無線充電的發(fā)展歷程

無線充電是采用非物理接觸方式來實(shí)現(xiàn)電能傳輸?shù)募夹g(shù)，最早可追溯到1890年，特斯拉是做無線充電實(shí)驗(yàn)的第一人，不過當(dāng)時(shí)并未成功轉(zhuǎn)向商用。cYzesmc

直到2007年，美國(guó)麻省理工學(xué)院研究小組把“共振”運(yùn)用到電磁波傳輸上，利用銅制線圈作為電磁共振器，成功為兩米外的60W燈泡實(shí)現(xiàn)供電，從此拉開了無線充電的序幕。cYzesmc

2009年，全球首款無線充電手機(jī)正式商用；2011年，脫離5V1A有線慢充的無線充電手機(jī)陸續(xù)出現(xiàn)。隨后每年都有新技術(shù)刷新無線充電體驗(yàn)。截至目前，無線充電已在手機(jī)中普及。cYzesmc

最常見的三種無線充電技術(shù)為電磁感應(yīng)、電磁共振和無線電波（射頻RF）。這三大技術(shù)分屬于“兩大標(biāo)準(zhǔn)”，即無線充電聯(lián)盟（WPC，成立于2008年）推出的Qi標(biāo)準(zhǔn)和AirFuel無線充電聯(lián)盟（由A4WP與PMA兩大聯(lián)盟于2015年合并）推出的AirFuel標(biāo)準(zhǔn)。與Qi標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的是電磁感應(yīng)技術(shù)，與AirFuel標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的是電磁共振和射頻充電（RF）技術(shù)。我們分別來看：cYzesmc

首先是電磁感應(yīng)技術(shù)，主要通過電磁線圈進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換和傳遞。該技術(shù)目前已十分普及，蘋果、三星、華為、小米、OV等旗艦機(jī)都采用此技術(shù)，50W無線快充已在4000元級(jí)別的手機(jī)中出現(xiàn)。cYzesmc

電磁感應(yīng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是效率高（達(dá)80%），不足是充電距離短，手機(jī)需緊貼充電底座才能完成充電。cYzesmc

其次是電磁共振技術(shù)，原理是通過磁場(chǎng)共振實(shí)現(xiàn)電磁能量的交換，充電距離可達(dá)10厘米以上，支持“一對(duì)多”充電，但相比電磁感應(yīng)技術(shù)，其充電效率通常不足70%。cYzesmc

最后是目前炙手可熱的“隔空充電”——射頻（RF）無線充電技術(shù)，是以空間電場(chǎng)作為能量傳輸媒介實(shí)現(xiàn)電能傳遞的技術(shù)。它將發(fā)射能量通過天線陣列聚攏起來定向發(fā)射，在接收端也有一個(gè)天線陣列將空間電磁波轉(zhuǎn)換為電路板上可用的電磁波。cYzesmc

射頻無線充電的優(yōu)點(diǎn)是充電距離遠(yuǎn)，充電方式靈活且可“一對(duì)多”充電，不足是充電功率只有5W，且轉(zhuǎn)換效率低。cYzesmc

電磁感應(yīng)無線充電手機(jī)內(nèi)置的是線圈，而“隔空充電”在實(shí)現(xiàn)能量傳輸之前需要在發(fā)射端和接收端之間進(jìn)行空間定位，因此需要內(nèi)建“信標(biāo)天線”和“接收天線陣列”，定好位之后由發(fā)射基站將射頻信號(hào)定向發(fā)射到接收設(shè)備上，接收設(shè)備還需要驗(yàn)證對(duì)應(yīng)的充電協(xié)議，再將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存到手機(jī)上。cYzesmc

以小米11的隔空充電技術(shù)為例，在發(fā)射端，小米隔空充電樁內(nèi)置5個(gè)相位干涉天線，以對(duì)手機(jī)進(jìn)行毫秒級(jí)空間定位，能量的傳輸則通過144個(gè)天線構(gòu)成的相位控制陣列，通過波束成形技術(shù)將毫米波定向發(fā)射給手機(jī)。cYzesmc

在接收（手機(jī)）端，小米小型化天線陣列，內(nèi)建信標(biāo)天線（定位）和14根天線組成的接收天線整列（接收毫米波信號(hào)），通過整流電路轉(zhuǎn)化為電能。目前小米隔空充電技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了數(shù)米半徑內(nèi)功率為5W的遠(yuǎn)距離傳輸，支持一對(duì)多同時(shí)充電（皆為5W），且可以繞開障礙物充電。值得一提的是，可繞開障礙物充電，是小米與同時(shí)間發(fā)布“隔空充電”技術(shù)的摩托羅拉最大的區(qū)別。cYzesmc

