中國儲能網訊：天津工業(yè)大學天津市電工電能新技術重點實驗室、中國電力科學研究院、中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院生物醫(yī)學工程研究所的研究人員高妍、張獻、楊慶新、魏斌、王磊，在2019年第17期《電工技術學報》上撰文指出，隨著電動汽車無線充電的研究與應用的迅速發(fā)展，關于電動汽車無線充電環(huán)境下承載生命體的電磁安全性問題成為社會公眾關注的熱點。
基于生物學的熱效應和非熱效應這兩個角度，對生命體在該環(huán)境下受到的電磁輻射影響進行安全評估。首先通過仿真軟件設計了人體重點器官模型，模擬計算人暴露于電動汽車無線充電環(huán)境的車外站姿、車內坐姿、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結果均滿足國際非電離輻射防護委員會（ICNIRP）標準，其中比吸收率（SARa）衡量熱效應，其最大值為4.37×107 Wkg1，低于安全限值10W.kg-1。
最后，建立電動汽車電磁安全評估系統(tǒng)的生物實驗平臺，從非熱效應角度分析充電環(huán)境引起的生命體免疫安全指標變化，其結果基本在正常參考值范圍內。該評估有利于電動汽車無線充電的推廣應用。
世界經濟的飛速發(fā)展以能源的浪費和環(huán)境的污染為代價，并且制約著人類今后的生存和發(fā)展。電動汽車（Electric Vehicle, EV）憑借“以電代油，綠色環(huán)?！钡奶攸c，給社會帶來巨大的經濟、環(huán)境效益，發(fā)展迅速。目前，電動汽車采用的非接觸式充電技術——無線電能傳輸（Wireless PowerTransfer, WPT）技術進入人們的視野。
無線充電具有空間利用率高、安全性高、充電簡便，不易磨損等諸多優(yōu)勢，解決了傳統(tǒng)插入式充電方式的弊端。因此電動汽車無線充電技術具備很好的應用前景，若要廣泛推進其發(fā)展，基于此技術的電磁環(huán)境對承載生命體的安全性研究就變得十分關鍵。
麻省理工學院在2007年最早發(fā)現了中距離磁耦合諧振式無線電能傳輸幾乎對人體不產生危害。但由于電動汽車無線充電的傳輸功率非常大，必需測試該環(huán)境下人體的輻射情況。
C. Omer等測量了當電動汽車的發(fā)射和接收線圈位置偏移時地板、座椅和頭枕位置處的磁感應強度，測量結果符合國際非電離輻射防護委員會標準。
韓國天安市汽車研究所模擬計算當人躺在距WPT系統(tǒng)較近的汽車底部時的電磁場強度，人體的感應電場超過國際標準限值。
由于人躺在車底部不屬于電動汽車常規(guī)使用區(qū)域，本文對躺姿位置進行改進，設置人在車內，臥躺于車座上方的情況。針對電動汽車無線充電電磁環(huán)境下生命體的安全性研究，目前國內外尚未有明確統(tǒng)一的測試方案，生命體相對于諧振器的多種測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量指標以確定其安全性。
美國汽車工程師協(xié)會出臺的行業(yè)標準“SAE TIR J2954”將輕型電動汽車無線充電的標準頻率確立在85 kHz，頻帶范圍為81.38～90.00 kHz。目前，在國內外制定的重要電磁標準中，具有代表性的是國際非電離輻射防護委員會的ICNIRP—2010標準，美國電子電氣工程師協(xié)會的IEEE C95.1a—2010準則，中國《電磁環(huán)境控制限值》的GB8702—2014規(guī)范。由于ICNIRP相較其他標準，更全面地考慮了電磁輻射環(huán)境對公眾和職業(yè)暴露的人體健康的不良影響，本文以ICNIRP為參考標準。
本文完成了電動汽車無線充電環(huán)境下生命體的電磁安全評估，為制定我國電磁標準提供依據。首先在85kHz工作頻率的仿真系統(tǒng)中，詳細構建了帶有內部器官的人體模型以及配置金屬板的諧振器及車體模型，評估了不同姿態(tài)的人體暴露于電動汽車不同位置的電磁輻射情況，將仿真計算結果與ICNIRP標準對比，分析人體在該電磁環(huán)境的安全性。
結果顯示，人體不同重點器官由于形狀和電磁參數不同，導致吸收的電磁波不同，尤其坐姿和站姿時各器官計算出的電磁指標高低差異較大。最后建立電磁安全評估系統(tǒng)的生物實驗平臺，從非熱效應角度選取小鼠血液和器官的免疫指標，分析生命體在電動汽車無線充電的輻射環(huán)境下的安全性影響。
圖7 電動汽車無線充電裝置的實驗平臺
結論
本文首先評估了電動汽車無線充電輻射環(huán)境下人體的安全性。通過仿真構建了人體受輻射的重點器官模型，模擬了人正常使用電動汽車時的各姿態(tài)情況。然后對磁通密度模、比吸收率、能量密度和功率密度進行了分析，利用仿真切面圖確定最大值位置并計算。
仿真結果說明，研究的各項電磁安全指標最大值均低于ICNIRP安全限值：坐姿和站姿時由于各器官電磁環(huán)境位置、形狀和參數不同，同一指標差異較大；躺姿時所受輻射影響最大但各器官值差異較小。最后，建立一個電動汽車無線充電系統(tǒng)的生物實驗平臺，從非熱效應即分子生物學角度來評估生命體的電磁安全性。
實驗分析表明，小鼠血液和器官的免疫因子指標在電磁暴露前后無顯著性變化且在正常參考值范圍內。綜上可以證明，在搭建的仿真和生物實驗系統(tǒng)中，本文評估的生命體安全指標在此充電環(huán)境下是沒有明顯影響的。由此可為我國電磁環(huán)境安全標準的建立提供依據，有利于電動汽車無線充電應用領域的推廣和發(fā)展。
