摘要：隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，汽車出行已經(jīng)成為了當(dāng)今社會的一種潮流，隨之帶來的弊端則是環(huán)境的惡化以及不可再生資源的大量消耗，為此新能源電動汽車的發(fā)展也受到了各國政府的支持。伴隨著電動汽車的普及，電磁輻射的問題也引起了人們的高度重視。因此，應(yīng)用Comsol Multiphysics仿真軟件，搭建了電動汽車DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)變壓裝置的變壓系統(tǒng)，分析了汽車內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布，發(fā)現(xiàn)變壓器所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度明顯大于其他位置。

關(guān)鍵詞：電動汽車；電磁環(huán)境；磁感應(yīng)強(qiáng)度

中圖分類號：U469 ?收稿日期：2023-05-22

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.07.027

1 前言

21世紀(jì)，內(nèi)燃機(jī)汽車已經(jīng)成為人類在陸地上使用最廣泛的交通工具，人們享受著汽車帶來的便利，但汽車排放出的尾氣對環(huán)境造成了越來越嚴(yán)重的污染。但內(nèi)燃機(jī)汽車所消耗的資源屬于不可再生的化石資源。面臨這種嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，國內(nèi)外的專家開始將精力投入電動汽車的研究。我國的第一輛“望遠(yuǎn)號”電動汽車誕生于1995年，經(jīng)過各種測試以及改進(jìn)完善之后向大眾推廣，并在市面上普及[1-2]。與內(nèi)燃機(jī)汽車不同，電動汽車的驅(qū)動方式為電力驅(qū)動。然而，電力驅(qū)動所產(chǎn)生的電磁暴露問題同樣不容小覷。

2 電動汽車電磁暴露研究現(xiàn)狀

在大力普及電動汽車的同時(shí)，國內(nèi)外的學(xué)者也對電動汽車內(nèi)部的電磁環(huán)境進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[3]主要研究了電動汽車駕駛工況下電動汽車的動力電纜的輻射問題，并表明汽車在加速過程中動力電纜產(chǎn)生的磁場最強(qiáng)。文獻(xiàn)[4]研究了電動汽車在進(jìn)行無線充電時(shí)對成人及兒童的影響，并提出了關(guān)于兒童乘坐電動汽車時(shí)的防護(hù)建議。文獻(xiàn)[5]對電動汽車內(nèi)的輻射源及輻射環(huán)境做了簡單介紹，并使用儀器測量車廂內(nèi)部分位置磁感應(yīng)強(qiáng)度與感應(yīng)電場強(qiáng)度。文獻(xiàn)[6]分析了電動汽車底盤高壓分配箱的電磁輻射問題，并對某一款電動汽車高壓分配箱輻射超標(biāo)問題提供了解決方案。文獻(xiàn)[7]分析了無線遙控系統(tǒng)在車身周圍產(chǎn)生的電場分布情況。文獻(xiàn)[8]分析了電動汽車的電磁干擾途徑，并進(jìn)行整車測試，總結(jié)歸納了電動汽車的電磁干擾特性。文獻(xiàn)[9]研究了電動汽車駕駛模式、充電模式和靜止模式的電場和磁場強(qiáng)度以及人體電磁暴露情況，并對電動汽車的電場、磁場特性進(jìn)行了分析和研究。研究發(fā)現(xiàn)，在駕駛模式下電磁暴露情況通常高于充電模式和靜止模式。文獻(xiàn)[10]提出了一種關(guān)于電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)級臺架測試的方法，之后針對部件與整車進(jìn)行了測試對比，測試證明了該測試方法能較好的表征整車電磁干擾風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

本文對新能源電動汽車DC/DC變換器內(nèi)部的變壓裝置產(chǎn)生的磁場進(jìn)行仿真分析，來觀察車廂內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度分布，建立變壓器模型與汽車模型并在Comsol 軟件中的AC/DC模塊來搭建實(shí)驗(yàn)平臺。

3 仿真計(jì)算

本實(shí)驗(yàn)所選用的汽車為市面上普遍暢銷的一款車型，車廂內(nèi)除司機(jī)之外可容納4名乘客。DC/DC轉(zhuǎn)換器的作用就是將汽車的高壓降至低壓，再進(jìn)行整流濾波之后輸送給汽車的低壓系統(tǒng)。DC/DC變換器位于電動汽車的前備倉。DC/DC變換器內(nèi)置的變壓器普遍為10 kHz及以上。車體的尺寸如圖1所示。

