OPERA&CST联合仿真汽车无线充电站对人体的影响

上海又收紧了新能源车的免费上牌政策。所以年前一些伙伴和我探讨过买新能源汽车的问题，小伙伴们基本纠结的点是买插电还是纯电？我个人是很抗拒新能源车的，也开过坐过。个人有几个观点：

1. 溢价过高，不保值。

2. 实际并不环保，只是把污染从排气管换到了锂电池和煤电。

3. 为了不用拍牌的退而求其次。

4. 并不怎么省钱。
   

5. 对人体有无危害有待商榷，电磁辐射标准没有完善。

   这就让我想到了这次的话题：汽车无线充电站对人体的影响。新能源汽车的电磁场都可以用该方法来评估对人体的影响。

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无线感应充电对电动汽车充电具有明显的优势，但充电能量效率较低。小型汽车感应充电的最低效率为大于85%,在位置偏离时达到80%（如车没停准）。传统充电的效率约为92%-95%。效率达到的同时，需要证明其对人是安全的。

那就可以用OPERA和CST仿真电磁场对人体暴露的影响评估。目前使用真实汽车车身的研究很少。目前标准中有规定极限值：

接下来介绍下如何用OPERA和CST根据标准完成计算的方法：

无限充电站与汽车的连接关系如下图：

AC/AC变换器将功率频率电压转换为传输频率的电压，重型车辆的频率为20 kHz -30 kHz，轻型车辆的频率约为85 kHz (81.38 ~90 kHz)(功率≤20 kW，通常为7.7 kW)。

充电站线圈连接电网，并且耦合到车辆上的线圈，车载线圈收集的信号经过整流，然后它给汽车电池充电。

仿真需要用到参数化建模，如不同心，线圈之间的距离，线圈在汽车下的位置等，从而评估人体暴露在充电系统的不同场景。此外，通过生物电磁模型，可以计算出婴儿、儿童、成人，以及各种姿势时的实际感应电场水平。将OPERA中计算得到的磁场空间分布，导入到CST中使用人体生物模型库进行仿真。模型为半径为280mm的两个线圈，发射线圈和接收线圈的正交电流分别为500安匝和1050安匝。

整个系统还包含一个铁氧体集中器和一个铝外壳屏蔽组成。用该尺寸建立两个充电站模型，一个用于工作频率为85 kHz的轻型车辆，另一个用于工作频率为25 kHz的重型车辆(小型巴士)。

充电站（充电线圈连接电网部分）的参数使用SAE J2954标准。

采用WPT2/Z3功率等级系统模型，其最大功率为7.7 kVA。车身采用是汽车制造商提供的真实车身。车身的物理性能参数化:磁导率从30到300。电导率从2MS /m到7MS /m。小巴的最大额定功率约为50kVA。

用OPERA计算这些系统周围产生的杂散磁场，在准静态下，假设磁场不受人体内感应电流的干扰，得到感应电场的空间分布。该分布作为后期的生物电磁仿真的输入源。

在CST中使用人体模型使用成年男性，并且包含所有器官组织。皮肤组织的电导率设置为0.1 S/m。

根据现有的准则[如ICNIRP 1998, ICNIRP 2010, IEEE 2005]确定每个组织和器官的感应电场和电流密度的最大值。

截图是模拟一个成年男性在距离轿车车身约0.2米的距离处暴露于电磁场中的例子。这个例子中磁通密度的水平低于0.7 uT和人体感应电场最大10 mV / m，大大低于ICNIRP2020参考电场限制（27uT、11.5 V / m@85KHz）。

那么该无线充电站：“按照现有标准”来看是对人体无害的。