智能无线充电方案

1 目录 第一章 无线充电行业概述 2 1 1 内容概述内容概述 2 1 2 行业发展背景行业发展背景 2 1 3 行业现状行业现状 2 1 4 QI 标准及产业联盟标准及产业联盟 3 1 5 无线充电器标准无线充电器标准 3 1 6 无线充电在国内外发展现状无线充电在国内外发展现状 4 1 6 1 国外发展及现状国外发展及现状 4 1 6 2 国内发展及现状国内发展及现状 5 1 7 无线充电器市场现状无线充电器市场现状 5 第二章 无线充电技术发展研究 6 2 1 无线充电技术发展历史无线充电技术发展历史 6 2 2 无线充电技术分类无线充电技术分类 7 2 1 1 电磁感应式电磁感应式 7 2 1 2 磁场共振磁场共振 7 2 1 3 无线电波式无线电波式 7 2 3 无线充电工作原理无线充电工作原理 8 2 4 无线充电应用需要解决的问题无线充电应用需要解决的问题 8 2 5 无线充电技术的应用领域无线充电技术的应用领域 8 2 6 无线充电技术发展前景无线充电技术发展前景 9 2 第三章 无线充电产业规模及市场容量 12 3 1 市场需求分析调研市场需求分析调研 12 3 2 无线充电市场发展规模无线充电市场发展规模 13 3 3 无线充电市场趋势无线充电市场趋势 13 第四章 公共智能手机无线充电分析 15 4 1 公共智能手机无线充电发展背景公共智能手机无线充电发展背景 15 4 2 市场分析概略市场分析概略 15 4 3 行业案例新闻行业案例新闻 17 4 4 传统有线充电传统有线充电 18 4 5 智能无线充电智能无线充电 18 3 第一章第一章 无线充电行业概述 无线充电行业概述 1 1 内容概述内容概述 无线充电技术 源于无线电力输送技术 无线充电 又称作感应充电 非 接触式感应充电 是利用近场感应 也就是电感耦合 由供电设备 充电器 将能量传送至用电的装置 该装置使用接收到的能量对电池充电 并同时供其 本身运作之用 由于充电器与用电装置之间以电感耦合传送能量 两者之间不 用电线连接 因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露 1 2 行业发展背景行业发展背景 现今几乎所有的电子设备 如手机 MP3 和笔记本电脑等进行充电的方式 主要是一端连接交流电源 另一端连接便携式电子设备充电电池的有线电能传输 这种方式有很多不利的地方 首先频繁的插拔很容易损坏主板接口 另外不小心 也可能带来触电的危险 因此 非接触式感应充电器在上个世纪末期诞生 凭借 其携带方便 成本低 无需布线等优势迅速受到各界关注 目前无线充电的技 术已经开始在手机中运用 由于无线传输的距离越远 设备的耗能就越高 要 实现远距离大功率的无线电磁转换 设备的耗能较高 所以 实现无线充电的高 效率能量传输 是无线充电器普及的首要问题 另一方面要解决的问题是建立统 一的标准 使不同型号的无线充电器与不同的电子产品之间能匹配 从而实现无 线充电 1 3 行业现状行业现状 我们的生活几乎每天都会有这样一幕幕的场景 拉出一根数据线 连接手 机和插座为手机 数码相机 MP3 播放器等充电 完美音质的音响 超清晰超 大屏幕的液晶屏电视背后依靠一根长长的电源线 面对如此多的 电源线 有 没有想过 有一天这些线全部消失 被一种看不见的传输工具所替代 那样我 们就不用再为各种缠绕在一起的电线影响美好的生活 其实这样的生活离我们 并不遥远 无线充电技术在 2007 年就已投入使用 多种设备可以使用一台充电 器 手机 电脑 音乐播放器 电动工具和其他的用电设备的 剪不断理还乱 的有线充电器将会离我们远去 通过使用线圈之间产生的磁场 神奇的传输电 4 能 电磁耦合技术将会成为连接充电基站和设备的桥梁 在当前的大部分充电 器 都通过金属电线直接接触的方式 