快充和无线充电的新赛道,无数可能待呈现

电池容量与手机功耗之间的矛盾

    手机锂电池的能量密度达到其物理极限,技术上处于瓶颈期。手机电池从1973年摩托罗拉的第一部手机配备的镍铬电池开始,当时这款手机电池体积为手机体积的一半、续航时间仅为半个小时但充电时间长达十个小时,且需要等充满电后才能使用。这是手机的初显成,具有里程碑的意义。十年后,手机镍铬电池被镍氢电池所代替,完成第一次更新迭代。直到90 年代初期,锂电池正式投入商用。如今,锂电池已经有四十年的发展历程,人类在锂电池技术发展上倾其全力,手机电池容量较初期有了很大的改善,但由于锂电池本身的物理特性,以及手机机身大小、散热性能、成本等因素,现阶段手机容量的整体增速较为缓慢。

    手机功耗不断提升。时下,几乎人手一台的智能手机为满足不同消费者的需求,其功能不断增加,手机耗电量和耗电速度在不断提升,这对手机电池续航能力提出更高的要求。其中手机耗电主要部件为 CPU/GPU、屏幕、移动数据、sensor/BT/GPS 等几个部分。

    智能手机屏幕作为内容输出以及人机交互的主要窗口,占据了整机功耗的最大部分,主要耗电部分为背光灯、触控传感器,特别是随着屏幕像素以及屏幕亮度的提升,其耗电量也是逐年增长。屏幕高分辨率带来的高耗能主要源于GPU 对成倍提升的像素点的计算量的增加。

上述矛盾催生快充解决方案

    快速充电器即可以加快手机充电速度的充电器,通过调整手机充电时的电压和电流值,从而缩短手机的充电时间。传统快充解决方案有方法有高压低电流和低压高电流。

    其中高压低电流是充电头及电池端两次降压实现高压低电流到电池端低压高电流的转换,其相关硬件不需要定制,且成本低,但是其降压效率不高,且功耗大,使用时会产生大量的热;低压高电流是充电头一次降压直接输出电池能承受的低压高电流,其充电效率高,仅在充电头处有发热现象,但是对接口、线缆等硬件要求比较高,需要定制,呈现出成本高和兼容性差的特点。

快充的市场容量不断扩充

    全球智能终端设备市场不断增长,充电器是智能终端长期使用的必备配件,常与智能终端设备捆绑销售,即每销售一台智能终端设备同步销售一个充电器,加上充电器后期的使用中存在损坏或丢失等现象,充电器的销售量不低于智能终端设备的销售量。快充作为手机功耗和续航能力的主要解决方案之一,在充电器市场总体表现良好,市场规模不断增长。2017年快充的市场规模为17.27亿元,占比为20.20%,预计2022年可达27.43亿元。

功率、便携、安全是未来快充技术的三大追求

    快速发展的社会环境下,人们的信息输入量和输出量不断增多,对快充的需求日益明显,因此,手机品牌商、第三方充电品牌商均通过技术升级推出具有更大功率、更安全、便携的快充产品。

    去年6月,安克推出"PowerPort Atom PD2 GaN 充电器",属于高压高电流,采用GaN开关;同年9月华为推出高压高电流的"20W SCP快充充电器",利用电荷泵实现降低电压和智能监控。

    今年7月,OPPO推出高压高电流的"SuperVOOC超级闪充",功率达125瓦,利用6C串联双电芯、并联三电荷泵等实现更大功率技术,采用14颗温度传感器、5重安全防护机制等实现更安全效果;同月,小米推出高压高电流的"120W秒充充电器",VIVO也推出高压高电流的"Super Flashcharge 超快闪充",功率均为120W。

    可见,快充技术并不局限于传统的两种方案,高压高电流方案将成为未来快充的主流方案;GaN开关能够适用于高频率、高功率的工作环境,是实现更小、更高效快充方案的重要组成。

    快充产业链的上游为快充方案设计,以及GaN、容器、连接器及线束、充电接口等电子原材料或电子元器件,中游为充电器模块、快充芯片、电源管理芯片、电芯和电芯PACK,下游则为各类消费电子。

无线充电是解决上述矛盾的另一种方案

    无线充电技术(Wireless Charging Technology)是利用电磁感应或其他交流感应原理来进行电力传输的技术。可以实现无线充电的技术主要为四种:电磁感应、磁场共振、微波方式以及电场耦合式,其中电磁感应技术难度低、起步早、行业发展较成熟等优势成为应用最广的技术,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%。

    无线充电的无尾化处理使得设备充电的过程更为灵活, 充电时无需考虑插入USB接口。在手机电量低却又有公务要处理时,以往的有线充电需要频繁的拔线,不仅对手机接口有影响,而且会造成潜在的安全威胁,而无线充电可以较好的解决这一问题。

    但是,值得一提的是无线充电表现出最大的优势和潜力其实是通用性。无线充电有望凭借这一特点在万物互联的时代下,得到不断拓展。

    作为新一代移动通信技术,5G网络能支持高达100万个/平方千米的连接数密度,有效支持海量设备接入,是万物互联时代的一组通信标准。万物互联时代下用电设备数量实现数倍增长,不同设备采用不同标准的充电接口,为这些装置供电将成为一大挑战。无线充电采用统一的充电标准,具备方便、 安全、空间利用率高等特点,消费者几乎可以随时随地给终端设备充电,提供极大的便利性。在智能手机、可穿戴设备、汽车电子、家用电器等领域具备广阔的应用前景,市场空间巨大。

    快充和无线充电两种技术在不同方面表现出自身独有的优势,成为解决手机续航能力的重要手段。若两种方案能够完美结合将成为充电手段的一个重大突破,尽管现阶段有厂家推出无线快充,但是整体市场不大,我们相信未来无线快充会慢慢普及。未来设备在自由状态以及合适的场景下实现自主调节充电模式也未尝不是一种可能。

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