基于等效源建模的电动汽车电磁暴露安全评估

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wecan626
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随着当今社会发展节奏的加快,私家车几乎成为了每家每户必备的出行工具,然而传统燃油汽车所排放的有害气体、给空气造成的污染不容忽视,还会消耗不可再生的石油资源。为此,国内外开始大量普及新能源电动汽车,随着各种节能减排政策的实施,电动汽车的发展已呈大势所趋。现如今,很多人都会搭载儿童出行,电动汽车内的电子设备工作时产生的电磁场可能会危害到司机与乘客的身体健康,尤其儿童的身体组织处于发育阶段且国内儿童的电磁暴露研究相对较少。因此,对电动汽车电磁环境下的人体进行电磁暴露安全评估具有研究意义。本文研究了DC/DC变换器及其内部的变压器在工作时产生的电磁场在司机与乘客人体内的电磁暴露水平。使用COMSOL Multiphysics软件中的几何模块,建立了成人人体模型、儿童人体模型和幼儿人体模型。人体的头部采用国际标准的三层球模型,使用4阶Cole-Cole模型对成人与未成年人重要人体组织的介电参数进行计算,并对人体材料进行赋值。使用Solid Works软件建立汽车模型,并依据电路原理以及变压器的基本工作原理对变压器进行了简化建模。基于等效源的研究方法,将车载DC/DC变换器等效为1 m长的偶极子天线,并在COMSOL中进行偶极子天线的建模,导入汽车模型、成人人体模型,测量人体组织的感应电场强度分布以及人体组织比吸收率(SAR)。结果表明,坐在副驾驶位乘客的人体感应电场强度最大,最大值为9.42 m V/m,远低于150 MHz频率下ICNIRP准则规定的限值(28 V/m),副驾驶位置乘客的SAR值最大,最大值为1.78?10-8 W/kg,远低于ICNIRP准则所规定的2 W/kg。因此,车载DC/DC变换器工作时产生的射频电磁场不会对司机和乘客的身体健康构成威胁。将变压器模型、成人和未成年人的人体模型以及汽车模型导入COMSOL软件中,对DC/DC变换器内的变压器进行电磁暴露安全评估,并将未成年人与成人的人体电磁暴露情况进行对比得出结论。结果表明:司机遭受的电磁辐射剂量大于其他位置的乘客,司机人体磁通密度最大值为0.65μT,是10 k Hz频率下ICNIRP准则限值(27μT)的2.4%,司机人体感应电场强度最大值为2.06 m V/m,低于ICNIRP准则规定的1.35 V/m。儿童位于副驾驶座位时,人体磁通密度最高,最大值为0.1μT,是10 k Hz频率下ICNIRP准则限值(27μT)的0.37%;儿童人体感应电场强度最大值为0.53 m V/m,低于ICNIRP准则所规定的限值。成人坐在副驾驶位置时人体磁通密度的最大值为0.13μT,在ICNIRP准则限值(27μT)之内;人体感应电场强度最大值为0.65 m V/m,远小于ICNIRP限值(1.35V/m)。坐在后排儿童安全座椅安装处的幼儿乘客人体磁通密度最大值为0.005μT,感应电场强度最大值为0.01 m V/m,远低于ICNIRP准则规定的限值。因此,DC/DC变换器内部变压器产生的电磁暴露不会对车内司机与乘客的身体健康构成风险。此外,前排位置的乘客人体磁通密度与感应电场强度均高于后排位置的乘客,这也说明感应电场强度和磁通密度的分布与变压器暴露源的空间位置相关。
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