新能源电动车辆电磁场相对于人体曝露影响因素的研究

摘 要：随着新能源电动汽车的普及，其电磁场对人体健康的影响成为公众关注的焦点。针对驾乘人员在新能源电动车辆环境下的电磁干扰安全风险问题，该研究从车辆电磁骚扰的要求、车辆主要电磁干扰产生的机理和不同类型、不同工况的电磁场测试数据多方面进行了分析。通过采集不同类型新能源电动汽车的电磁环境数据对比分析磁场防护标准，其结果显示车辆的电磁辐射发射强度与电磁环境控制限值标准要求仍有较大裕量。

关键词：新能源电动汽车 电磁辐射

随着汽车工业的快速发展和人们生活水平的提升，电动汽车潜在的电磁辐射对人体健康的影响也引起了广泛关注。汽车的电动化、智能化、网联化和共享化已成为其主要趋势。这些变革不仅改变了汽车的驱动方式和功能，也深刻影响了汽车内部的电磁环境。在传统燃油汽车中，电磁干扰主要来源于点火系统、电源系统以及各种电子设备。而在新能源电动汽车中，电磁辐射骚扰主要来源于电池系统、电驱系统、电子控制系统以及车载电器等部件。电池系统和电驱系统在充电和放电过程中产生的电流变化是电磁辐射的主要源头。

1 车辆电磁辐射国内外研究概述

1.1 车辆电磁辐射国外研究概述

国外对电磁辐射研究起步较早，国际上也制定了CISPR 12、CISPR 25、CISPR 36、ECE R10等车辆电磁兼容性测试标准，这些标准已被全球多个国家的技术法规纳入和采用。从1998年起，国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）就发布了关于限制时变电场、磁场和电磁场曝露的导则，并在2020年进行了更新。与此同时，2019年国际电工委员会（IEC）发布了IEC 62764-1，主要内容是对研究车辆环境中人体曝露于低频磁场的测试技术进行了规范，为评估汽车产生的低频磁场对人体健康的影响提供了推荐性的测量方法，特别适用于M1和N1类乘用车。2013年，日本汽车标准组织也发布了专门用于检测汽车人体曝露的电磁场的相关标准JASO TP-13002：2013 [3]。

1.2 车辆电磁辐射国内研究概述

在汽车人身安全研究领域，中国处于初期发展阶段，但很重视。中国已经根据国际标准和国内实际情况，对一系列相关标准进行了修订和制定。2017年，中国发布了GB 34660—2017、GB/T 18387—2017两项车辆强制性电磁兼容试验标准，目的是确保无线接收机等电子设备在车辆电磁波影响下能正常运作。

在电磁辐射防护方面，1988年，中国生态环境部首次提出并发布GB 8702—1988《电磁辐射防护规定》。2014年，对GB 8702进行了修订，形成了GB 8702—2014《电磁环境控制限值》，在对应频率，国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）在1998年和2010年发布的限值标准要高于此标准。2018年，GB/T 37130—2018《车辆电磁场相对于人体曝露的测量方法》发布，为车辆电磁辐射的科学测量提供了规范[1]。

本文结合 GB/T 37130—2018、 GB 8702—2014标准，对电动车辆不同工况的不同位置进行磁场测量研究。

2 电磁干扰产生的机理

2.1 车辆电磁干扰产生的机理

汽车技术的不断进步和发展，汽车电子电气设备的大量应用，汽车电磁骚扰的特点变化较大。传统车内主要骚扰源主要为点火系统、电子电器设备等执行机构，火花塞点火时，点火线圈瞬间产生上万伏的电压，其电弧会产生强烈的电磁骚扰；汽车发电机也是主要骚扰源之一，会产生异常电压、过电压现象和开关触点产生火花放电骚扰；电源线的瞬变干扰也会耦合到其他控制线或者信号线中，形成对电子模块产生不良影响的差模信号[4]。

