IECIEEE 631842025 人体暴露于无线电力传输系统电场和磁场的评估方法 模型、仪器、测量和计算方法和程序（频率范围3 kHz至30 MHz）标准立项发展报告

人体暴露于无线电力传输系统电场和磁场的评估方法模型、仪器、测量和计算方法和程序（频率范围3kHz至30MHz）标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:AssessmentMethodsoftheHumanExposuretoElectricandMagneticFieldsfromWirelessPowerTransferSystems–Models,Instrumentation,MeasurementandComputationalMethodsandProcedures(FrequencyRangeof3kHzto30MHz)摘要随着无线电力传输（WirelessPowerTransfer,WPT）技术在消费电子、医疗器械、工业自动化和电动汽车等领域的规模化应用，人体暴露于WPT系统产生的电场和磁场的健康安全性评估已成为全球标准化工作的重要议题。本报告系统梳理了IEC/IEEE63184:2025标准的立项背景、技术内容、关键方法和应用前景。该标准由国际电工委员会（IEC）与电气与电子工程师协会（IEEE）联合制定，于2025年2月25日正式发布，规定了频率范围3kHz至30MHz内人体暴露于WPT系统电场和磁场的评估模型、仪器要求、测量方法和计算程序。标准针对WPT系统近场分布复杂、频率跨度宽、暴露场景多样等技术难点，建立了一套涵盖确定性评估与不确定性分析的完整技术框架。本报告对该标准的适用范围、评估流程、测量方法与计算方法进行了深入剖析，并对主要起草单位之一——中国电力科学研究院有限公司的标准化工作实践进行了介绍。报告认为，IEC/IEEE63184:2025的发布填补了国际标准在WPT电磁暴露评估领域的关键空白，对促进WPT技术安全应用、支撑电磁场暴露合规性评估及推动全球技术互认具有重要意义。关键词：无线电力传输；电磁暴露评估；电场测量；磁场测量；计算方法；IEC/IEEE63184；人体模型；标准Keywords:WirelessPowerTransfer;ElectromagneticExposureAssessment;ElectricFieldMeasurement;MagneticFieldMeasurement;ComputationalMethods;IEC/IEEE63184;HumanBodyModel;Standard一、引言1.1立项背景无线电力传输技术作为一种摆脱物理线缆束缚的新型供电方式，近年来在智能手机无线充电、植入式医疗设备供电、工业机器人无线供电、电动汽车动态无线充电等场景中展现出巨大的应用潜力。据市场研究机构数据显示，全球无线充电市场规模预计在2025年至2030年间保持年均20%以上的增长率。然而，WPT系统通过高频电磁场进行能量传递的本质特征，决定了其工作区域内的电磁场强度显著高于常规的通信和电力设施，人体暴露安全问题因此成为制约技术推广的关键因素之一。国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）发布的《限制时变电场和磁场暴露导则》以及IEEE颁布的IEEEStdC95.1™-2019《人体暴露于频率3kHz至300GHz电磁场的安全水平标准》为电磁暴露限值提供了基础性指导。然而，此类导则和标准主要针对远场均匀暴露场景设计，而WPT系统在近场区域呈现高度非均匀的场分布特征，传统的评估方法难以直接适用。在此背景下，制定针对WPT系统电磁暴露评估的专项国际标准成为亟需解决的技术课题。1.2标准制定历程IEC/IEEE63184标准的制定工作源于IEC架空电导体和架空电力系统技术委员会（IECTC106）与IEEE电磁安全技术委员会（IEEESCC39）之间的深入合作。2019年，经IEC和IEEE双方协商同意，依据IEC/IEEE双Logo协议（IEC/IEEEDualLogoAgreement）启动了本标准的制定工作。该协议允许IEC和IEEE联合制定和发布在电磁安全领域具有共同技术关切的标准文件，以充分发挥两个国际标准化组织在电磁兼容和电磁暴露评估领域的技术优势。