變壓器的工作原理遵循法拉第電磁感應(yīng)定律，原副邊線圈的電壓取決于線圈之間的匝數(shù)比[12]。圖2為變壓器的實(shí)物圖，變壓器主要由磁芯以及線圈組成。按照圖3的方式連接好簡化電路，對原邊線圈進(jìn)行電壓激勵，再進(jìn)行離散化處理，最后進(jìn)行計(jì)算。相關(guān)公式如下：

V=N（d[?]/dt） ???????（1）

V1/V2=N1/N2 ???????（2）

式中，N表示線圈的匝數(shù)，V1和V2分別表示原邊線圈和副邊線圈的電壓。

4 車內(nèi)磁場強(qiáng)度分布

對側(cè)視圖（YZ平面）作截面，研究變壓器在汽車內(nèi)三個(gè)方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布。圖4為YZ截面上的車廂內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度二維分布，車廂內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值位于變壓器的位置，最大值為24 680.3 [μ]T。圖5為YZ截面上的變壓器周圍磁感應(yīng)強(qiáng)度二維分布，變壓器附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度明顯高于其他位置。

通過此截面可以更清晰地看出，磁感應(yīng)強(qiáng)度最大的位置是原邊線圈，因?yàn)槠湓褦?shù)多且電壓大，其次是副邊線圈，電壓低且匝數(shù)少。最中心的圓柱體為磁芯，磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度值低于原邊線圈和副邊線圈。

5 結(jié)語

本文主要研究了DC/DC轉(zhuǎn)換期內(nèi)變壓裝置工作時(shí)所產(chǎn)生的磁場在車內(nèi)的分布。在仿真軟件內(nèi)繪制三個(gè)方向的二維截面。通過觀察三個(gè)不同的截面可以發(fā)現(xiàn)：變壓器所在的位置磁感應(yīng)強(qiáng)度最大，說明距離變壓器越遠(yuǎn)，乘客所受到的電磁輻射越少；反之，靠近輻射源的乘客則受到的電磁輻射較多。

參考文獻(xiàn)：

[1]江浩瀚，鄭劍南.電動汽車技術(shù)與推廣應(yīng)用淺析[J].電子制作，2013（17）：86.

[2]龍九尊.孫逢春和他的電動汽車[J].中國科技獎勵，2009（1）：51-53.

[3]代林剛，張良力，嚴(yán)運(yùn)兵.駕駛工況下電動汽車動力線纜電磁輻射仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2021，44（5）：98-102.

[4]康海霞.電動汽車無線電力傳輸對兒童和成人電磁輻射的比較（英文）[J].測試科學(xué)與儀器，2022，13（2）：242-252.

[5]李智，曹曄.電動汽車內(nèi)部電磁輻射特性分析[J].電子世界，2019（20）：181-182.

[6]楊杰，劉青松，覃延明，等.電動汽車智能高壓配電箱電磁兼容性能研究[J].汽車零部件，2018（7）：66-69.

[7]Sato K，Nishikawa K，Kojima Y，et al.Analysis of electric field distribution near car in radio remote control system for electric equipment installed in car[C]//IEEE Antennas & Propagation Society International Symposium.1999.

[8]孫鐵雷，林程，孫逢春.電動車輛電磁兼容性整車測量與分析[J].安全與電磁兼容，2010（2）：15-18.

[9]Wang X ，Li H F ，Mei N ， et al. The Research and Safety Discussion of Electromagnetic Radiation in Electric Vehicles[C]// 2021 International Applied Computational Electromagnetics Society Symposium（ACES）.2000.

[10]柳海明，王云，吳艷艷.電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)電磁干擾測試方法改進(jìn)研究[J].中國汽車，2021（9）：42-46+57.

[11]馮慈璋，馬西奎.工程電磁場[M].北京：高等教育出版社.1999.

[12]田麗鴻，許小軍，劉勤，等.電路分析[M].南京：東南大學(xué)出版社，2016.

作者簡介：

梁然波，男，1998年生，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)殡姶泡椛浒踩?/p>