- 頭條電動汽車無線充電系統對人體有危害嗎？專家得出研究結論，安全2022-10-23 作者：趙軍、趙毅航 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語近年來，無線電能傳輸系統應用于電動汽車充電過程中所產生的電磁輻射安全問題引起了廣泛關注。省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點實驗室（河北工業大學）、天津市生物電工與智能健康重點實驗室、中國醫學科學院北京協和醫學院生物醫學工程研究所的研究人員趙軍、趙毅航、武志軍、王磊，在2022年《電工技術學報》增刊1上撰文，構建了無線電能傳輸系統及心臟起搏器電磁仿真模型，并且計算了電動汽車無線充電系統不同功率等級下的最小安全距離，研究分析了無線電能傳輸系統對心臟起搏器的電磁兼容與熱效應影響。 他們的研究結果顯示，不同功率等級下在其相應的最小安全距離處，心臟起搏器磁場強度值均小于磁場強度限值150A/m，說明電動汽車無線充電系統不會對心臟起搏器產生電磁干擾。人體各器官最大溫升值均小于1℃，因此該系統所產生的電磁熱效應不會對人體造成傷害，同時心臟起搏器的最大溫升小于規定的2℃，因此心臟起搏器在該系統電磁輻射環境下所產生的熱效應不會對其造成影響。
近年來，隨著新能源汽車的日益發展，其充電方式成為了人們討論關注的重點。相比于傳統汽車，電動汽車可以更好地解決傳統汽車尾氣排放污染環境的問題，具有能源利用率高、傳輸效率高、綠色環保的優點。現階段電動汽車的充電方式普遍為有線充電，然而充電站等接觸式充電的方法存在靈活性差、占用空間大、易磨損等問題。如何能有效避免以上弊端，推動電動汽車充電方式的快速發展成為目前研究的焦點問題。
無線電能傳輸技術（Wireless Power Transmission, WPT）是一種利用電磁場或電磁波在物理空間中的傳播特性，采用非導線直接接觸的方式，實現電能由電源側傳遞至負載側的技術。利用此技術給電動汽車充電，可以有效避免充電導線裸露在外、短路、接觸電火花等問題，具有防水防塵、有效避免觸電危險、機械磨損等多方面的優點。
隨著電動汽車無線充電技術的發展和應用，一方面其電磁環境安全性以及對人體健康的影響得到了越來越多的關注；另一方面，由于當今社會依靠植入式醫療設備維持正常生活的人群比較龐大，如裝設有心臟起搏器、人工造耳蝸、人造器官等植入式設備的人群，因此，這些設備與無線電能傳輸電磁場環境的兼容性值得探究。
- D. Sarah等研究了心血管植入電子設備是否易受中頻（1kHz~1MHz）電磁干擾的影響，研究表明，影響電磁干擾的因素還沒有得到充分的表征。
- N. Tanaka等利用有限元分析法，研究了植入式無線充電心臟起搏線圈在85kHz時的干擾電壓，結果顯示在不同位置處有差異。
- 宮飛翔等利用HFSS對人體胸腔進行仿真建模，然后分析計算線圈對人體胸腔的比吸收率（Specific Absorption Ratio，SAR），結果顯示全部符合國際非電離輻射防護委員會（International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, ICNIRP）所規定的限值。
- 有學者將植入的心臟設備暴露在結腸鏡磁成像設備（ScopeGuide）的電磁場中，分析了是否存在電磁干擾的問題，研究發現ScopeGuide的電磁場不會造成干擾，因此在植入心臟設備的患者中使用可能是安全的。
- 2015年，黃學良等人建立了三維人體電磁仿真模型，將其用于分析電動汽車在無線充電過程中對人體的影響。結果顯示，在系統輸出功率為3.5kW條件下，人體各個器官的電流密度、SAR等均符合ICNIRP規定的安全限值。
省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點實驗室等單位的科研人員，通過構建無線電能傳輸系統及心臟起搏器電磁仿真模型，仿真計算85kHz系統工作頻率下不同功率等級的人體組織感應電場強度峰值，對比國際非電離輻射防護委員會所規定的頻率為3kHz~10MHz感應電場強度基本限值，得到電動汽車無線充電系統不同功率等級下的最小安全距離；然后在最小安全距離處仿真計算不同功率等級心臟起搏器部位的磁場強度值以及溫升值，從心臟起搏器電磁兼容性和熱效應兩個角度加以分析論證；并研究分析了在最小安全距離以內，距離諧振線圈邊界0.1m等處的電磁干擾情況以及溫升情況。
圖1 不同功率下心臟起搏器部位的磁場強度
他們指出，由仿真結果可知，不同功率在其相對最小安全距離處所得到的磁場強度值均小于規定的150A/m，說明心臟起搏器可以與無線電能傳輸系統兼容，并且不會產生電磁干擾。在系統工作頻率為85kHz條件下，仿真計算各功率等級處在其最小安全距離時的溫升情況，均小于1℃，進一步仿真了步長為0.1m最小安全距離內的各個位置處的溫升情況，其溫升值也均小于1℃。因此該系統所產生的熱效應不會對人體造成影響。
圖2 不同功率下人體主要器官溫升分布
圖3 不同功率下人體器官及心臟起搏器的溫升
科研人員也同時對心臟起搏器植入人體后的情況進行仿真分析，仿真結果顯示，溫升值隨著功率的不斷提高而加強，但是各個功率下人體組織器官的溫升值均小于1℃，心臟起搏器的溫升值小于有源植入式器件所規定的2℃，進一步仿真了步長為0.1m最小安全距離內的各個位置處的溫升情況，結果顯示，溫升值隨著功率的變大而提高，各功率無線電能傳輸過程中產生的最大溫升均低于1℃，不會對心臟起搏器以及人體組織器官造成影響。
他們最后表示，由于當今社會依靠植入式醫療設備維持正常生活的人群比較龐大，本研究結果有利于無線電能傳輸技術廣泛應用到電動汽車充電過程中，在一定程度上消除了人們對無線充電過程中電磁暴露的安全問題的擔憂。
本文編自2022年《電工技術學報》增刊1，論文標題為“電動汽車無線充電系統對心臟起搏器的電磁兼容與熱效應影響”。本課題得到了國家自然科學基金的支持。
