解决电量焦虑，快充无线充关注度提升.pdf

Table_Title 电子设备行业专题研究 解决电量焦虑，快充无线充关注度提升 2020 年 07 月 02 日 Table_Summary 【 投资要点 】 电池技术遇到瓶颈与手机功耗不断提升之间的矛盾。 手机电池技术经过近 50 年的发展，从早期的镍铬电池、镍氢电池直至现在的锂电池，电池容量不断提升，电池体积不断缩减，如今锂电池技术已经进入瓶颈期。与之产生矛盾的是手机性能提升带来功耗的大幅提升，手机从原来的一周一充逐渐变成现在的一天多充，主要原因是手机屏幕、CPU、通讯等方面耗电量的增长 。 快充帮助解决电量焦虑， GaN 在快充中大有可为。 目前市场上快速充电的功率从 10W-100W 不等，高通、华为、 OPPO、 vivo 等厂商也推出各自的快充技术，消费者对快充技术的需求 不断提升 ，根据 BCC Research 调查显示， 2017 年全球快速充电器市场规模为 17.27 亿美元，到 2022 年将增长至 27.43 亿美元，年均复合增长率为 9.69%。 GaN快充相比于传统充电器可以减少 40%的体积 且发热量 更少， 具备较大的发展空间，产业链主要以欧美日厂商为主， 国内厂商近年来也在追赶当中，发展值得期待 。 无线充电充分利用零散时间充电 ，市场需求逐步提升 。 无线充电具备更高的 使用 便捷性， 采取 电磁感应 为主要 技术路径 。 根据 BCC 统计，2017 年全球无线充电器市场规模为 10.58 亿美元，到 2022 年将达到15.64 亿美元，复合增 长率约为 8.1%，应用领域及市场规模将继续扩大 。 国内厂商在磁性材料及线圈方面具备较强的竞争力，也逐步加强在方案设计及芯片领域的研发，技术实力不断提升，有望获取更多的市场份额。 【配置建议】 谨慎看好三安光电（ 600703），子公司三安集成聚焦于半导体化合物研发制造，在高功率电力电子器件领域有相应的技术布局，公司建设了年产 6 万片氮化镓外延片的生产线，目前已经推出了硅基氮化镓的功率器件，客户累计超过了 60 家，其中氮化镓 E-HEMT 技术针对消费及工业领域，可以为适配器、充电器等提供具备成本优势的解决方案。 看好信维通信（ 300136），公司在无线充电领域具备从材料到模组完整的解决方案，是市场上唯一一家覆盖全球领先手机厂商无线充电的核心供应商，未来公司在客户无线充电的份额有望从 20-30%继续扩大至50%，公司无线充电业务有望进入快速增长通道。 【风险提示】 智能手机销量下滑超过预期； 快充及无线充技术发展不及预期 。 Table_Rank 强于大市 （维持） Table_Author 东方财富证券研究所 证券分析师：何玮 证书编号： S1160517110001 联系人：危鹏华 电话： 021-23586480 Table_PicQuote 相对指数表现 Table_Report 相关研究 新技术及新应用出现， CIS 市场有望持续成长 2020.06.22 生物识别技术发展前景广阔 2020.06.11 潜望式镜头，带你看更远的风景 2020.05.14 疫情对电子行业景气度影响有限，建议关注被错杀的优质个股 2020.02.06 大基金一期投资硕果累累，二期蓄势待发 2019.12.31 -10.30%9.45%29.20%48.95%68.70%88.46%7/1 9/1 11/1 1/1 3/1 5/1 7/1电子设备 沪深 300Table_Title1 行业研究 /电子设备 / 证券研究报告 挖掘价值 投资成长 敬请阅读本报告正文后各项声明 2 Table_yemei 电子设备行业专题研究 正文目录 1.电池技术瓶颈与手机功耗提升的矛盾 . 4 1.1.手机电池技术发展停滞不前 . 4 1.2.手机性能提升随之带来功耗增长 . 5 2.快充成为解决电量焦虑的方法之 一 . 8 2.1.快充技术通过增大电流或电压实现 . 8 2.2.充电器产业链 . 9 2.3.高通 Quick Charge 技术 . 10 2.4.USB PD . 12 2.5.OPPO VOOC 快充 . 13 2.6.华为 SuperCharge . 14 2.7.vivo 快充 . 15 2.8. 小米快充 Charge Turbo . 16 2.9. GaN 在快充中大有可为 . 16 3.无线充电是解决电量焦虑的方法之二 . 19 3.1.无线充电的优劣势 . 19 3.2.无线充电技术路径 . 19 3.3.无线充电市场持续增长 . 20 4.配置建议 . 21 4.1.三安光电 . 21 4.2.信维通信 . 22 5.风险提示 . 23 图表目录 图表 1：摩托罗拉 Dyna TAC 8000X . 4 图表 2：摩托罗拉 Dyna TAC 8000X 中的镍镉电池 . 4 图表 3：摩托罗拉 StarTAC . 4 图表 4：摩托罗拉 StarTAC 镍氢电池 . 4 图表 5：早期锂电池形态 . 5 图表 6： iPhone 中锂电池 . 5 图表 7：手机耗电部分 . 5 图表 8：分辨率提升耗电过程 . 6 图表 9：不同分辨率下屏幕功耗 . 6 图表 10：不同机型屏幕功耗对比 . 6 图表 11：处理器功耗统计 . 7 图表 12： 5G 通信中的 Massive MIMO 天线技术 . 8 图表 13：快充实现方式 . 9 图表 14：充电器拆解 . 10 图表 15：充电器市场规模 . 10 图表 16：高通最新快充技术 QC 4+ . 11 图表 17：高通快充技术规格 . 11 图表 18：高通 QC 4+技术特性 . 12 图表 19： USB PD 充电规格 . 12 图表 20： USB PD 应用范围 . 13 敬请阅读本报告正文后各项声明 3 Table_yemei 电子设备行业专题研究 图表 21： OPPO Super VOOC 充电曲线 . 14 图表 22：华为 SuperCharge 充电速度 . 14 图表 23： vivo 双引擎闪充 . 15 图表 24： vivo 120W 超级闪充 . 15 图表 25：小米快充 Charge Turbo . 16 图表 26：已发布氮化镓快充的手机厂商 . 17 图表 27： 65W 小米快充、小米普充及苹果充电器对比 . 17 图表 28： GaN 产业链 . 18 图表 29： GaN 功率芯片生产厂商 . 