電動汽車運行安全及信息安全問題研究

羅慧冉 張康康

摘 要：近年來我國電動汽車保有量不斷增加，同時也伴隨著安全事故的頻頻發(fā)生，電動汽車安全成為行業(yè)內(nèi)外共同關(guān)注的焦點。文章從電動汽車的運行安全和信息安全兩方面著手，首先基于對國內(nèi)電動汽車運行安全事故的不完全統(tǒng)計，分析了事故特征及動力電池?zé)崾Э卣T因，其次詳細(xì)剖析了電動汽車智能網(wǎng)聯(lián)化帶來的信息安全問題，并結(jié)合我國電動汽車安全管理現(xiàn)狀提出保障電動汽車安全的建議。

關(guān)鍵詞：電動汽車;運行安全;事故特征;信息安全

中圖分類號：U469.7 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）14-05-03

Abstract： In recent years， the number of electric vehicles in our country has been increasing. At the same time， with the frequent occurrence of safety accidents， the safety of electric vehicles has become the focus of common concern inside and outside the industry. This article starts from two aspects of the operation safety and information safety of electric vehicles. First， based on incomplete statistics on domestic electric vehicle operation safety accidents， the characteristics of the accidents and the incentives for the thermal runaway of the power battery are analyzed. Information security issues， combined with the current status of electric vehicle safety management in China， put forward suggestions to ensure the safety of electric vehicles.

Keywords： Electric vehicles; Operational safety; Accident characteristics; Information safety

CLC NO.： U469.7 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）14-05-03

1 前言

近期工信部發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021- 2035年）》指出，電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化正在成為汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展潮流和趨勢。然而在新一輪的產(chǎn)業(yè)變革中，電動汽車作為智能網(wǎng)聯(lián)化最佳載體，其運行安全和信息安全事故頻頻發(fā)生，嚴(yán)重影響了電動汽車及其智能化的普及與推廣。本文從運行和信息安全兩方面著手，分析了近年來國內(nèi)電動汽車起火事故的起因、車型、電池類型等特征以及電池?zé)崾Э氐恼T因，并闡述了電動汽車智能網(wǎng)聯(lián)化帶來的全新挑戰(zhàn)，最后針對如何保障電動汽車運行及信息安全提出建議。

2 電動汽車運行安全事故分析

2.1 事故特征

對2015～2019年間國內(nèi)電動汽車起火事故進(jìn)行不完全統(tǒng)計，分析71起事故的成因、車型、動力類型、電池類型和時間分布得到以下特征：

（1）事故成因：自燃導(dǎo)致的電動汽車安全事故比例最大，占比30%;其次是充電、零部件故障，分別占24%和16%;碰撞、浸水等原因引起的起火事故較少，如圖1所示。

（2）事故車型：主要為乘用車、客車、物流車。乘用車發(fā)生安全事故最多，占比為61%;客車和物流車分別占33%和6%。

（3）動力類型：純電動汽車安全事故占比高達(dá)90%，其次是混合動力和插電式混合動力汽車。

（4）動力電池類型：事故車輛中三元鋰動力電池占比最大，高達(dá)61%;其次是磷酸鐵鋰動力電池，占32%;其他類型動力電池占比7%。

（5）事故發(fā)生時間：起火事故多發(fā)于氣溫較高的5～8月，占47.9%;1～4月、9～12月事故數(shù)分別占26.8%和25.3%。由此可見高溫是電動汽車發(fā)生自燃的一個重要誘因，如圖2所示。

2.2 動力電池?zé)崾Э卣T因分析

從以上安全事故的統(tǒng)計分析可以看出，事故情形主要有四類。第一類是充電引發(fā)的事故，主要由于電芯一致性差，充電控制策略設(shè)計不當(dāng)，充電樁與電池系統(tǒng)不匹配等。第二類是碰撞造成車輛或電池包變形，嚴(yán)重時可致車輛起火。第三類是浸水起火事故，主要有IP防護(hù)設(shè)計不佳，密封件老化或箱體變形使液體進(jìn)入電池包，導(dǎo)電介質(zhì)引發(fā)外部短路和水電解產(chǎn)生高溫電弧等原因。第四類是行駛或停放中由自燃導(dǎo)致的事故，主要是由于電池制造缺陷、材料缺陷、裝配不良等導(dǎo)致的電池自燃。

上述電動汽車安全事故的本質(zhì)是動力電池的熱失控，即電池單體放熱連鎖反應(yīng)引起電池溫度不可控上升的現(xiàn)象。造成動力電池?zé)崾Э匕l(fā)生的誘因主要有動力電池的機(jī)械濫用、電氣濫用和熱濫用[1]，如圖3所示。

機(jī)械濫用是在碰撞、擠壓穿刺等外力作用下，鋰電池單體、電池組發(fā)生相對位移的情況。

電氣濫用有三種情形：外短路一般是由汽車碰撞引起的變形、浸水、維護(hù)期間的電擊所引起。過放電主要在BMS監(jiān)控故障時最低電壓的電芯過度放電發(fā)生。過充電是由于充電機(jī)故障、或BMS未能監(jiān)控到每單個電池的電壓而造成的。由于過充時電池的能量高，因此是電氣濫用中危害最大的一種。

