无线充电技术：机遇与挑战

2017年9月，苹果公司发布了iPhone8、iPhone8 Plus、iPhoneX后，引起全球关注。其中苹果手机的iPhone8/x全系无线充电吸引了全世界的目光。无线充电技术具有方便、安全、空间利用率高等特点，能够解决智能手机续航时间短甚至电动汽车充电桩短缺的问题，因此是未来充电技术升级的必然方向。随着苹果的智能手机加入无线充电阵营，将快速拉动整个消费电子无线充电产业的发展，未来将会有越来越多的基础设施开始支持无线充电。无线充电发展动力也将从产业的推动变为消费者拉动，將更好地催生出更多适应市场需求的无线充电技术产品。苹果新产品发布，支持无线充电功能

每年9月份的科技圈从来不缺重磅产品，按照往常惯例，苹果这次带来了全新的iPhone手机。2017年是iPhone诞生十周年，苹果自然要放一些大招来抓住眼球。2017年9月13日，苹果公司在“太空飞船”总部Apple Park旁边的乔布斯剧院发布iPhone8、iPhone8 Plus、iPhoneX、AppleWatch3、AppleTV4K版等一系列产品。

此次iphone8、iPhone8 Plus、iPhoneX的发布给我们带来了许多惊喜，比如iphone8在许多方面都进行了创新。例如HOME键消失、无边框屏幕、人脸识别技术的应用、无线充电功能等。

手机充电近年来一直在革新，充电效率也是越来越高，现在许多手机都带有闪充功能，iPhone8采用的无线充电还是相当方便的。苹果给iPhoneX、Apple watch、AirPod创造了一个共用的充电基座。苹果称之为Airpower。据悉，iPhoneX、iPhone8/8P的无线充电功能支持的是无线充电联盟（wireless Power Consortium）的Qi标准。在发布会上苹果还展示了一个名为AirPower的无线充电板，不过这块充电板要等到明年才会发布，并且售价不菲。

说了很多年的iPhone无线充电，现在终于实现了。业内专家表示，当iPhone采用了无线充电技术之后，无线充电技术改变世界就只是时间问题。

目前已有的无线充电技术包括电磁感应式、磁共振式、无线电波式、超声波式、红外激光式和电场耦合式。无线充电技术应用最广泛的是电磁感应式，具有转换效率高、短距离充电等优势。这种方式主要利用电磁波感应原理进行充电，原理类似于变压器。在发送和接收端各有一个线圈，发送端线圈连接有线电源产生电磁信号，接收端线圈感应发送端的电磁信号从而产生电流给电池充电。简单来说就是在发射器将电流转化为电磁，手机通过内置芯片接收器将电磁转化为电流为手机充电。

苹果设备对行业的影响力是巨大的，而且很多产品的设计思路对消费电子产业依然有决定性的影响力，苹果对技术路线的选择可基本决定行业未来的发展方向和趋势。iPhone8升级为无线充电功能后，笔者综合很多业内人士的趋势意见后认为，安卓阵营将全面跟进无线充电功能，在未来3年，大部分安卓手机厂商将跟进，在手机及其他消费电子产品上安装无线充电功能。甚至在2019年之前，三星、华为、小米旗舰机均将标配无线充电，整体智能手机行业的无线充电渗透率有望从0%快速提升至50%以上。

目前无线充电虽然在标准上还不统一，但是整体技术已趋成熟，充电效率已达到有线充电的80%以上，且支持高通快充2.0等新技术，一般30分钟内就可将手机电量充至60%。从实际的推广情况看，目前除高端智能手表因设计美学需要已开始普遍采用无线充电以外，手机上的无线充电也从早期的诺基亚Lumia旗舰机开始推广到现在的三星GalaxyS7，甚至是国产手机（如Vivo），也得到了初步应用。

无线充电：优势尽显，市场广阔

今天，我们已经离不开由手机、平板电脑、笔记本电脑等各种消费电子设备构筑的信息世界。虽然这些设备获取不是很困难，但是这些设备的充电及电量储备问题依然很难看。随着我们身边需要用电池的设备越来越多，手机、智能手表、平板电脑甚至新能源汽车等，我们面对一个无法逃避的问题——给电子设备充电。传统的充电必须使用充电线，而如今每个人周边需要充电的电子产品如此之多，更有许多互不兼容的充电接口，诸多的充电线给生活带来诸多不便，无线充电以其简捷和便利受到关注。无线充电的普及意味着为生活提供极大的便利，这种便利就是价值。

在以往对于无线充电的解读中，大部分推动力都来自产业界的技术创新或者商业路线的变革等，而随着多种无线充电产品多年的市场教育，消费者已经对无线充电有了一定的认知。无线充电也在逐渐从产业者推动升级为消费者拉动的模式。世界权威市场调查机构IH8针对无线充电的市场接受情况在2014与2015年连续两年做了市场调查，向美国、英国、中国的消费者每年投放1000份问卷，得到的调查结果显示，2014年仅有37%的智能机用户知道无线充电，2015年这个比例上升到76%。仅有0.3%的受访者选择了“用过，不用了”，对比目前没有使用过但有意愿尝试的70.1%受访者，这表明希望首次尝试使用无线充电的人比用过后放弃的人多得多，体现了无线充电的巨大潜力市场，为无线充电的快速发展作了背书。

