IEC 61851-242023 电动汽车导电充电系统.第24部分用于控制直流充电的直流电动汽车供电设备和电动汽车之间的数字通信标准立项发展报告

电动汽车导电充电系统第24部分：用于控制直流充电的直流电动汽车供电设备与电动汽车之间的数字通信标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ElectricVehicleConductiveChargingSystem–Part24:DigitalCommunicationbetweenaDCEVSupplyEquipmentandanElectricVehicleforControlofDCCharging摘要随着全球电动汽车产业的迅猛发展，直流快充技术作为解决续航焦虑、缩短充电时间的关键手段，已成为各国能源战略和交通电动化转型的重要支撑。然而，直流充电过程中充电桩与电动汽车之间的互联互通性、安全性与兼容性问题，始终是制约产业规模化发展的核心技术瓶颈。IEC61851-24:2023《电动汽车导电充电系统第24部分：用于控制直流充电的直流电动汽车供电设备和电动汽车之间的数字通信》由国际电工委员会（IEC）于2023年12月13日正式发布，作为IEC61851系列标准体系的重要组成部分，该标准系统规定了直流充电场景下供电设备与电动汽车之间基于数字通信的物理层、链路层、应用层协议架构以及充电控制流程。本标准在承袭前期版本技术框架的基础上，重点强化了对新一代高功率充电（如350kW以上）、即插即充（PlugandCharge）及双向充电（V2G）等前沿应用场景的技术适配，并对通信安全机制进行了全面升级。本报告从标准立项背景与产业需求出发，系统梳理了该标准的编制原则、核心技术框架与创新要点，深入分析了其对充电互联互通、安全认证和用户体验提升的关键作用，并结合国际主要标准的横向对比，对标准实施后的产业影响进行前瞻性评估，为行业参与者提供系统化的技术参考与实施指引。关键词：直流充电；数字通信；IEC61851-24；电动汽车；充电互联互通；安全认证；高功率充电Keywords:DCCharging;DigitalCommunication;IEC61851-24;ElectricVehicle;ChargingInteroperability;SecurityAuthentication;High-PowerCharging1引言1.1标准立项背景全球能源结构转型与碳中和目标的深入推进，使电动汽车产业步入高速发展的快车道。国际能源署（IEA）发布的《GlobalEVOutlook2024》显示，2023年全球电动汽车销量已突破1400万辆，同比增长超过35%，占全球新车销售总量的18%。与此同时，世界主要经济体纷纷加大充电基础设施的布局力度。中国作为全球最大的电动汽车市场，截至2024年底已建成充电基础设施超过1100万台，其中公共直流快充桩占比持续提升；欧盟通过《替代燃料基础设施条例》（AFIR）制定了明确的高速公路充电站部署目标；美国则依托《国家电动汽车基础设施计划》（NEVI）推进全国范围的充电网络建设。在充电技术快速迭代的背景下，直流快充以其高效、便捷的充电体验，正在逐步取代交流慢充成为公共充电场景的主流选择。然而，直流充电涉及充电桩与车辆之间高电压、大电流的功率传输，同时对通信实时性和可靠性提出了远高于交流充电的严苛要求。早期直流充电设备与车辆之间通信标准的不统一，导致了不同品牌充电桩与车辆之间经常出现无法匹配、充电中断、功率不能达到标称值等互联互通问题，严重影响了用户充电体验和充电设施利用效率。1.2标准在体系中的定位IEC61851系列标准是国际电工委员会（IEC）下设的TC69（电动道路车辆和电动工业卡车技术委员会）制定的电动汽车传导充电系统的基础性标准体系。该系列标准从充电系统的通用要求到具体应用场景的技术规范，构建了层次分明、结构完整的技术标准框架。其中，IEC61851-1规定了电动汽车传导充电系统的一般要求和定义；IEC61851-23规定了直流电动汽车供电设备的通用技术要求；IEC61851-24则在前两部分的基础上，专门针对直流充电过程中供电设备（EVSE）与电动汽车（EV）之间的数字通信协议进行详细规定。