给设备内置电池充电的情况下 无线充 电器显示了它自己先天的优越性 无线充电技术的优势在于便捷性和通用性 目前缺点就是效率低 现今对便携式电子产品进行充电用的数据线连接器不仅 仅可以进行电能的传输 同时还能把音频和视频文件通过 USB 接口同步传送到 设备上 无线充电技术还是会给 WiFi 和电池技术带来进步的 另外 通过采用 无线充电技术 移动设备公共充电站将会有可能成为现实 近年来 随着新方法新材料的应用 无线充电已经实现 依靠线圈之间的 电磁感应的无线充电方式 工作距离短 被充电终端需要放置在充电座上 需 要充电时 发射器和接收芯片会同时自动开始工作 充满电时 同时就会自动 关闭 无线充电设备的效能接收在 70 左右 和有线充电设备相当 但是它应具 备充满自动关闭的功能 避免不必要的能耗 1 4 QI 标准及产业联盟标准及产业联盟 无线充电在早期的发展 各有方案 为了解决兼容性问题 2008 年 12 月 WPC 无线充电联盟 的成立 正式为无线充电兼容性标准吹响集结号 并于 2010 年推出 Qi 无线充电国际标准 WPC 制定了 QI 标准 全球主要的手机生产 商都加入了 WPC 联盟 并引入了 QI 标准 为无线充电的发展奠定基础 并提供 了广阔的发展空间 1 5 无线充电器标准无线充电器标准 目前主流的无线充电器的标准有三种 Power Matters Alliance PMA 标 准 Qi 标准 Alliance for Wireless Power A4WP 标准 6 其中采用了电 磁感应技术的 Qi 标准又最为主流 Qi 是全球首个推动无线充电技术的标准化 组织 无线充电 联盟 Wireless Power Consortium 简称 WPC 推出的 无线充电 标准 具备便捷性和通用性两大特点 不同品牌的产品 只要有 Qi 的标识 就可以用 Qi 无线充电器进行充电 它攻克了无线充电 通用性 的技术瓶颈 我们有理 由相信在不久的将来 日常生活中常用的电子产品都可以用 Qi 无线充电器充电 为无线充电技术的大规模应用和普及提供可能 Qi 标准的典型代表性产品有 5 诺基亚 Lumia 920 诺基亚 Lumia 820 谷歌 Nexus 4 等 对这些手机进行无线 充电时 直接将待充电手机放在任何一款支持 Qi 标准的无线充电器上就能进行 充电 Qi 标准的充电效率更高 在测试中 Qi 的充电效率与有线充电方式比较 接近 达到了 70 以上 Qi 的充电器的待机耗电量已经降低到微瓦水平 1 6 无线充电在国内外发展现状无线充电在国内外发展现状 无线充电已从梦想成为现实 从概念变成商用产品 早期就有人发现将绕 线式变压器的 E 型铁心绕线后接上市电就可以感应传电 但距离略为增加后 感应效果就会减弱甚至消失 这是因为在市电 50Hz 下 电磁波的传递会随着距 离增加而出现能量的快速衰退 随着电子设备产业蓬勃发展 各厂家竞争激烈 纷纷在软硬件上下功夫 然而不同于产品硬件软件升级 无线充电技术在产品 的功能层面求异 让人耳目一新 很具有卖点 对消费者也很有吸引力 但是 为了充分发挥无线充电的便利性 在较远距离实现充电则更具有卖点 目前的 无线充电技术在 2 54 厘米范围之内的近磁场对电子设备进行无线充电 因为无 线电能传输的距离越远 功率的耗损也就会越大 能量传输效率就会越低 且 会导致设备的耗能较高 对于 大功率的无线充电设备的电磁辐射会对生物造 成很多不利的因素 的说法 相关专家已给出解释 大功率无线充电的距离限 制在 5 米以内 不会太远 且功率不会达到对人体辐射造成危害的范围 1 6 1 国外发展及现状国外发展及现状 最初的无线充电器由多个密集的小型线圈阵列组成 通电后产生的电磁场 将能量传送给装有接收线圈的电子设备 进行充电 但这种充电器传输效率 较低 成本较高且需购买套件 