【導讀】無線充電技術在消費電子市場的應用由來已久，伴隨著行業(yè)龍頭蘋果、三星等龍頭廠商主力推進無線充電應用，智能手機無線充電有望全面鋪開。未來， 新能源車的發(fā)展推動車廠無線充電研發(fā)的熱情，國際標準組織也進入最后標準測試階段，無線充電在汽車端的應用有望加速落地。
在小米9旗艦手機發(fā)布會上，小米還發(fā)布了20W無線充電器、20W小米無線車載充電器和小米無線充電寶。
“無線充電慢是去年的體驗了，是過去式了，”雷軍說，去年，無線閃充行業(yè)競爭激烈，競爭的結果是使用效果越來越好。蘋果推出了7.5W的無線充電器，充滿手機時間是4小時17分鐘，小米隨后就推出了10W無線充電器，用時2小時26分鐘，隨后華為推出了15W無線充電器，用時2小時4分鐘。“今天，小米推出的20W無線充電器只需要一個班小時，就能把手機充滿。”
手機即將進入無線快充時代，會迅速普及。
無線充電技術在消費電子市場的應用由來已久，伴隨著行業(yè)龍頭蘋果、三星等龍頭廠商主力推進無線充電應用，智能手機無線充電有望全面鋪開。未來， 新能源車的發(fā)展推動車廠無線充電研發(fā)的熱情，國際標準組織也進入最后標準測試階段，無線充電在汽車端的應用有望加速落地。
此外，無線充電的使用場景不僅僅局限在手機、可穿戴、平板、筆記本電腦等中低功率領域應用，在物聯(lián)網(wǎng)浪潮的大背景下，無線充電各類公共應用場景不斷出現(xiàn)，無線充電相關產(chǎn)品具有廣闊的市場空間。
無線充電的技術路線
無線充電技術（Wireless charging technology）源于無線電力輸送技術，是指裝置不需要借助于電導線，利用電磁波感應原理、電磁波共振原理或者其它將磁場作為傳送功率橋梁的技術，在發(fā)送端和接收端用相應的設備來發(fā)送和接收產(chǎn)生交流信號來進行充電的一項技術。
由于充電器與用電裝置之間以磁場傳送能量，兩者之間不用電線連接，因此充電器及用電的裝置都可以做到無導電接點外露。 現(xiàn)階段無線充電技術以電磁感應方式和電磁共振方式為主。 電磁感應技術相對容易實現(xiàn)，同時充電效率較高，在無線充電推廣初期是主要應用方式，商業(yè)化應用已經(jīng)非常成熟，目前手機中采用的無線充電技術也主要是電磁感應技術。
1、電磁感應方式
電磁感應技術通過導體切割磁場會產(chǎn)生電動勢，有兩個線圈組成，在初級線圈上接入交流電時產(chǎn)生磁場，次級線圈由于有交變磁場的存在而感應出交變的電流。 由電—磁—電轉化，以此構建一套無線電能傳輸系統(tǒng)。 電磁感應方式的磁場隨著距離的增加快速減弱，一般只能在數(shù)毫米至 10 厘米的范圍內(nèi)工作， 因此傳輸距離短、使用位置相對固定， 但是能量效率較高、技術簡單， 是目前主要商業(yè)化應用的方式。
最早利用這一原理的無線充電產(chǎn)品是電動牙刷。 電動牙刷由于經(jīng)常接觸到水，所以采用無接點充電方式，可使得充電接觸點不暴露在外，增強了產(chǎn)品的防水性，也可以整體水洗。 以電動牙刷為例， 在充電插座和牙刷中各有一個線圈，當牙刷放在充電座上時就有磁耦合作用，利用電磁感應的原理來傳送電力，感應電壓經(jīng)過整流后就可對牙刷內(nèi)部的充電電池充電。
2、電磁共振方式
電磁共振方式是發(fā)射端和接收端達到相同的頻率，達到磁場共振，滿足能量交換，以此來給設備充電。電磁共振方式相比電磁感應方式最大的優(yōu)勢在于在距離具有更高寬容度，可以支持數(shù)厘米至數(shù)米的無線充電；并且電磁共振方式還可以同時對多個設備進行充電，并且對設備的位置并沒有嚴格的限制，使用靈活度在各項技術中居于榜首，未來無線充電的重點發(fā)展方向。 該技術的主要缺陷在于在傳輸效率較低。
3、電磁耦合方式
相對于傳統(tǒng)的電磁感應式，電場耦合方式有三大優(yōu)點：充電時設備的位置具備一定的自由度；電極可以做得很薄、更易于嵌入；電極的溫度不會顯著上升，對嵌入也相當有利。
電場耦合方式具有體積小、發(fā)熱低和高效率的優(yōu)勢，缺點在于開發(fā)和支持者較少，不利于普及。
