IEC TS 61851-3-12023 电动汽车导电充电系统.第3-1部分保护依赖于双重或加强绝缘的直流电动汽车供电设备.固定设备的一般规则和要求标准立项发展报告

电动汽车导电充电系统第3-1部分：保护依赖于双重或加强绝缘的直流电动汽车供电设备固定设备的一般规则和要求标准立项发展报告标准编号：IECTS61851-3-1:2023StandardizationDevelopmentReport:ElectricVehiclesConductiveChargingSystem–Part3-1:DCEVSupplyEquipmentWhereProtectionReliesonDoubleorReinforcedInsulation–GeneralRulesandRequirementsforStationaryEquipment摘要关键词：电动汽车；直流充电；双重绝缘；加强绝缘；IEC61851；安全要求；固定设备Keywords:ElectricVehicles;DCCharging;DoubleInsulation;ReinforcedInsulation;IEC61851;SafetyRequirements;StationaryEquipment一、引言1.1背景概述全球能源转型与碳中和目标的推进正在深刻重塑交通运输领域的能源结构。根据国际能源署（IEA）发布的《GlobalEVOutlook2024》数据，2023年全球电动汽车销量已达到1400万辆，同比增长35%，保有量突破4000万辆大关。电动汽车的规模化普及对充电基础设施提出了更高的数量和质量要求，尤其是能够显著缩短充电时间的直流快充技术，已成为公共充电网络建设的核心方向。直流充电系统的工作电压通常远高于交流充电系统，当前主流直流充电桩的输出电压等级已从早期的200-500V提升至500-1000V，部分面向商用车的充电系统甚至已达到1500V。电压等级的提升在缩短充电时间、提升充电效率的同时，也对电气绝缘安全提出了严峻挑战。在高电压、大电流的工作条件下，绝缘系统的微小缺陷即可能引发严重的电击事故或火灾隐患，因此直流充电设备的安全设计必须采取比交流设备更为严格的防护策略。1.2标准立项的必要性在国际电工标准体系中，IEC61851系列标准是电动汽车导电充电系统的核心基础标准。该系列标准从系统架构（第1部分）、交流充电要求（第2部分）、直流充电要求（第3部分）到特定应用场景的补充要求（第4-23部分等），构建了一个较为完整的标准技术框架。然而，在IECTS61851-3-1发布之前，IEC61851-3系列中针对直流充电设备安全设计的核心标准——IEC61851-23（直流充电设备）——主要围绕保护接地（ClassI）方式的技术方案开展规定。对于部分小型化、便携式或特殊应用场景下的直流充电设备，由于产品结构紧凑、难以有效实施接地连接，设计上需要采用双重绝缘或加强绝缘（ClassII）的保护方式。这类设备在绝缘协调、爬电距离、电气间隙、温升特性等方面的要求与ClassI设备存在本质差异，直接套用ClassI设备的标准规范既不科学也不安全。因此，亟需制定专门的技术规范来补充和完善该领域的标准供给。IECTS61851-3-1:2023正是针对上述技术需求而立项制定的。作为一项技术规范（TechnicalSpecification，TS），该标准旨在为采用双重或加强绝缘保护的直流电动汽车供电设备提供明确、可操作的设计准则和试验方法，为设备制造商提供技术依据，为检测认证机构提供判定方法，为用户安全使用提供保障。二、标准编制历程2.1立项阶段IECTS61851-3-1的编制工作由国际电工委员会第69技术委员会（IEC/TC69：电动汽车和电动工业车辆）下属的第3工作组（WG3：导电充电系统）负责推进。WG3工作组汇集了来自全球主要汽车制造商、充电设备企业、检测认证机构、科研院校及标准化组织的百余名专家。早在2019年前后，随着欧洲、中国、北美等主要市场对无接地直流充电设备的需求逐渐显现，多国国家委员会在IEC/TC69全体会议上提议启动该项目。2020年，经NP（NewWorkItemProposal）投票表决，该项目正式立项，项目编号为IECTS61851-3-1Ed.1.0。2.2编制阶段在编制过程中，工作组广泛调研了全球范围内的直流充电设备技术现状。从日本率先推动的小型无接地直流充电装置（如便携式应急充电器）、欧洲部分企业开发的Ⅱ类防护壁挂式直流充电桩、到中国市场大量涌现的电动自行车和微型电动汽车直流充电适配器，工作组系统梳理了各类应用场景的安全需求。