又不能对手机使用的大容量锂离子电池进行有 效充电 2007 年 6 月麻省理工学院以 Marin Soljacic 为首的研究团队首次演示了 利用电磁感应原理的灯泡无线供电技术 他们可以在一米距离内无线给 60 瓦的 灯泡提供电力 电能传输效率高达 75 研究者由此设想电源可以在这范围内为 电池进行无线充电 进而推想只需要安装一个电源 即可为整个屋里的用电器 供电 传输线圈的工作频率在兆赫兹范围 接收线圈在非辐射磁场内部发生谐 振 以相同的频率振荡 然后有效的通过磁感应点亮灯泡 6 Palm 是最早将无线充电技术应用在手机充电器上 它推出的充电设备 点 金石 就是利用电磁感应原理无线对手机进行充电 日本 TDK 公司新推出了 一款无线充电音箱 用户可以在享受音乐的同时对手机充电 该无线充电音箱 的顶部装有一块无线充电板 手机仅需放在音箱顶部即可充电 三星推出新款 手机就配备了无线充电器 诺基亚也为其旗舰机型搭上了无线充电器充电器 目前在日本 欧美市场已经开始热起来 国内目前消费者知道者不多 购买也不多 少数觉得新潮而买 国内手机等大厂都开始关注 观望 尚不敢 冒险投入过多 1 6 2 国内发展及现状国内发展及现状 国内无线供电器设计起步相对较晚 近年来也得到了蓬勃发展且显出了欣 欣向荣的趋势 市面上也出现了众多无线充电产品 从之前在电动牙刷 剃须 刀等小功率产品上的应用 发展到现在在手机充电器等方面更大功率的传输的 巨大突破性的进展 作为 Qi 标准组织的一员 海尔在 2011 年 CES 上推出了概 念性 无尾电视 不需要电源线 信号线和网线 海尔称该产品采用了与麻省 理工学院合作的无线电力传输技术 中国香港的美创公司出品的无线充电器也 小有名气 美创科技有限公司是著名的电子元器件独立分销商 深圳的畅客在 无线充电器的发展也崭露头角 1 7 无线充电器市场现状无线充电器市场现状 市场上目前充电器档次良莠不齐 不同价位 不同性能 功率较小 目 前 500mA 750mA 充电电流 由于目前的充电方式还是过渡的 因为无线充电接收端还未完全做进手机 里 目前存在一定的兼容性问题 这也是无线充电需要解决的问题 目前的充 电方式产品形式来看 在接收端有区别 有过渡产品加了保护套 类似苹果皮 那么接收端就做进了苹果皮里 若用于平板电脑等 对充电电流提出了更高的 要求 7 第二章 无线充电技术发展研究 无线充电技术发展历史无线充电技术发展历史 其实早在 1890 年 物理学家兼电气工程师尼古拉 特斯拉 Nikola Tesla 就已经做了无线输电试验 他提出并实现了交流发电 磁感应强度的国际单位 制也是以他的名字命名的 特斯拉构想的无线输电方法 是把地球作为内导体 地球电离层作为外导体 通过放大发射机以径向电磁波振荡模式 在地球与电 离层之间建立起大约 8Hz 的低频共振 再利用环绕地球的表面电磁波来传输能 量 但因财力不足 特斯拉的大胆构想并没有得到实现 后人虽然从理论上完 全证实了这种方案的可行性 但世界还没有实现大同 想要在世界范围内进行 能量广播和免费获取也是不可能的 因此 一个伟大的科学设想就这样胎死腹 中 1968 年 美国工程师彼得 格拉泽 Peter Glaser 提出了空间太阳能发电 Space Solar Power SSP 的概念 其构想是在地球外层空间建立太阳能发电 基地 通过微波将电能传输回地球 并通过整流天线把微波转换成电能 1979 年 美国航空航天局 NASA 和美国能源部联合提出太阳能计划 建立 SPS 太阳 能卫星基准系统 欧盟则在非洲的留尼汪岛建造了一座 10 万千瓦的实验型微 波输电装置 已于 2003 年向当地村庄送电 野心勃勃的日本拟于 2020 年建造 试验型太空太阳能发电站 SPS2000 2050 年进入规模运行 其实 无线充电技术离我们这些普通人也并非遥不可及 