Wireless Power Transfer Compliance und Zertifizierung: Was Hersteller wissen müssen

Wireless Power Transfer (WPT), also die drahtlose Energieübertragung, ermöglicht es, elektrische Energie ohne direkte elektrische Kontakte von einer Energiequelle zu einem Verbraucher zu übertragen.

Die Technologie wird unter anderem in Smartphones, Wearables, medizinischen Geräten, Industrieanlagen und beim Laden von Elektrofahrzeugen eingesetzt.

Für Hersteller ist dabei wichtig: Drahtloses Laden ist nicht automatisch nur ein Thema der elektrischen Sicherheit. Je nach Technologie, Betriebsfrequenz, Leistungsübertragung und Kommunikationsfunktion können auch Anforderungen an Funk, EMV, elektromagnetische Felder und die jeweilige Marktzulassung relevant sein.

Ein typischer Compliance-Pfad kann folgendermaßen aussehen:

WPT-Technologie → Frequenz und Leistung → Lade- und Kommunikationsverfahren → RF/EMV → RF Exposure → Marktspezifische Anforderungen → Produktdokumentation

Dieser Artikel erklärt die Technologie, beschreibt typische Anwendungen und zeigt die wesentlichen Unterschiede zwischen Europa, den USA und Kanada.

1. Was ist Wireless Power Transfer?

Wireless Power Transfer bezeichnet die Übertragung elektrischer Energie von einem Sender zu einem Empfänger ohne direkte leitende Verbindung.

Bei vielen heute eingesetzten Produkten erfolgt die Energieübertragung über ein magnetisches oder elektromagnetisches Feld. Sender und Empfänger besitzen dafür entsprechende Spulen oder andere Kopplungselemente.

Die wichtigsten technischen Ansätze sind:

• Induktive Energieübertragung: Energie wird über magnetische Kopplung zwischen Sender- und Empfängerspulen übertragen.
• Resonante induktive Energieübertragung: Sender und Empfänger werden aufeinander abgestimmt, um die Energieübertragung unter bestimmten Bedingungen zu verbessern.
• Kapazitive Energieübertragung: Energie wird über elektrische Felder und entsprechende Elektroden übertragen.
• RF-basierte Energieübertragung: Energie wird mithilfe elektromagnetischer Wellen übertragen. Diese Technik unterscheidet sich von den induktiven WPT-Systemen, die in vielen Ladeanwendungen verwendet werden.

Die konkrete technische Ausführung beeinflusst sowohl die Leistungseigenschaften als auch die regulatorische Bewertung.

2. Wofür wird WPT verwendet?

Wireless Power Transfer wird eingesetzt, wenn elektrische Energie ohne Steckverbindung übertragen werden soll.

Typische Anwendungsbereiche sind:

Consumer Electronics

• Smartphones
• Smartwatches und andere Wearables
• kabellose Kopfhörer und Ladecases
• kabellose Ladepads
• Zubehör und Peripheriegeräte

Medizinische Produkte

• bestimmte medizinische Sensoren
• tragbare medizinische Geräte
• ausgewählte implantierbare oder nicht implantierbare Systeme
• Geräte, bei denen elektrische Kontakte vermieden werden sollen

Bei medizinischen Produkten müssen zusätzlich die jeweils anwendbaren medizinischen und produktspezifischen Anforderungen berücksichtigt werden.

Industrie und IoT

• Sensoren und Messgeräte
• industrielle Bediengeräte
• Geräte in schwer zugänglichen Installationen
• Systeme, bei denen Steckkontakte vermieden oder reduziert werden sollen
• bestimmte automatisierte Lade- und Versorgungssysteme

Automotive und Elektromobilität

• kabelloses Laden von Elektrofahrzeugen
• Ladeanwendungen für kleinere elektrische Fahrzeuge
• kabellose Energieübertragung in ausgewählten Fahrzeugkomponenten

Bei leistungsstarken Automotive-Anwendungen unterscheiden sich die technischen und regulatorischen Rahmenbedingungen deutlich von denen eines kleinen Ladepads für ein Smartphone.

3. Intelligentes und nicht intelligentes Laden

Für die Compliance ist nicht nur entscheidend, wie Energie übertragen wird. Wichtig ist auch, ob und wie Sender und Empfänger Informationen austauschen.