标准草案编制期间，工作组共召开十余次线下/线上国际工作组会议和数十次专题讨论会，累计收到来自全球各国家委员会和A类联络组织的数百条技术意见。其中，涉及绝缘配合、漏电流限值、温升测试方法、老化试验条件等核心技术条款的讨论尤为深入，专家组在多个技术问题上展开了多轮论证。在绝缘配合方面，各方围绕海拔修正系数、污染等级假设等参数进行了多轮实验室比对验证，最终形成了既与国际绝缘协调体系（IEC60664系列）保持一致、又兼顾直流充电特殊工况的技术方案。2.3投票与发布经过多轮CD（委员会草案）、CDV（征求意见用投票草案）等阶段的持续修订与完善，IECTS61851-3-1最终于2023年7月18日正式发布。从项目立项到正式发布历时约三年，这一周期反映了该标准涉及技术问题的复杂性和国际专家协商的充分性。根据IEC导则对技术规范类文件的评审要求，该标准自发布之日起有效期为三年，之后将由IEC/TC69根据技术发展和市场需求决定后续处理路径——可能转换为正式国际标准（IS）、修订后继续作为TS，或予以废止。三、标准主要内容解析3.1标准适用范围IECTS61851-3-1:2023明确规定其适用范围为：保护依赖于双重绝缘或加强绝缘的直流电动汽车供电设备（DCEVSE），且为固定式设备。这一定义包含了以下关键限定要素：-直流供电：设备输入为交流电源，输出为直流电能供给电动汽车动力电池充电；-双重或加强绝缘保护：设备的防电击保护措施不依赖保护接地导体（PE）连接，而通过在带电部件与可触及部件之间设置双重绝缘或加强绝缘来实现；-固定设备：设备安装于固定位置使用，不包含便携式和移动式设备（便携式和移动式设备的安全要求由IEC61851-3系列的其他部分另行规定）。该标准涵盖了交直流转换功率单元、充电控制与管理单元、人机交互界面、充电连接接口适配单元、线缆管理与收纳装置等组成部件的安全要求。3.2关键术语和定义标准中引入并定义了以下关键术语：-直流电动汽车供电设备（DCEVSE）：为电动汽车动力电池提供直流充电电能的成套设备。-双重绝缘（DoubleInsulation）：由基本绝缘和附加绝缘组成的绝缘系统，两者独立设置，任一绝缘被破坏时不会导致可触及部件带电。-加强绝缘（ReinforcedInsulation）：对电击防护提供与双重绝缘等效保护水平的单一绝缘结构，其耐压和机械性能要求高于基本绝缘。-带电部件（LivePart）：在正常工作条件下带有电压的导体或导电部件。-可触及部件（AccessiblePart）：在不使用工具的情况下能够被人体接触到的部件。3.3核心技术要求3.3.1绝缘协调与电气间隙标准对直流充电设备的绝缘协调提出了系统性的技术规定。在额定电压等级方面，标准覆盖了直流输出额定电压不超过1500V的固定式直流充电设备。绝缘配合的设计需依据设备额定电压、预期过电压类别、污染等级以及海拔高度等因素综合确定。标准参照IEC60664-1规定的绝缘配合原则，同时结合直流充电系统的特殊工况进行了针对性调整。在电气间隙和爬电距离方面，相较于交流系统，直流系统的绝缘恢复特性存在差异，标准对此给出了专门的计算方法和最小限值。对于双重绝缘结构，基本绝缘和附加绝缘分别满足规定的电气间隙和爬电距离要求；对于加强绝缘，其电气间隙和爬电距离按基本绝缘对应限值的两倍进行考核。3.3.2防电击保护防电击保护是该标准的核心安全目标。标准明确了如下基本设计原则：正常使用期间和合理的可预见的异常条件下（如单一故障状态），设备可触及部件不得呈现危险电压。具体技术措施包括：外壳和可触及部件必须采用绝缘材料制成或具备等效绝缘性能的涂层覆盖；内部带电导体与可触及部件之间的绝缘应满足双重绝缘或加强绝缘的耐压试验要求；绝缘材料应满足相应的耐漏电起痕等级（CTI），并对湿热环境下的绝缘电阻和介电强度提出了明确的试验考核要求。此外，标准还关注了漏电流控制问题，对正常工况下的泄漏电流、以及故障工况下的故障电流均给出了限值要求。对于采取双重绝缘设计的Ⅱ类设备，通常不设置保护接地端子；标准要求在此情况下，设备应设计为“无接地保护”模式，且须通过产品标记和说明文档警示安装和使用人员。3.3.3温升限值温升控制是确保绝缘材料长期稳定工作的重要保证。标准根据绝缘材料的耐热等级（如ClassA、ClassE、ClassB、ClassF等），对设备各关键部位规定了允许的最大温升限值。其中包括：-绕组（如有）：按绝缘耐热等级对应的热点温度裕量进行限制；-功率开关器件散热器：不超过器件制造商规定的允许工作温度；-可触及外壳表面：金属材质不超过40K温升，非金属材质不超过45K温升（在环境温度上限为40℃的条件下）；-充电连接器端子和线缆：符合IEC62196系列标准的相关温升要求。