电动自行车电气系统防篡改措施研究

朱应陈

摘要：针对当前国内电动自行车火灾事故高发态势，此文分析了整车改装和采用劣质零部件两个关键因素以及各地整治现状，明确了从技术层面防止电池和充电器篡改的必要性，提出了车辆电气系统“通信协议互认”以及“物联智控”两种方案，并对相关方案的可行性进行了具体阐述，为行业综合治理和高质量发展带来启示。

关键词：电动自行车;篡改;起火;通信协议

0    引言

电动自行车作为被广泛使用的绿色代步工具，符合我国国情、契合“双碳”目标，近年来呈现产、销、用“三旺”的态势。根据工信部数据，2020年全国电动自行车完成产量2 966.1万辆，同比增长29.7%[1];2021年1—8月全国完成产量2 388.8万辆，同比增长19.5%[2]。然而，近年全国涉及电动自行车的安全事故频发。据国家消防救援局数据，2021年前3季度全国共接报电动自行车火灾10 030起[3]，特别是“7·18”杭州玉皇山电动自行车自燃事件和“9·20”北京通州电动自行车火灾事件发生后，社会各界高度重视电动自行车安全问题，专项治理迫在眉睫。

1    电动自行车改装和采用劣质零部件现状堪忧

一是达标整车被改装的现象时有发生。电动自行车销售普遍采用整车和电池分离销售的模式，电池安装均由经销点实施，车辆交付到用户手中时存在电池和充电器被任意更换的现象，这容易导致电气系统不匹配和劣质电池安全隐患等问题的出现;为迎合特定消费群体所需的“快（速度）”“省（成本）”“长（里程）”要求，销售点、维修点私自改装整车，甚至更换不同类型或容量的劣质电池;当使用过的车辆需要维修时，消费者往往购买低价零部件（如锂电池和充电器）进行更换。

二是二级市场电池和充电器质量低下。二级市场是指电池和充电器直接面向个人销售，或与电动自行车售后维修相配套的市场，主要有网络销售和线下维修点销售两种方式。2019年，国家市场监督管理总局对电动自行车的锂电池实施风险监测，共监测20批次，其总体符合率为65%，其中网售产品符合率为61.5%;2020年，江苏省市场监督管理局组织对电动自行车用充电器实施监督抽查，共抽查50批次，其总体合格率为72%，其中网售产品合格率為40%[4]。2021年8月，国家轻型电动车及电池产品质量检验检测中心以普通消费者的身份对主流电商平台的18批次充电器和7批次锂电池进行了自主采样，按最新国家推荐标准检测符合率均为0;检测中还发现充电器翻新再售、锂电池采用回用电芯、产品未标示执行标准、销售价格远低于市场价、销售点和维修点大肆宣传锂电池定制等非法经营状况。

2    各地的整治现状

江苏省无锡市作为全国电动自行车的主产区，于2021年8月30日发布《关于深入开展全市电动车专项整治的工作方案》（锡市监〔2021〕66号）。无锡市市场监督管理局等7个部门联合整治，重点针对电动摩托车生产管理、强制产品认证管理、产品质量监督抽查、电动自行车登记上牌、电动自行车销售和售后管理、部门联合执法检查、违法查处力度、标准宣贯和消费提示宣传等8个方面开展行动。

浙江省于2021年10月在全国率先推出“浙品码”管理模式：将整车、电池、车主、车牌赋码并关联绑定，发放“码牌合一”的数字化车牌，绑定成功后通过扫描车牌二维码，就能实现“一码知全貌”。简言之，“浙品码”将车辆相关主要环节串联起来，通过查码形成“来源可溯、去向可查、问题可诉”的全过程监管。此外，销售、维修、回收单位通过“浙江e行在线”微信小程序在线签订诚信承诺书，并在营业场所醒目位置公示。

