電動汽車無線充電電磁環境安全性研究

省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點實驗室（河北工業大學）、河北省電磁場與電器可靠性重點實驗室（河北工業大學）、天津工業大學天津市電工電能新技術重點實驗室的研究人員徐桂芝、李晨曦、趙軍、張獻，在2017年第22期《電工技術學報》上撰文指出，近年來，無線電能傳輸技術的應用越來越廣泛，其中一個主要應用就是在電動汽車無線充電方面。

為有效評估人體在電動汽車無線充電電磁環境下的安全性，利用基於有限元法的三維電磁模擬軟體,構建電動汽車無線充電電磁輻射下的人體電磁環境模型，研究人體主要器官的電磁暴露問題。

結果表明：不同的組織器官由於其電磁參數不同而對電磁波有不同的吸收，其中電流密度最大值為20.058mA·m?2，功率密度最大值為1.22×10?5W·m?2，比吸收率最大值為4.37× 10?7W·kg?1，皆低於國際非電離輻射防護委員會（ICNIRP）導則的安全限值，這說明人體在此電磁環境下基本是安全的。

隨著全球溫室效應加劇和原油資源的日益減少，以及汽車尾氣排放對環境造成的污染，電動汽車憑藉綠色環保、零排放等優點，得到了快速的發展並且有很好的應用前景[1,2]。目前電動汽車充電主要採用插入式連接器的方式進行。這種連接方式存在很多缺點，如降低了充電的靈活性，插電容易產生火花，容易產生磨損，不夠安全且長的電纜影響美觀等問題[3]。

無線電能傳輸（Wireless Power Transfer, WPT）技術的出現使得電動汽車的充電方式有了新的選擇，上述問題可以得到有效解決。基於無線電能傳輸方法的電動汽車充電技術具有防水防塵、操作安全、無機械磨損和相應的維護問題等諸多優點，因此電動汽車的無線充電技術具有廣闊的應用前景。

隨著電動汽車無線充電技術的推廣和應用，其電磁環境和安全問題也受到了廣泛的關注。麻省理工學院（MIT）於2007年提出了中距離磁耦合諧振式無線電能傳輸，稱兩個諧振線圈之間的磁場強度和地磁場強度相當，幾乎對人體不會產生危害[4]。但是對於電動汽車無線充電來說，其傳輸功率非常大，因此必須對其電磁輻射劑量進行計算來確定其安全性。

目前被學術界認可的劑量學量是比吸收率（Specific Absorption Rate, SAR）[5]，它通常用來表徵人體組織吸收電磁能的大小。因為人體組織中的SAR和電流密度很難通過實驗來直接獲取，因此需要通過數值電磁劑量學的方法來模擬計算人體在電磁環境中吸收的輻射[6]。

本文在建立簡單的人體全身模擬模型的基礎上，利用基於有限元分析法的三維電磁模擬軟體（COMSOL），模擬計算電動汽車無線充電電磁環境下人體內主要器官吸收電磁能量的情況，並將計算結果與INCIRP導則[7]中的電磁暴露標準進行比較，分析人體在此電磁環境下的安全性，為國家制定相關標準提供依據。

圖1無線電能傳輸系統場路結構示意圖

結論

為了有效評估人體在電動汽車無線充電電磁環境下的安全性，本文通過建立諧振器模型、坐姿人體電磁模型和電動汽車模型，對車內人體的電流密度、功率密度和SAR值進行了模擬研究。

結果表明：不同器官由於形狀和電磁參數的差異，其數值模擬結果也不同，並且不同位置處的人體所受電磁輻射的影響也不同，但各電磁物理量均低於ICNIRP導則要求的安全限值。由此可見，減少公眾對電動汽車無線充電的顧慮，有利於促進無線電能傳輸技術在電動汽車領域的推廣和發展。

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