根据IHS的预测，到2019年无线充电市场规模将突破100亿美元，到2024年市场规模接近千亿人元民币。而2015年市场规模仍不足20亿美元，到2018年之前，总市场将保持50%--200%的增长，势头十分强劲。据IHS数据显示，2016年全球无线充电接收端出货量达到2.05亿部，其中有1.6亿部来自于智能手机，发射端出货量占接收端出货总量的38%。

此外，无线充电组织AFA的2017年调查报告显示，消费者已经厌烦了插线式充电，渴望一个无线的未来，以便可以在家庭、工作和娱乐场所轻松方便地获得电力支持。71%的受访者希望在下一部终端设备支持无线充电，绝大部分希望手机能够率先支持无线充电，然后是笔记本电脑和平板电脑，并且他们有意愿为无线充电额外买单；超过半数的消费者愿意多花20美元为设备增加无线充电功能；62%的受访者认为充电速度也是至关重要的；此外，超过半数的受访者希望办公桌能够支持无线充电功能。无线充电市场正处于快速增长期。

行业数据显示，无线充电主要包括无线充电发射端Tx（发射端/充电器）与接收端Rx（终端配套模块），以及相关配套产业链。在整个产业链物料供应上，产品元器件主要包括控制芯片、隔磁片、线圈（或FPC）、PCB、被动器件、电子变压器、结构件等。无线充电按照产业链分为方案设计（磁感应、磁共振、远距离充电），原材料（永磁体、软磁铁氧体、铁基纳米晶），器件制造（芯片、传感线圈、PCB），模组封装（发射器、接收器）。

伴随着行业龙头苹果手机厂商主力推进无线充电功能，无线充电技术将加快普及速度，逐步从智能手机向平板电脑、笔记本电脑、医疗设备等多方面渗透，带动行业整体发展，利好产业链无线充电方案设计、电源芯片、磁性材料、收发线圈、模组封装企业。未来也会出现大量第三方供应的无线充电产品，以便可以让手机、平板、手表等多个产品同时在一个无线充电板上充电。

无线充电：三大标准如何选择

从2007年至今，产业界与投资界对无线充电一直充满期待，而观察无线充电产品的发展速度，其实发展并不如之前预期。过了10年后，无线充电概念经过多年的传播已经被更多人知晓和接纳，也有知名的消费电子产品不断支持无线充电技术。今天看，市场已经完成了初步的教育。

无线充电在2015年之前有三大主流标准，即Power Matters Alliance（PMA标准）、Wireless Power Consortium（QI标准）、Alliance for Wireless Power（A4WP标准）。

其中PMA标准采用的是和QI基本相同的“电磁感应技术”，为符合美国电气和电子工程师协会标准的手机和电子设备提供无线供电标准。PMA标准则是由DuracellPowermat公司发起，目前AT&T、Googel和星巴克已加盟PMA联盟。PMA磁感应充电标准采用的频段是200～400KHZ。

A4WP以Rezenc为标准，采用基于磁场共振来传输电能。A4WP同样由无线充电联盟制定，主要采用电磁谐振技术（松耦合）。2014年初推出了基本产品规范，由于能量发射端和接收端不必靠得很近，A4WP用户移动性和便利性更好。但A4wP标准承载能量用的是6.78MHZ频段，未来有可能制定13.56MHZ倍频方案，用于控制、通信的信令、协议则使用了2.4GHZ蓝牙标准，而这势必增加设备的技术成本。

QI标准即“电磁感应技术”，需要近距离接触，充电效率高。QI是由美国高通公司、韩国三星公司以及Powermat公司共同建立的无线充电联盟（wirelessPowerConsortium，算写WPC）制定，是一种短距离低功率无线感应式电力传输的互连标准，主要目的是提供移动电话与其他便携式电子设备之间便利与通用的无线充电。该标准主要采用近距离磁感应技术（紧耦合），2010年就完成了小功率标准的产品上市，2013年又推出了中功率产品标准。该组织具备一套完整成熟的产品一致性和互操作性测试认证体系，保证了产品的兼容性和通用型。Qi标准工作频率在110-205Mtz，目前主要应用传输功率5w以下，传输距离也相对较短，在mm-cm，适合为电池容量相对较小的终端产品提供无线电力供应。

苹果为iPhoneX、iPhone8/8P的无线充电功能选择了无线充电联盟（wireless PowerConsortium）的QI标准。该标准已经存在多年，但从未大规模普及。近年来，三星在其Galaxy系列旗舰智能手机上采用了QI标准无线充电技术后，整个智能手机市场才开始逐步向QI标准无线充电技术靠拢，目前大约有100多款智能手机支持QI标准无线充电技术。不过无线充电由于成本过高、标准不统一和充电效率不理想三大限制原因，导致还未广泛的应用。