4、微波諧振方式
英特爾公司是微波諧振方式的擁護者，這項技術采用微波作為能量的傳遞信號，接收方接受到能量波以后，再經(jīng)過共振電路和整流電路將其還原為設備可用的直流電。
這種方式就相當于我們常用的Wi-Fi無線網(wǎng)絡，發(fā)收雙方都各自擁有一個專門的天線，所不同的是，這一次傳遞的不是信號而是電能量。
微波的頻率在300MHz～300GHz之間，波長則在毫米-分米-米級別，微波傳輸能量的能力非常強大，我們家庭中的微波爐即是用到它的熱效應，而英特爾的微波無線充電技術，則是將微波能量轉換回電信號。
微波諧振方式的缺點相當明顯，就是能量是四面八方發(fā)散的，導致其能量利用效率低得出奇。而它的優(yōu)點，則是位置高度靈活，只要將設備放在充電設備附近即可，對位置的要求很低，是最符合自然的一種充電方式。無線微波方式雖然能效很低，但使用最為方便。
未來的無線充電將是高自由度的、高效率的、高兼容性的： 1 支持在任一平面任意位置上的自由充電； 2 還采用新的架構使得單一線圈情況下充電面積增加，提高充電效率； 3 發(fā)射端可以為多個接收端充電； 4 可以支持設備間的互相充電。
目前電磁感應式無線充電的方案最為成熟， 商業(yè)也最為廣泛。但是這種充電技術充電過程中手機需要限定在一定的位置上，仍然沒有帶來任何靈活性。 由于其成熟度和相對較高的效率， 是目前技術條件下商業(yè)化應用的最優(yōu)選擇。蘋果等手機制造商正在努力提高這項技術的充電效率，然后再過渡到下一階段的無線充電技術——電磁諧振無線充電。
在電磁諧振充電方式中，發(fā)射線圈和接收線圈可以弱耦合，但工作頻率相近， 這使得設備可以在距充電區(qū)域稍大的距離處使用，因此提高了充電位置的自由度。這種新型充電技術符合未來無線充電升級方向，但是電磁諧振充電仍然還不夠成熟，并且效率較低， 市場應用尚需要時間。
無線充電技術標準
目前主流的無線充電標準有三種：Power Matters Alliance（PMA）標準、Qi標準、Alliance for Wireless Power（A4WP）標準。
Power Matters Alliance標準
Power Matters Alliance標準是由Duracell Powermat公司發(fā)起的，而該公司則是由寶潔與無線充電技術公司Powermat合資經(jīng)營，擁有比較出色的綜合實力。除此以外，Powermat還是Alliance for Wireless Power（A4WP）標準的支持成員之一。
目前已經(jīng)有AT&T、Google和星巴克三家公司加盟了PMA聯(lián)盟（Power Matters Alliance縮寫）。PMA聯(lián)盟致力于為符合IEEE協(xié)會標準的手機和電子設備，打造無線供電標準，在無線充電領域中具有領導地位。
目前Duracell Powermat公司推出過一款WiCC充電卡采用的就是Power Matters Alliance標準。WiCC比SD卡大一圈，內(nèi)部嵌入了用于電磁感應式非接觸充電的線圈和電極等組件，卡片的厚度較薄，插入現(xiàn)有智能手機電池旁邊即可利用，利用該卡片可使很多便攜終端輕松支持非接觸充電。
Qi標準
Qi是全球首個推動無線充電技術的標準化組織——無線充電聯(lián)盟（Wireless Power Consortium，簡稱WPC）推出的“無線充電”標準，具備便捷性和通用性兩大特征。
首先，不同品牌的產(chǎn)品，只要有一個Qi的標識，都可以用Qi無線充電器充電。其次，它攻克了無線充電“通用性”的技術瓶頸，在不久的將來，手機、相機、電腦等產(chǎn)品都可以用Qi無線充電器充電，為無線充電的大規(guī)模應用提供可能。
Qi采用了目前最為主流的電磁感應技術。目前Qi在中國的應用產(chǎn)品主要是手機，這是第一個階段，以后將發(fā)展運用到不同類別或更高功率的數(shù)碼產(chǎn)品中。截至目前，聯(lián)盟成員數(shù)量已增加到74家，包括飛利浦、HTC、諾基亞、三星、索尼愛立信、百思買等知名企業(yè)都已是聯(lián)盟的成員。
