充电场景中的安全风险探讨

中国电动汽车充电基础设施促进联盟 刘锴

在国家有关政策的支持和推动下，我国电动汽车产业及其配套充电设施从技术和保有量上都取得了长足发展，同时也在深刻影响和改变着人们的出行和用车习惯。电动汽车因能源易获取、环保无污染、驾驶体验好、出行成本低、保养花费少等优势逐渐成为人们关注和消费的热点。一方面，公安部发布的数据显示，截至2021年上半年，全国新能源汽车保有量已达603万辆，其中纯电动汽车保有量493万辆，约占新能源汽车总量的81.8%。另一方面，充电联盟发布的数据显示，截至2021 年上半年，全国公共充电桩约92.3 万个，私人充电桩约102.4 万个，充电桩保有量合计194.7万个。

但围绕新能源汽车使用的相关问题也随之而来。尤其是使用中的安全问题是事关用户生命财产和产业发展的底线，充电过程中的安全更是用车过程中的重要一环，充电安全又主要包含信息安全、电气安全、电池安全和消防安全等四个方面。

充电场景中的信息安全

1.扫码充电的信息安全隐患。目前通过扫描二维码来完成充电设施的启停和充电的支付结算是很多充电运营企业的选择，但是部分运营企业仅是将一张打印好的二维码张贴到充电桩上来供用户使用。这样的方式是存在信息安全隐患的，如果有人将用于充电的二维码替换成别有目的的二维码就有可能造成用户的身份信息、金融账户信息泄露甚至财产损失的风险。类似案例：近年已出现有人冒充交警对违停车辆张贴处罚告知单，并提示车主通过扫描处罚告知单上的二维码缴纳罚款。

2.充电过程中车桩信息通信的互操作性问题。从最新颁布的相关国家标准来看，在充电过程中BMS（电池管理系统）应具备良好的断电功能，充电开始、充电电量、充电结束都应由BMS来控制。但是从实际情况来看，由于BMS 厂商和充电桩厂商有可能存在对标准理解的不一致、对标准的执行不严格从而造成了信息通信过程中字段不一致、格式不一致、频率不一致等问题以至于车桩的互操作性还急需加强。

3.运营平台的信息安全防护。运营平台提供充电启停、支付结算等服务。在整个充电流程中会涉及充电桩控制以及包括用户金融账户在内的敏感隐私信息，目前运营平台面临着7个潜在风险：一是关键设备、系统身份被假冒的风险；二是通信协议漏洞导致关键数据被篡改的风险；三是关键数据被窃取的风险；四是非法设备的物理接入风险；五是系统漏洞（协议漏洞、工控设备漏洞、操作系统安全漏洞和系统软件漏洞等）风险；六是病毒与恶意代码攻击的风险；七是远程运维安全风险。面对上述风险点，平台则应按照业务重要性以及不同功能模块进行安全分区，保证网络专用尤其是在线控制和交易业务的网络专用。同时一方面采用不同强度的安全设备进行横向隔离，另一方面又通过安全网关等设备实现双向身份认证、数据加密和访问控制等纵向认证机制。在此基础上还应结合国家信息安全等级保护工作的相关要求进行信息安全防护，并加强安全运维。

充电场景中的电气安全

公共充电设施的普遍特点是“高压带电、放置室外、无人值守”，同时面向近百家车企的数千个车型提供充电服务。

1.充电设备本体的安全风险。这是充电设施由于漏电以及接地故障或者老化等原因造成的安全风险，针对这类风险一是可以通过充电设备硬件电路的设计，比如带有保护功能的电气元件的使用来降低风险；二是通过软件的监测，比如通过系统对是否超限、超充等加以判断和防护。因此，充电设备本身可以在外绝缘防护方面、漏电保护方面和充电过程绝缘监测方面以及接地持续性的监测方面加强风险管控，防止人身触电。

