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)保”的特點(diǎn)，給社會(huì)帶來巨大的經(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)——無線電能傳輸（Wireless PowerTransfer, WPT）技術(shù)進(jìn)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(dòng)汽車無線充電技術(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(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，測量結(jié)果符合國際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。
• 韓國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)的電磁場強(qiáng)度，人體的感應(yīng)電場超過國際標(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)汽車無線充電電磁環(huán)境下生命體的安全性研究，目前國內(nèi)外尚未有明確統(tǒng)一的測試方案，生命體相對(duì)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(biāo)以確定其安全性。

美國汽車工程師協(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，在國內(nèi)外制定的重要電磁標(biāo)準(zhǔn)中，具有代表性的是國際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)的ICNIRP—2010標(biāo)準(zhǔn)，美國電子電氣工程師協(xié)會(huì)的IEEE C95.1a—2010準(zhǔn)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(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)汽車無線充電環(huán)境下生命體的電磁安全評(píng)估，為制定我國電磁標(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)汽車無線充電的輻射環(huán)境下的安全性影響。

圖7 電動(dòng)汽車無線充電裝置的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

結(jié)論

本文首先評(píng)估了電動(dòng)汽車無線充電輻射環(huán)境下人體的安全性。通過仿真構(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)境下是沒有明顯影響的。由此可為我國電磁環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)的建立提供依據(jù)，有利于電動(dòng)汽車無線充電應(yīng)用領(lǐng)域的推廣和發(fā)展。