电动汽车相对于传统汽车而言，其电动化、智能化、网联化集成度更高，在动力结构等都发生了重大改变，其主要部件包括驱动电机、电池包、能量管理系统及其他电子电器系统等，主要干扰源于驱动电机、DC-DC 变换器，IGBT 开关器件等。高频变压器、功率开关和滤波电容构成的高频开关电流环路可能会产生较大的空间辐射，从而形成电磁辐射；IGBT开关器件在低频上的谐波含量非常多，可能在车内形成恶劣的电磁场环境[1]。

2.2 电磁干扰对人体的危害

关于电磁辐射对人体的影响，科学研究已经持续多年，电磁场可以引起生物组织温度上升，对于频率低于100kHz的电磁场，可能会导致神经系统、机体免疫功能和血液系统、生殖系统和遗传方面等产生不利的影响。例如，中枢神经系统对电磁场的辐射作用较为敏感，多次作用有可能会出现头痛头晕、记忆力减退以及失眠多梦等症状。电磁场也可能会对机体免疫功能、血液系统造成危害，使患者机体抵抗力降低。此外，高强度的静态电磁场还可能在运动时引起眩晕和恶心。通常，人体内部的电磁场是平衡和有序的，但当受到较强的外部电磁场干扰时，这种平衡可能会被打破，从而对人体造成潜在的伤害。当电磁辐射强度超出人体承受范围时，就构成了电磁辐射污染，可能引发健康风险[2]。

3 测评过程

3.1 测试范围

测试车辆应通过国家强制性标准GB 34660—2017和GB/T 18387—2017中规定的发射试验项目。结合GB/T 37130—2018测试标准，参考GB 8702—2014限值要求，制定测试磁场强度为 10Hz400kHz 的频率范围。

3.2 测试设备的选用

在10Hz至400kHz的频段，选择了德国NADA公司的ELT-400磁场曝露级别测试仪，该仪器能够覆盖这一频段的磁场测量需求。

3.3 测试位置点位及测试状态

考虑到电动车辆的电器布局、人员驾乘习惯及此次研究的目的，本次仅对重要区域进行单点测试，测试区域应被精确地定义为主驾驶位和左乘员位，这两个位置是车辆中乘客最常接触和停留的区域，此位置的测试更具有意义。测试点位的设置应遵循相关标准和指南，确保测试结果的准确性和可靠性。测试点位的布局应考虑到人体的尺寸和坐姿，以确保测量数据能够真实反映驾驶员和乘客在实际使用车辆时可能受到的电磁辐射水平。测试点位的选取还应考虑到车辆内部结构和电子设备的布局，以确保能够准确地定位到电磁辐射的主要来源。因此测试布置点位在主驾驶员左脚贴近地板位置和左乘员位。

本次实验，选取车型较多，车辆结构复杂，车辆分类仅按照驱动形式分为单电机前置、单电机后置、双电机前置后置。针对新能源电动车辆速度采用恒定行驶速度的方式，测试车速分别为50km/h、80km/h和100km/h，车辆状态。

3.4 测试

在本次研究中，选取了12辆当前市场上流行的主流车辆，这些车辆涵盖了多种驱动技术和配置，以确保实验结果的全面性和代表性。我们将这些车辆分为三个主要类别，其中样车1～样车5为单电机前置，样车6～样车9为单电机后置，样车10～样车12为双电机，前置加后置。以便更细致地分析和比较它们的性能。

测试时将车辆置于半电波暗室内的转鼓上，分别在50km/h、80km/h、100km/h进行测试，打开测试设备，设置为“最大值保持”模式，在车辆不同状态、不同测试位置进行测量。

4 试验结果分析

在本次课题研究中，准备了12辆当前市场上流行的主流车辆，这些车辆涵盖了多种驱动技术和配置，以确保实验结果的全面性和代表性。我们将这些车辆分为三个主要类别，其中样车1～样车5为单电机前置，样车6～样车9为单电机后置，样车10～样车12为双电机，前置加后置。以便更细致地分析和比较它们的性能。