相信一定有人使 用过某种品牌的电动牙刷 只要将牙刷插入 220V 的充电座上即可实现不接触的 无线充电 使用起来很方便 这种无线充电就是利用电磁感应原理 解决了潮 湿环境下的用电安全问题 无线电能传输有电磁感应 射频和微波三种基本方式 这三种技术分别适 用于近程 中短程与远程电力传送 但每种无线充电方式都有一些缺点 从而 限制了它的发展 例如电磁感应方式传送能量较小 传送范围较小等 这也是 为什么电动牙刷必须放在充电座上才能充电 而不能将牙刷任意摆放的原因 现在各家公司的研究方向就是对这些技术进行改良和完善 从而最终实现商品 化 8 9 2 2 无线充电技术分类无线充电技术分类 2 1 1 电磁感应式电磁感应式 初级线圈一定频率的交流电 通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流 从而将能量从传输端转移到接收端 目前最为常见的充电解决方案就采用了电 磁感应 事实上 电磁感应解决方案在技术实现上并无太多神秘感 中国本土 的比亚迪公司 早在 2005 年 12 月申请的非接触感应式充电器专利 就使用了 电磁感应技术 2 1 2 磁场共振磁场共振 由能量发送装置 和能量接收装置组成 当两个无线充电技术原理图装置 调整到相同频率 或者说在一个特定的频率上共振 它们就可以交换彼此的能 量 是目前正在研究的一种技术 由麻省理工学院 MIT 物理教授 Marin Soljacic 带领的研究团队利用该技术点亮了两米外的一盏 60 瓦灯泡 并将其取名为 WiTricity 该实验中使用的线圈直径达到 50cm 还无法实现商用化 如果要缩 小线圈尺寸 接收功率自然也会下降 2 1 3 无线电波式无线电波式 这是发展较为成熟的技术 类似于早期使用的矿石收音机 主要有微波发 射装置和微波接收装置组成 可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量 在随负 载作出调整的同时保持稳定的直流电压 此种方式只需一个安装在墙身插头的 发送器 以及可以安装在任何低电压产品的 蚊型 接收器 10 2 3 无线充电工作原理无线充电工作原理 2 4 无线充电应用需要解决的问题无线充电应用需要解决的问题 2 5 无线充电技术的应用领域无线充电技术的应用领域 应用技术门槛不是很高 但是应用前景广泛看好 可以应用在以下领域 从手机的电池 MP4 MP3 一直到手电 小台灯 无线鼠标 儿童玩具 遥 控器这些目前还在使用一次性电池的领域里 用无线充电加二次电池的方法 减少一次电池用量 11 a 消费电子市场如手机 平板电脑 消费电子市场如手机 平板电脑 MP4 MP3 等等 目前针对该领域的方案已经相对成熟 充电电流可以做到 750mA 对于手 机充电电流已经够用 WPC 标准的芯片对于手机 MP4 MP3 等充电已经足够 用 A4WP 标准目前正在酝酿中 会适用于需要更大充电电流的设备 比如平 板 b 消费电子市场如手电 小台灯 无线鼠标 儿童玩具 遥控器等 消费电子市场如手电 小台灯 无线鼠标 儿童玩具 遥控器等 针对此类小家电充电的标准 国内已有相关机构正在制定 应用于电池 该标准降低充电接收端的体积 将为小家电的充电普及化铺平道路 c 其他市场 有电池充电的地方其他市场 有电池充电的地方 基于上述标准 无线充电可以应用于更广泛的领域 比如医疗器械 其他 形态能量转换无线充电等 比如外出旅游 带好太阳能无线充电板等 2 6 无线充电技术发展前景无线充电技术发展前景 随着 iPhone iPad 等对电量充满 饥渴 的智能手机 平板电脑的迅速 兴起 研发无线充电等突破性充电技术的需求日益提高 富士通在一份声明中 说 这项技术将为手机集合紧凑型无线充电功能以及同时为多个便携式设备 充电铺平道路 