Die Begriffe „intelligentes“ und „nicht intelligentes“ Laden werden in der Praxis unterschiedlich verwendet. Für die regulatorische Bewertung sollte deshalb die tatsächliche Funktion beschrieben werden, statt sich allein auf diese Bezeichnungen zu verlassen.

Nicht intelligentes Laden

Bei einem vereinfachten, nicht intelligenten Ladesystem erfolgt die Energieübertragung ohne einen gezielten Datenaustausch zwischen Sender und Empfänger zur Steuerung des Ladevorgangs.

Das bedeutet nicht zwingend, dass keinerlei Regelung oder Überwachung vorhanden ist. Schutzfunktionen oder eine interne Leistungsregelung können weiterhin existieren.

Entscheidend ist, ob über die WPT-Schnittstelle Informationen übertragen werden, beispielsweise zur Ladeverwaltung.

Intelligentes Laden

Bei intelligenten Ladesystemen tauschen Sender und Empfänger Informationen aus, um den Energieübertragungsvorgang zu steuern oder zu überwachen.

Solche Funktionen können beispielsweise sein:

• Erkennung eines geeigneten Empfängers
• Kommunikation über den Ladezustand
• Steuerung oder Anpassung der übertragenen Leistung
• Erkennung ungeeigneter Objekte
• Übermittlung von Statusinformationen
• Bestätigung von Steuerbefehlen
• Überwachung des Ladebetriebs

Die Kommunikation kann über die WPT-Schnittstelle selbst oder über eine zusätzliche Funkverbindung erfolgen.

Wichtig: Kommunikation über eine separate Bluetooth-, Wi-Fi- oder andere Funkschnittstelle muss regulatorisch zusätzlich zur eigentlichen Energieübertragung betrachtet werden.

Warum ist diese Unterscheidung relevant?

Die Kommunikationsfunktion kann beeinflussen, wie ein WPT-Gerät regulatorisch klassifiziert wird und welche Anforderungen für die Funkfunktion gelten.

In Kanada unterscheidet RSS-216 beispielsweise WPT-Geräte unter anderem danach, ob sie Informationen auf der WPT-Frequenz übertragen. Diese Klassifizierung ist für die anzuwendenden Anforderungen und das Autorisierungsverfahren relevant. ScopeRight

4. WPT ist nicht automatisch eine gewöhnliche Funkkommunikationsschnittstelle

WPT-Systeme übertragen Energie. Sie sind daher nicht ohne Weiteres mit einem klassischen Kommunikationssender wie Bluetooth oder Wi-Fi gleichzusetzen.

Trotzdem können sie elektromagnetische Emissionen erzeugen und je nach Technologie und Betriebsweise in den Anwendungsbereich regulatorischer Funkanforderungen fallen.

Die Bewertung muss deshalb unter anderem folgende Fragen beantworten:

• In welchem Frequenzbereich arbeitet das System?
• Welche Technologie wird für die Energieübertragung verwendet?
• Wird die WPT-Frequenz zusätzlich zur Datenübertragung genutzt?
• Gibt es separate Funkmodule?
• Welche Leistung wird übertragen?
• Welche Betriebsarten sind vorgesehen?
• Wie nah kann sich das Gerät am menschlichen Körper befinden?
• Handelt es sich um ein stationäres, mobiles oder tragbares Produkt?

Die Antworten bestimmen, welche Standards und Prüfungen tatsächlich relevant sind.

5. Regulatorische Anforderungen in Europa

5.1 Radio Equipment Directive (RED)

In der Europäischen Union können WPT-Geräte in den Anwendungsbereich der Radio Equipment Directive 2014/53/EU (RED) fallen.

Die RED enthält grundlegende Anforderungen zu:

• Gesundheit und Sicherheit
• elektromagnetischer Verträglichkeit
• effizienter Nutzung des Funkfrequenzspektrums

Ob ein konkretes WPT-Gerät als Funkanlage im Sinne der RED zu behandeln ist und welche Konformitätsbewertung erforderlich ist, muss anhand der Technologie und der geltenden regulatorischen Einordnung bestimmt werden.