射頻無線充電的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

同目前最受追捧的電磁感應(yīng)無線充電技術(shù)相比，射頻無線充電優(yōu)勢(shì)何在？cYzesmc

首先，充電方便快捷。無線射頻充電也包括發(fā)射器和接收器，發(fā)射器用來發(fā)射射頻能量，接收器則內(nèi)嵌于充電設(shè)備內(nèi)部。目前普遍商用的電磁感應(yīng)充電，必須由線圈組來產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)，而射頻無線充電只需要天線就能實(shí)現(xiàn)電量接收。cYzesmc

其次，采用射頻技術(shù)可以給非常小的設(shè)備充電（如助聽器），這是電磁感應(yīng)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)電磁感應(yīng)充電的線圈對(duì)于助聽器這類產(chǎn)品來說體積就嚴(yán)重超標(biāo)，而無線射頻充電技術(shù)的接收/發(fā)射器尺寸都可以做到很小，且支持“一對(duì)多”充電。cYzesmc

最后，與電磁感應(yīng)技術(shù)相比，采用射頻技術(shù)充電的自由空間更大，用電磁感應(yīng)技術(shù)給手機(jī)充電，需要在充電器上緊貼放置手機(jī)，而采用最新的射頻技術(shù)充電，手機(jī)、可穿戴設(shè)備可任意擺放在充電區(qū)域內(nèi)充電。cYzesmc

業(yè)界人士都知道，射頻無線充電技術(shù)的介質(zhì)很多，如毫米波、厘米波、紅外線、Wi-Fi、藍(lán)牙等，射頻技術(shù)也被稱為下一代無線充電的核心技術(shù)。cYzesmc

據(jù)《國(guó)際電子商情》了解，目前使用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線充電的代表企業(yè)是Wi-Charge，代表產(chǎn)品是OPPO的FreeVOOC，Wi-Charge因出現(xiàn)時(shí)間較早，充電功率有限且紅外線不能克服物體遮擋的缺陷，至今沒有實(shí)現(xiàn)普及商用。除此，可用于實(shí)現(xiàn)射頻無線充電的是厘米波和毫米波。cYzesmc

使用厘米波進(jìn)行無線充電的代表企業(yè)是Ossia，而使用毫米波實(shí)現(xiàn)無線充電的代表企業(yè)是GuRu Wireless和小米。GuRu Wireless的發(fā)射端使用了RF Lensing（無線電頻率透鏡）技術(shù)，它能將無線電集中成一束，通過空氣發(fā)送到安裝了RU的設(shè)備（接收端），就好比隨處可見的太陽(yáng)能電板設(shè)備。 GuRu不足之處在于，使用范圍較小且接收端需要加裝RU，如此便導(dǎo)致接收端體積很大。相比之下，小米通過5個(gè)相位天線確定手機(jī)空間位置配合144個(gè)毫米波天線傳輸能量的方式，雖然發(fā)射端體積更大，但幾乎規(guī)避了遮擋問題和接收端體積過大的問題，完美體現(xiàn)了“大發(fā)射端、小接收端”方案的優(yōu)勢(shì)。該趨勢(shì)很有可能成為未來射頻無線充電最受追捧的模式。cYzesmc

射頻無線充電產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂?/h2>

從目前無線充電應(yīng)用來看，智能手機(jī)具有絕對(duì)的引領(lǐng)普及商用的作用，以蘋果、三星、小米、OPPO、vivo、華為、榮耀等為代表的公司都在不遺余力地推動(dòng)無線充電技術(shù)革新。cYzesmc

在有線快充方面，上述幾家國(guó)產(chǎn)手機(jī)廠商表現(xiàn)都相當(dāng)出色，目前小米、vivo已經(jīng)量產(chǎn)了120W快充方案，OPPO的65W快充成為了中高端機(jī)型標(biāo)配，華為和榮耀也將66W快充帶到了旗艦產(chǎn)品上。相信在這些手機(jī)廠商的帶領(lǐng)下，無線充電甚至無線快充能快速普及到諸多領(lǐng)域。cYzesmc

縱觀以電磁感應(yīng)、電磁共振為代表的無線充電模組產(chǎn)業(yè)鏈，從上游到下游，依次為：·上游：方案設(shè)計(jì)、電源芯片、磁性材料、線圈廠商。代表企業(yè)有IDT、TDK、信維通信、順絡(luò)電子、立訊精密等。·中游：模組制造廠商，包括立訊精密、信維通信、合力泰、碩貝德等。其中，合力泰主要做發(fā)射端，其余幾家公司接收/發(fā)射端均有涉及。·下游：無線充電器品牌廠商，包括小米、華為、Belkin、mophie等。cYzesmc