熱濫用現(xiàn)象很少獨立存在，往往由機(jī)械濫用和電氣濫用發(fā)展而來[2]，或由電池連接接觸松動引起。一旦溫度在濫用條件下異常升高，化學(xué)副反應(yīng)就會發(fā)生，最終形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)直至發(fā)生熱失控。

3 電動汽車智能網(wǎng)聯(lián)化帶來的信息安全問題

隨著電動汽車智能網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，車輛擁有更多的對外接口和數(shù)據(jù)隱私，信息安全事故也層出不窮。2018年1月，澳大利亞汽車共享服務(wù)提供商GoGet的數(shù)據(jù)服務(wù)器遭黑客的攻擊造成注冊客戶的個人資料及賬戶信息等隱私數(shù)據(jù)泄露。2018年3月，特斯拉被曝出其Amazon Web Service（AWS）云端服務(wù)器賬號遭黑客入侵，一系列敏感數(shù)據(jù)因此外泄。信息安全問題已成為當(dāng)前國內(nèi)外汽車領(lǐng)域的重要議題和研究熱點。目前信息安全風(fēng)險主要來自于云平臺、車輛終端、網(wǎng)絡(luò)傳輸以及相關(guān)聯(lián)的外部設(shè)備[2]。

（1）智能網(wǎng)聯(lián)汽車管控中心的云平臺存儲來自車企和車主的云端數(shù)據(jù)，面臨的安全威脅包括黑客對數(shù)據(jù)惡意竊取和篡改、敏感數(shù)據(jù)被非法訪問等。

（2）車輛終端面臨著三個風(fēng)險，一是操作系統(tǒng)安全，車企大多采用開源方案，魯棒性較差;二是車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)傳輸安全，通信協(xié)議安全防護(hù)措施較弱，存在很多可被攻擊的安全缺口;三是車載終端架構(gòu)安全，車載軟件通過云端下載接受數(shù)據(jù)，過程中可能接收到通過網(wǎng)絡(luò)連接端口植入的惡意軟件。

（3）網(wǎng)絡(luò)傳輸主要存在三大安全風(fēng)險：認(rèn)證風(fēng)險，傳輸風(fēng)險，協(xié)議風(fēng)險。車載終端與網(wǎng)絡(luò)中心通過WiFi、移動通信網(wǎng)絡(luò)、專用短通信技術(shù)等無線通訊手段進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸以實現(xiàn)V2X，傳輸過程中增加了車輛信息被劫持或接收錯誤信息的風(fēng)險。

（4）外部連接設(shè)備帶來的安全威脅如智能手機(jī)、App、充電樁等外部生態(tài)組件頻繁接入車輛，每個接入點都意味著新風(fēng)險的引入。

4 保障電動汽車安全的建議

（1）目前我國尚未有針對電動汽車的年檢項目，而電動汽車具有電驅(qū)動系統(tǒng)，區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)動車輛，二者應(yīng)區(qū)別化檢驗。應(yīng)在傳統(tǒng)年檢項目中增加適用于電動汽車的專項檢驗，如充電功能、防水性能檢查，動力電池、驅(qū)動電機(jī)及其控制器等零部件檢查。

（2）企業(yè)應(yīng)提升電動汽車質(zhì)量安全水平，政府加強對企業(yè)及產(chǎn)品的事中事后監(jiān)管，構(gòu)建新能源汽車企業(yè)、地方以及國家監(jiān)控平臺，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患[3]。

（3）傳統(tǒng)汽車信息安全技術(shù)無法滿足更高的防護(hù)要求，當(dāng)前亟需結(jié)合智能網(wǎng)聯(lián)汽車的特點和使用場景，開展信息安全關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，如加強關(guān)鍵芯片、軟件、通信協(xié)議和系統(tǒng)應(yīng)用等創(chuàng)新。

（4）我國在智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息安全方面尚未形成相對完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，雖已有相關(guān)的法律法規(guī)出臺，但缺乏針對行業(yè)細(xì)分領(lǐng)域的細(xì)則制定。因此應(yīng)借鑒國外汽車信息安全標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)經(jīng)驗，制定符合我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的信息安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

文章分析了電動汽車運行事故特征及熱失控誘因，闡述了電動汽車智能網(wǎng)聯(lián)化帶來的全新挑戰(zhàn)?；谝陨涎芯拷ㄗh企業(yè)在電動汽車運行安全方面要更加重視對產(chǎn)品安全的設(shè)計與管理，政府要進(jìn)一步針對電動汽車制定合適的定期安全檢查項目并建立健全安全監(jiān)管平臺。在其信息安全方面要加快關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，完善智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息安全技術(shù)要求以及測評標(biāo)準(zhǔn)體系。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉敏，陳賓，張偉波，陳曉宇，蔣旭吟.電動汽車鋰電池?zé)崾Э匕l(fā)生誘因及抑制手段研究進(jìn)展[J].時代汽車，2019（06）：87-88.

[2] 趙世佳，徐可，薛曉卿，喬英俊.智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息安全管理的實施對策[J].中國工程科學(xué)，2019，21（03）：108-113.

[3] 工信部.明確新能源汽車質(zhì)量安全主體責(zé)任[EB/OL]. https：//news. smm.cn/news/100710554，2020-04-15.