基于大功率无线电能传输的电磁环境分析

• 作 者: 李晨曦
• 出 处: 河北工业大学
• 发表日期: 2016年01期
• 关键词: 无线电能传输 电动汽车 电磁辐射 生物安全性

无线电能传输技术作为一种新的电能传输和分配方式,其在众多领域都具有非常重要的应用价值,而大功率磁耦合谐振式无线电能传输技术的研究进一步扩大了该技术的研究领域,特别是其在电动汽车无线充电方面的应用。随着科学技术的不断发展,电磁辐射对于人身安全的影响越来越受到国内以及国际的广泛关注。人体处于不同频率不同强度电磁辐射环境时受到的影响不同,少量电磁辐射可造成皮肤发热、神经疼痛,大量电磁辐射可导致神经紊乱、心脏衰竭、灼伤甚至致死。由于目前传统的电动汽车充电方式存在着诸多的缺点,对于将大功率无线电能传输技术应用于电动汽车充电中的研究越来越多,因此关于大功率无线电能传输过程中系统电磁辐射环境的安全性研究就变得十分重要。为此,本文比较详细地分析研究了人体和无线电能传输系统电磁环境之间的电磁仿真方法以及相互作用原理,主要的研究工作包括以下几个方面:1.本文采用基于磁耦合谐振式无线电能传输原理的两线圈耦合结构模型,对其场域进行有限元原理分析,并列出该结构基于有限元法的区域条件和边界条件公式,为后文的仿真分析提供理论依据。构建了带屏蔽线圈结构模型和不带屏蔽线圈结构模型,并对两种模型的电磁场分布情况进行分析比较,结果表明,屏蔽材料的加入可以降低系统的辐射损耗。2.基于MRI图像,构建了包含主要器官(心、肝、胃、肺、肾)的人体结构模型,并对人体结构模型进行电磁参数赋值,然后利用电磁仿真软件,计算了人体处于无线电能传输电磁环境时主要器官的电磁物理量分布,将求解结果与国际卫生标准进行比较,结果表明,人体在此电磁环境下是安全的。3.对人体和谐振线圈不同相对位置的情况进行仿真分析,分别对不同情况下的人身安全进行评估,另外通过对人体传热模型进行仿真分析,从而计算出最大温升。最后通过建立简化汽车模型和人体坐姿模型,对电动汽车无线充电电磁环境进行仿真分析,研究人体主要器官的电磁暴露问题,计算结果表明,各电磁物理量均低于国际非电离辐射防护委员会制定的限值标准。