新能源電動車輛電磁場相對于人體曝露影響因素的研究

摘 要：隨著新能源電動汽車的普及，其電磁場對人體健康的影響成為公眾關注的焦點。針對駕乘人員在新能源電動車輛環境下的電磁干擾安全風險問題，該研究從車輛電磁騷擾的要求、車輛主要電磁干擾產生的機理和不同類型、不同工況的電磁場測試數據多方面進行了分析。通過采集不同類型新能源電動汽車的電磁環境數據對比分析磁場防護標準，其結果顯示車輛的電磁輻射發射強度與電磁環境控制限值標準要求仍有較大裕量。

關鍵詞：新能源電動汽車 電磁輻射

隨著汽車工業的快速發展和人們生活水平的提升，電動汽車潛在的電磁輻射對人體健康的影響也引起了廣泛關注。汽車的電動化、智能化、網聯化和共享化已成為其主要趨勢。這些變革不僅改變了汽車的驅動方式和功能，也深刻影響了汽車內部的電磁環境。在傳統燃油汽車中，電磁干擾主要來源于點火系統、電源系統以及各種電子設備。而在新能源電動汽車中，電磁輻射騷擾主要來源于電池系統、電驅系統、電子控制系統以及車載電器等部件。電池系統和電驅系統在充電和放電過程中產生的電流變化是電磁輻射的主要源頭。

1 車輛電磁輻射國內外研究概述

1.1 車輛電磁輻射國外研究概述

國外對電磁輻射研究起步較早，國際上也制定了CISPR 12、CISPR 25、CISPR 36、ECE R10等車輛電磁兼容性測試標準，這些標準已被全球多個國家的技術法規納入和采用。從1998年起，國際非電離輻射防護委員會（ICNIRP）就發布了關于限制時變電場、磁場和電磁場曝露的導則，并在2020年進行了更新。與此同時，2019年國際電工委員會（IEC）發布了IEC 62764-1，主要內容是對研究車輛環境中人體曝露于低頻磁場的測試技術進行了規范，為評估汽車產生的低頻磁場對人體健康的影響提供了推薦性的測量方法，特別適用于M1和N1類乘用車。2013年，日本汽車標準組織也發布了專門用于檢測汽車人體曝露的電磁場的相關標準JASO TP-13002：2013 [3]。

1.2 車輛電磁輻射國內研究概述

在汽車人身安全研究領域，中國處于初期發展階段，但很重視。中國已經根據國際標準和國內實際情況，對一系列相關標準進行了修訂和制定。2017年，中國發布了GB 34660—2017、GB/T 18387—2017兩項車輛強制性電磁兼容試驗標準，目的是確保無線接收機等電子設備在車輛電磁波影響下能正常運作。

在電磁輻射防護方面，1988年，中國生態環境部首次提出并發布GB 8702—1988《電磁輻射防護規定》。2014年，對GB 8702進行了修訂，形成了GB 8702—2014《電磁環境控制限值》，在對應頻率，國際非電離輻射防護委員會（ICNIRP）在1998年和2010年發布的限值標準要高于此標準。2018年，GB/T 37130—2018《車輛電磁場相對于人體曝露的測量方法》發布，為車輛電磁輻射的科學測量提供了規范[1]。

本文結合 GB/T 37130—2018、 GB 8702—2014標準，對電動車輛不同工況的不同位置進行磁場測量研究。

2 電磁干擾產生的機理

2.1 車輛電磁干擾產生的機理

汽車技術的不斷進步和發展，汽車電子電氣設備的大量應用，汽車電磁騷擾的特點變化較大。傳統車內主要騷擾源主要為點火系統、電子電器設備等執行機構，火花塞點火時，點火線圈瞬間產生上萬伏的電壓，其電弧會產生強烈的電磁騷擾；汽車發電機也是主要騷擾源之一，會產生異常電壓、過電壓現象和開關觸點產生火花放電騷擾；電源線的瞬變干擾也會耦合到其他控制線或者信號線中，形成對電子模塊產生不良影響的差模信號[4]。

