电动汽车DC/DC转换器内变压器空间磁场分布

摘要：随着工业现代化的发展，汽车出行已经成为了当今社会的一种潮流，随之带来的弊端则是环境的恶化以及不可再生资源的大量消耗，为此新能源电动汽车的发展也受到了各国政府的支持。伴随着电动汽车的普及，电磁辐射的问题也引起了人们的高度重视。因此，应用Comsol Multiphysics仿真软件，搭建了电动汽车DC/DC转换器内变压装置的变压系统，分析了汽车内的磁感应强度的分布，发现变压器所在位置的磁感应强度明显大于其他位置。

关键词：电动汽车；电磁环境；磁感应强度

中图分类号：U469  收稿日期：2023-05-22

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.07.027

1 前言

21世纪，内燃机汽车已经成为人类在陆地上使用最广泛的交通工具，人们享受着汽车带来的便利，但汽车排放出的尾气对环境造成了越来越严重的污染。但内燃机汽车所消耗的资源属于不可再生的化石资源。面临这种严峻的挑战，国内外的专家开始将精力投入电动汽车的研究。我国的第一辆“望远号”电动汽车诞生于1995年，经过各种测试以及改进完善之后向大众推广，并在市面上普及[1-2]。与内燃机汽车不同，电动汽车的驱动方式为电力驱动。然而，电力驱动所产生的电磁暴露问题同样不容小觑。

2 电动汽车电磁暴露研究现状

在大力普及电动汽车的同时，国内外的学者也对电动汽车内部的电磁环境进行了研究。文献[3]主要研究了电动汽车驾驶工况下电动汽车的动力电缆的辐射问题，并表明汽车在加速过程中动力电缆产生的磁场最强。文献[4]研究了电动汽车在进行无线充电时对成人及儿童的影响，并提出了关于儿童乘坐电动汽车时的防护建议。文献[5]对电动汽车内的辐射源及辐射环境做了简单介绍，并使用仪器测量车厢内部分位置磁感应强度与感应电场强度。文献[6]分析了电动汽车底盘高压分配箱的电磁辐射问题，并对某一款电动汽车高压分配箱辐射超标问题提供了解决方案。文献[7]分析了无线遥控系统在车身周围产生的电场分布情况。文献[8]分析了电动汽车的电磁干扰途径，并进行整车测试，总结归纳了电动汽车的电磁干扰特性。文献[9]研究了电动汽车驾驶模式、充电模式和静止模式的电场和磁场强度以及人体电磁暴露情况，并对电动汽车的电场、磁场特性进行了分析和研究。研究发现，在驾驶模式下电磁暴露情况通常高于充电模式和静止模式。文献[10]提出了一种关于电机驱动系统级台架测试的方法，之后针对部件与整车进行了测试对比，测试证明了该测试方法能较好的表征整车电磁干扰风险点。

本文对新能源电动汽车DC/DC变换器内部的变压装置产生的磁场进行仿真分析，来观察车厢内磁感应强度分布，建立变压器模型与汽车模型并在Comsol 软件中的AC/DC模块来搭建实验平台。

3 仿真计算

本实验所选用的汽车为市面上普遍畅销的一款车型，车厢内除司机之外可容纳4名乘客。DC/DC转换器的作用就是将汽车的高压降至低压，再进行整流滤波之后输送给汽车的低压系统。DC/DC变换器位于电动汽车的前备仓。DC/DC变换器内置的变压器普遍为10 kHz及以上。车体的尺寸如图1所示。

变压器的工作原理遵循法拉第电磁感应定律，原副边线圈的电压取决于线圈之间的匝数比[12]。图2为变压器的实物图，变压器主要由磁芯以及线圈组成。按照图3的方式连接好简化电路，对原边线圈进行电压激励，再进行离散化处理，最后進行计算。相关公式如下：

V=N（d[?]/dt）        （1）

V1/V2=N1/N2        （2）

式中，N表示线圈的匝数，V1和V2分别表示原边线圈和副边线圈的电压。

4 车内磁场强度分布

对侧视图（YZ平面）作截面，研究变压器在汽车内三个方向的磁感应强度分布。图4为YZ截面上的车厢内磁感应强度二维分布，车厢内磁感应强度最大值位于变压器的位置，最大值为24 680.3 [μ]T。图5为YZ截面上的变压器周围磁感应强度二维分布，变压器附近的磁感应强度明显高于其他位置。

通过此截面可以更清晰地看出，磁感应强度最大的位置是原边线圈，因为其匝数多且电压大，其次是副边线圈，电压低且匝数少。最中心的圆柱体为磁芯，磁芯的磁感应强度值低于原边线圈和副边线圈。

5 结语

本文主要研究了DC/DC转换期内变压装置工作时所产生的磁场在车内的分布。在仿真软件内绘制三个方向的二维截面。通过观察三个不同的截面可以发现：变压器所在的位置磁感应强度最大，说明距离变压器越远，乘客所受到的电磁辐射越少；反之，靠近辐射源的乘客则受到的电磁辐射较多。

参考文献：

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作者简介：

梁然波，男，1998年生，在读硕士研究生，研究方向为电磁辐射安全。