充電場景中的安全風(fēng)險探討

中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟 劉鍇

在國家有關(guān)政策的支持和推動下，我國電動汽車產(chǎn)業(yè)及其配套充電設(shè)施從技術(shù)和保有量上都取得了長足發(fā)展，同時也在深刻影響和改變著人們的出行和用車習(xí)慣。電動汽車因能源易獲取、環(huán)保無污染、駕駛體驗好、出行成本低、保養(yǎng)花費少等優(yōu)勢逐漸成為人們關(guān)注和消費的熱點。一方面，公安部發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，截至2021年上半年，全國新能源汽車保有量已達(dá)603萬輛，其中純電動汽車保有量493萬輛，約占新能源汽車總量的81.8%。另一方面，充電聯(lián)盟發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，截至2021 年上半年，全國公共充電樁約92.3 萬個，私人充電樁約102.4 萬個，充電樁保有量合計194.7萬個。

但圍繞新能源汽車使用的相關(guān)問題也隨之而來。尤其是使用中的安全問題是事關(guān)用戶生命財產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的底線，充電過程中的安全更是用車過程中的重要一環(huán)，充電安全又主要包含信息安全、電氣安全、電池安全和消防安全等四個方面。

充電場景中的信息安全

1.掃碼充電的信息安全隱患。目前通過掃描二維碼來完成充電設(shè)施的啟停和充電的支付結(jié)算是很多充電運營企業(yè)的選擇，但是部分運營企業(yè)僅是將一張打印好的二維碼張貼到充電樁上來供用戶使用。這樣的方式是存在信息安全隱患的，如果有人將用于充電的二維碼替換成別有目的的二維碼就有可能造成用戶的身份信息、金融賬戶信息泄露甚至財產(chǎn)損失的風(fēng)險。類似案例：近年已出現(xiàn)有人冒充交警對違停車輛張貼處罰告知單，并提示車主通過掃描處罰告知單上的二維碼繳納罰款。

2.充電過程中車樁信息通信的互操作性問題。從最新頒布的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)來看，在充電過程中BMS（電池管理系統(tǒng)）應(yīng)具備良好的斷電功能，充電開始、充電電量、充電結(jié)束都應(yīng)由BMS來控制。但是從實際情況來看，由于BMS 廠商和充電樁廠商有可能存在對標(biāo)準(zhǔn)理解的不一致、對標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行不嚴(yán)格從而造成了信息通信過程中字段不一致、格式不一致、頻率不一致等問題以至于車樁的互操作性還急需加強(qiáng)。

3.運營平臺的信息安全防護(hù)。運營平臺提供充電啟停、支付結(jié)算等服務(wù)。在整個充電流程中會涉及充電樁控制以及包括用戶金融賬戶在內(nèi)的敏感隱私信息，目前運營平臺面臨著7個潛在風(fēng)險：一是關(guān)鍵設(shè)備、系統(tǒng)身份被假冒的風(fēng)險；二是通信協(xié)議漏洞導(dǎo)致關(guān)鍵數(shù)據(jù)被篡改的風(fēng)險；三是關(guān)鍵數(shù)據(jù)被竊取的風(fēng)險；四是非法設(shè)備的物理接入風(fēng)險；五是系統(tǒng)漏洞（協(xié)議漏洞、工控設(shè)備漏洞、操作系統(tǒng)安全漏洞和系統(tǒng)軟件漏洞等）風(fēng)險；六是病毒與惡意代碼攻擊的風(fēng)險；七是遠(yuǎn)程運維安全風(fēng)險。面對上述風(fēng)險點，平臺則應(yīng)按照業(yè)務(wù)重要性以及不同功能模塊進(jìn)行安全分區(qū)，保證網(wǎng)絡(luò)專用尤其是在線控制和交易業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)專用。同時一方面采用不同強(qiáng)度的安全設(shè)備進(jìn)行橫向隔離，另一方面又通過安全網(wǎng)關(guān)等設(shè)備實現(xiàn)雙向身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密和訪問控制等縱向認(rèn)證機(jī)制。在此基礎(chǔ)上還應(yīng)結(jié)合國家信息安全等級保護(hù)工作的相關(guān)要求進(jìn)行信息安全防護(hù)，并加強(qiáng)安全運維。

充電場景中的電氣安全

公共充電設(shè)施的普遍特點是“高壓帶電、放置室外、無人值守”，同時面向近百家車企的數(shù)千個車型提供充電服務(wù)。

1.充電設(shè)備本體的安全風(fēng)險。這是充電設(shè)施由于漏電以及接地故障或者老化等原因造成的安全風(fēng)險，針對這類風(fēng)險一是可以通過充電設(shè)備硬件電路的設(shè)計，比如帶有保護(hù)功能的電氣元件的使用來降低風(fēng)險；二是通過軟件的監(jiān)測，比如通過系統(tǒng)對是否超限、超充等加以判斷和防護(hù)。因此，充電設(shè)備本身可以在外絕緣防護(hù)方面、漏電保護(hù)方面和充電過程絕緣監(jiān)測方面以及接地持續(xù)性的監(jiān)測方面加強(qiáng)風(fēng)險管控，防止人身觸電。

