OPERA&CST 软件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：
溢价过高，不保值。
实际并不环保，只是把污染从排气管换到了锂电池和煤电。
为了不用拍牌的退而求其次。
并不怎么省钱。
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。
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。
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分享实用的仿真技巧~ 2023-05-11 加入
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