18 图表 30：苹果 AirPower 概念图 . 19 图表 31：无线充电技术路径 . 20 图表 32：全球无线充电市场规模 . 21 图表 33：无线充电产业链价值量 . 21 图表 34：无线充电产业链 . 21 图表 35：三安集成 . 22 图表 36：三安集成氮化镓产线规划 . 22 图表 37：信维通信消费电子布局 . 23 图表 38：建议关注公司盈利预测（截至 2020-06-28） . 23 敬请阅读本报告正文后各项声明 4 Table_yemei 电子设备行业专题研究 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，由六节圆柱体镍铬电池组成，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。 镍镉电池有容量低、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。 图表 1： 摩托罗拉 Dyna TAC 8000X 图表 2： 摩托罗拉 Dyna TAC 8000X 中的镍镉电池 资料来源： 摩托罗拉 ，东方财富证券研究所 资料来源：手机 315网，东方财富证券研究所 1983 年，手机电池实现了首次的更新换代，镍氢电池出现，相对于镍铬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 年推出了搭载镍氢电池的 StarTAC 手机具备更加便携的外形。 图表 3： 摩托罗拉 StarTAC 图表 4： 摩托罗拉 StarTAC 镍氢电池 资料来源：谷歌，东方财富证券研究所 资料来源：手机 315网，东方财富证券研究所 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，相比镍氢电池的优势不明显，因此没有得到大敬请阅读本报告正文后各项声明 5 Table_yemei 电子设备行业专题研究 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 5： 早期锂电池形态 图表 6： iPhone 中锂电池 资料来源：谷歌，东方财富证券研究所 资料来源：手机 315网，东方财富证券研究所 如今，距离锂电池发明已经有近 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。 图表 7： 手机耗电部分 资料来源： CSDN，东方财富证券研究所 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敬请阅读本报告正文后各项声明 6 Table_yemei 电子设备行业专题研究 GPU 对成倍提升的像素点的计算量的增加 。 图表 8： 分辨率提升耗电过程 资料来源： CSDN，东方财富证券研究所 例如当屏幕以 2560X1440（ 577ppi） 的分辨率运行时屏幕功耗为 10.247W，相比 1280X720（ 144ppi） 分辨率功耗高出 87.3%。 图表 9： 不同分辨率下屏幕功耗 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 iPhone 6 plus 以及三星 S7 在最大显示亮度下屏幕功耗分别达到了 1.52W 和 1.45W， 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%。 图表 10： 不同机型屏幕功耗对比 机型及最大亮度 功耗（ mW） iPhone 5556cd/ 740 iPhone 6558cd/ 1070 iPhone 6 Plus558cd/ 1520 三星 GalaxyS6348cd/ 1200 三星 GalaxyS7414cd/ 1450 资料来源： ZOL，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，从最初的单核 1GHz 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 A10 芯敬请阅读本报告正文后各项声明 7 Table_yemei 电子设备行业专题研究 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 1.95w 高于骁龙 835 以及 845 的1.40w 和 1.70w。由此可以看到，随着 CPU 的更新换代，也将带来 CPU 功耗的提升。 图表 11： 处理器功耗统计 资料来源： github，东方财富证券研究所 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 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% 敬请阅读本报告正文后各项声明 8 Table_yemei 电子设备行业专题研究 图表 12： 5G 通信中的 Massive MIMO 天线技术 资料来源： github，东方财富证券研究所 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 2.1.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。 敬请阅读本报告正文后各项声明 9 Table_yemei 电子设备行业专题研究 图表 13： 快充实现方式 资料来源： OPPO，东方财富证券研究所 2.2.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）等零部件或材料组成。 敬请阅读本报告正文后各项声明 10 Table_yemei 电子设备行业专题研究 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%。 图表 15： 充电器市场规模 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 Charge 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（ QC）， 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。