电动汽车无线充电设备管理现状和射频指标研究

张荣蜀，杜 昊，陈 珂，耿 云

（国家无线电监测中心检测中心，北京 100041）

0 引言

根据公安部发布的统计数据，截至2020年底，我国新能源汽车保有量达492万辆，其中纯电动车保有量为400万辆。新能源汽车增量连续3年超过100万辆，呈持续高速增长趋势。随着新能源电动车的逐步推广，传统充电桩已经无法满足电动汽车的实际应用需求，其存在外露导电点、安全性低、且自动化、智能化水平低的缺陷。而基于线圈磁耦合方式的无线充电，理论上可以做到完全绝缘，充电灵活，且能够实现全程自动化、智能化充电，将给电动汽车充电产业带来极大变革[1]。2021年工信部发布《无线充电（电力传输）设备无线电管理暂行规定》（征求意见稿）（下称意见稿），规范了WPT-EV设备的工作频段、技术要求，以引导无线充电产业有序发展，引起行业内广泛讨论。

本文针对适用于电动汽车的非波束无线充电设备的射频指标，开展国内外管理法规及限值情况、我国WPT-EV技术及产业等方面的研究，同时结合相关企业研发和产品实际，开展WPT-EV射频指标测试，并和我国及其他国家地区此类设备的射频指标进行对比，为此类设备的无线电管理提供参考。

1 国内外法规及管理现状

目前，国际电信联盟已发布与WPT-EV相关的SM.2110建议书、SM.2303报告、SM.2451报告等。上述建议书及报告阐述了对WPT-EV设备频段的规划建议及具体考虑，其中将19～21 kHz、55～57 kHz（不用于基频）、63～65 kHz（不用于基频）、79～90 kHz频段规划用于WPT-EV[2]。同时，对工作在规划频段的WPT设备的产业发展、技术要求及对同邻频的无线电业务的兼容性情况等进行分析和说明。

欧盟按短距离设备（Short Range Device，SRD）对WPT设备进行管理。根据欧盟委员会2014/53/EU指令，设备制造商需对WPT设备执行相关的合格评定程序，并进行CE认证，相关射频指标需遵守EN 300 330标准文件。2017年6月，欧盟为WPT设备制定了专门的标准EN 303 417，将WPT设备作为单独的一类设备管理。EN 303 417为使用19～21 kHz、59～61 kHz、79～90 kHz、100～300 kHz、6765～6795 kHz等范围的非波束无线充电系统规定了技术特性和测量方法[3]。但EN 303 417尚未被欧盟RED指令采纳。

在美国，根据《电信法》Part 15和Part 18，WPT设备可按照“有意发射”设备、“工科医（Industrial,Scientific, and Medical Equipment，ISM）”设备进行管理，具体适用规则部分取决于设备如何运行，以及充电器和被充电设备之间是否存在通信。仅产生和使用射频能量或者信号仅用于负载调制而无数据传输功能的设备，按Part 18进行管理；如果设备满足相应的Part 15部分规则的所有要求，则可以根据Part 15进行管理；如果设备即包含无线充电功能又具有数据传输功能，则需同时满足Part 15和Part 18相关规定。同时，需按照Part 2中J部分的要求取得相关认证，相关射频指标需满足Part 15和Part 18中的限值要求。

韩国将WPT设备纳入“工科医”类设备进行管理。在射频指标方面，按照“无线电应用设备技术标准”中所要求的技术指标进行管理。此外，若WPT设备满足“无须报告即可打开的无线电台无线电设备的技术标准”中的相关技术指标，则无须取得许可。

根据《中华人民共和国无线电管理条例》，WPT设备属于辐射无线电波的非无线电设备，无须获得无线电频率、无线电台（站）许可以及型号核准，但无线充电设备应当遵守国家标准和国家无线电管理有关规定。2019年，我国发布《中华人民共和国工业和信息化部公告2019年第52号》（以下简称52号公告），明确了微功率短距离无线电发射设备管理方式，国内WPT设备多数遵照此规定。目前工信部已发布意见稿，满足意见稿规定技术要求的无线充电设备无须获得无线电频率、无线电台（站）许可且无需进行型号核准。

2 产业现状

WPT-EV设备形态较大，充电额定功率通常为千瓦级。虽然我国在电动汽车无线充电技术领域一直处于世界先进水平，但在实际生产过程中仍面临许多问题。由于WPT-EV设备系统复杂，部分元器件需定制，系统设备成本偏高，尚未实现规模化生产，产业链仍不完善。目前，WPT-EV设备主要是由设备厂商直接与车企合作共同推动产业的发展，中兴通讯、万安科技、上汽集团、一汽红旗、北汽新能源等国内企业均在无线充电领域进行了尝试。此外，电动汽车无线充电的国际国内标准尚在制订完善当中，在充电解决方案、电源芯片、传输线圈等方面尚未统一。近年来，宝马、特斯拉、比亚迪等大型汽车制造商，以及中兴通讯、中惠创智等主流无线电充电技术公司，已积极投入到电动汽车无线充电技术的研发中，并拥有了成熟的市场产品。

3 设备测试

3.1 方案设计

本次测试参考国际电联报告ITU M2303[4]，场地为10米法半电波暗室。对电动汽车WPT系统辐射特性进行测试，其测量方法如图1所示。其中，WPT地面端设备（原边线圈）放置在转台中心，其下表面与转台平面放置10 cm厚的绝缘板，地面端设备、车载端设备（副边线圈）间距15 cm，副边线圈初始时未偏移（后期根据实验需要，X轴偏移7.5 cm，Y轴偏移10 cm）；副边设备上放置金属板模拟车辆底盘，长1.5 m、宽1.5 m、厚0.7～1 mm。

图2表示WPT系统的杂散测试方法。将WPT设备放置在桌面上，并置于转台中心位置；对数周期天线距离待测的WPT设备3 m，天线与WPT设备中心等高，天线与设备之间放置吸波材料减少地面反射；接收天线连接频谱分析仪，天线可以被调整成水平极化和垂直极化。

图2 WPT系统的杂散测试方法

3.2 试验结果

3.2.1 辐射水平测试

经测试，在原、副线圈处于最大偏置位置、被测设备朝后，且接收天线Y方向极化时，10 m处的场强辐射水平最大，为62.184 dBμA/m，与各国限值对比如表1所示。

表1 测量结果同各国限值对比（频率：85.5 kHz，单位：dBµA/m@10m）

3.2.2 杂散水平测试

本测试仅考虑0～1 MHz频段内设备的杂散水平。经测试，当频率为855.38 kHz（10次谐波），原、副线圈处于最大偏置位置且设备朝左放置时，在垂直极化方向上杂散水平达到最大，为6.793 dBµA/m。表2选取杂散辐射测试中2次、3次、10次谐波最大值，与相关限值标准进行对比。

表2 被测产品杂散水平

3.3 小结

根据上述电动汽车WPT设备的辐射特性测量结果，其在正常工作时满足我国微功率短距离设备射频技术要求。根据上述测量结果，在设备正常工作时，该设备的杂散水平较高，其2、3、10次谐波杂散水平满足52号公告及意见稿。

4 结束语

当前，无线充电技术还处在不断发展的阶段，国内外对无线充电技术的各项研究也在不断进行中，我国根据国情与现有技术特性出台明确的管理规定，对维护我国无线电波秩序、促进产业健康发展有着重要的意义和必要性。同时，我们也需要进一步跟踪国内外相关技术研究成果，不断完善对电动汽车无线充电设备的管理。■