汽车行业深度报告：无线充电新蓝海，Robotaxi最佳自动慢充方案

分析师：林子健 SAC编号：S1050523090001 行业深度报告 证券研究报告 无线充电新蓝海，Robotaxi最佳自动慢充方案 投资评级：推荐（维持） 报告日期：2024年10月11日 磁耦合谐振式无线充电适用于电动汽车补能，远期成本有望持续下探： 现阶段最成熟的无线充电方式是电磁感应式，但电磁感应式传输距离只有毫米级，并不满足电动汽车充电要求。磁耦合谐振式传输距离可远至数米，对汽车停放偏差要求较低。磁耦合谐振式主要结构包括线圈、电压转换器、补偿电路，相对有线充电结构复杂。现阶段无线充电系统成本约是同功率有线充电桩的2-3倍，主要原因是目前无线充电尚未大规模量产。其次，在结构上无线充电和有线充电成本大头仍为充电模块，无线充电较有线充电部分高出的价值量包括线圈、磁性材料、高频逆变器、检测系统传感器等部分。 主要整车厂已储备无线充电相关技术专利，特斯拉有望成为破局者： 特斯拉于2024年9月公布4项汽车无线充电相关专利，并且于2023年收购工业应用无线充电解决方案提供商Wiferion。虽然 同年特斯拉又转手将Wiferion以未公开的金额出售给PULS（IN轨道电源供应商），但是特斯拉保留了Wiferion的技术工程师。在2023年投资者日中，特斯拉曾展示其无线充电装备，表明其在无线充电方面已有深厚研发基础。从专利申请人来看，蔚 小理、小米、华为、上汽、一汽、奇瑞等国内重要整车厂均有无线充电相关专利储备，随着技术端不断突破，无线充电设施 有望迎来快速放量。 无线充电是Robotaxi乃至自动驾驶的首选商业充电方案，2035年无线充电市场规模有望破千亿 短期来看Robotaxi是无线充电市场主要破局者，长期我们看好家充场景的无线充电替代趋势。相较于有线充电，我们预计Robotaxi采用无线充电方案有望每年单车节省2,700元的运营成本。同时，无线充电能够使得robotaxi在补能时有序运行，随充随走，能够充分灵活应用载客间隙补能。长期来看，家用无线充电系统有望占据无线主要市场规模。家用充电桩功率较小，与现阶段无线充电功率水平接近。目前具有自动泊车功能的车辆在自动入库后，仍需要人工进入停车位充电。无线充电可避免车主陷入这种尴尬局面，使得车主能够真正享受到自动泊车所带来的便利性。现在自动泊车渗透率仍有较大提升空间，但“无线充电+自动泊车”的吸引力十分可观。 推荐标的 1）安洁科技：已获全球无线充电领军企业WiTricity电动汽车无线充电专利许可，高功率密度800V无线充电系统已实现销售。 2）威迈斯：电动汽车无线充电系统已经获得多个主机厂的项目定点并已达到可量产状态。 3）万安科技：子公司亿创智联专注于无线充电，在2022年实现了11kW电动汽车无线充电产品全球首发量产，是业内首家实现大功率汽车无线充电产业化的企业。 公司代码 名称 2024-10-11股价 EPS PE 投资评级 2023 2024E 2025E 2023 2024E 2025E 002635.SZ 安洁科技 17.38 0.46 0.59 0.72 37.78 29.39 23.99 未评级 688612.SH 威迈斯 25.63 1.19 1.48 1.88 21.54 17.35 13.65 未评级 资料来源：wind，华鑫证券研究（未评级公司盈利预测来自wind一致预期） 无人出租车行业发展不及预期 无线充电技术迭代速度较慢地缘政治风险 上市公司业绩不及预期 1.磁耦合谐振式系统是电动汽车无线充电最佳方案 2.主要整车厂已储备无线充电相关技术专利，特斯 拉有望成为破局者 3.无线充电是Robotaxi最佳商用充电方案 4.短期robotaxi开拓市场，长期看好有线家充替代 5.推荐标的 01磁耦合谐振式系统是电动汽车无线充电最佳方案 1.1、磁耦合谐振式系统是电动汽车无线充电最佳方案 磁耦合谐振式无线充电方式传输距离适中、输出功率大，且充电效率高，对线圈位置敏感度低。