2.充电接口的安全风险。充电接口可能会因为积尘、触头磨损等引起烧蚀甚至燃烧，或者因锁止机构不完善导致带电插拔的危险。2015 版国标要求通过增加电子锁止和传感器等手段增加安全防护。再就是机械锁的联动，当机械锁一旦动作失灵，用电子锁还可以进行二次保护，通过这些措施防止接口燃烧和带电插拔。

3.充电桩的品质风险。充电桩品质参差不齐，当前生产厂家超过500家，各企业对相关标准理解的不一致，对品控的要求不一致从而造成充电桩产品的质量良莠不齐，投运2～3年便出现较为严重损坏等问题。联盟即将启动《电动汽车充电基础设施品质发展情况系统研究》课题，从车规级要求、材料使用情况、技术发展情况以及知识产权获得和使用情况等方面对充电设施的产品品质提出系统性要求。

充电场景中的电池安全

充电过程中威胁电池安全的主要是过度充电。过度充电是充电过程中危害最高的一种。由于过量的锂嵌入，锂枝晶在阳极表面生长，而锂的过度脱嵌导致阴极结构因发热和氧释放而崩溃。氧气的释放加速了电解质的分解，产生大量气体，由于内部压力的增加，排气阀打开，电池开始排气，电芯中的活性物质与空气接触后，发生剧烈反应，放出大量的热，从而引发电池包燃烧起火。

比如锂离子电池过度充电时枝晶积累到一定程度导致刺穿电池隔膜，从而发生内部短路或是在碰撞、穿刺伤害之后直接导致正负极接触而发生热失控。

充电场景中的消防安全

消防安全始终贯穿整个充电过程以及充电场地的全生命周期。在之前的充电设施建设中与消防有关的要求主要参考的是《建筑设计防火规范》（GB 50016），《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（GB 50067），《电力工程电缆设计规范》（GB 50217），《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084），《建筑灭火器配置设计规范》（GB 50140），《电力设备典型消防规程》（DL 5027）等相关标准。2018 年9 月，住建部和国家市场监管总局联合发布《电动汽车分散充电设施工程技术标准》（GB/T 51313-2018），在该标准的配套设施章节中就消防安全问题进行了除上述标准要求以外的适用性规定：1.不应在一级、二级耐火等级停车场（库）的地下四层及以下楼层布置充电设施；2.一、二级耐火等级的汽车库或停车场集中布置充电设施时最大防火单元分别为1500 平方米（单层）、1250平方米（多层）、1000 平方米（地下、高层）；3.每个防火单元应采用耐火极限不小于两小时的防火隔墙或防火卷帘、防火分隔水幕等与其他防火单元和汽车库其他部位分隔；4.当防火隔墙上需开设相互连通的门时、应采用耐火等级不低于乙级的防火门；5.在未设置火灾自动报警、排烟设施、自动喷水灭火系统、消防应急照明和疏散指示标示的地下、半地下和高层汽车库内不得配建分散式充电设施；6.集中布置的充电设施区域应按有关标准配置灭火器且宜选用干粉灭火器；7.监控设施宜覆盖所有分散式充电设施。

关于上述充电安全性、互操作性等问题，联盟在国家政策要求和国家能源局的指导下，在凝练有关国家、行业标准和大量实际测试的基础上推出了充电设施标识（检测、认证）评定体系文件，该体系着重从充电桩安全性和互操作性的角度对充电设施进行评价，并首先被纳入北京市有关政策中加以推广应用。

此外，联盟近期还受某单位委托，组织中国汽车技术研究中心、中国质量认证中心、苏州电科院等联盟标识（检测、认证）评定授权机构和应急管理部上海消防研究所等单位对其内部充电设施按照标识（检测、认证）评定体系文件及相关标准，对照进行了现场安全评估。根据评估结果，上述四个方面中的电气安全和消防安全风险占比最高。联盟也将在今年内按照有关要求将充电设施建设、验收等内容扩充编制到标识（检测、认证）评定体系文件中，以形成充电设施产品、建设施工、竣工验收、运维保障、事后监督的“五位一体”的联盟标识（检测、认证）评定体系。■