国内其他地区也纷纷开展各类整治行动。例如，北京市根据非机动车管理条例，为超标车设置的3年过渡期于2021年10月31日到期，对过渡期结束后仍上路行驶的超标电动自行车执行依法扣留，并对驾驶人处1 000元罚款;广东省塘厦镇是全国锂电池的主产区，当地于2021年6月起专项整治辖区内448家锂电池企业，临时查封58家;广西于10月修订《广西壮族自治区电动自行车机动轮椅车管理办法》，规定对非法拼装、加装、改装行为最高罚款2万元。

全国各地的电动自行车安全整治主要依托行政管理手段，但在整车上牌后的用户使用环节，无法从技术层面防止电池和充电器篡改，这主要体现在：一是无法管控用户滥用充电器的行为。若消费者采用低价劣质的充电器充电，仍存在因无充电保护功能而致火灾的危险。二是无法管控使用阶段用户私自更换电池行为。当原电池损坏需要更换时，用户仍有可能购买和换装低价劣质电池。

3    建议启动“通信协议互认”方案

3.1    方案概述

本文建议对国内生产和销售的电动自行车、电动摩托车、电动轻便摩托车产品，开展整车电气系统的“通信协议互认”。项目运行后，整车与蓄电池、蓄电池与充电器之间均以软件协议方式识别和绑定。当整车非法更换电池、充电器时，由于电气系统未检测到通信信号，车辆不被启动、电池不能充电，这样将降低销售端、售后端和用户端私自改装、更换劣质零部件带来的风险。

3.2    技术依据

国家强制性标准有相关的明确规定。GB 17761—2018《电动自行车安全技术规范》中4.3条款规定了“软硬件均应当具有防篡改设计”。国家强制性标准《电动自行车电气安全要求》（报批稿）规定了“互认协同充电”项目，要求“车辆蓄电池系统应有与充电器互认协同充电的功能。蓄电池系统充电应先与充电器进行互认协同识别，通过后才能开始充电工作”。国家强制性标准《电动自行车用充电器安全技术要求》（报批稿）“输出接口安全性”项目中规定了“充电器与被充电电池组（系统）应有互认协同协议。锂电池用充电器应具备先与被充电电池组（系统）互认协同识别，确认锂离子蓄电池技术参数，再开始充电的功能”。本项目既是对现行国标“软件防篡改”要求的进一步贯彻和完善，也是对电气安全新国标的率先垂范和实施。

3.3    技术路径

3.3.1    采取的协议方案

通信协议类型和方式，暂由各整车生产企业自行规定，一线通、485总线、CAN总线这3种均可采用，今后可逐步过渡到统一采用485总线或CAN总线等方式。

3.3.2    相关验证方法

方法一：外部电源替换法

1. 整车与蓄电池系统互认

对于整车和蓄电池系统分离的车型，企业在试验时应将蓄电池系统拆下，用外部电源（如若干组非整车原配的电池或稳压电源）对车辆主线路进行供电，观察车辆电机是否能被驱动。

若整车和蓄电池系统为不可拆卸结构，企业在试验时应将整车与蓄电池系统断开，用外部电源接入车辆主线路进行供电，观察车辆电机是否能被驱动。

2. 蓄电池系统与充电器互认

企业在试验开始前，要对蓄电池系统的荷电状态进行调整，保证在可充电状态，用外部电源（如其他非整车原配的充电器或稳压电源等）对蓄电池系统充电，用电流或电量检测设备检测充电输出的电流或电量。

方法二：通信模拟器模拟法

根据企业自我声明，使用通信模拟器模拟通信协议，观察整车、蓄电池系统的工作状态。

3.3.3    需要建立的标准

一是本文建議由相关部门牵头联合头部企业制定“电动自行车电气系统防篡改要求”团体标准，鼓励头部企业在技术标准上先行一步，将通信协议的要求在团体内固定，从而让新产品进一步抢占市场。由于国家标准GB 17761—2018《电动自行车安全技术规范》软件防篡改的技术要求不具体、方法未建立，该团体标准拟进一步细化和明确整车与蓄电池、蓄电池与充电器之间协议互认的技术要求，建立适宜可行的检测验证方法，为项目提供技术支撑。

