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(huì)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(dòng)汽車的發(fā)展也受到了各國(guó)政府的支持。伴隨著電動(dòng)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(dòng)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(dòng)汽車；電磁環(huán)境；磁感應(yīng)強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：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(duì)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(guó)內(nèi)外的專家開始將精力投入電動(dòng)汽車的研究。我國(guó)的第一輛“望遠(yuǎn)號(hào)”電動(dòng)汽車誕生于1995年，經(jīng)過各種測(cè)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(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)方式為電力驅(qū)動(dòng)。然而，電力驅(qū)動(dòng)所產(chǎn)生的電磁暴露問題同樣不容小覷。

2 電動(dòng)汽車電磁暴露研究現(xiàn)狀

在大力普及電動(dòng)汽車的同時(shí)，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者也對(duì)電動(dòng)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(dòng)汽車駕駛工況下電動(dòng)汽車的動(dòng)力電纜的輻射問題，并表明汽車在加速過程中動(dòng)力電纜產(chǎn)生的磁場(chǎng)最強(qiáng)。文獻(xiàn)[4]研究了電動(dòng)汽車在進(jìn)行無線充電時(shí)對(duì)成人及兒童的影響，并提出了關(guān)于兒童乘坐電動(dòng)汽車時(shí)的防護(hù)建議。文獻(xiàn)[5]對(duì)電動(dòng)汽車內(nèi)的輻射源及輻射環(huán)境做了簡(jiǎn)單介紹，并使用儀器測(cè)量車廂內(nèi)部分位置磁感應(yīng)強(qiáng)度與感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度。文獻(xiàn)[6]分析了電動(dòng)汽車底盤高壓分配箱的電磁輻射問題，并對(duì)某一款電動(dòng)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(chǎng)分布情況。文獻(xiàn)[8]分析了電動(dòng)汽車的電磁干擾途徑，并進(jìn)行整車測(cè)試，總結(jié)歸納了電動(dòng)汽車的電磁干擾特性。文獻(xiàn)[9]研究了電動(dòng)汽車駕駛模式、充電模式和靜止模式的電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度以及人體電磁暴露情況，并對(duì)電動(dòng)汽車的電場(chǎng)、磁場(chǎng)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(dòng)系統(tǒng)級(jí)臺(tái)架測(cè)試的方法，之后針對(duì)部件與整車進(jìn)行了測(cè)試對(duì)比，測(cè)試證明了該測(cè)試方法能較好的表征整車電磁干擾風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

本文對(duì)新能源電動(dòng)汽車DC/DC變換器內(nèi)部的變壓裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(tái)。

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(dòng)汽車的前備倉(cāng)。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?qǐng)D3的方式連接好簡(jiǎn)化電路，對(duì)原邊線圈進(jìn)行電壓激勵(lì)，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(chǎng)強(qiáng)度分布

對(duì)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(chǎng)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。

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作者簡(jiǎn)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>