测试结果分为两种表现形式，一种实测值，一种为磁场强度与GB 8702—2014中的磁场限值裕量，裕量不小于0即视为满足限值要求。同时对不同测试位置、不同类型车辆进行比较分析。

4.1 测试位置的结果分析

通过对测试车辆的不同测试位置进行分析，测量结果均满足限值要求。图1展示了测试车辆在不同速度和不同位置下测量得到的磁场最小裕量。图2展示了测试车辆在不同速度和不同位置下测量得到的磁场最大值。从图1和图2可以看出纯电动车的最小裕量值和最大测试值均在主驾位，分别为20.7 dB和0.378μT。图2中主驾测试位置测试值普遍高于左侧乘员位置，人员在主驾测试位置的风险较高。

4.2 驱动电机数量及不同位置结果分析

4.2.1 单电机前置测试结果分析

样车1～样车5为单电机前置，驱动电机安装在汽车前轴位置，距离主驾位较近。在车辆主驾位及左乘员位在50km/h、80km/h、100km/h的速度下进行测试，并进行比较分析，从图4-3和图4-4可见，主驾位的磁场裕量较小，主驾位的电磁场测量最大值明显高于左乘员位，人体处在主驾位的电磁场风险要高于左乘员位。

4.2.2 单电机后置测试结果分析

样车6～样车9为单电机后置，驱动电机安装在汽车后轴位置，距离左乘员位较近。在车辆主驾位及左乘员位在50km/h、80km/h、100km/h的速度下进行测试，并进行比较分析，从图和图6可见，左乘员位的磁场裕量较小，左乘员位的电磁场测量最大值明显大量高于主驾位，人体处在左乘员位的电磁场风险要高于主驾位。

4.2.3 双电机前置加后置测试结果分析

样车10～样车12为双电机前置加后置，驱动电机分别安装在汽车前轴和后轴位置。在车辆主驾位及左乘员位在50km/h、80km/h、100km/h的速度下进行测试，并进行比较分析，从图7和图8可见，主驾位的磁场裕量较小，主驾位的电磁场测量最大值明显大量高于左乘员位，人体处在主驾位的电磁场风险要高于主驾位。

5 结果分析总结

通过对测试结果进行深入分析，从测得的数据来看，12辆样车的测试结果与车辆驱动电机布局、电子电器布局有很大关系，当车辆装配单电机时，靠近驱动电机的位置磁场强度较高；当车辆前后轴均配备电机时，电机附近电子电器系统较为集中的位置磁场强度较高。

通过实测数据发现，三种驱动电机位置分布不同的电动车辆的磁场强度均低于GB 8702—2014标准所设定的限制值，并且在这些限制值之下还有相当大的安全余量。这表明，这些电动车辆在运行时产生的磁场强度对车内的驾驶员和乘客构成的健康风险可能性较低。此次研究只对纯电动乘用车的磁场强度进行了初步的探索，针对更多种类车型，车内复杂配置等变量导致的影响的研究还未开展。

在下一步的工作中，将扩展研究范围，涵盖市场上不同品牌和型号的新能源电动车辆，探查在不同工况，不同模式下主要关键零部件影响因素，以获得更全面的电磁场曝露数据，以识别潜在的健康风险差异。为制定符合我国国情的车辆环境下的电磁干扰防护标准提供数据支撑，更好的保障车内乘员的生命安全。

参考文献：

[1]卜梦龙，李明，贾云霞，等.有源人体植入设备在乘用车环境下的电磁干扰风险研究[J].汽车电器，2022（05）：43-45+48.

[2]柳海明，张旭，蒋莉，等.车辆人体电磁安全防护综述[C]//中国电工技术学会，上海优创展览服务有限公司.2017中国电磁兼容大会论文集.中国汽车技术研究中心;，2017：6.

[3]张旭，蒋莉，柳海明，等.车辆人体电磁安全防护标准解析[J].安全与电磁兼容，2017（06）：27-29.

[4]卜梦龙，白云，彭俊，等.平行显示系统电磁抗干扰测试方法及设计建议[J].汽车电器，2021（08）：1-3+7.