对多个设备充电时 设备相对于充电器的位置没有任何限制 在手机 笔记本电脑 小家电等领域可以使用无线充电技术 但是市场份额最 大的还是手机领域 1 领域扩大化 随着各项技术的成熟以及无线充电需求的增加 无线充电技术的发展领域 程扩大化趋势 无线充电技术最开始针对的是低功耗便携式电子产品领域 并 取得了很好的发展成效 如今 无线充电技术已经开始渗透到更多领域 首先 在医疗器械领域 无线充电无疑为医疗器械的改革起了巨大的推动作用 它改 变了传统的植入式医疗电子产品的供电方式 避免了更换电池带来的病痛与感 染 例如在心脏起搏器 心脏调节器与内窥镜等方面的应用 其次 专家们正 在努力为无线充电开拓交通运输领域 电动汽车 动车组 矿井车等等需要电能 的交通工具都是当今无线充电技术的研究热点 早在 2012 年 7 月 日本丰桥技 术科学大学在横滨举办的贸易展上就展示了一辆可在运行过程中通过道路无线 12 充电的汽车 家电领域中也有了无线充电技术的身影 净水器 吸尘器 冰箱 洗衣机等等都是无线充电技术的载体 与此同时 还有不少专家提出了更长远 的目标领域 太空领域 利用空间太阳能电站 把太空中接收到的太阳能转换 成微波 发射给地球 转换成电能后供给人类 当然还有很多 比如航空航天 国防军事 深海探测 水下能量收集等 都是无线充电技术可以延伸的领域 2 发展动力多重化 每一项技术的高速发展 其背后都有着强大的驱动力 无线充电技术也不 例外 从最初开始的小众技术 发展到现在世界各大国争先恐后的技术竞赛 推动无线充电技术迅猛发展的因素主要是市场需求 但动力不是唯一的 而是 日益多重化 电子产品美观性和安全性要求的提高 电子产品的设计除了在技术方面 精益求精 外形的美观也是非常重要 没有了充电电线与充电接口 电子产品 可以缩小体积 携带方便 设计美观 同时 充电接口的省略 也伴随着一些 裸露金属点的消失 这使得产品在的安全性能得到了提高 充电端口的统一化 端口统一化是充电技术发展的必然趋势 而无线充 电可最高程度实现端口统一化 同样一套无线充电设备可以分别给手机 MP3 相机 电脑等不同端口统 一供电 避免了充电器重复的设计与材料的浪费 环境保护概念在科技领域的大力倡导 科技发展逐渐向着绿色科技方向 迈进 无线充电技术无疑与环保概保持了一致 首先无线充电端口的共享 可 以节省材料 有了公共无线充电设备 电池的需求也将大幅减小 可以减少电 子固体废弃物 其次无线充电的能耗是大大低于目前有线充电装置的能耗 更 加绿色环保 尤其是在电动汽车方面的应用 减少了汽车尾气对环境的污染 3 实现方式多样化和智能化 实现方式多样化 无线充电技术有几种不同的实现方式 最开始人们着 手研究的是相对简单的电磁感应式 在这一方面的技术已经相对成熟 如手机 平板电脑无线充电器的产生 但其他实现方式也出现 电磁共振式在大量的研 究下 也有了实质性的进展 英特尔与 IDT 在 2012 年宣布达成合作 利用共振 技术开发无线充电芯片 光电转换技术也有了突破 其原理是利用激光等为载 13 体 将能量传递到目的地再转化为电能 2012 年底 美国洛克希德 马丁公司 与激光动力公司联合研发的一种新型激光充电系统 从最初狭小的实现方法 到现在多种可选择的技术方案 无线充电技术实现方式正向着多样化的趋势发 展 实现方式智能化 从最初单一的硬件实现电能传输到如今微型处理器的 加入 无线充电技术有了质的飞跃 无线充电设备比普通充电器智能许多 电 源能应对充电需求 自动选择开闭 同时 该设备还可以智能地识别不同设备 的需求 为不懂规格设备供电 不仅节约能源 而且给人们带来了极大的方便 4 发展瓶颈明朗化 无线充电技术一直是近年来的研究热点 但是其发展速度与普及速度比人 们预料的要慢一些 其原因不难探究 发展瓶颈在技术与市场的检验下 愈来 愈凸显 14 第三章 