5.2 ETSI EN 303 417

Eine zentrale Norm für bestimmte WPT-Systeme ist:

ETSI EN 303 417 – Wireless power transmission systems

Die Norm behandelt WPT-Systeme, die andere Technologien als RF-Beam verwenden und in folgenden Frequenzbereichen arbeiten:

• 19–21 kHz
• 59–61 kHz
• 79–90 kHz
• 100–300 kHz
• 6 765–6 795 kHz

Sie spezifiziert technische Eigenschaften und Messverfahren für die entsprechenden Systeme.

Wichtig: EN 303 417 deckt nicht automatisch jede denkbare WPT-Technologie und jeden Frequenzbereich ab. Bei anderen Frequenzen oder abweichenden Übertragungsverfahren muss geprüft werden, welche regulatorischen Anforderungen und Standards stattdessen anzuwenden sind.

5.3 ETSI EN 300 330

ETSI EN 300 330 ist eine weitere wichtige Norm für bestimmte Funkgeräte und induktive Anwendungen im unteren Frequenzbereich.

Sie kann insbesondere dann relevant sein, wenn das konkrete Gerät oder seine Funktion in ihren Anwendungsbereich fällt. Sie sollte jedoch nicht pauschal als Ersatz für eine Prüfung der Anwendbarkeit von EN 303 417 betrachtet werden.

Die Auswahl zwischen den Normen muss anhand der tatsächlichen Technologie, der Frequenz und der regulatorischen Einordnung erfolgen.

5.4 EMV: ETSI EN 301 489

Für Funkgeräte können außerdem die Anforderungen der Normenreihe ETSI EN 301 489 relevant sein.

Insbesondere:

• ETSI EN 301 489-1: allgemeine EMV-Anforderungen für Funkgeräte und -dienste
• ETSI EN 301 489-3: spezifische Bedingungen für bestimmte Short Range Devices innerhalb des Anwendungsbereichs der Norm

Die jeweils anzuwendende Norm und Ausgabe muss für das konkrete Produkt überprüft werden. EN 301 489-3 ist nicht automatisch für jedes WPT-System die richtige EMV-Norm.

5.5 Weitere europäische Anforderungen

Je nach Produkt können zusätzlich relevant sein:

• RED Artikel 3.1(a): Gesundheit und Sicherheit
• RED Artikel 3.1(b): elektromagnetische Verträglichkeit
• RED Artikel 3.2: effiziente Nutzung des Funkfrequenzspektrums
• produktspezifische Sicherheitsnormen
• Anforderungen an RF Exposure bzw. elektromagnetische Felder
• weitere Funkanforderungen, wenn zusätzliche Funkmodule integriert sind

Die konkrete Bewertung hängt vom Produkt, der bestimmungsgemäßen Verwendung und den geltenden harmonisierten Normen ab.

6. Regulatorische Anforderungen in den USA

In den USA werden WPT-Geräte im Rahmen der FCC-Regeln bewertet. Die anzuwendenden Anforderungen hängen unter anderem davon ab, ob das Gerät als WPT-System unter FCC Part 18, als intentional radiator unter FCC Part 15 oder unter mehreren Regelteilen betrachtet werden muss.

6.1 FCC Part 18

FCC 47 CFR Part 18 behandelt Industrial, Scientific and Medical (ISM) Equipment.

WPT-Ladefunktionen können abhängig von ihrer technischen Ausführung und regulatorischen Einordnung unter Part 18 fallen.

Die Anwendung von Part 18 sollte nicht allein daraus abgeleitet werden, dass ein Gerät Energie drahtlos überträgt. Die konkrete Gerätefunktion und die FCC-Vorgaben müssen geprüft werden.

6.2 FCC Part 15

FCC 47 CFR Part 15 kann ebenfalls relevant sein.

Insbesondere kann Part 15 für Funkkommunikationsfunktionen oder bestimmte WPT-Geräte erforderlich sein, abhängig von der konkreten Implementierung.

Die FCC weist darauf hin, dass WPT-Geräte mit einer Informationsübertragung zwischen Sender und versorgtem Gerät unter den passenden Part-15-Regeln für intentional radiators autorisiert werden müssen. Bei Geräten mit getrennten Lade- und Kommunikationsmodi können Part 18 und Part 15 jeweils für die entsprechenden Betriebsarten relevant sein.