二是本文建议各地制定“电动自行车智慧监管”地方标准，对于地方市场上销售使用的增量电动自行车管理先行一步，要求整车、电池与充电器之间需有通信协议，非原厂认证的充电器和电池将无法使用，将通信协议要求纳入电动自行车在本地区上牌的条件，从源头掐断引发安全事故的风险隐患。

3.4    技术应用现状

目前，锂电类电池车型因其具有电源管理系统，普遍能够做到通信协议互认。针对铅酸类电池车型，大多数企业尚未有相关应对方案，但行业头部企业已有技术储备：在铅酸电池中植入保护电路板，每辆车成本大概增加30元左右。目前，该类铅酸电池还未量产，但已具备成熟的技术，如有需求可全面推广。

目前，电气系统通信协议主要有一线通、485总线、CAN总线这3种，如果上云的话，主要为485总线和CAN总线方式。每辆车需要增加额外的成本：一线通约30元，485总线约60元，CAN总线约150元。

经调研，行业普遍认为：电动自行车电气系统“通信协议互认”技术不难，相关新国标发布近在眉睫，协议互认是大势所趋，企业已有思想准备且有一定的技术储备，主要是会增加一定的生产成本。

3.5    方案创新点

1. 国内率先一步贯彻、细化和落实GB17761—2018《电动自行车安全技术规范》标准中“软硬件均应当具有防篡改设计”规定，以及《电动自行车电气安全要求》新国标要求;

2. 整车电气三大件（控制器、电池、充电器）互认全覆盖;

3. 生产设计之初注入软件基因，筑高用户端私自篡改的技术壁垒，有效落实生产企业对车辆“产、销、用”全生命周期负责的主体责任;

4. 车型管控全面，覆盖铅酸类和锂电类的电动自行车、电动摩托车、电动轻便摩托车、电动三轮车。

3.6    风险分析

1. 厂家或可在软件中留有后门，以隐蔽方式解码;

2. 电气部分和电池整套更换的极端行为无法防止;

3. 每辆电动自行车的成本会增加数十元;

4. 各厂家通信模拟器可能各不相同，相应检测方法还不成熟，有待深入研究;

5. 行业未统一协议标准，各企业的技术路径不一，存在由于某些企业协议方式过于简单而易被破解的风险。

4  建议探索“物联智控”方案

如今，物联网技术的应用是大势所趋。企业在最终实现路径上可以考虑以“赋芯”的方式在电动自行车中植入基于物联网技术的芯片，通过芯片在硬件层面收集汇总相关数据信息并上传至云端，实现违法信息采集、安全预警处置等应用场景，达到“以芯物联、共享智控”的效果。

如今的电动自行车应用面广量大、事故情况复杂，单纯依靠政府和运用传统的监管方式及手段已很难适应现代社会发展的需求，以大数据、物联网技术等新技术为依托，政府、企业、社会等各方参与的智联智控是未来社会治理发展的必由之路。只有如此，我们方能整合治理资源，创新治理方式，加强全链条、全过程的管控，推动社会多元共治，切实提高治理效能，持续优化营商环境。

参考文献

[1]工信部消费品工业司. 2020年1—12月自行车行业生产情况[EB/OL].（2021-01-29）[2021-11-20]. https：//www.

miit.gov.cn/gxsj/tjfx/xfpgy/qg/art/2021/art_f4a54653bc364b5982572bed8ef510c1.html.

[2]工信部消费品工业司. 2021年1—8月自行车行业生产情况[EB/OL].（2021-10-25）[2021-11-20]. https：//www.

miit.gov.cn/gxsj/tjfx/xfpgy/qg/art/2021/art_dc3bd3cb1e664403a35f0c3a216f72be.html.

[3]北京日报. 前三季度全国共接报电动自行车火灾上万起[N/OL].（2020-10-15）[2021-11-20].https：//baijiahao.baidu.

com/s？id=1713661766445820643&wfr=spider&for=pc.

[4]  江苏省市场监督管理局.省市场监管局关于2020年第3批省级产品质量监督抽查情况的通报[EB/OL].（2021-02-04）

[2021-11-20].http：//scjgj.jiangsu.gov.cn/art/2021/2/4/art_78969_9665158.html.