2024年汽车无线充电行业研究：无线充电新蓝海，Robotaxi最佳自动慢充方案

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。

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。

无线充电的核心在于耦合线圈，磁耦合机构是无线 无线充电主要磁耦合机构及其特性 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。

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。

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。

主要车企已储备 无线充电技术

特斯拉2024年已经申请四项无线充电相关专利

特斯拉无线充电技术储备已久。特斯拉早在2017年研发出了一套专属特斯拉Models的后装的EV WPT 设备，充电功率可达7.2kW，每小时 为 Model S 充入的电量可以提供20km的续航里程,充满ModelS需要约10~12h该系统可以装到户外，地面设备可以防雨水，系统工作温度 范围为-18℃~50℃。该无线充电系统为后装产品 特斯拉曾于2023年收购Wiferion， Wiferion是工业应用无线充电解决方案提供商，以生产工业电动汽车专用无线充电系统而闻名，同时还 为移动机器人、自动导引车和其他电池供电设备提供无线充电系统。然而，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的生产部工程师。Cybertruck的电池组中加入了“感应式充电器接口”，这表明其或将以 匹配未来的无线充电装置。

国内汽车无线充电市场方兴未艾

智己2023年3月11kw首款无线充电装置上市： （1）功率：充电效率达到同功率有限充电效率的95%左右，平均一小时可充70-80km的续航。 （2）功能：无线充电板防护等级达IP67、IP6K9K，无惧雨雪。具备高强度设计金属、活体异物检测、协同位置检测功能，未来还将融合 WLC专属高精度泊车技术。 （3）价格：需车主另行购买安装，统一售价18,999元，抵扣购车赠送的6,000元7kW有线充电桩权益后，实际需支付12,000元。

汽车无线充电专利申请情况

2015-2023年汽车无线充电专利申请数量整体呈波动上升的趋势。2015年起始专利数量为211，随后几年持续增长，到2018年达到峰 值595。2018年之后稍有下降，在2021年又有所回升至521。 中兴新能源汽车有限责任公司以112项专利位居榜首。随后是北京新能源汽车股份有限公司，拥有65项专利；奇瑞汽车股份有限公司， 拥有63项专利；以及中国第一汽车股份有限公司，拥有60项专利。

无线充电是Robotaxi 最佳商用充电方案

有线充电优势在于充电效率高

有线充电功率较高，在快速补能场景具备先天优势。有线充电通过物理连接直接传输电力。其中，交流慢充按照功率主要分为220V7kW、 380V11kW、380V21kW三种，7kW的单相交流充电桩为标准产品，普及程度较广, 平均4-8小时能将电动汽车充满电。部分电动汽车企业 配备的大功率车载充电机，具备三相交流供电，最大功率可达42kW，能够实现交流快充。直流充电桩的功率则更高，一般仅需30分钟即可 将电动汽车充电至80%的电量。全国公用直流桩充电功率主要集中在100kW≤P＜150kW区间（主要为120kW），占比52%，整体看， P≥100kW区间的公用直流桩占比超80%。充电站的正常电损比一般认为是在8%-13%之间。运营较好的场站，电损可能会控制在5%左右。

无线充电操作便捷，智能化程度高，有利于延长电池寿命

无线充电功率相对较低，但随停随充对电池寿命友好。无线充电通过电磁场传输，大多系统功率为3-11kW。目前有实际运营案例，无线充 电效率可达87%，以100kW充电功率为例，损耗13%(13kW)。但无线充电的工作频率和效率正在不断优化，有感科技推出的7kW/11kW无 线充电系统，充电效率已达到91%以上。此外ORNL的测试显示，无线充电损失能达到仅约为6%，这意味着该技术可能比传统有线充电还要 高效。并且无线充电技术适用于各种不同车型，可以全天候使用，这有助于维持汽车电池在45%到75%的充电状态（SOC），从而延长电池 的预期寿命至深循环充电方法的4.5倍。 无线充电最大优势在于其便捷性，符合汽车智能化趋势。有线充电设施为防止老化故障需要定期更换连接器和线缆，无线充电无连接器和线 缆的磨损，可以有效避免上述安全隐患，并节约运维成本。无线充电无需驾驶人员手动拖拽插拔电缆，更加便利。无线充电的能量发射装置 建设在车位下方，还能有效缓解由于大量建设充电站导致的土地和空间资源占用问题。

短期robotaxi开拓市场， 长期看好有线家充替代

无线充电桩的应用场景一：替代家用慢充桩

目前，无线充电桩对家用慢充桩的可替代程度较高，市场需求增量可观。随着新能源汽车销量的不断增长，与之相伴而生的充电市场空间 同样十分庞大，尤其是电动汽车家庭充电解决方案市场。根据弗若斯特沙利文分析的数据，2027年全球家用电动汽车充电桩的销量预计达 13.1百万台。此外，全球各国政府都致力于推动包括电动汽车家庭充电在内的充电基础设施建设。  其中，中国家用电动汽车充电桩的销量处于较高水平，在相关政策的支持和电动汽车行业的发展之下，2018年至2022年的复合年增长率 达63.0%。根据弗若斯特沙利文分析的数据，预计2027年的销量达5.69百万台。

无线充电桩的应用场景二：出行场景中的自动驾驶 Robotaxi

Robotaxi有望成为智慧出行的未来。作为自动驾驶技术最有前景的应用，Robotaxi为内置L4和L5自动驾驶技术的无人类驾驶智慧出行乘 用车；与传统智慧出行服务（如出租车和网约车）相比，其可提供更高效、能耗更低、更安全的新型智慧出行模式。 短期来看，Robotaxi更多的是处于（出租车和网约车形成的）存量市场格局。受益于技术进步、政策支持以及成本降低，Robotaxi预计 于2026年左右实现商业化；在商业化的初期，Robotaxi凭借其更高的安全性以及价格优势，有望渗透到智慧出行市场。预计于2030年前， Robotaxi将进入成熟的商业化阶段，并且在全球主要地区广泛投入使用。 无线充电桩可进一步推动无人驾驶技术的应用。“Robotaxi+无线充电”将能够实现“无人驾驶+无人充电”的理想场景，从而提高运营 效率和用户便利性，标志着自动驾驶技术的进一步成熟。

报告节选：

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