電動汽車相對于傳統汽車而言，其電動化、智能化、網聯化集成度更高，在動力結構等都發生了重大改變，其主要部件包括驅動電機、電池包、能量管理系統及其他電子電器系統等，主要干擾源于驅動電機、DC-DC 變換器，IGBT 開關器件等。高頻變壓器、功率開關和濾波電容構成的高頻開關電流環路可能會產生較大的空間輻射，從而形成電磁輻射；IGBT開關器件在低頻上的諧波含量非常多，可能在車內形成惡劣的電磁場環境[1]。

2.2 電磁干擾對人體的危害

關于電磁輻射對人體的影響，科學研究已經持續多年，電磁場可以引起生物組織溫度上升，對于頻率低于100kHz的電磁場，可能會導致神經系統、機體免疫功能和血液系統、生殖系統和遺傳方面等產生不利的影響。例如，中樞神經系統對電磁場的輻射作用較為敏感，多次作用有可能會出現頭痛頭暈、記憶力減退以及失眠多夢等癥狀。電磁場也可能會對機體免疫功能、血液系統造成危害，使患者機體抵抗力降低。此外，高強度的靜態電磁場還可能在運動時引起眩暈和惡心。通常，人體內部的電磁場是平衡和有序的，但當受到較強的外部電磁場干擾時，這種平衡可能會被打破，從而對人體造成潛在的傷害。當電磁輻射強度超出人體承受范圍時，就構成了電磁輻射污染，可能引發健康風險[2]。

3 測評過程

3.1 測試范圍

測試車輛應通過國家強制性標準GB 34660—2017和GB/T 18387—2017中規定的發射試驗項目。結合GB/T 37130—2018測試標準，參考GB 8702—2014限值要求，制定測試磁場強度為 10Hz400kHz 的頻率范圍。

3.2 測試設備的選用

在10Hz至400kHz的頻段，選擇了德國NADA公司的ELT-400磁場曝露級別測試儀，該儀器能夠覆蓋這一頻段的磁場測量需求。

3.3 測試位置點位及測試狀態

考慮到電動車輛的電器布局、人員駕乘習慣及此次研究的目的，本次僅對重要區域進行單點測試，測試區域應被精確地定義為主駕駛位和左乘員位，這兩個位置是車輛中乘客最常接觸和停留的區域，此位置的測試更具有意義。測試點位的設置應遵循相關標準和指南，確保測試結果的準確性和可靠性。測試點位的布局應考慮到人體的尺寸和坐姿，以確保測量數據能夠真實反映駕駛員和乘客在實際使用車輛時可能受到的電磁輻射水平。測試點位的選取還應考慮到車輛內部結構和電子設備的布局，以確保能夠準確地定位到電磁輻射的主要來源。因此測試布置點位在主駕駛員左腳貼近地板位置和左乘員位。

本次實驗，選取車型較多，車輛結構復雜，車輛分類僅按照驅動形式分為單電機前置、單電機后置、雙電機前置后置。針對新能源電動車輛速度采用恒定行駛速度的方式，測試車速分別為50km/h、80km/h和100km/h，車輛狀態。

3.4 測試

在本次研究中，選取了12輛當前市場上流行的主流車輛，這些車輛涵蓋了多種驅動技術和配置，以確保實驗結果的全面性和代表性。我們將這些車輛分為三個主要類別，其中樣車1～樣車5為單電機前置，樣車6～樣車9為單電機后置，樣車10～樣車12為雙電機，前置加后置。以便更細致地分析和比較它們的性能。

測試時將車輛置于半電波暗室內的轉鼓上，分別在50km/h、80km/h、100km/h進行測試，打開測試設備，設置為“最大值保持”模式，在車輛不同狀態、不同測試位置進行測量。

4 試驗結果分析

在本次課題研究中，準備了12輛當前市場上流行的主流車輛，這些車輛涵蓋了多種驅動技術和配置，以確保實驗結果的全面性和代表性。我們將這些車輛分為三個主要類別，其中樣車1～樣車5為單電機前置，樣車6～樣車9為單電機后置，樣車10～樣車12為雙電機，前置加后置。以便更細致地分析和比較它們的性能。