A4WP標準
A4WP是Alliance for Wireless Power標準的簡稱，由美國高通公司、韓國三星公司以及前面提到的Powermat公司共同創(chuàng)建的無線充電聯(lián)盟創(chuàng)建。
該聯(lián)盟還包括Ever Win Industries、Gill Industries、Peiker Acustic和SK Telecom等成員，目標是為包括便攜式電子產(chǎn)品和電動汽車等在內(nèi)的電子產(chǎn)品無線充電設備設立技術標準和行業(yè)對話機制。
該無線充電聯(lián)盟將重點引入“電磁諧振無線充電”技術，與Qi的“電磁感應技術”有所區(qū)別，這兩種技術各有千秋。
前者傳輸效率可能較低，但可以實現(xiàn)稍遠距離的無線充電。后者需要近距離接觸，例如將手機放在一個底座上，不用接線就可以通過感應充電，但這樣充電效率較高。
A4WP標準組成聯(lián)盟希望讓無線充電迅速普及，讓用戶在任何地方都可進行無線充電。或者說，A4WP想要讓無線充電便宜一些，并且在不增加手機、平板或者筆記本電腦體積的情況下增加充電接口，這意味著將有越來越多的制造商默認選擇無線充電器。
Alliance for Wireless Power（A4WP）和Power Matters Alliance（PMA）兩大無線充電技術聯(lián)盟現(xiàn)已合并。合并后的聯(lián)盟更名為AirFuel Alliance（AFA）。新名稱標志著兩大集團將努力攜手共進，盡快將智能手機和平板電腦的無線充電解決方案標準進行統(tǒng)一，共同與Wireless Power Consortium (WPC)的Qi無線充電標準相競爭。
無線充電產(chǎn)業(yè)鏈格局
無線充電產(chǎn)品分為發(fā)射端模組和接收端模組兩部分。 發(fā)射端 Tx 對應的產(chǎn)品就是無線充電的充電器，接收端 Rx 對應的產(chǎn)品技術帶無線充電功能的產(chǎn)品如智能手機、智能手表等。 感應充電和電磁諧振兩這種無線充電技術雖然物理機制不同，但技術內(nèi)容和價值鏈非常相似，都由逆變器、整流器、驅(qū)動器、降壓轉換器和線圈組成， 大多數(shù)業(yè)內(nèi)廠商都在同時開發(fā)這兩種技術的產(chǎn)品。
無線充電從產(chǎn)業(yè)鏈角度主要劃分為五個環(huán)節(jié)：方案設計、電源芯片、磁性材料、傳輸線圈以及模組制造。方案設計和電源芯片環(huán)節(jié)技術壁壘高、利潤高，基本被國外企業(yè)壟斷。磁性材料和傳輸線圈環(huán)節(jié)技術壁壘相對較低， 中外廠商都參與其中。模組制造環(huán)節(jié)技術壁壘和利潤最低，主要參與者為國內(nèi)廠商。
1、方案設計
方案設計環(huán)節(jié)通常由終端廠商提需求，方案廠做設計，難度和附加值最高。目前以蘋果、高通、特斯拉等國外廠商為主，國內(nèi)中興通信、信維通信、萬安科技等具有竟爭力。國外高通 Halo 無線充電技術和特斯拉免插充電系統(tǒng)應用于汽車，蘋果在智能手表和智能手機上分別采用 MagSafe 磁吸方式和 Qi 無線充電。國內(nèi)中興通訊布局汽車無線充電，信維通信給三星NFC 無線充電設備供貨，萬安科技投資了無線充電企業(yè) Evatran。
2、電源芯片：
電源芯片主要包括發(fā)射端 Tx 和接收端 Rx， Tx 按照特定頻段的無線電信號（Qi、PMA、 A4WP 規(guī)定了不同的頻段）輸入電源， Rx 將無線信號轉化成電能完成充電。近年來 Tx芯片和 Rx 芯片正不斷向高集成度、高充電效率、低功耗發(fā)展，主要是高通、博通、 TI、 IDT、NXP、 MTK 等芯片巨頭參與其中。 充電頭網(wǎng)拆解了 2018 年市場上熱門的無線充電發(fā)射端，各無線充電發(fā)射端主控芯片的匯總示例如下。可以看到 IDT 在無線充電芯片上處于領先位置，產(chǎn)品廣泛應用于三星、華為、小米、索尼等主流智能手機品牌上。
