新能源汽车“人体磁场暴露”测试,到底在测什么?

问AI · 未来800V平台将如何改变人体磁场测试标准?

随着新能源汽车高压化、电驱化程度不断提高,关于车内“电磁辐射”的讨论也越来越多。动力电池、高压线束、驱动电机、逆变器、OBC、DC/DC以及大功率充电系统大量应用后,车辆内部电磁环境比传统燃油车更复杂。但从测试角度看,真正需要关注的不是泛泛而谈的“辐射”,而是车辆在真实使用状态下产生的低频磁场,是否会使车内人员处于超过暴露限值的环境中。

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目前国内针对这一问题的核心标准之一,是GB/T 37130-2018《车辆电磁场相对于人体曝露的测量方法》。该标准现行有效,适用于L类、M类和N类车辆,规定了人体所处车辆环境中低频磁场发射的测量方法,频率范围为10Hz~400kHz。

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项测试与传统EMC测试并不完全相同。传统EMC更多关注电子电气系统之间是否互相干扰,以及车辆对外部电磁环境的抗扰能力;人体磁场暴露测试关注的是“车对人”的电磁环境,也就是车辆运行、加减速或充电过程中,驾乘人员所在区域的低频磁场水平是否满足人体暴露评价要求。

新能源汽车之所以更需要关注这项测试,主要与高压系统和大电流工作特性有关。动力电池、电驱系统、逆变器、OBC、DC/DC和高压线束在工作过程中都会形成一定磁场。尤其在急加速、强能量回收、大功率充电等状态下,高压回路电流变化更明显,局部磁场水平也可能随之变化。

车内磁场水平并不只由电流大小决定,还与整车电气架构密切相关。例如,高压线束路径是否靠近乘员舱,回流路径是否合理,屏蔽层连接是否可靠,接地策略是否稳定,电驱PWM控制和谐波水平是否受控,高低压线束之间是否存在不合理耦合,都会影响车内低频磁场分布。因此,人体磁场暴露测试不仅是健康安全评价,也可以反映整车高压架构、电驱系统、线束布置和EMC协同设计水平。

需要特别说明的是,GB/T 37130-2018关注的是10Hz~400kHz低频磁场。这类低频非电离电磁场,与X射线、γ射线等电离辐射不同,不能简单等同于“致癌辐射”。对于新能源汽车而言,更严谨的判断方式不是讨论“有没有辐射”,而是看车辆在规定工况、规定测点、规定频率范围内的磁场水平是否满足相关限值要求。

在限值评价方面,国内通常会结合GB 8702-2014《电磁环境控制限值》。该标准规定了1Hz~300GHz范围内控制公众暴露的电场、磁场和电磁场限值及评价方法,并自2015年1月1日起实施。

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这里有一个容易被误解的地方:人体磁场暴露限值不是一个固定不变的单一数值,而是与频率相关。比如在50Hz工频条件下,磁感应强度暴露控制限值可按100μT量级理解,但车辆实际评价时,应按照对应频率、测量方法和限值要求进行判断,不能简单用一个数值覆盖所有频段。

国际上也有类似技术体系。IEC 62764-1:2022适用于汽车产生的低频磁场人体暴露评估,并规定了乘用车和轻型商用车中多磁场源暴露评价的方法;对于插电式车辆,其范围还包括车辆制造商提供的EVSE及相关电缆,但不包括充电站本身。

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另外,现行GB/T 37130-2018并不适用于车辆无线充电状态下的测量。也就是说,对于有线充电、车辆运行等工况,可以按现行方法开展评价;但无线充电状态下的人体暴露测量,需要采用相应的专门方法或后续标准体系进一步覆盖。

实际测试时,车辆通常需要覆盖静止上电、匀速行驶、急加速、急减速以及充电等典型工况。急加减速和大功率充电阶段,往往是高压系统电流变化较明显的状态,因此也是测试中需要重点关注的工况。

测点通常布置在人体长期停留或可能接近的区域,包括驾驶员和乘员头部、胸腹部、座椅区域、脚部区域,以及充电口附近区域。测试设备一般采用三轴各向同性低频磁场探头,对空间磁场进行测量,以减少方向性误差。必要时,还需要控制测试环境中的外部工频磁场干扰,保证数据具有可比性和可追溯性。

从目前行业公开测试和合规评价情况看,完成规范开发的新能源汽车,其车内低频磁场水平通常会被控制在公众暴露限值以内。但对于整车企业来说,这项测试的意义并不仅仅是“是否超限”,而是通过测试发现高压架构、线束路径、屏蔽接地、电驱控制以及整车EMC设计中的潜在薄弱点。

未来随着800V高压平台、SiC功率器件、大功率超充、高集成电驱系统和集中式电子电气架构逐渐普及,整车电磁环境会进一步复杂化。人体磁场暴露测试也会从单纯合规验证,逐渐成为新能源汽车平台电磁健康安全设计能力的一项基础验证内容。

所以,新能源汽车“人体磁场暴露”测试真正要回答的问题,并不是车辆“有没有辐射”,而是车辆在真实使用状态下,乘员长期所处位置的低频磁场是否被控制在标准要求范围内。对用户而言,它对应的是可测量、可验证的车内电磁健康安全;对工程开发而言,它考验的是高压系统、电驱系统、线束布置、屏蔽接地和整车EMC协同设计能力。