2.充電接口的安全風(fēng)險。充電接口可能會因為積塵、觸頭磨損等引起燒蝕甚至燃燒，或者因鎖止機(jī)構(gòu)不完善導(dǎo)致帶電插拔的危險。2015 版國標(biāo)要求通過增加電子鎖止和傳感器等手段增加安全防護(hù)。再就是機(jī)械鎖的聯(lián)動，當(dāng)機(jī)械鎖一旦動作失靈，用電子鎖還可以進(jìn)行二次保護(hù)，通過這些措施防止接口燃燒和帶電插拔。

3.充電樁的品質(zhì)風(fēng)險。充電樁品質(zhì)參差不齊，當(dāng)前生產(chǎn)廠家超過500家，各企業(yè)對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)理解的不一致，對品控的要求不一致從而造成充電樁產(chǎn)品的質(zhì)量良莠不齊，投運2～3年便出現(xiàn)較為嚴(yán)重?fù)p壞等問題。聯(lián)盟即將啟動《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施品質(zhì)發(fā)展情況系統(tǒng)研究》課題，從車規(guī)級要求、材料使用情況、技術(shù)發(fā)展情況以及知識產(chǎn)權(quán)獲得和使用情況等方面對充電設(shè)施的產(chǎn)品品質(zhì)提出系統(tǒng)性要求。

充電場景中的電池安全

充電過程中威脅電池安全的主要是過度充電。過度充電是充電過程中危害最高的一種。由于過量的鋰嵌入，鋰枝晶在陽極表面生長，而鋰的過度脫嵌導(dǎo)致陰極結(jié)構(gòu)因發(fā)熱和氧釋放而崩潰。氧氣的釋放加速了電解質(zhì)的分解，產(chǎn)生大量氣體，由于內(nèi)部壓力的增加，排氣閥打開，電池開始排氣，電芯中的活性物質(zhì)與空氣接觸后，發(fā)生劇烈反應(yīng)，放出大量的熱，從而引發(fā)電池包燃燒起火。

比如鋰離子電池過度充電時枝晶積累到一定程度導(dǎo)致刺穿電池隔膜，從而發(fā)生內(nèi)部短路或是在碰撞、穿刺傷害之后直接導(dǎo)致正負(fù)極接觸而發(fā)生熱失控。

充電場景中的消防安全

消防安全始終貫穿整個充電過程以及充電場地的全生命周期。在之前的充電設(shè)施建設(shè)中與消防有關(guān)的要求主要參考的是《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50016），《汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50067），《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》（GB 50217），《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB 50084），《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》（GB 50140），《電力設(shè)備典型消防規(guī)程》（DL 5027）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。2018 年9 月，住建部和國家市場監(jiān)管總局聯(lián)合發(fā)布《電動汽車分散充電設(shè)施工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51313-2018），在該標(biāo)準(zhǔn)的配套設(shè)施章節(jié)中就消防安全問題進(jìn)行了除上述標(biāo)準(zhǔn)要求以外的適用性規(guī)定：1.不應(yīng)在一級、二級耐火等級停車場（庫）的地下四層及以下樓層布置充電設(shè)施；2.一、二級耐火等級的汽車庫或停車場集中布置充電設(shè)施時最大防火單元分別為1500 平方米（單層）、1250平方米（多層）、1000 平方米（地下、高層）；3.每個防火單元應(yīng)采用耐火極限不小于兩小時的防火隔墻或防火卷簾、防火分隔水幕等與其他防火單元和汽車庫其他部位分隔；4.當(dāng)防火隔墻上需開設(shè)相互連通的門時、應(yīng)采用耐火等級不低于乙級的防火門；5.在未設(shè)置火災(zāi)自動報警、排煙設(shè)施、自動噴水滅火系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示標(biāo)示的地下、半地下和高層汽車庫內(nèi)不得配建分散式充電設(shè)施；6.集中布置的充電設(shè)施區(qū)域應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)配置滅火器且宜選用干粉滅火器；7.監(jiān)控設(shè)施宜覆蓋所有分散式充電設(shè)施。

關(guān)于上述充電安全性、互操作性等問題，聯(lián)盟在國家政策要求和國家能源局的指導(dǎo)下，在凝練有關(guān)國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和大量實際測試的基礎(chǔ)上推出了充電設(shè)施標(biāo)識（檢測、認(rèn)證）評定體系文件，該體系著重從充電樁安全性和互操作性的角度對充電設(shè)施進(jìn)行評價，并首先被納入北京市有關(guān)政策中加以推廣應(yīng)用。

此外，聯(lián)盟近期還受某單位委托，組織中國汽車技術(shù)研究中心、中國質(zhì)量認(rèn)證中心、蘇州電科院等聯(lián)盟標(biāo)識（檢測、認(rèn)證）評定授權(quán)機(jī)構(gòu)和應(yīng)急管理部上海消防研究所等單位對其內(nèi)部充電設(shè)施按照標(biāo)識（檢測、認(rèn)證）評定體系文件及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對照進(jìn)行了現(xiàn)場安全評估。根據(jù)評估結(jié)果，上述四個方面中的電氣安全和消防安全風(fēng)險占比最高。聯(lián)盟也將在今年內(nèi)按照有關(guān)要求將充電設(shè)施建設(shè)、驗收等內(nèi)容擴(kuò)充編制到標(biāo)識（檢測、認(rèn)證）評定體系文件中，以形成充電設(shè)施產(chǎn)品、建設(shè)施工、竣工驗收、運維保障、事后監(jiān)督的“五位一體”的聯(lián)盟標(biāo)識（檢測、認(rèn)證）評定體系?！?/p>