标准制定过程中，联合工作组先后召开了十余次国际会议，对标准的适用范围、评估方法框架、测量程序、计算模型等关键技术问题进行了多轮磋商。草案经过委员会投票（CDV）阶段和国际最终草案（FDIS）阶段的严格审查后，于2025年2月25日正式发布。1.3标准定位与意义IEC/IEEE63184:2025是国际上首部专门针对无线电力传输系统人体电磁暴露评估方法制定的IEC/IEEE联合标准。其发布填补了WPT电磁暴露评估标准化领域的空白，为设备制造商、测试实验室、监管机构和研究机构提供了一套统一、可重复、可比的评估方法体系。该标准与IEC62311:2019《电子和电气设备的人体电磁场暴露评估方法（0Hz至300GHz）》和IEC62233:2005《家用电器和类似器具对人体电磁场暴露的评估方法》等通用标准形成了有效的互补关系，在评估对象、频率范围和适用场景方面实现了精准的差异化定位。二、标准范围与适用对象2.1适用范围IEC/IEEE63184:2025规定了频率范围3kHz至30MHz内，人体暴露于无线电力传输系统产生的电场和磁场的评估方法，包括评估模型建立、仪器要求、测量方法和计算方法及程序。该频率范围涵盖了声学磁共振式WPT、磁感应耦合式WPT等多种主流WPT技术的工作频段。例如，典型的磁感应式WPT系统工作频率通常在100kHz至数MHz之间，而磁共振式WPT系统的工作频率可延伸至10MHz以上。2.2适用产品类型本标准适用于但不限于以下类型的无线电力传输设备：-消费电子产品：无线充电板、无线充电底座等（如符合Qi标准的充电设备）；-家用电器：无线供电的厨房电器、电动牙刷、吸尘器等；-工业设备：无线供电的工业传感器、机器人、自动导引运输车等；-医疗设备：无线供电的植入式医疗器械和体外医疗设备，但需注意与IEC60601系列医疗电气安全标准的协调；-电动汽车充电系统：电动乘用车和商用车的静态无线充电系统和动态无线充电系统。2.3适用场景标准定义的评估场景包括WPT系统在正常使用条件下可能涉及的人员暴露位置，包括但不限于：一般公众暴露场景中的消费者使用者、旁观者；职业暴露场景中的安装运维人员。值得注意的是，本标准特别关注WPT系统发射端和接收端附近的局部暴露评估，因为该区域通常呈现显著的场强梯度和高度非均匀的空间分布。三、评估方法体系3.1总体评估框架IEC/IEEE63184:2025建立了一个系统化的评估框架，包含以下几个关键步骤：1.场景识别与分类：明确WPT系统的运行参数（频率、功率、线圈几何结构等），识别可能暴露的人员类型（公众或职业），确定暴露场景的空间位置关系；2.评估方法选择：根据WPT系统的工作频率、发射功率、耦合方式等参数，选择适用的评估方法，包括测量法、计算法或二者的组合验证；3.暴露量评估：采用合适的剂量指标量化人体暴露水平，如感应电流密度、比吸收率或内部电场强度；4.合规性判定：将评估结果与适用的暴露限值进行比较，给出合规或不合规的判定结论；5.不确定性分析：评估测量和计算过程中的不确定度来源，确保评估结果的可靠性。3.2暴露限值标准参照ICNIRP2010导则和IEEEC95.1-2019标准中关于3kHz至30MHz频段的暴露限值要求。在该频段，基本限制（BasicRestrictions）通常以人体内部感应电流密度、比吸收率或内部电场强度表示；参照水平（ReferenceLevels）以空间电场强度或磁场强度表示。标准明确指出了在不同频率子带内适用不同的限制类型，例如在3kHz至10MHz范围内主要关注感应电流密度，而在100kHz至30MHz范围内则需同时关注比吸收率限制。3.3评估流程标准规定了两条并行的评估路径：测量路径和计算路径。测量路径要求使用符合标准规定的探头和测量仪器，在WPT系统周围规定的位置进行场强测量。测量过程中需特别关注探头对近场扰动的敏感性、各向同性响应特性和频率响应特性。计算路径则允许使用数值计算方法（如时域有限差分法、有限元法、矩量法等）对WPT系统周围的电磁场分布及人体模型内部的感应电磁场进行仿真分析。计算路径必须经过验证，确保所用方法在目标频率和场分布特征下具有足够的精度。两条路径可单独使用，也可相互验证。当测量结果与计算结果存在显著差异时，标准要求分析差异来源并采取适当的修正措施。四、测量方法与仪器要求4.1测量仪器IEC/IEEE63184:2025对测量仪器提出了系统的技术要求。