磁耦合谐振式无线充电能够满足电动汽车的充电需要，充电安全可靠，与其他方式相比，更能满足电动汽车无线充电需求，因此针对电动汽车这一应用场景，大多采用磁耦合谐振式无 线充电系统。 无线充电方式分类 近场传输远场传输 分类 电磁感应式 磁耦合谐振式 微波辐射式 激光式 基本原理 将变压器的一次绕组和二次绕组分离，两个绕组之间存在一定的气隙，利用磁场耦合原理将一次侧的电能传输到二次侧。 在电磁感应式无线充电基础上增加谐振补偿电路来实现能量中等距离传输的技术方式。利用两个相同频率的谐振回路产生很强的相互耦合的电磁场来实现电能的高效传输。而加入的谐振补偿拓扑就是实现原副边电路谐振的关键部件，通过补偿拓扑实现电路谐振，线圈传输距离可以得到 增加。 利用微波进行能量传输。能量发射端发射的微波，在能量接受被转化为电能，完成电能的传输。 利用光电转化原理实现，能量发射端发射的特定波长的激光，被能量接收端的光学转换装置转化成电能，实现能量的传输和转化。 传输距离 短距离，厘米级 中距离，数米 远距离 远距离 优点 高效率、大功率 对线圈对位精准度要求不太高，可以在一定偏移距离内满足高效率大功率充电 可进行远距离充电 运输距离远，定向性好，传输功率大，激光传输波长短，不干扰通讯卫星 缺点 功率受距离局限 能量损耗相对较大，技术难度较高 微波易对通信干扰，传输速度慢，微波束比较分散，定向性差，损耗大，输出功率低，建造成本高 云层阻碍激光传输，加上大气吸收折射，能量转换效率低 应用场景 电动牙刷、手机等家用电子设备、植入式医疗电子设备 工业机器人、水下探测设备、电动汽车 远距离能量运输的场合，无人机供电，电动汽车无线充电不适用 航天领域，空间太阳能电站，卫星供电 电磁感应互感和谐振耦合线圈图对比磁耦合谐振式无线电能传输原理图 资料资源：磁耦合谐振式电动汽车无线充电系统设计_窦胜月，电动汽车无线充电技术研究_岳峤，汽车无线充电研究及未来趋势_洪海彬，电动汽车WPT系统传输效率不确定性量化及主被动屏蔽技术研究_徐琳琳，基于无线充电技术的电动汽车方案分析_瞿辰翰，华鑫证券研究 1.2、磁耦合谐振式系统通过线圈振动传递能量 无线充电系统一般划分为两个部分，分别是发射端与接收端，其中发射端包含整流电路、高频逆变电路、补偿电路以及磁耦合结构发射端， 接收端是由磁耦合结构接收端、补偿电路、整流电路以及负载组成。无线电能传输系统的电源由电网接入，接着经过整流电路变换成直流电，将直流电输入高频逆变器后输出固定频率的高频电流，经过发射端补偿电路后，高频电流驱动发射线圈产生较强的交变磁场。接收端磁耦合结构通过磁耦合的方式将附近空间中的磁场能转换为同频率的交流电，高频交流电经过接收端补偿电路输入整流器，整流器将高频交流电转换为直流电为电动汽车锂电池负载进行充电。 电动汽车无线充电系统主要结构国家标准规定的磁耦合机构方案(WPT1/Z3) 资料资源：电动汽车无线充电系统补偿电路拓扑与磁耦合结构研究郑少杰，电动汽车无线充电磁耦合机构互操作性评价与提升技术研究_杨光，华鑫证券研究 1.2、磁耦合谐振式系统通过线圈振动传递能量 主要磁耦合机构特性 类别 形状 特征 圆形 金属屏蔽铁磁材料 线固 广泛应用于电动汽车无线充电，各方向偏移容忍度一致，即无方向性。当水平偏移大约线圈直径40%,互感系数存在零点。圆形线圈相比于同尺寸的其他线圈，在气隙间距和偏移度相同的情况下耦合系数小，当气隙间距是线圈直径1/4时，耦合系数大约为0.2 方形 金属屏蔽铁磁材料 线圈 扩大了磁通耦合范围，减小了边缘漏磁。较圆形线圈具有更好的横向偏移容忍度，轻便集成，制造方便 空间螺旋形 铁磁材料 线圈 小巧、轻便，纵向偏移容忍度高，磁场分布于线圈两侧，不利于屏蔽磁通利用率低，漏磁较大，导致系统效率降低 Fluxpipe 铁磁材料线圈 水平偏移容忍度高，耦合系数与圆形线圈相当。磁场高度大约为接收线图长度的一半，磁场分布于线圈两侧，不利于屏蔽。