測試結果分為兩種表現形式，一種實測值，一種為磁場強度與GB 8702—2014中的磁場限值裕量，裕量不小于0即視為滿足限值要求。同時對不同測試位置、不同類型車輛進行比較分析。

4.1 測試位置的結果分析

通過對測試車輛的不同測試位置進行分析，測量結果均滿足限值要求。圖1展示了測試車輛在不同速度和不同位置下測量得到的磁場最小裕量。圖2展示了測試車輛在不同速度和不同位置下測量得到的磁場最大值。從圖1和圖2可以看出純電動車的最小裕量值和最大測試值均在主駕位，分別為20.7 dB和0.378μT。圖2中主駕測試位置測試值普遍高于左側乘員位置，人員在主駕測試位置的風險較高。

4.2 驅動電機數量及不同位置結果分析

4.2.1 單電機前置測試結果分析

樣車1～樣車5為單電機前置，驅動電機安裝在汽車前軸位置，距離主駕位較近。在車輛主駕位及左乘員位在50km/h、80km/h、100km/h的速度下進行測試，并進行比較分析，從圖4-3和圖4-4可見，主駕位的磁場裕量較小，主駕位的電磁場測量最大值明顯高于左乘員位，人體處在主駕位的電磁場風險要高于左乘員位。

4.2.2 單電機后置測試結果分析

樣車6～樣車9為單電機后置，驅動電機安裝在汽車后軸位置，距離左乘員位較近。在車輛主駕位及左乘員位在50km/h、80km/h、100km/h的速度下進行測試，并進行比較分析，從圖和圖6可見，左乘員位的磁場裕量較小，左乘員位的電磁場測量最大值明顯大量高于主駕位，人體處在左乘員位的電磁場風險要高于主駕位。

4.2.3 雙電機前置加后置測試結果分析

樣車10～樣車12為雙電機前置加后置，驅動電機分別安裝在汽車前軸和后軸位置。在車輛主駕位及左乘員位在50km/h、80km/h、100km/h的速度下進行測試，并進行比較分析，從圖7和圖8可見，主駕位的磁場裕量較小，主駕位的電磁場測量最大值明顯大量高于左乘員位，人體處在主駕位的電磁場風險要高于主駕位。

5 結果分析總結

通過對測試結果進行深入分析，從測得的數據來看，12輛樣車的測試結果與車輛驅動電機布局、電子電器布局有很大關系，當車輛裝配單電機時，靠近驅動電機的位置磁場強度較高；當車輛前后軸均配備電機時，電機附近電子電器系統較為集中的位置磁場強度較高。

通過實測數據發現，三種驅動電機位置分布不同的電動車輛的磁場強度均低于GB 8702—2014標準所設定的限制值，并且在這些限制值之下還有相當大的安全余量。這表明，這些電動車輛在運行時產生的磁場強度對車內的駕駛員和乘客構成的健康風險可能性較低。此次研究只對純電動乘用車的磁場強度進行了初步的探索，針對更多種類車型，車內復雜配置等變量導致的影響的研究還未開展。

在下一步的工作中，將擴展研究范圍，涵蓋市場上不同品牌和型號的新能源電動車輛，探查在不同工況，不同模式下主要關鍵零部件影響因素，以獲得更全面的電磁場曝露數據，以識別潛在的健康風險差異。為制定符合我國國情的車輛環境下的電磁干擾防護標準提供數據支撐，更好的保障車內乘員的生命安全。

參考文獻：

[1]卜夢龍，李明，賈云霞，等.有源人體植入設備在乘用車環境下的電磁干擾風險研究[J].汽車電器，2022（05）：43-45+48.

[2]柳海明，張旭，蔣莉，等.車輛人體電磁安全防護綜述[C]//中國電工技術學會，上海優創展覽服務有限公司.2017中國電磁兼容大會論文集.中國汽車技術研究中心;，2017：6.

[3]張旭，蔣莉，柳海明，等.車輛人體電磁安全防護標準解析[J].安全與電磁兼容，2017（06）：27-29.

[4]卜夢龍，白云，彭俊，等.平行顯示系統電磁抗干擾測試方法及設計建議[J].汽車電器，2021（08）：1-3+7.