手机快充及无线充电行业研究与投资机会分析精选版.docx
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1、获取报告请登录。1、电池技术瓶颈与手机功耗提升的矛 盾1.1.手机电池技术发展停滞不前回顾手机电池的发展史,1973年,摩托罗拉生产了全球第一部手机Dyna TAC 8000X,手机重达1.81斤,其中电池是最大的组成部分,由六节圆柱体像 铭 电池组成,体积和重量占到了整个手机的一半,但是提供的通话时长仅为半 小 时,所需的充电时间则需要十个小时。银镉电池有容量低、寿命短等缺点,此外还具有严重的记忆效应,电池需 要使 用至完全没电才能进行充电,直到充满电才能继续使用,不然就会使得电池容 量快速下降,由于种种缺点,也限制了手机的发展,急需新的电池技术。1983年,手机电池实现了首次的更新换代,银
2、氢电池出现,相对于银铭电池 在电池容量上有明显的提升,电池密度的增大,也使得电池体积可以大幅度 减 小,这一改变也使得手机更具便携性,摩托罗拉在1996年推出了搭载银氢电 池的StarTAC手机具备更加便携的外形。在90年代初期,索尼研发的锂电池正式投入商用,但是由于初期锂电池价 格 高昂,且技术还较为不成熟,相比像氢电池的优势不明显,因此没有得到大范 围的普及,但是到了 90年代末期,随着材料技术以及制造技术的进步,锂电 池在容量提升的同时成本也持续下降,逐渐得到了市场的青睐,便携式设备也 进入了锂电池时代。图表6: iPhone中锂电池资料来源:手机315网,东方财富证券研究所如今,距离锂
3、电池发明已经有近五十年,但是锂电池的技术在近些年来已 经达 到了一个瓶颈期,能量密度已经接近其物理极限。1. 2.手机性能提升随之带来功耗增长随着智能手机功能的增加,手机的耗电量也持续上升,这对电池的续航能力造 成了比较大的压力。其中手机耗电主要部件为CPU/GPU,屏幕、蜂窝/WIFI/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GPlJ 对成倍提升的像素点的计算量的增加。图表8:分群率
4、提升耗电过程加大背光功率保分辨率升高像素开口率阐氐L 背光效率更低一证屏幕亮度和色 J I J I J J 域 一资料来源:CSDM 东方财富证券研克所例如当屏幕以2560X1440 (577ppi)的分辨率运行时屏幕功耗为10. 247肌 相 比1280X720 (144ppi)分辨率功耗高出87. 3%o图表9:不同分辨率下屏幕功耗(M) UOAdEnSUOUMod12108f Power Consumption3565144ppi 289ppi 433ppi 577ppiDisplay Density资料来源:CSDN.东方财富证券研究所此外随着手机的更新屏幕耗电量也逐代提升,比较iPh
5、one 6 plus以及三星 S7在最大显示亮度下屏幕功耗分别达到了 L52W和L 45肌iPhone 6相较 于iPhone 5功耗高出44. 59%,三星S7相较于上一代三星S6功耗高 20. 83%o图表10:不同机型屏幕功耗对比机型及最大亮度功耗(i Phone 5556cd/ma74i Phone 6558cd/m3107i Phone 6 Plus558cd/mJ152三星 Ga laxyS6348cd/rrr12C三星 GalaXyS7414cdm314f资料来源:ZOLt东方财富证券研究所随着手机功能的丰富,对于手机CPU的性能要求也逐渐提升,虽然手机芯片 跟随着摩尔定律的发展
6、从最初的单核IGHz的主频,发展至后来的双核、四 核、六核甚至十核,不少CPU厂商通过简单粗暴的增加核心数来提升手机性 能,但是随之而来也带来了 CPU功耗的提升。从苹果A系列芯片来看,新款A12芯片平均大核功耗为3.96w高于AlO芯 片平均功耗3. 68w;华为麒麟980平均大核功耗为1. 85w高于麒麟810的平 均功耗1. 12w;高通骁龙855芯片平均功耗为L95w高于骁龙835以及 845的L40w和1. 70wo由此可以看到,随着CPU的更新换代,也将带来 CPU功耗的提升。手机通信制式的提升也会带来相应的功耗增长,以最新的5G手机为例,5G手 机相对于3G、4G手机内部采用了