6.3 FCC KDB 680106

Ein wichtiges FCC-Dokument für die Bewertung von WPT-Geräten ist:

FCC KDB Publication 680106 – Wireless Power Transfer

Die FCC-Leitlinie behandelt den Autorisierungsprozess für WPT-Geräte unter Part 15 und/oder Part 18.

Sie ist insbesondere bei der Entscheidung hilfreich, welche Regelteile für die jeweilige Lade- und Kommunikationsfunktion anzuwenden sind.

6.4 RF Exposure

WPT-Geräte müssen außerdem anhand der anwendbaren FCC-Anforderungen zur menschlichen HF-Exposition bewertet werden.

Die FCC-Leitlinie zu WPT weist darauf hin, dass sowohl Part-15- als auch Part-18-Geräte die geltenden FCC-Grenzwerte zur HF-Exposition einhalten müssen.

6.5 Zusätzliche Funkmodule

Enthält das Produkt beispielsweise Bluetooth, Wi-Fi oder eine andere Funkverbindung, müssen diese Funktionen separat betrachtet werden.

Die Autorisierung der Ladefunktion bedeutet nicht automatisch, dass auch die zusätzlichen Funkfunktionen abgedeckt sind.

7. Regulatorische Anforderungen in Kanada

In Kanada ist Innovation, Science and Economic Development Canada (ISED) für die entsprechenden regulatorischen Anforderungen zuständig.

Die zentrale WPT-Vorschrift ist:

RSS-216 – Wireless Power Transfer Devices

ISED RSS-216, Issue 3, veröffentlicht am 3. September 2024, legt Anforderungen für WPT-Geräte fest, darunter sowohl WPT-Sender als auch WPT-Empfänger.

RSS-216 gilt für die WPT-Funktion. Weitere Funktionen des Geräts können zusätzlich unter andere ISED-Standards fallen.

Die dritte Ausgabe enthält unter anderem Änderungen zu:

• größeren Abständen für bestimmte WPT-Anwendungen
• erweiterten Frequenzbereichen
• Anforderungen für Geräte, die am oder im Körper betrieben werden
• Messverfahren nach ANSI C63.30 mit ISED-spezifischen Abweichungen
• RF-Exposure-Anforderungen
• der Anwendung von RSS-Gen und ICES-Gen

7.1 RSS-Gen und ICES-Gen

RSS-216 muss je nach Klassifizierung des Geräts zusammen mit den allgemeinen Anforderungen verwendet werden:

• RSS-Gen: allgemeine Anforderungen für Funkgeräte
• ICES-Gen: allgemeine Anforderungen für störungsverursachende Geräte

RSS-216 legt fest, wann die jeweiligen allgemeinen Anforderungen heranzuziehen sind.

7.2 ANSI C63.30

RSS-216 Issue 3 verweist auf:

ANSI C63.30-2021 – Methods of Measurement of Radio-Frequency Emissions from Wireless Power Transfer Equipment

Der Standard wird zusammen mit den in RSS-216 festgelegten Abweichungen angewendet.

7.3 RSS-102

Für die Bewertung der HF-Exposition verweist RSS-216 auf:

RSS-102 – Radio Frequency (RF) Exposure Compliance of Radiocommunication Apparatus

Die konkrete Bewertung hängt unter anderem von der Geräteart, der Leistung, den Betriebsbedingungen und dem Abstand zum Körper ab.

7.4 Geräteklassifizierung und Autorisierung

RSS-216 unterscheidet WPT-Geräte nach ihrer Funktion und danach, ob sie Informationen auf der WPT-Frequenz übertragen.

Die Klassifizierung beeinflusst, ob eine Zertifizierung erforderlich ist oder ein anderes Konformitätsverfahren angewendet werden kann. Sie sollte deshalb frühzeitig im Projekt geklärt werden.

8. Vergleich: Europa, USA und Kanada

Die regulatorischen Ansätze unterscheiden sich. Ein Prüfbericht oder eine Zulassung für einen Markt sollte deshalb nicht automatisch als Nachweis für die anderen Märkte betrachtet werden.

