IEC PAS 61980-42025 电动汽车无线电力传输(WPT)系统 第4部分电动汽车大功率无线电力传输(H-WPT)的互操作性和安全性标准立项发展报告

电动汽车无线电力传输（WPT）系统第4部分：电动汽车大功率无线电力传输（H-WPT）的互操作性和安全性标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ElectricVehicleWirelessPowerTransfer(WPT)Systems-Part4:InteroperabilityandSafetyofHigh-PowerWirelessPowerTransfer(H-WPT)forElectricVehicles摘要随着全球电动汽车产业的快速发展，无线电力传输（WPT）技术作为替代传统传导充电的新型电能补给方式，正逐步由小功率应用场景向大功率、高速度、多品牌互操作的应用方向演进。国际电工委员会（IEC）于2025年11月25日正式发布IECPAS61980-4:2025《电动汽车无线电力传输（WPT）系统第4部分：电动汽车大功率无线电力传输（H-WPT）的互操作性和安全性》，该标准是IEC61980系列标准的重要组成部分，填补了大功率无线充电领域国际标准空白。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术框架、核心内容及产业应用价值，重点分析了其在互操作性技术指标、电磁安全限值、通信协议一致性、异物检测与活体保护等方面的关键技术要求，并对标准的技术创新点和国际影响进行了深入探讨。报告认为，该标准的发布将有力推动大功率无线充电技术在全球范围内的规范化应用，为电动汽车无线充电产业化发展提供重要技术支撑，对促进全球电动汽车充电基础设施互联互通具有里程碑意义。关键词：电动汽车；无线电力传输；大功率充电；互操作性；安全性；IEC标准；电磁兼容Keywords：ElectricVehicle;WirelessPowerTransfer;High-PowerCharging;Interoperability;Safety;IECStandard;ElectromagneticCompatibility一、引言1.1标准立项背景全球碳中和目标驱动下，电动汽车产业正经历前所未有的高速发展。国际能源署（IEA）发布的《GlobalEVOutlook2025》数据显示，2024年全球电动汽车保有量已突破4500万辆，同比增长约35%。充电基础设施的建设速度和充电体验的提升已成为制约电动汽车进一步普及的关键因素。在此背景下，无线电力传输（WirelessPowerTransfer,WPT）技术凭借其无需插拔电缆、自动化程度高、适应恶劣天气能力强、可支持动态充电等独特优势，正从实验室走向商业化应用。国际电工委员会（IEC）早在2016年便启动了电动汽车WPT系统标准体系的规划工作，目前已发布IEC61980系列多项标准，覆盖了小功率静态无线充电的基本要求。然而，随着电动公交车、电动卡车、高端乘用车等应用场景对充电功率需求的持续攀升，100kW及以上级别的大功率无线电力传输（H-WPT）技术成为行业关注焦点。该技术在功率等级、电磁环境、安全防护、系统架构等方面与小功率系统存在显著差异，亟需专门的标准进行规范。1.2标准编制过程IECPAS61980-4:2025的编制工作由IEC/TC69（电动汽车和电动工业车辆技术委员会）下属的WG4工作组牵头推进。该工作组汇聚了来自中国、德国、美国、日本、韩国等主要汽车工业国家的技术专家，以及WiTricity、高通、庞巴迪等核心技术企业的研发人员。标准编制工作历时三年，经过多轮草案审阅、技术讨论和实验室间验证，于2025年正式通过IECPAS（PubliclyAvailableSpecification，公开可用规范）程序发布。