中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：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、中國(guó)電力科學(xué)研究院、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所的研究人員高妍、張獻(xiàn)、楊慶新、魏斌、王磊，在2019年第17期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文指出，隨著電動(dòng)汽車無(wú)線充電的研究與應(yīng)用的迅速發(fā)展，關(guān)于電動(dòng)汽車無(wú)線充電環(huán)境下承載生命體的電磁安全性問(wèn)題成為社會(huì)公眾關(guān)注的熱點(diǎn)。
基于生物學(xué)的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)這兩個(gè)角度，對(duì)生命體在該環(huán)境下受到的電磁輻射影響進(jìn)行安全評(píng)估。首先通過(guò)仿真軟件設(shè)計(jì)了人體重點(diǎn)器官模型，模擬計(jì)算人暴露于電動(dòng)汽車無(wú)線充電環(huán)境的車外站姿、車內(nèi)坐姿、車座上躺姿情況；然后分析人體的安全性，研究表明，不同姿態(tài)下各器官的電磁安全指標(biāo)結(jié)果均滿足國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)（ICNIRP）標(biāo)準(zhǔn)，其中比吸收率（SARa）衡量熱效應(yīng)，其最大值為4.37×107 Wkg1，低于安全限值10W.kg-1。
最后，建立電動(dòng)汽車電磁安全評(píng)估系統(tǒng)的生物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，從非熱效應(yīng)角度分析充電環(huán)境引起的生命體免疫安全指標(biāo)變化，其結(jié)果基本在正常參考值范圍內(nèi)。該評(píng)估有利于電動(dòng)汽車無(wú)線充電的推廣應(yīng)用。
世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以能源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染為代價(jià)，并且制約著人類今后的生存和發(fā)展。電動(dòng)汽車（Electric Vehicle, EV）憑借“以電代油，綠色環(huán)?！钡奶攸c(diǎn)，給社會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益，發(fā)展迅速。目前，電動(dòng)汽車采用的非接觸式充電技術(shù)——無(wú)線電能傳輸（Wireless PowerTransfer, WPT）技術(shù)進(jìn)入人們的視野。
無(wú)線充電具有空間利用率高、安全性高、充電簡(jiǎn)便，不易磨損等諸多優(yōu)勢(shì)，解決了傳統(tǒng)插入式充電方式的弊端。因此電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)具備很好的應(yīng)用前景，若要廣泛推進(jìn)其發(fā)展，基于此技術(shù)的電磁環(huán)境對(duì)承載生命體的安全性研究就變得十分關(guān)鍵。
麻省理工學(xué)院在2007年最早發(fā)現(xiàn)了中距離磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸幾乎對(duì)人體不產(chǎn)生危害。但由于電動(dòng)汽車無(wú)線充電的傳輸功率非常大，必需測(cè)試該環(huán)境下人體的輻射情況。
C. Omer等測(cè)量了當(dāng)電動(dòng)汽車的發(fā)射和接收線圈位置偏移時(shí)地板、座椅和頭枕位置處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，測(cè)量結(jié)果符合國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。
韓國(guó)天安市汽車研究所模擬計(jì)算當(dāng)人躺在距WPT系統(tǒng)較近的汽車底部時(shí)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度，人體的感應(yīng)電場(chǎng)超過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)限值。
由于人躺在車底部不屬于電動(dòng)汽車常規(guī)使用區(qū)域，本文對(duì)躺姿位置進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)置人在車內(nèi)，臥躺于車座上方的情況。針對(duì)電動(dòng)汽車無(wú)線充電電磁環(huán)境下生命體的安全性研究，目前國(guó)內(nèi)外尚未有明確統(tǒng)一的測(cè)試方案，生命體相對(duì)于諧振器的多種測(cè)試位置和部位以及方法多種多樣，還需探究更多的生命體測(cè)量指標(biāo)以確定其安全性。
美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)出臺(tái)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“SAE TIR J2954”將輕型電動(dòng)汽車無(wú)線充電的標(biāo)準(zhǔn)頻率確立在85 kHz，頻帶范圍為81.38～90.00 kHz。目前，在國(guó)內(nèi)外制定的重要電磁標(biāo)準(zhǔn)中，具有代表性的是國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)的ICNIRP—2010標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)電子電氣工程師協(xié)會(huì)的IEEE C95.1a—2010準(zhǔn)則，中國(guó)《電磁環(huán)境控制限值》的GB8702—2014規(guī)范。由于ICNIRP相較其他標(biāo)準(zhǔn)，更全面地考慮了電磁輻射環(huán)境對(duì)公眾和職業(yè)暴露的人體健康的不良影響，本文以ICNIRP為參考標(biāo)準(zhǔn)。
本文完成了電動(dòng)汽車無(wú)線充電環(huán)境下生命體的電磁安全評(píng)估，為制定我國(guó)電磁標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。首先在85kHz工作頻率的仿真系統(tǒng)中，詳細(xì)構(gòu)建了帶有內(nèi)部器官的人體模型以及配置金屬板的諧振器及車體模型，評(píng)估了不同姿態(tài)的人體暴露于電動(dòng)汽車不同位置的電磁輻射情況，將仿真計(jì)算結(jié)果與ICNIRP標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，分析人體在該電磁環(huán)境的安全性。
結(jié)果顯示，人體不同重點(diǎn)器官由于形狀和電磁參數(shù)不同，導(dǎo)致吸收的電磁波不同，尤其坐姿和站姿時(shí)各器官計(jì)算出的電磁指標(biāo)高低差異較大。最后建立電磁安全評(píng)估系統(tǒng)的生物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，從非熱效應(yīng)角度選取小鼠血液和器官的免疫指標(biāo)，分析生命體在電動(dòng)汽車無(wú)線充電的輻射環(huán)境下的安全性影響。
圖7 電動(dòng)汽車無(wú)線充電裝置的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
結(jié)論
本文首先評(píng)估了電動(dòng)汽車無(wú)線充電輻射環(huán)境下人體的安全性。通過(guò)仿真構(gòu)建了人體受輻射的重點(diǎn)器官模型，模擬了人正常使用電動(dòng)汽車時(shí)的各姿態(tài)情況。然后對(duì)磁通密度模、比吸收率、能量密度和功率密度進(jìn)行了分析，利用仿真切面圖確定最大值位置并計(jì)算。
仿真結(jié)果說(shuō)明，研究的各項(xiàng)電磁安全指標(biāo)最大值均低于ICNIRP安全限值：坐姿和站姿時(shí)由于各器官電磁環(huán)境位置、形狀和參數(shù)不同，同一指標(biāo)差異較大；躺姿時(shí)所受輻射影響最大但各器官值差異較小。最后，建立一個(gè)電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)的生物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，從非熱效應(yīng)即分子生物學(xué)角度來(lái)評(píng)估生命體的電磁安全性。
實(shí)驗(yàn)分析表明，小鼠血液和器官的免疫因子指標(biāo)在電磁暴露前后無(wú)顯著性變化且在正常參考值范圍內(nèi)。綜上可以證明，在搭建的仿真和生物實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，本文評(píng)估的生命體安全指標(biāo)在此充電環(huán)境下是沒(méi)有明顯影響的。由此可為我國(guó)電磁環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)的建立提供依據(jù)，有利于電動(dòng)汽車無(wú)線充電應(yīng)用領(lǐng)域的推廣和發(fā)展。