Thema	Europäische Union	USA	Kanada
Zentrale regulatorische Grundlage	RED 2014/53/EU, sofern anwendbar	FCC-Regeln, insbesondere Part 15 und/oder Part 18	ISED RSS-216
Wichtige WPT-Dokumente	ETSI EN 303 417; je nach Gerät weitere anwendbare Funknormen	FCC KDB 680106; anwendbare Regeln aus Part 15/18	RSS-216 Issue 3
EMV / Emissionen	Anwendbare RED- und EMV-Normen, gegebenenfalls EN 301 489	Anforderungen des einschlägigen FCC-Regelteils	RSS-216 zusammen mit RSS-Gen und/oder ICES-Gen
Messverfahren	Nach den für das Gerät anwendbaren Normen	Nach den einschlägigen FCC-Regeln und Leitlinien	ANSI C63.30-2021 mit den RSS-216-Abweichungen
RF Exposure	Anwendbare Anforderungen abhängig von Produkt und Betriebsbedingungen	FCC-Anforderungen zur HF-Exposition	RSS-102
Zusätzliche Funkmodule	Separate Bewertung der jeweiligen Funktechnologie	Separate Bewertung nach den anwendbaren FCC-Regeln	Weitere einschlägige RSS-Anforderungen können gelten

Die Tabelle ist eine Orientierung für die Planung. Sie ersetzt nicht die Prüfung der aktuell anwendbaren Normausgaben, regulatorischen Einordnung und konkreten Produktkonfiguration.

9. Warum die Produktarchitektur entscheidend ist

Die Compliance-Bewertung sollte nicht ausschließlich auf dem verwendeten WPT-Controller oder einem Lade-IC basieren.

Entscheidend ist das fertige Produkt einschließlich seiner Betriebsarten.

Zu prüfen sind unter anderem:

• WPT-Sender und -Empfänger
• Spulen, Antennen und Abschirmungen
• Leistungsstufen und Schaltfrequenzen
• Regelungs- und Kommunikationsverfahren
• Gehäuse und mechanische Integration
• Netzteil und Stromversorgung
• zusätzliche Funkmodule
• gleichzeitiger Betrieb mehrerer Funktechnologien
• vorgesehene Abstände zum Körper
• stationärer, mobiler oder tragbarer Betrieb

Ein WPT-Modul, das in einer bestimmten Referenzkonfiguration geprüft wurde, deckt nicht automatisch jede Integration in ein Host-Produkt ab.

Auch Änderungen an Spule, Abschirmung, Gehäuse, Leistungsregelung oder Firmware können die Eigenschaften des Gesamtsystems beeinflussen.

10. Typische Compliance-Fehler bei WPT-Produkten

WPT als reine Sicherheitsfrage behandeln

Drahtlose Energieübertragung kann zusätzlich Funk-, EMV- und Expositionsanforderungen auslösen.

Intelligentes Laden nur als Softwarefunktion betrachten

Wenn Informationen über die WPT-Frequenz übertragen werden, kann dies die regulatorische Einordnung beeinflussen.

Die Frequenzbereiche der Normen ignorieren

Eine Norm, die bestimmte Frequenzbereiche abdeckt, ist nicht automatisch für jede WPT-Technologie geeignet.

FCC Part 18 pauschal als einzige US-Anforderung annehmen

Je nach Kommunikationsfunktion und Betriebsart können Part 15 und weitere Anforderungen hinzukommen.

RSS-216 mit allen ISED-Anforderungen gleichsetzen

RSS-216 adressiert die WPT-Funktion. Zusätzliche Funkmodule oder andere Produkteigenschaften können weitere Standards erforderlich machen.

Die Modulprüfung mit der Produktprüfung gleichsetzen

Die endgültige Konfiguration mit Spulen, Abschirmung, Gehäuse, Elektronik und Firmware muss berücksichtigt werden.

RF Exposure erst am Ende des Projekts betrachten

Die vorgesehene Nutzung, Leistungsübertragung und der Abstand zum Körper können Einfluss auf das Design und die Prüfplanung haben.

