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近年來，隨著新能源汽車的日益發(fā)展，其充電方式成為了人們討論關(guān)注的重點(diǎn)。相比于傳統(tǒng)汽車，電動汽車可以更好地解決傳統(tǒng)汽車尾氣排放污染環(huán)境的問題，具有能源利用率高、傳輸效率高、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)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(fā)展成為目前研究的焦點(diǎn)問題。

無線電能傳輸技術(shù)（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(dǎo)線直接接觸的方式，實(shí)現(xiàn)電能由電源側(cè)傳遞至負(fù)載側(cè)的技術(shù)。利用此技術(shù)給電動汽車充電，可以有效避免充電導(dǎo)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(jī)械磨損等多方面的優(yōu)點(diǎn)。

隨著電動汽車無線充電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，一方面其電磁環(huán)境安全性以及對人體健康的影響得到了越來越多的關(guān)注；另一方面，由于當(dāng)今社會依靠植入式醫(yī)療設(shè)備維持正常生活的人群比較龐大，如裝設(shè)有心臟起搏器、人工造耳蝸、人造器官等植入式設(shè)備的人群，因此，這些設(shè)備與無線電能傳輸電磁場環(huán)境的兼容性值得探究。

• D. Sarah等研究了心血管植入電子設(shè)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(jié)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(jìn)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(jié)果顯示全部符合國際非電離輻射防護(hù)委員會（International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, ICNIRP）所規(guī)定的限值。
• 有學(xué)者將植入的心臟設(shè)備暴露在結(jié)腸鏡磁成像設(shè)備（ScopeGuide）的電磁場中，分析了是否存在電磁干擾的問題，研究發(fā)現(xiàn)ScopeGuide的電磁場不會造成干擾，因此在植入心臟設(shè)備的患者中使用可能是安全的。
• 2015年，黃學(xué)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(jié)果顯示，在系統(tǒng)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(guī)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等單位的科研人員，通過構(gòu)建無線電能傳輸系統(tǒng)及心臟起搏器電磁仿真模型，仿真計算85kHz系統(tǒng)工作頻率下不同功率等級的人體組織感應(yīng)電場強(qiáng)度峰值，對比國際非電離輻射防護(hù)委員會所規(guī)定的頻率為3kHz~10MHz感應(yīng)電場強(qiáng)度基本限值，得到電動汽車無線充電系統(tǒng)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(qiáng)度值以及溫升值，從心臟起搏器電磁兼容性和熱效應(yīng)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(nèi)，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(qiáng)度

他們指出，由仿真結(jié)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(qiáng)度值均小于規(guī)定的150A/m，說明心臟起搏器可以與無線電能傳輸系統(tǒng)兼容，并且不會產(chǎn)生電磁干擾。在系統(tǒng)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(jìn)一步仿真了步長為0.1m最小安全距離內(nèi)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(tǒng)所產(chǎn)生的熱效應(yīng)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(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果顯示，溫升值隨著功率的不斷提高而加強(qiáng)，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(guī)定的2℃，進(jìn)一步仿真了步長為0.1m最小安全距離內(nèi)的各個位置處的溫升情況，結(jié)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(chǎn)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(dāng)今社會依靠植入式醫(yī)療設(shè)備維持正常生活的人群比較龐大，本研究結(jié)果有利于無線電能傳輸技術(shù)廣泛應(yīng)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(dān)憂。

本文編自2022年《電工技術(shù)學(xué)報》增刊1，論文標(biāo)題為“電動汽車無線充電系統(tǒng)對心臟起搏器的電磁兼容與熱效應(yīng)影響”。本課題得到了國家自然科學(xué)基金的支持。