三者共同构成了直流充电系统"硬件—安全—通信"三位一体的完整技术保障体系。值得注意的是，IEC61851-24作为通信层面的专项标准，与ISO15118系列标准（国际上另一项重要的车网通信标准）存在功能上的互补与协同关系。ISO15118侧重于从应用层定义充电过程中的高级通信功能（如自动认证、智能充电调度等），而IEC61851-24则聚焦于基于控制导引（ControlPilot）电路的数字通信底层实现。两项标准的协同工作，为充电系统提供了从物理层到应用层的完整通信解决方案。1.3标准修订的必要性分析IEC61851-24:2023是在替代前期版本（IEC61851-24:2014）的基础上发布的修订版。2014版标准自发布以来，在指导全球直流充电基础设施建设方面发挥了重要作用，但面对近年来快速演进的产业环境和技术格局，该版本已暴露出一定的局限性，主要体现在以下几个方面：第一，充电功率的跨越式提升对通信协议提出了新的要求。当前主流直流充电桩的功率已从早期的50kW快速提升至150kW甚至350kW以上，充电电流可达500A以上。高功率充电对通信过程中的实时性、抗干扰性和可靠性提出了更为严苛的要求，原有协议的容错机制和传输效率急需优化。第二，新型充电应用场景的涌现需要标准层面的前瞻性布局。即插即充功能要求充电桩能够自动识别车辆身份并自动完成鉴权和计费流程；车网互联（V2G）技术的兴起则要求充电通信协议支持双向功率传输的控制逻辑。上述功能需求在2014版标准中均未得到充分的考虑和规定。第三，信息安全威胁的日益严峻要求标准的系统性升级。随着充电网络逐步接入互联网并实现远程管理和支付功能，充电通信系统面临的网络安全风险日益突出。车辆身份伪造、通信数据截取篡改、恶意代码注入等安全威胁，对充电安全构成了潜在的重大风险，亟需在标准层面对通信安全机制进行强化。2标准编制原则与技术框架2.1编制指导原则IEC61851-24:2023在修订过程中坚持了以下几项核心编制原则：一是安全优先原则，确保电动汽车充电过程中的电气安全和功能安全。在通信系统设计中充分考虑了故障保护机制、安全状态机和异常处理流程，确保在通信故障或异常情况下系统能够自动切换至安全状态，保障人身和设备安全。二是兼容扩展原则，在保持与IEC61851系列标准内部协调一致的基础上，兼顾与ISO15118等外部配套标准的协同配合，并为未来技术演进预留充分的扩展空间。标准在设计过程中充分考虑了与现有充电基础设施的向后兼容性，避免因标准迭代而产生的大规模设备替换需求。三是开放中立原则，标准的技术方案设计保持技术中立性，不偏袒特定厂商或技术路线，为各类充电技术和商业模式创新提供了公平的竞争环境。2.2标准核心技术框架IEC61851-24:2023在技术内容上延续了基于控制导引（ControlPilot，CP）电路的载波通信技术路线，定义了完整的通信协议分层结构。在物理层方面，标准明确了基于CP线路的载波通信物理层参数，包括信号调制方式、载波频率、传输速率和电气特性等技术指标，确保来自不同制造商的设备能够在物理层面实现稳定的信号传输。在数据链路层，标准规定了帧结构、寻址方式、差错控制和流量控制机制，通过引入更为高效的帧格式和校验机制，提升了数据传输的准确性和通信链路的抗干扰能力。在应用层，标准聚焦于充电控制的核心流程，对充电连接建立、参数协商、充电过程控制、充电终止等全过程的通信交互规则进行了规范化定义，并针对即插即充、动态功率控制等高级应用功能进行了补充规定。此外，新增的通信安全要求涵盖了数据加密、身份认证、完整性校验和防重放攻击等安全措施。与2014版相比，2023版在技术层面进行了多项关键改进，包括优化了高功率充电场景下的通信时序，增强了通信协议的抗干扰能力；完善了即插即充和自动鉴权的通信流程，简化了用户操作步骤；新增了对双向充电控制的通信支持；引入更为完善的安全认证和加密机制。这些改进显著提升了标准的前瞻性和适用性。2.3与相关标准的协调关系IEC61851-24:2023在标准体系中的有效实施，有赖于与多项关联标准的协调配合。