11. Empfohlener Compliance-Workflow

1. Produkt und Anwendung definieren

Dokumentieren:

• Produkttyp und bestimmungsgemäße Verwendung
• Zielmärkte
• Einsatzumgebung
• vorgesehene Nutzer und Installationsbedingungen
• stationärer, mobiler oder tragbarer Betrieb

2. WPT-Technologie beschreiben

Festhalten:

• induktiv, resonant, kapazitiv oder RF-basiert
• Betriebsfrequenz bzw. Frequenzbereich
• übertragene Leistung
• Sender- und Empfängerkonfiguration
• Spulen, Elektroden oder andere Kopplungselemente

3. Lade- und Kommunikationsfunktionen bestimmen

Klären:

• ob Daten über die WPT-Schnittstelle übertragen werden
• ob eine separate Funkverbindung vorhanden ist
• welche Ladeverwaltung und Schutzfunktionen implementiert sind
• welche Betriebsmodi möglich sind

4. Marktanforderungen identifizieren

Beispielsweise:

EU → RED-Bewertung → anwendbare Funk- und EMV-Normen

USA → FCC Part 15 und/oder Part 18 → KDB 680106 und weitere anwendbare Anforderungen

Kanada → RSS-216 → RSS-Gen/ICES-Gen, ANSI C63.30 und RSS-102, soweit anwendbar

5. HF-, Emissions- und EMV-Prüfumfang festlegen

Die Prüfplanung muss zur konkreten Technologie, den Betriebsfrequenzen und der Produktarchitektur passen.

6. RF Exposure bewerten

Prüfen, welche Anforderungen aufgrund von Leistung, Betriebsart, Abstand und vorgesehener Verwendung gelten.

7. Integration und Änderungen bewerten

Modulunterlagen und Prüfbedingungen prüfen. Änderungen an Antennen, Spulen, Abschirmung, Gehäuse, Firmware oder Funkfunktionen auf ihre Auswirkungen auf die Compliance untersuchen.

8. Dokumentation vorbereiten

Die technische Dokumentation sollte die tatsächliche Produktkonfiguration, die angewandten Anforderungen und die durchgeführten Bewertungen nachvollziehbar abbilden.

12. Fazit

Wireless Power Transfer ermöglicht die kontaktlose Energieübertragung und wird in zahlreichen Consumer-, Medizin-, Industrie- und Automotive-Anwendungen eingesetzt.

Für Hersteller ist entscheidend, nicht nur die Energieübertragung selbst, sondern auch die Kommunikationsfunktionen, Frequenzen, Leistung, Produktarchitektur und vorgesehene Verwendung zu berücksichtigen.

Die wichtigsten regulatorischen Bezugspunkte unterscheiden sich je nach Markt:

• EU: RED 2014/53/EU sowie je nach Anwendung insbesondere ETSI EN 303 417 und weitere anwendbare Funk- und EMV-Normen.
• USA: FCC Part 15 und/oder Part 18 sowie die WPT-Leitlinie KDB 680106 und weitere anwendbare Anforderungen.
• Kanada: RSS-216 Issue 3 in Verbindung mit RSS-Gen und/oder ICES-Gen, ANSI C63.30 und RSS-102, soweit anwendbar.

Die Unterscheidung zwischen intelligentem und nicht intelligentem Laden ist dabei besonders relevant, wenn Informationen über die WPT-Schnittstelle übertragen werden oder zusätzliche Funkmodule vorhanden sind.

Ein belastbarer Compliance-Plan beginnt daher mit der vollständigen Beschreibung der WPT-Funktion und der Produktarchitektur – nicht erst mit der Auswahl eines Prüfstandards.

Wie ScopeRight unterstützt

ScopeRight unterstützt Hersteller bei der Definition des Compliance-Umfangs von Produkten mit Funktechnologien und drahtlosen Funktionen.

Auf Basis der Produktkonfiguration können relevante regulatorische Anforderungen, Standards, Prüfungen und geschätzte Laboraufwände strukturiert identifiziert werden.

Bei Produkten mit mehreren Funktechnologien ist es wichtig, nicht nur einzelne Module, sondern auch deren Integration und mögliche gleichzeitige Betriebsarten zu betrachten.

So kann ein strukturierter Prüfplan erstellt werden, der als Grundlage für die Abstimmung mit Prüflaboren und die weitere Projektplanung dient.

Erst den Umfang definieren. Dann gezielt prüfen.