近年来，无线电能传输系统应用于电动汽车充电过程中所产生的电磁辐射安全问题引起了广泛关注。省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室（河北工业大学）、天津市生物电工与智能健康重点实验室、中国医学科学院北京协和医学院生物医学工程研究所的研究人员赵军、赵毅航、武志军、王磊，在2022年《电工技术学报》增刊1上撰文，构建了无线电能传输系统及心脏起搏器电磁仿真模型，并且计算了电动汽车无线充电系统不同功率等级下的最小安全距离，研究分析了无线电能传输系统对心脏起搏器的电磁兼容与热效应影响。
他们的研究结果显示，不同功率等级下在其相应的最小安全距离处，心脏起搏器磁场强度值均小于磁场强度限值150A/m，说明电动汽车无线充电系统不会对心脏起搏器产生电磁干扰。人体各器官最大温升值均小于1℃，因此该系统所产生的电磁热效应不会对人体造成伤害，同时心脏起搏器的最大温升小于规定的2℃，因此心脏起搏器在该系统电磁辐射环境下所产生的热效应不会对其造成影响。
近年来，随着新能源汽车的日益发展，其充电方式成为了人们讨论关注的重点。相比于传统汽车，电动汽车可以更好地解决传统汽车尾气排放污染环境的问题，具有能源利用率高、传输效率高、绿色环保的优点。现阶段电动汽车的充电方式普遍为有线充电，然而充电站等接触式充电的方法存在灵活性差、占用空间大、易磨损等问题。如何能有效避免以上弊端，推动电动汽车充电方式的快速发展成为目前研究的焦点问题。
无线电能传输技术（Wireless Power Transmission, WPT）是一种利用电磁场或电磁波在物理空间中的传播特性，采用非导线直接接触的方式，实现电能由电源侧传递至负载侧的技术。利用此技术给电动汽车充电，可以有效避免充电导线裸露在外、短路、接触电火花等问题，具有防水防尘、有效避免触电危险、机械磨损等多方面的优点。
随着电动汽车无线充电技术的发展和应用，一方面其电磁环境安全性以及对人体健康的影响得到了越来越多的关注；另一方面，由于当今社会依靠植入式医疗设备维持正常生活的人群比较庞大，如装设有心脏起搏器、人工造耳蜗、人造器官等植入式设备的人群，因此，这些设备与无线电能传输电磁场环境的兼容性值得探究。
- D. Sarah等研究了心血管植入电子设备是否易受中频（1kHz~1MHz）电磁干扰的影响，研究表明，影响电磁干扰的因素还没有得到充分的表征。
- N. Tanaka等利用有限元分析法，研究了植入式无线充电心脏起搏线圈在85kHz时的干扰电压，结果显示在不同位置处有差异。
- 宫飞翔等利用HFSS对人体胸腔进行仿真建模，然后分析计算线圈对人体胸腔的比吸收率（Specific Absorption Ratio，SAR），结果显示全部符合国际非电离辐射防护委员会（International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, ICNIRP）所规定的限值。
- 有学者将植入的心脏设备暴露在结肠镜磁成像设备（ScopeGuide）的电磁场中，分析了是否存在电磁干扰的问题，研究发现ScopeGuide的电磁场不会造成干扰，因此在植入心脏设备的患者中使用可能是安全的。
- 2015年，黄学良等人建立了三维人体电磁仿真模型，将其用于分析电动汽车在无线充电过程中对人体的影响。结果显示，在系统输出功率为3.5kW条件下，人体各个器官的电流密度、SAR等均符合ICNIRP规定的安全限值。
省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室等单位的科研人员，通过构建无线电能传输系统及心脏起搏器电磁仿真模型，仿真计算85kHz系统工作频率下不同功率等级的人体组织感应电场强度峰值，对比国际非电离辐射防护委员会所规定的频率为3kHz~10MHz感应电场强度基本限值，得到电动汽车无线充电系统不同功率等级下的最小安全距离；然后在最小安全距离处仿真计算不同功率等级心脏起搏器部位的磁场强度值以及温升值，从心脏起搏器电磁兼容性和热效应两个角度加以分析论证；并研究分析了在最小安全距离以内，距离谐振线圈边界0.1m等处的电磁干扰情况以及温升情况。
图1 不同功率下心脏起搏器部位的磁场强度
他们指出，由仿真结果可知，不同功率在其相对最小安全距离处所得到的磁场强度值均小于规定的150A/m，说明心脏起搏器可以与无线电能传输系统兼容，并且不会产生电磁干扰。在系统工作频率为85kHz条件下，仿真计算各功率等级处在其最小安全距离时的温升情况，均小于1℃，进一步仿真了步长为0.1m最小安全距离内的各个位置处的温升情况，其温升值也均小于1℃。因此该系统所产生的热效应不会对人体造成影响。
图2 不同功率下人体主要器官温升分布
图3 不同功率下人体器官及心脏起搏器的温升
科研人员也同时对心脏起搏器植入人体后的情况进行仿真分析，仿真结果显示，温升值随着功率的不断提高而加强，但是各个功率下人体组织器官的温升值均小于1℃，心脏起搏器的温升值小于有源植入式器件所规定的2℃，进一步仿真了步长为0.1m最小安全距离内的各个位置处的温升情况，结果显示，温升值随着功率的变大而提高，各功率无线电能传输过程中产生的最大温升均低于1℃，不会对心脏起搏器以及人体组织器官造成影响。
他们最后表示，由于当今社会依靠植入式医疗设备维持正常生活的人群比较庞大，本研究结果有利于无线电能传输技术广泛应用到电动汽车充电过程中，在一定程度上消除了人们对无线充电过程中电磁暴露的安全问题的担忧。
本文编自2022年《电工技术学报》增刊1，论文标题为“电动汽车无线充电系统对心脏起搏器的电磁兼容与热效应影响”。本课题得到了国家自然科学基金的支持。