從成本構(gòu)成上來看，方案設(shè)計(jì)占產(chǎn)業(yè)鏈的成本最高，達(dá)到30%，其次是電源芯片（28%）、磁性材料（21%）、線圈（14%）、模組制造（7%）。其中，方案設(shè)計(jì)的優(yōu)劣會(huì)直接影響充電效率，目前主要被蘋果、IDT、TI等國(guó)際大廠壟斷，國(guó)內(nèi)廠商代表是易沖無線。cYzesmc

電源芯片直接決定了充電方案和充電功率，對(duì)接收端的要求更高，對(duì)集成度、功率、充電效率均有較高要求，目前主要被IDT、TI、高通等國(guó)外廠商壟斷，且均以接收端為主。cYzesmc

國(guó)內(nèi)廠商勁芯微、易沖無線等均有布局電源芯片，不過以發(fā)射端為主。相對(duì)而言，磁性材料、線圈、模組制造的技術(shù)門檻較低，國(guó)內(nèi)公司參與較多，磁性材料的產(chǎn)能主要集中在日本和中國(guó)，代表公司為日立金屬、橫店?yáng)|磁、天通股份、安泰科技、信維通信、合力泰等。cYzesmc

充電線圈和模組主要考量精密加工水平和上下游的協(xié)作能力，國(guó)外代表公司有TDK、村田等，國(guó)內(nèi)公司有立訊精密、信維通信、碩貝德、順絡(luò)等。整體而言，國(guó)內(nèi)廠商寄希望于在磁性材料、線圈、天線、模組領(lǐng)域大展拳腳，通過多配套布局綁定客戶以實(shí)現(xiàn)成本優(yōu)勢(shì)。cYzesmc

那么，射頻無線充電的產(chǎn)業(yè)鏈情況如何？目前射頻無線充電技術(shù)仍停留在概念階段，產(chǎn)業(yè)鏈還很不成熟，其中芯片和方案多掌握在美國(guó)廠商手中，如Ossia、Energous、GuRu等都是知名的射頻無線充電芯片公司。cYzesmc

Ossia成立于2008年，在2017年推出了Cota基站無線充電系統(tǒng)，采用厘米波技術(shù)，工作頻率為2.4GHz，充電功率1W左右，產(chǎn)品形態(tài)呈桶狀，充電距離為3米。Cota可以給9米范圍內(nèi)32臺(tái)設(shè)備同時(shí)充電，充電時(shí)需要跟手機(jī)實(shí)現(xiàn)配對(duì)和確認(rèn)位置，建立傳輸路徑，然后再進(jìn)行能量傳輸。cYzesmc

Energous成立于2010年，其Wattup無線充電技術(shù)可在大約4.6米的范圍內(nèi)給多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行隔空充電。根據(jù)Energous對(duì)外的公演顯示，其無線充電技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域包括智能手機(jī)、平板電腦、藍(lán)牙耳機(jī)、智能手表、安全攝像頭、電子牙刷、助聽器、無人機(jī)等多個(gè)設(shè)備。cYzesmc

2019年8月，采用WattUp無線充電技術(shù)的助聽器就已上市，2017年Energous和蘋果芯片供應(yīng)商Dialog達(dá)成合作，共同開發(fā)超遠(yuǎn)距離無線充電技術(shù)，2019年他們還與vivo達(dá)成合作，計(jì)劃就無線充電技術(shù)展開合作。cYzesmc

GuRu的無線電頻率透鏡技術(shù)（RF Lensing）原理是將無線電（毫米波）集中成一束，通過空氣發(fā)送到安裝了接收單元的手機(jī)設(shè)備中。GuRu推出的酷似“臺(tái)燈”的隔空充電設(shè)備，將手機(jī)放在燈下就可實(shí)現(xiàn)充電。不過GuRu的無線充電臺(tái)燈無法穿越障礙物為設(shè)備充電。cYzesmc

盡管目前射頻無線充電才剛起步，產(chǎn)業(yè)鏈尚不成熟，但是很多環(huán)節(jié)可跟電磁感應(yīng)無線充電產(chǎn)業(yè)鏈完美重合，比如信維通信、立訊精密、合力泰、碩貝德等射頻天線、模組廠商等都將大大受益。cYzesmc