选择PAS发布形式，体现了IEC对该技术领域快速响应市场需求、以标准引导产业发展的战略考量。1.3标准定位与适用范围IECPAS61980-4:2025是IEC61980系列标准的第四部分，聚焦于大功率无线电力传输系统的互操作性和安全性。标准适用于额定功率大于22kW、最高不超过500kW的电动汽车静态无线充电系统，涵盖电动乘用车、电动商用车及专用作业车辆等应用场景。标准的核心定位在于：为不同制造商生产的供流侧设备（供电端，GA）和受流侧设备（车载端，VA）之间建立统一的互操作技术规范和安全评价体系，确保跨品牌、跨平台的兼容性与安全性。二、标准主要内容2.1标准体系框架IECPAS61980-4:2025在整体架构上延续了IEC61980系列标准的系统框架，同时根据大功率应用的特殊需求进行了补充和扩展。标准正文共分为12个章节及6个附录，涵盖了从术语定义、系统分类、技术要求到试验验证的完整技术链条。表1IECPAS61980-4:2025标准章节结构|章节|内容|核心要点||:---:|------|------||第1章|范围|明确适用功率范围（>22kW，≤500kW）及应用场景||第2章|规范性引用文件|引用IEC61980-1、ISO19363、IEC62196等核心标准||第3章|术语和定义|补充H-WPT特有术语，如大功率互操作等级||第4章|系统架构要求|明确H-WPT系统拓扑结构和功能边界||第5章|互操作性要求|涵盖磁耦合互操作、通信互操作、控制互操作||第6章|安全性能要求|包括电气安全、电磁安全、机械安全、热安全||第7章|EMC要求|针对大功率场景的电磁骚扰和抗扰度限值||第8章|异物检测与活体保护|针对高功率密度系统的FOD/LOD增强要求||第9章|通信协议要求|基于ISO/IEC15118的扩展大功率通信协议||第10章|测试方法和验证|规定互操作性和安全性的标准测试程序||第11章|标记和说明|产品标识、警示信息和使用文档要求||第12章|符合性评价|制造商的符合性声明和第三方认证要求|2.2互操作性技术要求互操作性是本标准最核心的技术内容，直接决定了不同品牌和型号的供电设备与车载设备能否实现"即停即充"的无缝对接。标准在三个维度上建立了一套完整的互操作技术指标体系：（1）磁耦合互操作性。大功率无线充电系统的磁耦合机构呈现出多样化的设计趋势，包括圆形线圈、矩形线圈、DD型线圈、DDQ型线圈以及双极型线圈等拓扑结构。针对大功率系统的特点，标准在IEC61980-1规定的基准线圈系统基础上，定义了适用于大功率场景的扩展基准系统参数集，覆盖了85kHz（81.38-90.00kHz）工作频段内的线圈尺寸、匝数、补偿拓扑和磁芯结构等关键参数。同时，标准给出了磁耦合互操作的偏移容忍度要求，即在横向偏移±100mm、纵向偏移±75mm、气隙高度100-250mm范围内，系统应保持不低于目标效率85%的传输性能。（2）通信互操作性。大功率无线充电过程的启动、参数协商、功率调度、异常处理和安全保护等关键环节均依赖于供电端与车载端之间的实时通信。标准明确要求采用基于ISO/IEC15118-20的扩展通信协议，并定义了面向大功率充电场景的扩展消息集，包括高功率充电能力协商消息、动态功率控制消息、紧急功率中断消息等。通信延迟方面，标准规定控制消息的端到端延迟不超过20ms，以保证大功率传输过程中系统的动态响应能力。（3）控制互操作性。标准的控制互操作性要求着重解决了大功率场景下系统参数自适应匹配和闭环调节的兼容性问题。具体而言，标准规定供电端应能自动识别车载端的功率需求等级和阻抗特性，并在启动阶段完成系统调谐；同时给出了初级侧和次级侧控制策略的接口规范，允许不同制造商的系统在统一的控制语义下完成功率传输的精确管理。2.3安全性能要求安全性是大功率无线充电系统商业化的先决条件，也是本标准的另一核心内容。