7、 Massive MIMO (大规模多入多出)天线技 术,需要在手机内置至少8根天线,每根天线都需要配备功率放大器,这就会 产生比较大的功耗,此外,在5G发展初期,整体网络覆盖率较低的情况下, 如 果使用5G网络,会出现手机频繁搜索信号的情况,搜索信号本身就会加速 电量的消耗。根据小米集团中国区总裁卢伟冰的表述,如果5G旗舰手机5G网络全开,功 耗将会高于4G手机约20%图表12: 5G通信中的MaSSiVe IIlMO天线技术2*2 MlMO44 MIMOSASE STATIONBASE STATIONIaS MASSIVf MIMO*IA MASSIVf MiMOBASf STATIONS
8、 X s SSKSM BASf STATION资料来通:githubt东方财富证不研竟所除了通讯功能外,可以连接手机的可穿戴设备数量增多,需要手机保持蓝牙的 开启状态,也需要消耗电量;还有导航以及健身等应用软件需要频繁调用GPS 支持,这部分来自于GPS芯片的计算工作和加速剂陀螺仪等的支持工作功耗 大概在50mW左右。2.快充成为解决电量焦虑的方法之一2.L快充技术通过增大电流或电压实现随着使用手机的时长不断增长,在保持手机轻薄的前提下,如何最大化增强手 机的续航成为各家厂商思考的问题。其中一种方式就是加快手机的充电速度。快充的实现方法是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
9、间,目前主流的快充方法分为三种:提高充电电压、增长充电电流、或 者是 在提高电压的同时增大电流。形象的来表示快充技术,可以通过下图中,将水压代表电压,水流代表电流, 水库来表示为电池,提高电压类比为提高水位差来增加水流速度,让水可以更 快的从大水库流进小水库,增大电流则等效于增大水库间的水管宽度,通 过的 水变多加速小水库注满,使用以上任意一个或者两种方式结合都可以达到快充 的效果。低电压大电流:AB通过增大流径,让单位时间里有更多水从超水位水池流向低水位水池高电压小电流:通过增大压强省,Mrt夬流速,让单位时间里当更多水从高水位水池流向低水位水池资料来源:OPPO.东方财富证券研究所2. 2
10、充电器产业链有线充电器即为市面上需要电源线连接设备的充电器,用来对智能终端来 进行 充电,主要技术原理是利用电力电子器件将交流电转换为可以对锂电池进 行充 电的直流电。有线充电器广泛应用于消费电子中智能手机、平板电脑以及 笔记 本等常见的智能终端设备,充电功率通常为2. 5W-100W之间。有线充电器 主 要可以分为普通充电器以及快速充电器,普通充电器的价格相对比较便宜,但 是充电速度较慢,现在消费者越来越接受具备更快充电速度的快速充电器。有线充电器主要由塑料壳体、金属插脚、USB接口、PCB板、控制芯片、变压 器、MOS管、被动元件(电容、电阻、电感等)、辅材(如绝缘胶)等零部 件 或材料
11、组成。图表14:充电器拆解资料来源:奥海科技,东方财富证券研究所根据市场调研机构BCC Research于2018年8月发布的报告数据显示,2017年全球有线充电器市场规模为85.49亿美元,其中,普通充电器市场规 模68. 22亿美元,占比为79. 80%;快速充电器市场规模为17.27亿美元,占 比为 20. 20%o着地充电器亿飞冠) 快迷充电龄匕美无) niEs亿赞儿)资料来源:BCC Research,东方财富证券研究所目前市场上各大厂商都推出了各自的快充技术,较为主流的包括高通QC协 议,联发科PE协议,OPPO、VIVO的闪充,华为的快充技术等。2. 3.高通 Quick Cha
12、rge 技术 高通作为目前智能手机SoC领域市占率最高的品牌,高通很早就开始发展 开 售充电技术Quick Charge (Qe),大部分使用高通骁龙处理的手机都使用QC 快充,三星旗下的Exynos处理器也支持QC快充规格。Qualcommquick charge4+资料来源:高通,东方财富证苏研究所高通最早是采用低电压高电流模式,通过将电流大小提升至2A来增强充 电功 率。但是受限于当时使用的Micro USB接口,2A已经达到了承受的电流上 限,随后高通转向发展高电压恒定电流模式,通过增强电压来提升充电功率。 直到Type C接口技术逐渐普及发展成熟,可以承受的电流上限提高,高电压 高电
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