對(duì)人體在電動(dòng)汽車無(wú)線充電電磁環(huán)境下的安全性的研究

省部共建電工裝備可靠性與智能化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（河北工業(yè)大學(xué)）、河北省電磁場(chǎng)與電器可靠性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（河北工業(yè)大學(xué)）、天津工業(yè)大學(xué)天津市電工電能新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員徐桂芝、李晨曦、趙軍、張獻(xiàn)，在2017年第22期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文指出，近年來(lái)，無(wú)線電能傳輸技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其中一個(gè)主要應(yīng)用就是在電動(dòng)汽車無(wú)線充電方面。

為有效評(píng)估人體在電動(dòng)汽車無(wú)線充電電磁環(huán)境下的安全性，利用基于有限元法的三維電磁仿真軟件,構(gòu)建電動(dòng)汽車無(wú)線充電電磁輻射下的人體電磁環(huán)境模型，研究人體主要器官的電磁暴露問(wèn)題。

結(jié)果表明：不同的組織器官由于其電磁參數(shù)不同而對(duì)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，皆低于國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)（ICNIRP）導(dǎo)則的安全限值，這說(shuō)明人體在此電磁環(huán)境下基本是安全的。

隨著全球溫室效應(yīng)加劇和原油資源的日益減少，以及汽車尾氣排放對(duì)環(huán)境造成的污染，電動(dòng)汽車憑借綠色環(huán)保、零排放等優(yōu)點(diǎn)，得到了快速的發(fā)展并且有很好的應(yīng)用前景[1,2]。目前電動(dòng)汽車充電主要采用插入式連接器的方式進(jìn)行。這種連接方式存在很多缺點(diǎn)，如降低了充電的靈活性，插電容易產(chǎn)生火花，容易產(chǎn)生磨損，不夠安全且長(zhǎng)的電纜影響美觀等問(wèn)題[3]。

無(wú)線電能傳輸（Wireless Power Transfer, WPT）技術(shù)的出現(xiàn)使得電動(dòng)汽車的充電方式有了新的選擇，上述問(wèn)題可以得到有效解決?；跓o(wú)線電能傳輸方法的電動(dòng)汽車充電技術(shù)具有防水防塵、操作安全、無(wú)機(jī)械磨損和相應(yīng)的維護(hù)問(wèn)題等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此電動(dòng)汽車的無(wú)線充電技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

隨著電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)的推廣和應(yīng)用，其電磁環(huán)境和安全問(wèn)題也受到了廣泛的關(guān)注。麻省理工學(xué)院（MIT）于2007年提出了中距離磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸，稱兩個(gè)諧振線圈之間的磁場(chǎng)強(qiáng)度和地磁場(chǎng)強(qiáng)度相當(dāng)，幾乎對(duì)人體不會(huì)產(chǎn)生危害[4]。但是對(duì)于電動(dòng)汽車無(wú)線充電來(lái)說(shuō)，其傳輸功率非常大，因此必須對(duì)其電磁輻射劑量進(jìn)行計(jì)算來(lái)確定其安全性。

目前被學(xué)術(shù)界認(rèn)可的劑量學(xué)量是比吸收率（Specific Absorption Rate, SAR）[5]，它通常用來(lái)表征人體組織吸收電磁能的大小。因?yàn)槿梭w組織中的SAR和電流密度很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)直接獲取，因此需要通過(guò)數(shù)值電磁劑量學(xué)的方法來(lái)模擬計(jì)算人體在電磁環(huán)境中吸收的輻射[6]。

本文在建立簡(jiǎn)單的人體全身仿真模型的基礎(chǔ)上，利用基于有限元分析法的三維電磁仿真軟件（COMSOL），模擬計(jì)算電動(dòng)汽車無(wú)線充電電磁環(huán)境下人體內(nèi)主要器官吸收電磁能量的情況，并將計(jì)算結(jié)果與INCIRP導(dǎo)則[7]中的電磁暴露標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，分析人體在此電磁環(huán)境下的安全性，為國(guó)家制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。

圖1無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)場(chǎng)路結(jié)構(gòu)示意圖

結(jié)論

為了有效評(píng)估人體在電動(dòng)汽車無(wú)線充電電磁環(huán)境下的安全性，本文通過(guò)建立諧振器模型、坐姿人體電磁模型和電動(dòng)汽車模型，對(duì)車內(nèi)人體的電流密度、功率密度和SAR值進(jìn)行了仿真研究。

結(jié)果表明：不同器官由于形狀和電磁參數(shù)的差異，其數(shù)值仿真結(jié)果也不同，并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于ICNIRP導(dǎo)則要求的安全限值。由此可見(jiàn)，減少公眾對(duì)電動(dòng)汽車無(wú)線充電的顧慮，有利于促進(jìn)無(wú)線電能傳輸技術(shù)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的推廣和發(fā)展。