《電子技術應用》
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為EV無線充電(四):針對電磁場進行人體防護
摘要: WEB-3除了在埼玉縣早稻田大學的本莊校園使用外,還計劃2011年度在長野縣長野市實際投入使用。另外,2011年度將制造“WEB-4”巴士,并實際利用這兩輛車,確認保養和檢查的情況以及運行上是否存在問題等。預定在長野市運行3年。
Abstract:
Key words :

計劃在長野縣實際投入使用

  WEB-3除了在埼玉縣早稻田大學的本莊校園使用外,還計劃2011年度在長野縣長野市實際投入使用。另外,2011年度將制造“WEB-4”巴士,并實際利用這兩輛車,確認保養和檢查的情況以及運行上是否存在問題等。預定在長野市運行3年。

  此外,在早稻田大學的本莊校園,巴士停車場上方設置了太陽能電池,可利用太陽能電池發電的電力通過無線供電系統為巴士充電。

  本莊校園的電池利用方法獨具特色。那就是利用了電池“第二生命(Second Life)”的充電站實證試驗。我們預計,幾年后將出現大量的EV電池二手產品。這些二手產品很難再用于EV,但可用于定置用途。因此,我們在本莊校園設置了與巴士配備的電池相同的定置用途電池,用于實證試驗。其實是想使用二手產品,但由于目前還沒有二手品,因此使用了新品。如果這期間巴士的電池壽命到頭,我們打算作為定置用途使用。

針對電磁場進行人體防護

  電磁感應方式的頻率為50Hz~200kHz。日本總務省電波防護準則的對象頻率為10kHz~300GHz,我們的開發品目前采用22kHz,在防護準則的對象范圍之內。磁共振方式在20kHz左右會引起磁共振,所以范圍設定在了約15MHz以內。此外,電波方式中微波為2.45GHz,激光方式為375THz。

  所有情況下的頻率都要比光低。如果高于光的頻率,就會像X射線一樣對人類的基帶來影響。即使是在光中,紫外線等也可能會導致皮膚癌,最近聽說,接聽手機時會對頭部造成影響等。我個人認為,無線供電利用的頻帶對人體的影響大部分是熱量方面的,最多只會感覺比較熱而已,不過當然還是沒有電磁波最好。

  因此,我們圍繞國際非電離輻射防護委員會制定的電磁場人體防護指南ICNIRP指針進行了探討。

  例如,在電動巴士上配備我們開發的22kHz頻率、30kW無線供電系統時,從線圈的截面來看,一次側和二次側之間的磁場強度非常高。磁場強度在近場以立方比例衰減。因此,約100mm遠位置的強度為72μT。雖然日本沒有規定,不過德國規定心臟起搏器的最大容許磁力線密度為66.5μT。所以,需要離開100mm以上的距離。

  1998年版ICNIRP針對普通公眾的標準值更為嚴格,為6.25μT。即需要離開約300mm遠。因此,我們設置的線圈使外壁在300mm以外處,盡量減小了對人體的影響。

  不過,2010年11月ICNIRP指針進行了部分修改,規定放寬很多,100kHz以內頻率的最大容許磁力線密度為27μT。這表示離開約150mm左右的位置即可,對我們而言,更容易采取對策了(圖13)。

 
圖13:對漏磁場有規定
在模擬結果中,驅動頻率為20kHz時,心臟起搏器的最大容許磁力線密度降至66.5μT以下是在100mm附近(a)。在實測結果中,巴士的車內外均低于ICNIRP規定的6.25μT(1998年版)(b)。

需要采取對策應對電波法

  在日本國內,大型無線供電裝置相當于電波法第100條等規定的高頻利用設備。頻率在10kHz以上、功率超過50W的設備設置時需要申請許可。而且,100m遠處的電場規定值為1mV/m以下且高頻輸出功率為500W以上時,30m遠處的電場規定值需要在√(P/500)mV/m以下。P表示裝置的輸出功率。

  要想符合該規定數值相當困難。我們在電波暗室和屏蔽室獲取了數據,提出了許可申請。

  另一方面,也有即使功率超過50W也無需設置許可的設備。即獲得了型號指定和型號確認認證的設備。型號指定設備有超聲波加工機和采用電磁感應加熱的復印機等。型號確認設備有電磁爐、微波爐以及“Suica”等無線標簽讀取裝置。將來,需要推動無線供電裝置也作為這種無需設置許可的設備設置。

  此外,要想使EV無線供電系統實現實用化,在道路上設置也需要申請許可。在道路上設置需要符合道路法第32條的規定。另外,道路使用許可在道路交通法第77條中有規定,需要獲得所屬公安局及道路管理者的許可。

  不過,目前的情況是道路要求還沒有完全確定。今后需要制定相應指南,例如必須耐受多少噸的重量以及滑移率和防水性等。

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