对人体在电动汽车无线充电电磁环境下的安全性的研究

分布式发电与微电网 发表于 2018-01-09 14:59:06 收藏 已收藏
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对人体在电动汽车无线充电电磁环境下的安全性的研究

分布式发电与微电网 发表于 2018-01-09 14:59:06 收藏 已收藏

省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学)、河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学)、天津工业大学天津市电工电能新技术重点实验室的研究人员徐桂芝、李晨曦、赵军、张献,在2017年第22期《电工技术学报》上撰文指出,近年来,无线电能传输技术的应用越来越广泛,其中一个主要应用就是在电动汽车无线充电方面。

为有效评估人体在电动汽车无线充电电磁环境下的安全性,利用基于有限元法的三维电磁仿真软件,构建电动汽车无线充电电磁辐射下的人体电磁环境模型,研究人体主要器官的电磁暴露问题。

结果表明:不同的组织器官由于其电磁参数不同而对电磁波有不同的吸收,其中电流密度最大值为20.058mA·m2,功率密度最大值为1.22×105W·m2,比吸收率最大值为4.37× 107W·kg1,皆低于国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)导则的安全限值,这说明人体在此电磁环境下基本是安全的。

随着全球温室效应加剧和原油资源的日益减少,以及汽车尾气排放对环境造成的污染,电动汽车凭借绿色环保、零排放等优点,得到了快速的发展并且有很好的应用前景[1,2]。目前电动汽车充电主要采用插入式连接器的方式进行。这种连接方式存在很多缺点,如降低了充电的灵活性,插电容易产生火花,容易产生磨损,不够安全且长的电缆影响美观等问题[3]。

无线电能传输(Wireless Power Transfer, WPT)技术的出现使得电动汽车的充电方式有了新的选择,上述问题可以得到有效解决。基于无线电能传输方法的电动汽车充电技术具有防水防尘、操作安全、无机械磨损和相应的维护问题等诸多优点,因此电动汽车的无线充电技术具有广阔的应用前景。

随着电动汽车无线充电技术的推广和应用,其电磁环境和安全问题也受到了广泛的关注。麻省理工学院(MIT)于2007年提出了中距离磁耦合谐振式无线电能传输,称两个谐振线圈之间的磁场强度和地磁场强度相当,几乎对人体不会产生危害[4]。但是对于电动汽车无线充电来说,其传输功率非常大,因此必须对其电磁辐射剂量进行计算来确定其安全性。

目前被学术界认可的剂量学量是比吸收率(Specific Absorption Rate, SAR)[5],它通常用来表征人体组织吸收电磁能的大小。因为人体组织中的SAR和电流密度很难通过实验来直接获取,因此需要通过数值电磁剂量学的方法来模拟计算人体在电磁环境中吸收的辐射[6]。

本文在建立简单的人体全身仿真模型的基础上,利用基于有限元分析法的三维电磁仿真软件(COMSOL),模拟计算电动汽车无线充电电磁环境下人体内主要器官吸收电磁能量的情况,并将计算结果与INCIRP导则[7]中的电磁暴露标准进行比较,分析人体在此电磁环境下的安全性,为国家制定相关标准提供依据。

图1 无线电能传输系统场路结构示意图

对人体在电动汽车无线充电电磁环境下的安全性的研究

结论

为了有效评估人体在电动汽车无线充电电磁环境下的安全性,本文通过建立谐振器模型、坐姿人体电磁模型和电动汽车模型,对车内人体的电流密度、功率密度和SAR值进行了仿真研究。

结果表明:不同器官由于形状和电磁参数的差异,其数值仿真结果也不同,并且不同位置处的人体所受电磁辐射的影响也不同,但各电磁物理量均低于ICNIRP导则要求的安全限值。由此可见,减少公众对电动汽车无线充电的顾虑,有利于促进无线电能传输技术在电动汽车领域的推广和发展。

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