在内部协调方面，该标准与IEC61851-1（通用要求）、IEC61851-23（直流充电设备要求）和IEC61851-21-2（电磁兼容要求）保持紧密的技术衔接。在外部协调层面，该标准与ISO15118系列标准构成了充电通信领域的两大支柱体系。ISO15118侧重于从应用层定义充电过程中的高级通信功能，而IEC61851-24聚焦于通信的底层实现。二者在功能上互补协同，ISO15118定义的应用层消息需要通过IEC61851-24规定的底层传输机制进行承载。3标准主要技术内容分析3.1通信体系架构IEC61851-24:2023定义的直流充电通信架构建立在控制导引（CP）电路的基础之上，采用在主控导引信号上叠加通信载波的方式，实现供电设备与电动汽车之间的数据交换。该技术路线的核心优势在于：能够复用既有的充电连接接口和安全保护电路，无需增加额外的通信物理接口，从而在成本、兼容性和可靠性方面实现了较好的平衡。在通信拓扑结构上，标准定义了供电设备侧通信控制器（EVCC）和车辆侧通信控制器（SECC）之间的点对点通信模式，明确了主从关系的建立、通信链路的激活和释放过程。为了保证通信的实时性和确定性，标准设定了严格的时序约束，对充电控制报文的最大传输延迟和响应时间作出了明确规定。3.2物理层与链路层技术规范在物理层，标准详细规定了基于CP信号的载波通信物理参数，包括载波频率范围、调制方式、信号幅值以及传输速率。在数据链路层，标准沿用了HDLC-like的帧格式，但针对直流充电的应用场景进行了特定的参数优化。帧结构设计中综合考虑了信息字段长度的灵活性、帧校验的可靠性和帧间隔的最小限制，确保了在电磁干扰较为严重的充电环境下数据传输的准确性。3.3应用层充电控制流程应用层是IEC61851-24:2023的核心内容所在，定义了直流充电过程中完整的通信状态机和消息交互流程。标准将充电过程划分为充电连接建立阶段、参数协商与预充电阶段、充电执行阶段和充电终止阶段四个子状态，并清晰定义了各阶段之间状态转换的触发条件和超时处理逻辑。在充电连接建立阶段，供电设备和车辆通过握手报文进行通信能力的交换和协议版本的协商；在参数协商阶段，双方交换充电模式、目标电压电流、电池荷电状态等关键参数；在充电执行阶段，供电设备根据车辆需求实时调整输出电压和电流，并通过周期性的报文交互对充电状态进行持续监控；在充电终止阶段，系统按照预定义的流程完成功率输出的安全关断和通信链路的释放。3.4安全机制与高级功能新增的安全功能是IEC61851-24:2023修订的重点内容之一。标准引入了基于挑战-应答机制的身份认证协议，有效防止未经授权的设备接入充电系统。在数据传输层面，标准支持对关键控制指令进行加密保护，避免敏感信息被第三方截获和篡改。同时，标准引入了通信报文的完整性校验机制和防重放攻击保护措施，降低了针对充电通信链路的恶意攻击风险。在功能扩展方面，2023版标准重点完善了以下高级功能的技术规范：即插即充功能方面，标准细化了自动鉴权过程中的信息交换流程，并对鉴权失败、证书过期等异常场景进行了规定；高功率充电方面，针对超过350kW的充电场景，优化了控制报文的交互频率和时序约束；双向充电方面，标准新增了V2G场景下的功率反向传输控制机制，支持和电网调度指令的传输。4标准实施影响分析4.1对充电互联互通性的提升IEC61851-24:2023通过统一通信协议的技术细节，为提高充电设备之间的互联互通水平提供了关键的技术支撑。标准对通信协议各层次参数的精确化定义，有效减少了不同制造商设备之间因实现差异而导致的兼容性问题。在标准实施后，充电运营商的设备能够更好地适配来自不同品牌的各类电动车型，减少因通信不兼容导致的充电失败现象。4.2对充电安全水平的强化在通信安全方面，2023版标准引入的身份认证和数据加密机制，有效降低了充电系统遭受网络攻击和恶意干预的风险。通过对关键控制报文的完整性保护，杜绝了通信数据被篡改的安全隐患。在功能安全方面，标准通过对通信超时处理、异常状态转换和安全降功率等机制的完善，确保在通信异常情况下充电系统能够及时、可靠地切换到安全状态。