标准要求测量系统须具备足够的频率选择性，能够在复杂电磁环境中准确提取目标频率分量的场强值。由于WPT系统通常发射非正弦波形，测量仪器还需具备覆盖基波及主要谐波分量的能力。对于电场测量探头，标准要求具备平坦的频率响应特性和良好的各向同性。探头的空间分辨率应能满足近场测量的需求——在3kHz至30MHz频段内，波长范围为10m至10000m，近场区域范围因频率不同而有显著差异。对于磁场测量探头，标准强调了探头尺寸对空间平均效应的影响，要求探头物理尺寸应远小于被测场的空间变化尺度。4.2测量布置与程序标准对测量布置提出了明确要求。测量应在WPT系统正常工作的条件下进行，发射端与接收端之间的距离、负载条件、输出功率等参数应设定为系统实际使用中可能出现的最大暴露工况。标准规定了系统周围的空间测量网格布置方法和人员存在位置模拟方式。在测量程序方面，标准规定了场强扫描的步长选择原则、每个测量点的驻留时间、多次测量的统计平均方法以及测量环境反射影响的最小化措施。对于空间中场强变化梯度较大的区域，如线圈正上方和边缘位置，标准要求在局部加密测量点以保证空间分辨率的充分性。4.3现场与实验室测量标准区分了实验室测量和现场测量的不同要求。实验室测量通常在电磁暗室或开阔试验场中进行，以消除环境反射和背景电磁噪声的干扰。现场测量则在WPT系统的实际安装环境中进行，需要应对更为复杂的电磁环境。针对两种情况，标准分别给出了测量不确定度评估方法和必要的修正程序。五、计算模型与方法5.1人体模型计算评估需要建立人体暴露模型。IEC/IEEE63184:2025推荐使用解剖学真实人体模型进行高频暴露评估，同时也允许使用简化模型（如均匀介电参数模型、分层圆柱模型等）进行初步筛查评估。解剖学人体模型应包含足够的组织分辨率和准确的频率依赖介电特性数据。标准引用了国际公认的组织介电特性数据库（如意大利国家研究委员会IFAC发布的组织介电特性数据和Gabriel等人建立的4-Cole-Cole模型），要求在3kHz至30MHz范围内人体各组织的介电常数和电导率取值与频率精确匹配。5.2数值计算方法标准对WPT系统电磁暴露的数值计算方法提出了技术框架：电磁场求解方法：适用于WPT系统电磁场仿真的方法包括时域有限差分法（FDTD）、有限元法（FEM）、矩量法（MoM）以及混合方法。对于包含WPT线圈系统、屏蔽结构和人体模型的多尺度问题，标准推荐采用合适的求解策略以提高计算效率。剂量学量提取：计算完成后，需从仿真结果中提取暴露评估所需的剂量学量，包括人体组织内的感应电流密度、比吸收率和内部电场强度。标准对剂量学量的计算和后处理提出了要求，包括空间平均方法、切比雪夫加权和99百分位值提取等。计算验证与不确定度：标准要求计算方法必须经过严格的验证和确认过程。建议通过基准问题的比对、网格收敛性分析和实验验证等方式评估计算结果的可靠性。5.3简化评估方法考虑到解剖学模型的建模复杂度和计算资源需求较高，标准也提供了简化评估方法的路径。通过将WPT系统等效为磁偶极子或磁流环等理想源模型，可在一定精度范围内快速估算空间电磁场分布，进而评估人体暴露水平。简化方法适用于初步筛查、产品预评估和设计迭代阶段，但标准明确要求简化方法须与精确方法进行对比验证后方可用于合规性判定。六、不确定性分析与报告要求6.1不确定度来源测量和计算过程中的不确定度来源主要包含以下方面：-测量仪器不确定度：探头校准误差、频率响应误差、各向同性响应偏差、线性度偏差等；-测量环境不确定度：环境反射、背景噪声、温度湿度变化等；-测量布置不确定度：探头定位误差、WPT系统参数设定误差等；-计算不确定度：模型几何简化误差、网格离散误差、材料参数误差、数值色散误差等。标准要求评估报告应给出完整的测量或计算不确定度分析，采用国际通用的《测量不确定度表示指南》（GUM）框架进行不确定度评定。6.2评估报告标准规定评估报告应至少包含以下内容：评估依据的标准版本、被评估WPT系统的技术参数、评估场景的设定依据、测量仪器或计算工具的详细信息、测量或计算的原始数据、不确定度分析结果、合规性判定结论及必要时建议采取的缓解措施。评估报告的格式和内容要求旨在确保不同实验室和不同评估人员之间结果的可比性和可追溯性，从而支撑产品认证和市场准入过程中的一致性评价。