无线充电技术近几年的发展始终不温不火,即便在智能手机、可穿戴市场已经得到了部分应用,似乎也未泛起太大波澜,甚至有的手机厂商在今年选择了放弃支持该技术!

  

不过,其发展前景还是有的,随着今年磁共振方案的逐渐成熟、可商用,在你看不到的地方,无线充电已经悄悄地开始改变世界啦!

  

无线充电产业上下游玩家盘点

通过简单整理,可以看到,国外研发无线充电技术(包括芯片 / 方案 / 发射接收器件)的企业主要包括了 IDT、TI、Freescale、高通、博通、安森美、Maxim、凌力尔特、NXP、ST、Intel(今年五月已关闭该业务)、Fulton、Witricity、PowerbyProxi(三星投资)、Energous、Delphi、松下、东芝、罗姆、富士通、瑞萨、理光等。

  

国内则有中惠创智、新页、中兴、劲芯微、美嗒嗒、微鹅、斯普奥汀、华润矽科、新捷、伏达、欢喜科技以及台湾凌阳、新唐、联发科、技领、立锜、盛群等。

  

图注:支持无线充电技术的消费电子设备一览

  

从支持的终端来看,消费电子是当前主战场。一方面,由于无线充电技术可以满足可穿戴设备外观设计、防水防汗的需求,因此它在 Apple Watch、Moto 360、SONY 等部分产品上得到支持商用,然而受限于可穿戴设备的发展现状,并未得到大面积普及。

  

另一方面,针对智能手机市场,截至 2015 年年底,支持无线充电的手机品牌已囊括了三星、LG、Nokia、HTC、夏普、摩托罗拉、谷歌 Nexus、微软 Lumia、黑莓、YotaPhone、索尼、CASIO、松下、富士通、泛泰、NEC、飞利浦、Saygus、CAT、VERTU、TECHDY、京瓷,产品型号约 80-100 款左右。

  

对此笔者只想感叹一句:好多都 不!认!识!啊!

  

消费电子市场遇冷,磁共振才是大势所趋?

  

在上述手机品牌当中,除了高冷的苹果以外(据传 iPhone7 会采用无线充电技术),国内一众知名品牌如华为、小米、OPPO、vivo、魅族等目前都没有大动作;甚至在今年,包括 LG、HTC、谷歌 Nexus 在内的旗舰手机都已对无线充电功能“弃疗”了,即便三星仍在积极拥护,消费者也没有将它作为购机的必要条件。

 

究其根本,还是在于技术方案难以实现优质的体验以及对成本的考量。

  

在市场早期,第一代手机无线充电方案采用的是更易于实现的磁感应技术(MI),但它只能做到一对一充电,且充电速度缓慢(内置无线快充手机普及有限),甚至还苛刻地要求充电发射端与手机接收端紧密耦合,造成了不佳体验;而磁共振技术(MR)可支持的距离范围更大,水平和垂直自由度可以达到 20-50mm 左右,还能一对多同时进行充电。

  

因此,今年市场开始陆续推出了基于磁共振技术的第二代无线充电方案。据业内人士透漏,华为与他们就磁共振消费电子方案进行了多次接触,或许这就是华为在无线充电市场迟到的原因(尽管在低功率方案上,磁共振比磁感应的成本会贵上 2-3 倍甚至更多)。

  

图注:磁感应技术(WPC Qi、PMA 标准)与磁共振技术(A4WP 标准)的优势对比

  

美嗒嗒联合创始人宋超也表示,尽管现阶段无线充电可量产的大多是磁感应芯片 / 方案,但未来磁共振才是大势所趋,从 PMA 与 A4WP 达成战略合作,以及 WPC Qi1.2 开始兼容磁共振技术就可见一斑。

  

正因如此,部分上游企业已率先就磁共振技术展开了部署,其中不乏有本土企业的身影。

  

比如中惠创智无线供电技术有限公司(后简称“中惠创智”)就主要聚焦在磁共振技术的研发(还收购了一家磁感应技术公司做技术补充以备客户所需),目前公司已经申请了 148 项专利,各类磁共振应用方案也在市场验证中,明年的发展重点将是磁共振芯片。

  

深圳市美嗒嗒科技有限公司(后简称“美嗒嗒”)同样定位于大中功率磁共振技术,面向工业市场和行业客户提供商用解决方案,目前 20W-200W 无线充电整体方案已经测试定型,今年下半年会有相关合作伙伴商用和市场推介活动,下一阶段目标是 200W-2kW。

  

如此,随着今年各路企业的积极发力,以及磁共振方案的逐渐成熟与可商用,哪些应用领域会率先突围呢?