4.3对新兴技术应用的支持面向未来出行生态的技术演进需求，IEC61851-24:2023在多个前沿领域提供了标准化的通信支持。在即插即充方面，标准为实现"插枪即充"的无感充电体验提供了通信层的技术保证；在V2G应用方面，标准为电动汽车参与电网调节、实现能量双向流动创造了通信条件。此外，标准的灵活架构也为未来与无线充电、自动充电机器人等新兴充电方式的对接预留了可能性。4.4国际标准对比分析为全面评估IEC61851-24:2023的技术水平，有必要将其与国际上其他主要直流充电通信标准进行对比。中国国家标准GB/T27930在技术路线上与IEC61851-24存在一定差异，采用基于CAN总线的专用通信协议，但在新一代ChaoJi充电技术中已开始向以太网通信和更高速率方向演进。美国ChAdeMO协会发布的ChAdeMO协议则在充电控制通信方面与IEC标准同步发展，并已在V2G功能方面进行了大规模的实际应用验证。中国电力企业联合会发布的ChaoJi充电标准在通信架构方面参考了IEC61851-24和ISO15118的技术框架，但针对中国电网特点和产业需求进行了本地化适配。相较于上述标准，IEC61851-24:2023的显著优势在于其全球范围内的广泛认可度和协调性优势。5标准制修订参与单位IEC61851-24:2023由国际电工委员会第69技术委员会（IEC/TC69：电动道路车辆和电动工业卡车）负责归口管理。TC69成立于20世纪90年代初，是IEC体系中专门负责电动车辆充电系统标准化的技术委员会，其工作范围涵盖电动道路车辆和电动工业卡车的电气系统、充电基础设施及相关通信协议的标准制定。TC69目前设有多个工作组和项目团队，其中与IEC61851-24直接相关的包括负责充电系统通用标准的工作组WG4等。TC69的成员国专家来自全球主要经济体的标准化机构、汽车制造商、电力设备企业、充电设施运营商、科研机构和检测认证机构。各国专家基于本国产业发展实践和技术研究成果，在标准制定过程中充分贡献技术方案和修订建议。TC69与国际标准化组织ISO下属的TC22/SC37（电动汽车分技术委员会）保持密切的技术协调关系，双方通过定期联络会议和联合工作组机制，确保IEC61851系列与ISO15118系列标准之间的技术协调性。值得一提的是，中国作为IEC的正式成员，长期以来深度参与TC69的各项标准化活动，来自中国汽车技术研究中心有限公司、中国电力科学研究院有限公司等多家国内机构及企业的专家持续跟踪并实质性参与IEC61851-24标准的制修订工作，积极将中国在直流充电技术领域的实践经验和技术创新成果贡献于国际标准的制定过程中。6结论与展望IEC61851-24:2023的发布与实施，标志着电动汽车直流充电通信技术标准化进入了新的发展阶段。该标准在保持技术连续性和产业兼容性的基础上，针对高功率充电、即插即充、双向充电等前沿应用需求进行了系统性的技术升级，特别是在通信安全机制的强化方面取得了重要的实质性进展。从产业影响来看，该标准的实施将有效提升充电设备的互联互通水平，降低充电基础设施的建设和运维成本，改善终端用户的充电体验，为电动汽车的大规模推广普及提供坚实的技术保障。展望未来，随着电动汽车产业向更高充电功率、更智能的充电服务和更深度的车网融合方向持续演进，直流充电通信标准也将在技术迭代中不断完善。新一轮修订的潜在方向包括：面向兆瓦级充电（MCS）的通信协议扩展、充电通信与电网调度系统更深层次的信息交互标准化，以及基于新型通信技术（如5G/6G）的无线充电通信方案等课题。这些前沿方向的标准化探索，将持续为全球电动汽车充电产业的健康有序发展提供有力的标准支撑。参考文献[1]IEC61851-24:2023,Electricvehicleconductivechargingsystem-Part24:DigitalcommunicationbetweenaDCEVsupplyequipmentandanelectricvehicleforcontrolofDCcharging[S].Geneva:InternationalE