相较于小功率系统，大功率系统的安全挑战更为严峻：更高的工作电压和电流带来更严重的电气危害风险，更强的电磁场产生更大的生物暴露和电磁干扰隐患，更高的功率密度对热管理和异常检测提出了更高要求。（1）电气安全。针对大功率系统的电气安全特性，标准在IEC61980-1的基础上强化了多重防护要求。标准将大功率系统的电气安全防护等级划分为三个层级：基础绝缘保护、故障检测与断电保护、系统级联锁保护。在故障保护响应时间方面，标准规定对于接地故障、过流故障和过压故障，系统的保护动作时间不应超过100ms；同时要求在通信中断或控制异常情况下，系统应在50ms内完成功率降额或安全停机。此外，标准对高压部件的爬电距离和电气间隙要求进行了明确规定——在海拔2000m及以下的工作环境中，基本绝缘的电气间隙不低于表2所规定的数值，以确保在污染等级PD3的恶劣环境下仍能维持可靠的绝缘性能。表2大功率无线充电系统关键电气间隙要求|工作电压（峰值）|基本绝缘电气间隙|加强绝缘电气间隙||:---:|:---:|:---:||≤600V|5.5mm|10.0mm||600V-1000V|8.0mm|14.0mm||1000V-1500V|14.0mm|25.0mm|（2）电磁安全。电磁安全是无线充电技术面临的最具争议性和挑战性的问题。大功率系统在工作时产生的电磁场强度显著高于小功率系统，对长期暴露于充电环境中的人员（包括驾驶员、乘客、充电操作人员及周边公众）构成潜在的生物安全风险。标准明确采用了国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）2020年发布的最新电磁场暴露导则，规定在充电过程中，车内和车外人员可触及区域的磁通密度和电场强度限值——车内区域：磁场强度（B场）在85kHz工作频率下不超过27μT（微特斯拉），电场强度（E场）不超过83V/m；车外公众区域：磁场强度不超过6.25μT，电场强度不超过21V/m；充电操作人员区域：磁场强度不超过27μT（短时暴露可放宽至83μT，但持续时间不超过30分钟）。同时，标准引入了几何场强衰减因子的概念，要求系统在设计和布局时通过线圈优化、磁屏蔽等措施确保电磁场在距离车辆边界外0.5m处降至公众限值以下。（3）热安全。大功率传输必然伴随显著的功率损耗和温升。标准将热安全要求贯穿于系统设计、运行和保护的全过程。在材料层面，标准要求线圈绕组导体、磁芯材料和绝缘材料的热等级不低于ClassH（180°C）；在系统层面，标准要求供电端和车载端均应配置不少于两路独立温度传感器，实现对线圈热点、功率变换器件和电缆连接器的多点温度监测。在保护策略层面，标准设定了三级温度保护阈值——一级预警（温升达到允许值的80%时触发）、二级降额（温升达到允许值的90%时自动降低输出功率）、三级停机（温升超过允许值时立即中断功率传输）。（4）异物检测与活体保护。异物检测（FOD）和活体保护（LOD）是无线充电安全的两项特色功能。大功率系统能量密度高，金属异物（如硬币、钥匙、工具等）在强磁场中会产生严重的涡流发热，可能导致灼伤甚至火灾。活体保护则是防止人体（特别是儿童或宠物）在充电过程中进入充电区域而受到电磁暴露或灼伤伤害。标准对大功率系统的FOD/LOD提出了性能分级要求：一级（基础级）：可检测最小尺寸为30mm×30mm的金属异物，响应时间不超过500ms，漏检率低于1%；二级（增强级）：可检测最小尺寸为20mm×20mm的金属异物（包括非铁磁性金属如铝箔），响应时间不超过300ms，漏检率低于0.1%；三级（高级）：可检测最小尺寸为10mm×10mm的金属异物，同时具备对活体目标的识别能力，在检测到活体进入充电区域时应在200ms内完成功率中断。三、标准关键技术分析3.1大功率互操作等级体系大功率无线充电系统的一个显著技术挑战在于：不同车型的离地间隙、底盘结构、电池电压平台存在显著差异，使得磁耦合机构的电气参数和工作点差异较大。