  

方向一:打造无尾家庭,让生活更安全、更舒适

中惠创智负责人表示,我们更倾向于将这种技术称为“无线供电”,通过无尾化、实时取电来解决现有问题,优化体验。

 

比如安全:当前火热非常的家庭智能机器人和扫地机都存在两个痛点,其一是产品与充电金属片自动插合的精确度不高;其二也更为重要的是,现有方案金属片外漏,对孩子而言存在安全隐患!而无线供电方案就可以很好地解决这些问题。中惠创智指出,很多人已经看到了这个趋势,并主动联系上门,目前中惠创智与 iRobot 展开了相关合作。

  

使用便捷:除了设备的智能化与场景联动,体验也是智慧家庭中非常关键的一环。比如频繁插拔电源导致插头受损,由于电源插口布局与线长较短限制了摆放位置,以及电器遇水漏电等问题,致使家电无尾化有望成为新趋势。目前巨头企业如海尔(与 Energous 合作)、美的(与中惠创智合作打造无尾厨房)已经率先出手,格力也在积极跟进。

  

其中,针对大家都非常关注的转化率问题,中惠创智表示,我们的无尾厨房供电方案转化率可以做到 92%,这与发射端和接收端之间的距离、频率选取都有关系。宋超亦指出,频率的选择是个关键因素,目前美嗒嗒正在尝试 13.56MHz、6.78MHz、845kHz 等几个不同的频点。“未来 5-10 年,手机、PC 和小家电等家用产品会逐步实现无尾化”,宋超如是说。

  

图左:将榨汁机置于上方即可实时取电使用;图右:无线供电实现鱼缸的 360°观赏,摆脱布线困扰

 

 

方向二:行业应用刚需大,市场有望率先起步

相较于消费电市场,无线供电未来更有望在行业市场先起步,这是因为许多行业应用难题可以通过无线供电技术来解决,对成本也不会过于敏感。据中惠创智透漏,目前公司已经与多家企业开展了合作尝试:

  

电动汽车。车载是无线充电的主流应用之一,用以取代现有充电桩基于充电插头的供电模式,体验上更方便。中惠创智目前已与北汽、华泰基于 20kW 的磁共振方案合作做前装,后装改造也将成本控制在了 2 万以内,3.5 小时就能充满 80%电量。而在公交、轻轨、轨道灯大型交通设备领域,则由 ABB、庞巴迪等巨头形成寡头垄断。

  

无人机供电。中惠创智与大疆、中海阳合作,针对无人机巡视地区设立几个无线供电站点以解决续航问题。顺带一提,美嗒嗒的无人机智能无线充电站解决方案也已准备就绪。

  

矿井电梯。由于在矿井环境中,插头火花容易引起瓦斯爆炸,无线供电方案可以有效实现防尘防爆,目前中惠创智平均可以出货 400 套 / 月。

 

送餐机器人、物流仓库、工厂流水线路等,通过“在线取电”的方式,即在轨道内嵌入供电线,实现边供电边行驶,这种在线取电的关键技术在于如何做到稳定实时供电。

  

医院设备供电。 针对 X 射线室这类不方便人进去的医疗检测场所,由于医疗设备采用中频频率,而磁共振技术属于高频,两者也不会产生干扰。

  

……

  

除此之外,包括电动工具、电动自行车、电动摩托车、智能吸尘器、割草机、园艺设备等都是未来可发展的应用方向,美嗒嗒大功率无线充电解决方案正在与合作伙伴联合设计中,宋超补充道。

  

瓶颈:供应链和 EMI 遭遇技术挑战!

  

当然,市场中也存在一些瓶颈亟待解决。宋超强调,目前磁共振技术正处于早期刚成熟的试商用阶段,周边供应链都有挑战,里面的元器件大多来自世界顶级供应商,造成方案成本偏高,比如:

  

MOS 管供应商:美国 Vishay、英飞凌、安森美、TI 等,核心挑战在于工艺、设计与技术积累(高功率 / 高电压 / 高可靠性)。

  

NPO 电容供应商:美国 Kemet,日本 muRata、TDK,台湾禾伸堂等,核心挑战在于 NPO 电容材质和工艺,它是电容量和介质损耗最稳定的电容器之一,在温度从 -55℃到+125℃时容量变化为 0±30ppm/℃,电容量随频率的变化小于±0.3ΔC,包括高电压和高可靠性,适用高频电路或者对频率稳定性有特殊要求的应用。

  

线圈供应商:美国 Vishay、Molex,德国 Wurth,中国顺络等,核心挑战在于物理拓扑架构以及电磁场设计仿真。

  

隔磁片 / 磁性材料供应商:美国 Micrometal,日本 TDK-EPCOS,中国横店东磁等,核心挑战在于铁氧体磁性材料特性和生产工艺。

  

另外,在磁共振产品系统架构层面,EMI 国际标准和电磁兼容性设计、各国电磁兼容商用执行标准和测试认证要求等,所涉及的问题都比较有挑战性。

  

总结

无线充电技术的历史可谓悠久,早在 1820 年 Nikola Tesla 就提出了这个概念,但真正得到消费电子市场的逐步认可与发展还是在这两三年。

  

比起在手机市场作锦上添花,随着智能化的普及,可穿戴、无人机、智能机器人等越来越多新兴的智能硬件出现,将为无线充电技术创造更多的可能;与此同时,行业应用也是未来的发展方向之一,值得我们期待!