從工作原理看，射頻無線充電主要依靠天線陣列進(jìn)行毫米波信號(hào)發(fā)射/接收以及對(duì)充電設(shè)備進(jìn)行定位來實(shí)現(xiàn)充電，而且5G時(shí)代天線的用量會(huì)數(shù)倍增。如果射頻無線充電普及，這些傳統(tǒng)天線廠商將有非常大的成長(zhǎng)空間。cYzesmc

射頻無線充電的前景與挑戰(zhàn)

無線充電市場(chǎng)有著巨大的成長(zhǎng)空間。根據(jù)智研咨詢數(shù)據(jù)，2019年無線充電市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到86億美元，2024年市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到150億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)12%。從細(xì)分領(lǐng)域市占率看，消費(fèi)電子及汽車占比較高，分別達(dá)到36%、29%，工業(yè)、航空軍工（如無人機(jī)無線充電）、醫(yī)療（植入式醫(yī)療器械）分別占17%、10%、8%。cYzesmc

cYzesmc

圖1：制表:國(guó)際電子商情 數(shù)據(jù)來源：智研咨詢&長(zhǎng)江證券研究所cYzesmc

另根據(jù)Strategy Analytics數(shù)據(jù)，2019年全球無線充電在手機(jī)中的滲透率為20%左右，2016年-2019年滲透率年復(fù)合增速達(dá)到58.74%。以2019年全球手機(jī)出貨量為15億部計(jì)算，2019年無線充電手機(jī)的出貨量為3億部。另有數(shù)據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)這一數(shù)字將在2024年達(dá)到14億部。cYzesmc

若分別從發(fā)射端和接收端出貨量統(tǒng)計(jì)，根據(jù)Strategy Analytics的估算，2019年全球經(jīng)過Qi認(rèn)證的無線充電發(fā)射端設(shè)備共1.27億臺(tái)，同比增長(zhǎng)57%；接收端的出貨量為3.38億臺(tái)，同比增長(zhǎng)18.6%。cYzesmc

cYzesmc

圖2：國(guó)際電子商情 數(shù)據(jù)來源：智研咨詢&長(zhǎng)江證券研究所cYzesmc

由圖2可見，無線充電市場(chǎng)前景可觀。不過值得注意的是，射頻無線充電目前仍處于概念階段，還不具備規(guī)模實(shí)用價(jià)值。cYzesmc

眾所周知，射頻無線充電真正的難點(diǎn)在于充電功率和轉(zhuǎn)換效率低，電磁感應(yīng)技術(shù)的充電功率高達(dá)80W，轉(zhuǎn)換率達(dá)到80%，電磁共振轉(zhuǎn)換率也可達(dá)到70%，而射頻無線充電的功率只有5W，轉(zhuǎn)換率預(yù)計(jì)在38%左右。cYzesmc

因充電功率和轉(zhuǎn)換率的限制，短期內(nèi)射頻無線充電的應(yīng)用仍將局限于手機(jī)、平板、可穿戴等小功率設(shè)備，對(duì)大功率設(shè)備供電還有一段的路要走。cYzesmc

不過，《國(guó)際電子商情》認(rèn)為該瓶頸有很大的突破空間。回顧電磁感應(yīng)無線充電功率的進(jìn)化史可發(fā)現(xiàn)，2007年其手機(jī)無線充電功率僅為7.5W，三年后則快速升至80W。目前華為、OPPO、小米量產(chǎn)的無線充電功率普遍能做到40W-50W。相信隨著技術(shù)的進(jìn)步，射頻無線充電的功率和轉(zhuǎn)換率都將得到提升。cYzesmc

除此，發(fā)射端設(shè)備體積大、工藝復(fù)雜、射頻材料昂貴、需要對(duì)充電設(shè)備實(shí)時(shí)定位、輻射等問題，都是射頻無線充電的短板。如何兼顧發(fā)射功率/頻率同時(shí)將成本降到合理的范圍，是目前產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)需要緊迫攻克的難題。cYzesmc

此外，欠缺法律法規(guī)也是射頻無線充電的短板，全球射頻無線充電領(lǐng)航企業(yè)Ossia和Energous并未能在美國(guó)本土獲得FCC頻段使用技術(shù)認(rèn)證就是最好的例證。長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，“隔空充電”技術(shù)要想廣泛普及商用，還需要突破技術(shù)、安全、法規(guī)、成本等一系列瓶頸。如果要出一個(gè)時(shí)間，初步預(yù)計(jì)是5-6年。 cYzesmc

本文為《國(guó)際電子商情》2021年4月刊雜志文章，版權(quán)所有，禁止轉(zhuǎn)載。免費(fèi)雜志訂閱申請(qǐng)點(diǎn)擊 這里cYzesmc