为解决这一问题，标准创造性地提出了"大功率互操作等级（H-WPTInteroperabilityClass）"的概念，将互操作等级划分为ClassA、ClassB、ClassC三个级别：ClassA级（覆盖常用应用场景）：适配离地间隙100-170mm、电池电压平台400-500V的乘用车型，额定传输功率50-150kW，最大偏移容忍度±75mm。ClassB级（覆盖商用车型场景）：适配离地间隙170-250mm、电池电压平台500-800V的商用车型（如电动公交车、物流车），额定传输功率150-350kW，最大偏移容忍度±100mm。ClassC级（覆盖超充和特种车辆场景）：适配离地间隙250-350mm、电池电压平台800-1000V的大型商用车辆和特种车辆，额定传输功率350-500kW，最大偏移容忍度±125mm。这一分级体系借鉴了欧洲汽车制造商联合推动的"CombinedChargingSystem（CCS）"标准的成功经验，通过分级的互操作性要求，在技术可实现性和产业推动力之间取得了有效平衡。3.2电磁兼容与协同共存大功率无线充电系统在工作中会产生强电磁辐射，可能对车载电子设备和周边通信系统造成电磁干扰（EMI）。标准的电磁兼容（EMC）章节采用了分层防护的总体思路：在骚扰限值方面，标准参考CISPR11和CISPR25的适用条款，对大功率系统在150kHz-30MHz频段的传导骚扰和辐射骚扰给出了明确限值。针对85kHz基波频率及其谐波分量，标准制定了专门的限值曲线，以兼顾其他无线业务（如航空导航、海上遇险频段等）的保护需求。在抗扰度方面，标准规定H-WPT系统应具备对车载环境中典型电磁干扰的抵抗能力，包括来自车载牵引逆变器的宽带骚扰、来自车载通信设备的窄带骚扰以及来自外部环境的瞬态骚扰。此外，针对大功率无线充电系统与无线通信系统（如车载蓝牙、Wi-Fi、蜂窝网络）之间的协同共存问题，标准引入了电磁发射协调区（EMCCoordinationZone）的概念，要求系统供应商在充电区域内明确标示协调区的范围，并提供系统共存性评估报告。3.3测试验证方法标准的测试验证部分是确保技术指标得到有效落实的关键环节。标准规定了三个层面的测试体系：型式试验：涵盖互操作性参数测试（功率传输能力、效率、偏移容忍度）、安全性能测试（电气安全、热安全、FOD/LOD性能）、EMC测试（传导骚扰、辐射骚扰、抗扰度）和通信协议一致性测试。型式试验应在符合ISO17025要求的认可实验室进行。出厂试验：制造商应在每台产品出厂前进行安全性相关项目的例行检验，包括接地连续性、绝缘耐压、泄漏电流和保护功能验证。现场验收试验：在充电设施安装完成后，应由安装方和用户共同实施现场验收，重点验证实际安装条件下的功率传输性能、安全保护功能和对周边环境的电磁影响。四、参与制定单位介绍4.1主要起草单位——WiTricityCorporationWiTricityCorporation是全球无线电力传输技术领域的领军企业，总部位于美国马萨诸塞州沃特敦。公司由麻省理工学院（MIT）的无线电力传输先驱、IEEEFellowMarinSoljačić教授于2007年联合创立，是磁共振无线充电技术的发明者和核心专利持有者，拥有全球范围内超过1500项专利和专利申请。WiTricity在IECPAS61980-4的编制过程中发挥了不可替代的技术领导作用。公司作为IEC/TC69/WG4工作组的核心成员，主导了大功率磁耦合机构互操作性参数体系、通信协议扩展方案以及FOD/LOD性能分级方法等关键技术内容的起草工作。WiTricity基于其在乘用车无线充电领域积累的丰富量产经验（公司与宝马、日产、通用等车企建立了深度合作），为标准的互操作性分级方案提供了大量的实测数据和工程验证。在技术层面，WiTricity的专利技术涵盖了磁共振WPT系统的核心环节，包括高磁耦合系数线圈拓扑设计、频率跟踪与调谐控制算法、多线圈阵列功率合成技术以及基