适配的手机机型。如果你使用快充给普通手机充电,效果并没有比普通充电器好。此外,快充还会对电池造成一定的损坏,导致出现较大的发热等现状。而我个人更看好无线充电,虽然目前效率比较低,但其技术发展很快,比较有潜力。”
四、厂商仍处观望态度
由于当前无线充电无论在技术上还是市场上还存在众多尚待解决的问题,导致未能给消费者提供更好的体验,无法在市场上大力进行推广。在采访过程中,大多厂商坦言还没有尝到无线充电所带来的甜头。杭州安索科技有限公司研究院研究员阮凯说,虽然无线充电技术近年得到产业界广泛关注,但至今仍未真正在消费电子领域普及。人们需要的是在办公、餐饮、行车等场景中,让设备在不经意间实现充电,但目前主流的无线充电方式还是一对一,加上充电距离的限制,用户的体验并不好,因此并没有获得大范围的推广。
深圳市中兴移动通信有限公司工程师黄绍龙也表示,受限于无线充电的缺点,目前中兴并没有把无线充电当成一个卖点去炒作。而东莞市广坦电子科技有限公司董事长吴念慈表示,由于缺少手机巨头真正去推进,因此无线充电产品的产量一直上不去,“目前很少有巨头真正介入,现在只有三星S6在主推。这个市场要热起来,还是得有其他手机巨头、方案厂商的配合。我们在无线充电做了5、6年了,每一年都听说有突破,虽然量上有一定的成长,但往往都是叫好不叫座,这个市场的兴起取决于充电效率以及消费者使用的态度。”
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力音电子李明贵也表示,以今年情况来看,上半年还是没有明显的变化,后半年很难判定。“无线充电我们跟进了3、4年,但一直停留在样品生产阶段,没进行大批量生产,我们在等待一个爆发点。”
虽然无线充电目前还没能真正大规模推广,不过还是有一些厂商对其潜力充满期待,“目前无线充电欠缺消费市场的一把火——需要培养用户的使用习惯。不过,随着消费者对无线充电意识的提高,产业端生态将逐渐成形,这个市场前景将会逐渐明朗,越来越多的企业,尤其是创业公司,会加入推广无线充电技术的行列。”英特尔亚太研发有限公司经理乐鹏飞表示。
长兴柏成电子有限公司工程师陈学千也透露,他们公司也有打算今年开发无线充电线圈。“之所以选择今年开发,是因为这个市场已经逐渐变暖,充电标准及价格有所下降,消费者对无线充电的认识有所提高。”陈学千表示,目前柏成已经有跟整机厂商谈合作事宜,“我们本次开发的线圈主要采用自主研发的材料制作而成,很有市场竞争力。但具体是哪种材料,目前还不方便透露。”
东莞市大忠电子有限公司研发部总工文成波也透露,目前大忠电子正在配合芯片厂商研发无线充电线圈,“主要是适合Qi充电器,因为Qi使用者比较多,今年或明年研发会更加成熟。”文成波表示,国外无线充电配套产品做得比较成熟,大忠电子现在在“积极取经”。
前景很美好 路在脚下
尽管普及之路漫长曲折,但无线充电最终成为手机标配几成定局。一方面它可以解放线缆对终端的最后一道束缚,让移动生活更加自由。另一方面,只要在标准上达成一致,便可以从根本上解决各种充电器的标准之争和资源浪费问题。而要对无线充电进行普及,不仅仅依靠手机厂商、芯片厂商抑或器件厂商单方面的推广,更需要的是整个产业链的联合力拱,在技术、新品上不断创新,真正地为消费者创造更多的体验,在满足消费者对产品功能需求的基础上实现企业的盈利。
不过,无线充电的未来不止停留在消费类电子上,汽车、家电、路灯、飞行器等都需要随时随地获取电能量的补充,永不断电——那才是一个美丽自由的新世界。
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