2015年1月，A4WP与PMA合并成立新的Airfuel Alliance，結合磁共振和磁感应两大技术标准，打造出统一的无线充电解决方案。苹果选择了QI标准后，显然对Airfuel Alliance意味着坏消息，但得到iPhone支持，这也是整个无线充电产业数年来的最好消息。

目前，无线充电技术标准正走向统一。无线充电三大联盟组织的成员亦越来越同化，譬如三星和高通公司，既是WPC联盟成员，也是A4WP联盟的成员。可以看到，技术标准和联盟成员正在逐步趋同，无线充电的两种技术也在逐渐融合。比如在新款iPhone发布之后，Powermat就宣布将更新其设备以兼容QI标准。这样用户在星巴克为苹果iPhone或者Galaxy S8充电就不再需要适配器。

这就是苹果公司的力量。也就是说当市场发展到一定的程度，技术标准统一将是大势所趋。未来几年，伴随无线充电标准统一，无线充电技术快速发展，无线充电功能将成为电子产品的标牌，所有电子设备借助统一的标准，无需借助电线和插座就能随时随地为手机、智能手表、相机、平板电脑甚至电动汽车、智能家居等智能电子产品充电。甚至在不远的将来，全球范围内的汽车、机场、餐馆和宾馆都将配备统一标准的无线充电功能，这将极大利好整个无线充电产业。

开拓市场空间还需破解多重难题

无线充电市场空间很大。如果按照智能手机每年出货15亿部计算，根据第三方预测，2020年无线充电将在手机中的渗透率提升至50%，接收端模组价格在3～4美元左右的数据，无线充电手机接收端就会拥有22～30亿美元的市场。从发射端来看，发射端因为功率更大且要集成芯片及外壳价格一般在十几美元，达到接收端的数倍，发射端将拥有150～200亿美元的市场。

总体来看，无线充电还需要解决安全、成本、效率和方便性这几个问题。目前在安全性上各国都进行了长期的测试和研究。根据相关数据，频率大于10MHz会对人体有一定的加热效应。而对于市场上现有的无线充电产品，其频率一般在几百kHz以下，对人体加热的效应不会很明显，其安全性是可以保证的。

其次是成本问题。三星S6的无线充电器是298元人民币，比市场上的有线适配器贵1倍以上。造成目前价格较高的原因是无线充电要考虑兼容，为此很多厂商做了大量设计和测试，因此不能以有多少元器件来衡量成本。据悉，苹果在发布会上并未公布充电板AirPower的正式发售时间以及价格。不过之前曾有人预测，苹果的无线充电器售价可能会超过一千元，而发售时间可能也得推迟到明年了。

无线充电还执行严格安全的认证，这也要体现在成本中。但是无线充电的成本将来还是有下降的空间，因为如果电器都用无线充电，—个无线充电器可以给多个设备充电，省去了大量充电器和电线，实际上为消费者节省了费用。

此外还有无线充电的效率问题。目前无线充电设备的效率为75%左右。如果低于70%，发热会较明显。而且如果无线充电的效率不高，充电耗时时间长，那么就很难彻底解决人們充电难的问题。据悉，采用QI标准的充电模式转换效率比较低，所谓转换效率，就是电源的输入功率与输出功率的比值。根据2016年举办的国务院政策例行吹风会中介绍的《消费品标准和质量提升规划》，目前我国在家用电器、照明电器、纺织品、服装、家具、玩具、鞋类产品、钟表、纸质品、洗涤用品等主要行业，国际标准的转化率基本都超过了80%，而无线充电技术目前的转换效率只有30%左右，差距颇大。

据悉，除了苹果和三星应用的QI标准电磁感应技术，另外一种无线充电技术正在快速研发中，这就是磁共振技术。目前专注于该技术的公司有国外的高通、脱胎于MIT实验室的公司witricity、国内的微鹅科技等。目前市场上的无线充电产品，包括苹果的无线充电原理都是第一代的磁感应无线充电，该无线充电技术虽然发展较久，但是在充电距离上有本质的局限性，一般需要保持在5毫米之内。而磁共振技术可以将充电距离扩展到50毫米。目前，宁波微鹅科技的磁共振无线充电去年就已经在宁波、上海、杭州等城市的各大商圈、中高端消费场所、市民服务等区域覆盖了其手机无线充电设备，也是因为它在充电距离上有了明显的增加，发射板可以隐藏在桌下，充电面积也有大幅提高。高通在这方面也有成效，但是据了解成本还比较高，想要量产还需要等待一段时间。

当然，还有产品的结构设计问题，就是如何方便客户利用碎片化时间充电，以提升手机续航能力，同时设计如何让一个无线充电板可以给多个设备充电。当然，这些问题最终会得到很好的解决，前提是在安全、成本和充电效率都得到解决的前提下。