无线充电产业规模及市场容量 市场需求分析调研市场需求分析调研 中国产业调研网发布的 2015 2020 年中国无线充电行业发展调研与市场前 景预测报告认为 全球无线充电市场将在未来五年内获得井喷式增长 到 2017 年将形成超过 70 亿美元的市场 而在 2011 年这一数字仅仅只有 4 57 亿美元 年复合增长率预计为 57 6 截止到 2013 年 全球无线充电器销售额达到 1 8 亿美元 其中绝大部分来自于手机产业 配备无线充电功能的设备在 2013 年达 到 140 亿美元的规模 预计 2015 年 配备无线充电功能的设备出货量将由 2010 年的 360 万台增长 65 倍 增至 2 35 亿台 市场规模将增至 180 亿美元 未来几年将出现电子产品配备无线充电功能的浪潮 包括手机 PC 数字 相机等电子产品 将彻底摆脱供电连线的束缚 全线开启该技术的应用普及 无线充电产业链从上游到下游分别包括电源芯片 传输线圈 电感材料 模组 制造 其中电源芯片 电感材料以及传输线圈是整个无线充电产品最为关键的 三大零部件 不管是技术含量还是产品附加值都相对较高 而相比之下 模组 制造环节的技术含量相对较低 与其他电子零部件的制造工艺相差不大 一旦 行业启动 国内相关企业能够迅速切入 随着无线充电的不断发展 无线充电可以用于诸多可以想象得到和想象不 到的领域 目前已经可以实现的有 低功率低能耗的电子通信产品与办公产品 如手机 掌上电脑等 以及家具产品和低能耗的家电 目前正在努力拓展的应 用领域有交通工具 如电动车 动车组等 未来的长期目标领域包括 空间站 卫星 军舰和航母等 甚至可以把云层的电离层能量收集并通过无线的方式传 输给需要能量的场所 应用于完全环保节能的新一代国际军事领域 2015 2020 年中国无线充电行业发展调研与市场前景预测报告 在多年 无线充电行业研究结论的基础上 结合中国无线充电行业市场的发展现状 通 过资深研究团队对无线充电市场各类资讯进行整理分析 并依托国家权威数据 15 资源和长期市场监测的数据库 对无线充电行业进行了全面 细致的调查研究 2015 2020 年中国无线充电行业发展调研与市场前景预测报告 可以帮 助投资者准确把握无线充电行业的市场现状 为投资者进行投资作出无线充电 行业前景预判 挖掘无线充电行业投资价值 同时提出无线充电行业投资策略 营销策略等方面的建议 3 2 无线充电市场发展规模无线充电市场发展规模 2013 至 2014 年将是无线充电市场的真正拐点 到 2015 年 无线充电市场 的接收机出货量将达到 1 亿台 2020 年达到 10 亿台 市场收益将达到 62 亿美 元 预测 2020 年 Qi 产品市场收益将达 151 亿美元 面对巨大商机 众多知名 电子生产商以及企业纷纷进军无线充电市场 站队各大标准阵营 而对于无线 充电技术标准格局未来走势 也一时难辨方向 与此同时 尚未出台的中国标 准既增加了业界的迷茫 又加大了各技术标准阵营对中国市场的希望 图表 图表 2014 2018 年我国无线充电行业市场规模预测年我国无线充电行业市场规模预测 3 3 无线充电市场趋势无线充电市场趋势 据权威机构据权威机构 Gartner 统计 统计 2013 年全球无线充电市场容量接近年全球无线充电市场容量接近 140 亿美元 亿美元 2018 年将突破年将突破 1000 亿美元 主要市场在手机行业亿美元 主要市场在手机行业 16 17 第四章 公共智能手机无线充电分析 公共智能手机无线充电发展背景公共智能手机无线充电发展背景 当前随着服务业正在朝着更方便用户 为会员与客户提供更多便利的 方向发展 而国内手机用户数已达 4 亿多 城市中手机已普及到人手 1 部 在各种公共空间内 谁都出现过手机突然没电影响通话而需要应急充电的 情况 自助式应急手机充电站正是应这种