磁通利用率低，漏磁较大，导致系统效率降低 DD型 金属屏蔽铁碘材料 线圈 磁场仅分布于线圈一面，极大的减小了背面漏磁，提高了系统效率。相比于圆、方形单线圈具有更好的横向偏移能力。磁场高度是圆形线圈的2倍，与H型线圈相当，大约为线圈长度的一半，更适合于气隙间距大的场合。沿y轴侧向偏移能力较好，但沿x轴偏移大约34%时存在耦合系数零点。由于产生的是并联磁通，不能与平面单线圈混用 DDQ型 金属屏蔽铁磁材料 线圈 在DD型线圈的基础上增加了Q线圈。在x、y轴方向都具有高的偏移容忍度，可以与平面单线圈混用。作为发射线圈需要两个逆变电路，作为接收线圈需要两个整流电路，结构较复杂，增加了系统损耗。用铜量多，损耗增加 BP型 金属屏蔬铁磁材料 线圈 具有与DDQ型线圈类似的优点，但用铜量减少了25.17% 作为发射线圈需要两个逆变电路，作为接收需要两个整流电路需要位置和磁链传感器以及复杂的控制策略 旋转偏移容忍度差，角度偏移30°,耦合系数降低13% 无线充电的核心在于耦合线圈，磁耦合机构是无线充电系统中原、副边能量耦合的关键元件。发射线圈与接收线圈之间通过磁耦合相互连接形成耦合机构进行能量传递，线圈通过无线的方式进行电能传输，发送线圈端由原级电能转换电路、补偿电路组成，接收线圈由补偿电路、电能转换电路组成，转换完成后给储能装置进行充电。磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率会随着传输距离的增大而急剧减小。因此，为了提高传输效率，需要设计 最优的线圈结构并提升发射端与接收端的耦合系数。当前磁耦合机构的研究主要侧重在提高线圈之间耦合、提高抗偏移能力、减小线圈体积、减少成本等方面。 总体上，相比于单线圈结构，多线圈结构在抗偏移、传输距离等方面更具优势，但相应的也会增加用铜量，结构和控制等也更为复杂；相比于单边绕组结构，螺线管型等双边绕组，磁场利用率较低、漏磁较大，会导致系统效率的降低。 无线充电主要磁耦合机构及其特性 资料资源：电动汽车静态无线充电技术研究综述（上篇）_吴理豪，华鑫证券研究 1.3、补偿结构可以有效提升能量传递效率 补偿电路拓扑对于提高系统输出功率、提升系统传输效率等方面非常关键。磁耦合谐振式传输无线电能传输系统是基于电路的谐振特性实现 的，但是磁耦合结构在高频交流电驱动下呈现出感性状态，无法高效传递能量。合适的补偿电路拓扑可以抵消磁耦合结构的感抗，减小传输过程的回路阻抗，使得两端电路结构的谐振频率与高频电流频率保持一致实现强耦合。因此，为了实现强耦合谐振使得传输功率与效率达到最优，需要设计一个高效且稳定传输电能的补偿电路拓扑。 补偿网络通常是连接在发射线圈和接收线圈之间的电容器、电感器和电阻器的无源网络。补偿网络旨在使线圈的阻抗与驱动电路的阻抗相匹配，并将系统的谐振频率调谐到所需的工作频率。有助于最大限度地减少无线充电系统中的损耗和反射，从而提高功率传输效率并减少线圈发热。补偿网络的选择需要考虑系统性能、负载特性、系统稳定性、抗干扰能力。 四种基本补偿结构对补偿电路优化后效率提升明显 资料资源：电动汽车磁耦合谐振式无线充电系统的电路研究_刘桃，无线充电线圈及补偿网络优化设计_韦颖悦，华鑫证券研究 1.4、功率变换器主要控制电流输入输出 目前无线充电主要变换器为功率变换器，需要把50/60Hz的交流电变换成几十kHz的高频交流电。主要有两级变换器级联（AC-DC-AC）和单级变换器（AC-AC）两种实现方式。目前AC-DC-AC变换器仍是电动汽车无线充电系统中应用最为广泛的结构。此种方式容易控制输入电流，实现单位功率因数，但变换器级联数增加，效率降低。第一级是单位功率因数校正电路，实现整流和调压，第二级是高频逆变电路，为发射线圈提供高频电源。近年AC-AC变换器的研究也在大力推进，其具有去掉了直流侧的大电容、减少了开关器件，提高了系统效率的优 点。不同逆变器在系统传输效率方面的对比 MC-WPT系统中不同高频逆变器各项性能指标对比 资