3、磁性材料：
磁性材料的作用主要有兩個： 1）隔磁屏蔽：為磁通量提供一條低阻抗通路，降低向外散發(fā)的磁力線，減少對周圍金屬物體的影響，防止產(chǎn)生渦流和信號干擾； 2）導磁降阻：提高耦合系數(shù)，提升磁電轉換效率，使用更少的匝數(shù)來實現(xiàn)更高電感的線圈，降低線圈電阻，減少發(fā)熱帶來的效率降低（匝數(shù)越多，電阻越高）。
目前主流用的磁性材料有鐵氧體、納米晶等。2012 年諾基亞推出無線充電手機 Lumia 920，所用的磁性材料是硬質(zhì)鐵氧體； 2013 年一款銷往海外的手機 HiKe 868 設計了無線充電和 NFC的集成，配備的磁性材料是 WPC-鐵氧體（剛性）、 NFC-鐵氧體（柔性）； 2015 年手機無線充電發(fā)生了里程碑式的變化，三星推出首款無線充電旗艦手機 Galaxy S6，不僅兼容兩種無線充電的標準， WPC 和 PMA，還配置了兩種支付標準 NFC 和 MST，匹配用的軟磁屏蔽材料除了鐵氧體外，首次使用了非晶導磁片，使得手機不僅做的輕薄精美，還大幅提升了無線充電效率； 到 2016年三星又做了改進，把磁性材料全部換成了更加先進的納米晶導磁片，引領無線充電技術的變革，始終處于領先地位。從這幾年的發(fā)展歷程看磁性材料逐漸從鐵氧體逐漸過渡到納米晶。
在磁性材料領域，國內(nèi)外企業(yè)在這一領域均占據(jù)一定市場份額，國內(nèi)有包括合力泰（藍沛）、安潔科技、天通股份、安泰科技、橫店東磁、信維通信等。國外參與方則有 TDK、村田、太陽誘電等。
4、傳輸線圈：
傳輸線圈具有高客戶定制化特征，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游緊密配合。因此該領域的主要進入壁壘在于廠商的精密加工水平以及與上下游的銜接能力。傳輸線圈需要內(nèi)置在終端中，對低損耗和輕薄化有較高的要求，隨著 iPhone 從 FPC 轉換成密繞線圈，預計線圈方案將成主流。
傳輸線圈的制造廠商有 TDK、 murata 和松下等，國內(nèi)廠商有立訊精密、東尼電子、信維通信、碩貝德和順絡電子等。
5、模組制造：
模組的封裝制造環(huán)節(jié)技術要求相對低，主要要求輕薄化和小型化，與其他電子零部件制造工藝相差不大，價值鏈位置較低，主要由國內(nèi)零組件廠商立訊精密、安潔科技等參與。
產(chǎn)業(yè)鏈廠商中， 立訊精密 2014 年導入蘋果 Watch 無線充電，綜合實力較強， 蘋果 2019 年將發(fā)布無線充電板 Airpower，公司受益無線充電新品上量和相關主題提振；安潔科技供應充電模塊中的材料部分，未來公司將整合自身在模切、模組方面的能力， 在無線充電領域做大做強。
2019 年將會是無線充電技術的應用正式啟動的一年。
短期市場的機會主要來源于移動終端的滲透率提升，可以看到的是在蘋果、華為、三星的帶動下，智能手機市場在旗艦機型中無線充電功能有望成為標配，蘋果的 AirPower 的上市有望成為市場關注提升的催化因素。
中期市場的機會主要來源于新能源汽車的應用拓展，續(xù)航里程和充電體驗的提升在新能源汽車市場拓展的過程中有著重要的影響作用，目前寶馬已經(jīng)有無線充電的汽車及充電器推出，未來預計到 2020 年前后將會有更多的廠商跟進。
無線充電的長期應用前景來源于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的滲透，我們預計在未來的 3~5 年，隨著 5G 和人工智能等成熟度持續(xù)提升，物聯(lián)網(wǎng)相關的包括智能家居、智能汽車、可穿戴設備、智慧城市等市場中電子產(chǎn)品的應用將會日趨增加，由此對于續(xù)航和無尾化電源供應的要求也將會是的無線充電產(chǎn)業(yè)帶來長期的發(fā)展驅(qū)動力。
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