七、主要起草单位介绍IEC/IEEE63184:2025标准的制定汇集了全球电磁兼容和电磁暴露评估领域的顶尖研究机构和标准化组织。其中，中国电力科学研究院有限公司作为IECTC106的中国国内对口技术归口单位，积极参与了本标准的制定工作，在WPT电磁暴露评估方法研究与标准草案编制中发挥了重要作用。中国电力科学研究院有限公司（以下简称“中国电科院”）成立于1951年，是国家电网有限公司直属的综合性科研机构，长期从事电力系统、电磁兼容、电磁环境等领域的科学研究与技术标准研制工作。在电磁暴露评估领域，中国电科院建有具备国际先进水平的电磁兼容实验室和电磁暴露评估实验室，配备有覆盖DC至40GHz频段的场强测量系统、电磁辐射分析仪、人体组织等效模型及多套电磁仿真计算平台。在IEC/IEEE63184标准的制定过程中，中国电科院的专家团队主要负责以下技术工作：一是参与建立WPT系统电磁暴露评估方法框架，提出了基于多物理场耦合分析的评估方案；二是组织开展了WPT系统近场分布特征的实验研究，为标准的测量程序提供了关键的实验数据支撑；三是参与人体模型选用和验证方法的讨论，推动了解剖学模型在WPT评估中的应用技术方案；四是协调国内相关企事业单位和高等院校反馈意见，组织国内专家对标准草案进行技术评议，形成并提交了具有建设性的中国意见。中国电科院长期担任IECTC106国内技术对口单位，深度参与了多项IEC62233、IEC62311等电磁暴露评估标准的制修订工作，在该领域的国际标准化活动中积累了丰富的技术经验和话语权。通过参与IEC/IEEE63184:2025的制定，中国电科院不仅为国际标准化工作贡献了中国技术方案，也推动了国内WPT电磁暴露评估技术体系的建设和发展。八、结论与展望IEC/IEEE63184:2025《人体暴露于无线电力传输系统电场和磁场的评估方法模型、仪器、测量和计算方法和程序（频率范围3kHz至30MHz）》作为国际上首部WPT电磁暴露评估专项标准，构建了覆盖测量与计算两大路径的完整评估方法体系。该标准的发布实施将在以下几个方面产生深远影响：第一，填补标准空白，统一评估方法。该标准首次为WPT系统的电磁暴露评估提供了系统的国际统一技术规范，有效解决了此前各评估机构方法不一、结果缺乏可比性的问题。标准的发布标志着WPT电磁暴露评估从分散的学术研究走向规范化的标准应用。第二，支撑产业健康发展。随着WPT技术向大功率、高效率方向发展，电动汽车无线充电等新兴应用场景对电磁安全评估提出了更高要求。本标准为设备制造商提供了明确的设计验证路径，有助于缩短产品研发周期、降低合规风险，为WPT技术的规模化商用提供了标准保障。第三，促进国际互认与贸易便利。标准的IEC/IEEE双Logo属性使其在全球范围内具有广泛的影响力，为WPT产品的国际互认测试和市场准入提供了统一的技术依据，将有效降低跨境贸易中的重复测试成本。第四，推动技术持续进步。随着WPT技术的持续演进，标准还需要在以下方向不断完善：更高工作频率（如6.78MHz和13.56MHz以上频段）的暴露评估方法；多发射端和动态充电场景下的累积暴露评估方法；孕妇、儿童等特殊人群模型的纳入；以及机器学习辅助的快速暴露评估方法等。展望未来，随着IEC/IEEE63184:2025在全球范围内的推广应用，WPT系统的电磁暴露评估方法将不断走向成熟和完善，为无线电力传输技术的安全、可持续发展提供坚实的技术支撑。参考文献[1]IEC/IEEE63184:2025,Assessmentmethodsofthehumanexposuretoelectricandmagneticfieldsfromwirelesspowertransfersystems–Models,instrumentation,measurementandcomputationalmethodsandprocedures(frequencyrangeof3kHzto30MHz),2025.[2]ICNIRP,"Guidelinesforlimitingexposuretotime-varyingelectricandmagneticfields(1Hzto100kHz),"HealthPhysics,vol.99,no.6,pp.818-836,2010.[3]IEEEStdC95.1™-2019,IEEEStandardforSafetyLevelswit