OPERA&CST聯(lián)合仿真汽車無線充電站對(duì)人體的影響
上海又收緊了新能源車的免費(fèi)上牌政策。所以年前一些伙伴和我探討過買新能源汽車的問題，小伙伴們基本糾結(jié)的點(diǎn)是買插電還是純電？我個(gè)人是很抗拒新能源車的，也開過坐過。個(gè)人有幾個(gè)觀點(diǎn)：
溢價(jià)過高，不保值。
實(shí)際并不環(huán)保，只是把污染從排氣管換到了鋰電池和煤電。
為了不用拍牌的退而求其次。
并不怎么省錢。
對(duì)人體有無危害有待商榷，電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)沒有完善。
這就讓我想到了這次的話題：汽車無線充電站對(duì)人體的影響。新能源汽車的電磁場(chǎng)都可以用該方法來評(píng)估對(duì)人體的影響。
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無線感應(yīng)充電對(duì)電動(dòng)汽車充電具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但充電能量效率較低。小型汽車感應(yīng)充電的最低效率為大于85%,在位置偏離時(shí)達(dá)到80%（如車沒停準(zhǔn)）。傳統(tǒng)充電的效率約為92%-95%。效率達(dá)到的同時(shí)，需要證明其對(duì)人是安全的。
那就可以用OPERA和CST仿真電磁場(chǎng)對(duì)人體暴露的影響評(píng)估。目前使用真實(shí)汽車車身的研究很少。目前標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定極限值：
接下來介紹下如何用OPERA和CST根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)完成計(jì)算的方法：
無限充電站與汽車的連接關(guān)系如下圖：
AC/AC變換器將功率頻率電壓轉(zhuǎn)換為傳輸頻率的電壓，重型車輛的頻率為20 kHz -30 kHz，輕型車輛的頻率約為85 kHz (81.38 ~90 kHz)(功率≤20 kW，通常為7.7 kW)。
充電站線圈連接電網(wǎng)，并且耦合到車輛上的線圈，車載線圈收集的信號(hào)經(jīng)過整流，然后它給汽車電池充電。
仿真需要用到參數(shù)化建模，如不同心，線圈之間的距離，線圈在汽車下的位置等，從而評(píng)估人體暴露在充電系統(tǒng)的不同場(chǎng)景。此外，通過生物電磁模型，可以計(jì)算出嬰兒、兒童、成人，以及各種姿勢(shì)時(shí)的實(shí)際感應(yīng)電場(chǎng)水平。將OPERA中計(jì)算得到的磁場(chǎng)空間分布，導(dǎo)入到CST中使用人體生物模型庫進(jìn)行仿真。模型為半徑為280mm的兩個(gè)線圈，發(fā)射線圈和接收線圈的正交電流分別為500安匝和1050安匝。
整個(gè)系統(tǒng)還包含一個(gè)鐵氧體集中器和一個(gè)鋁外殼屏蔽組成。用該尺寸建立兩個(gè)充電站模型，一個(gè)用于工作頻率為85 kHz的輕型車輛，另一個(gè)用于工作頻率為25 kHz的重型車輛(小型巴士)。
充電站（充電線圈連接電網(wǎng)部分）的參數(shù)使用SAE J2954標(biāo)準(zhǔn)。
采用WPT2/Z3功率等級(jí)系統(tǒng)模型，其最大功率為7.7 kVA。車身采用是汽車制造商提供的真實(shí)車身。車身的物理性能參數(shù)化:磁導(dǎo)率從30到300。電導(dǎo)率從2MS /m到7MS /m。小巴的最大額定功率約為50kVA。
用OPERA計(jì)算這些系統(tǒng)周圍產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)，在準(zhǔn)靜態(tài)下，假設(shè)磁場(chǎng)不受人體內(nèi)感應(yīng)電流的干擾，得到感應(yīng)電場(chǎng)的空間分布。該分布作為后期的生物電磁仿真的輸入源。
在CST中使用人體模型使用成年男性，并且包含所有器官組織。皮膚組織的電導(dǎo)率設(shè)置為0.1 S/m。
根據(jù)現(xiàn)有的準(zhǔn)則[如ICNIRP 1998, ICNIRP 2010, IEEE 2005]確定每個(gè)組織和器官的感應(yīng)電場(chǎng)和電流密度的最大值。
截圖是模擬一個(gè)成年男性在距離轎車車身約0.2米的距離處暴露于電磁場(chǎng)中的例子。這個(gè)例子中磁通密度的水平低于0.7 uT和人體感應(yīng)電場(chǎng)最大10 mV / m，大大低于ICNIRP2020參考電場(chǎng)限制（27uT、11.5 V / m@85KHz）。
那么該無線充電站：“按照現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)”來看是對(duì)人體無害的。
