充電場景中的安全風險探討

中國電動汽車充電基礎設施促進聯盟 劉鍇

在國家有關政策的支持和推動下，我國電動汽車產業及其配套充電設施從技術和保有量上都取得了長足發展，同時也在深刻影響和改變著人們的出行和用車習慣。電動汽車因能源易獲取、環保無污染、駕駛體驗好、出行成本低、保養花費少等優勢逐漸成為人們關注和消費的熱點。一方面，公安部發布的數據顯示，截至2021年上半年，全國新能源汽車保有量已達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，充電聯盟發布的數據顯示，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問題也隨之而來。尤其是使用中的安全問題是事關用戶生命財產和產業發展的底線，充電過程中的安全更是用車過程中的重要一環，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施的啟停和充電的支付結算是很多充電運營企業的選擇，但是部分運營企業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損失的風險。類似案例：近年已出現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。從最新頒布的相關國家標準來看，在充電過程中BMS（電池管理系統）應具備良好的斷電功能，充電開始、充電電量、充電結束都應由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準理解的不一致、對標準的執行不嚴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。

3.運營平臺的信息安全防護。運營平臺提供充電啟停、支付結算等服務。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的敏感隱私信息，目前運營平臺面臨著7個潛在風險：一是關鍵設備、系統身份被假冒的風險；二是通信協議漏洞導致關鍵數據被篡改的風險；三是關鍵數據被竊取的風險；四是非法設備的物理接入風險；五是系統漏洞（協議漏洞、工控設備漏洞、操作系統安全漏洞和系統軟件漏洞等）風險；六是病毒與惡意代碼攻擊的風險；七是遠程運維安全風險。面對上述風險點，平臺則應按照業務重要性以及不同功能模塊進行安全分區，保證網絡專用尤其是在線控制和交易業務的網絡專用。同時一方面采用不同強度的安全設備進行橫向隔離，另一方面又通過安全網關等設備實現雙向身份認證、數據加密和訪問控制等縱向認證機制。在此基礎上還應結合國家信息安全等級保護工作的相關要求進行信息安全防護，并加強安全運維。

充電場景中的電氣安全

公共充電設施的普遍特點是“高壓帶電、放置室外、無人值守”，同時面向近百家車企的數千個車型提供充電服務。

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

2.充電接口的安全風險。充電接口可能會因為積塵、觸頭磨損等引起燒蝕甚至燃燒，或者因鎖止機構不完善導致帶電插拔的危險。2015 版國標要求通過增加電子鎖止和傳感器等手段增加安全防護。再就是機械鎖的聯動，當機械鎖一旦動作失靈，用電子鎖還可以進行二次保護，通過這些措施防止接口燃燒和帶電插拔。

3.充電樁的品質風險。充電樁品質參差不齊，當前生產廠家超過500家，各企業對相關標準理解的不一致，對品控的要求不一致從而造成充電樁產品的質量良莠不齊，投運2～3年便出現較為嚴重損壞等問題。聯盟即將啟動《電動汽車充電基礎設施品質發展情況系統研究》課題，從車規級要求、材料使用情況、技術發展情況以及知識產權獲得和使用情況等方面對充電設施的產品品質提出系統性要求。

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，而鋰的過度脫嵌導致陰極結構因發熱和氧釋放而崩潰。氧氣的釋放加速了電解質的分解，產生大量氣體，由于內部壓力的增加，排氣閥打開，電池開始排氣，電芯中的活性物質與空氣接觸后，發生劇烈反應，放出大量的熱，從而引發電池包燃燒起火。

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

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。在之前的充電設施建設中與消防有關的要求主要參考的是《建筑設計防火規范》（GB 50016），《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》（GB 50067），《電力工程電纜設計規范》（GB 50217），《自動噴水滅火系統設計規范》（GB 50084），《建筑滅火器配置設計規范》（GB 50140），《電力設備典型消防規程》（DL 5027）等相關標準。2018 年9 月，住建部和國家市場監管總局聯合發布《電動汽車分散充電設施工程技術標準》（GB/T 51313-2018），在該標準的配套設施章節中就消防安全問題進行了除上述標準要求以外的適用性規定：1.不應在一級、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施；2.一、二級耐火等級的汽車庫或停車場集中布置充電設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.當防火隔墻上需開設相互連通的門時、應采用耐火等級不低于乙級的防火門；5.在未設置火災自動報警、排煙設施、自動噴水滅火系統、消防應急照明和疏散指示標示的地下、半地下和高層汽車庫內不得配建分散式充電設施；6.集中布置的充電設施區域應按有關標準配置滅火器且宜選用干粉滅火器；7.監控設施宜覆蓋所有分散式充電設施。

關于上述充電安全性、互操作性等問題，聯盟在國家政策要求和國家能源局的指導下，在凝練有關國家、行業標準和大量實際測試的基礎上推出了充電設施標識（檢測、認證）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施進行評價，并首先被納入北京市有關政策中加以推廣應用。

此外，聯盟近期還受某單位委托，組織中國汽車技術研究中心、中國質量認證中心、蘇州電科院等聯盟標識（檢測、認證）評定授權機構和應急管理部上海消防研究所等單位對其內部充電設施按照標識（檢測、認證）評定體系文件及相關標準，對照進行了現場安全評估。根據評估結果，上述四個方面中的電氣安全和消防安全風險占比最高。聯盟也將在今年內按照有關要求將充電設施建設、驗收等內容擴充編制到標識（檢測、認證）評定體系文件中，以形成充電設施產品、建設施工、竣工驗收、運維保障、事后監督的“五位一體”的聯盟標識（檢測、認證）評定體系。■