3.3.4机械强度与外壳防护固定式直流充电设备可能在户外场所安装使用，因此必须满足相应的机械冲击和外壳防护等级要求。标准规定：设备外壳应能承受IK10级别的机械冲击试验（5J冲击能量），以确保在遭受外部冲击时绝缘结构不被破坏。防护等级方面，户外使用的设备至少应满足IP54，户内使用设备至少为IP32；对于可能遭受水枪冲洗的场所，建议达到IP55或更高级别。3.3.5环境适应性与老化耐受考虑到直流充电设备可能在极寒（-30℃）、高温（+50℃）、高湿（相对湿度95%以上）、盐雾、紫外线辐射等严酷环境下长期运行，标准对设备的环境适应性能提出了明确要求。老化耐受方面，标准要求绝缘材料及其系统应能承受等效于设计使用寿命周期的热老化、湿热老化和电老化试验，确保设备在预期寿命内绝缘性能不出现不可接受的退化。3.4试验方法IECTS61851-3-1:2023为上述每项技术要求配套了具体、可操作的试验验证方法。主要试验项目包括：-介电强度试验：分别对基本绝缘、附加绝缘和加强绝缘施加规定的试验电压（交流或直流），持续规定时间，考核是否存在闪络或击穿现象；-绝缘电阻测量：在正常环境条件和湿热处理后分别测量绝缘电阻值，判定其是否满足规定的最小限值；-漏电流试验：在规定的供电条件下测量设备对地泄漏电流及可触及部件上的接触电流；-温升试验：在额定的输入电压和输出负载条件下连续运行，直至热稳定状态，然后记录各测量点的温度，并计算温升值；-机械冲击试验：按照IEC62262规定的IK等级要求实施摆锤冲击或弹簧冲击试验；-外壳防护试验：依据IEC60529进行防水防尘试验；-环境试验：包含低温、高温、湿热交变、盐雾等环境应力试验。所有试验项目的试验条件、试验装置、判定准则均给出了详细的规定，保证了不同实验室之间试验结果的可比性和可重复性，为产品检测认证的一致性提供了技术基础。四、标准与相关技术文件的关系4.1在IEC61851系列中的定位IECTS61851-3-1是IEC61851系列的第3-1部分，定位为针对特定保护方式的直流供电设备的安全专项标准。它与IEC61851-23（直流充电设备通用要求）、IEC61851-24（直流充电设备与控制导引电路的数字化通信）以及IEC61851-3-2和IEC61851-3-3等标准共同构成了直流充电设备领域的国际标准矩阵。需要特别说明的是，IECTS61851-3-1与IEC61851-23在适用范围上形成互补关系：IEC61851-23主要面向采用保护接地方式（Ⅰ类设备）的直流充电设备，而本技术规范则专门针对保护不依赖于保护接地（Ⅱ类设备）的产品。两者在绝缘设计、接地要求、漏电流控制等方面采用不同的技术路径，但在安全目标和基础试验方法上保持一致性。4.2与IEC60664系列标准的衔接绝缘配合方面，IECTS61851-3-1引用并遵循IEC60664-1《低压系统内设备的绝缘配合第1部分：原理、要求和试验》所确立的绝缘配合基础框架，包括污染等级、过电压类别、海拔修正等基本设计参数。同时，考虑到直流充电设备在开关频率、电压纹波、瞬态过电压等方面的特殊性，标准在引用基础标准的前提下对一些关键参数做了适应性调整。4.3与产品安全标准的协调在通用安全方面，IECTS61851-3-1与IEC62368-1（音频/视频、信息和通信技术设备的安全要求）在绝缘材料分类、防火防护、机械安全等方面保持协调。家用或类似场所使用的直流充电设备还须满足IEC60335-1的要求。通过标准间的横向协调，IECTS61851-3-1与各相关安全标准形成了互为补充、共同覆盖的安全保障网络。五、主要参与编制单位介绍5.1国际电工委员会第69技术委员会（IEC/TC69）IEC/TC69（电动汽车和电动工业车辆）是IEC中负责电动汽车电气标准化工作的专业技术委员会，也是IECTS61851-3-1:2023编制的组织主体。该技术委员会成立于20世纪90年代末期，秘书处设于法国，目前由来自全球40余个国家的国家委员会代表和相关国际组织联络代表组成。TC69的工作范围覆盖了电动汽车传导充电系统（包括交流充电、直流充电、无线充电）、电动工业车辆充电系统、电动汽车与电网互动（V2G/V2H）、换电系统、充电连接装置等各个领域，是国际电动汽车充电标准体系的核心制定机构。截至2024年，TC69已发布各类标准和技术文件30余项，在研项目20余项，构成了全球电动汽车充电标准的基石。在IECTS61851-3-1的编制过程中，TC69下属的WG3工作组发挥了核心主导作用。来自中国电力企业联合会、国家电网有限公司、中国汽车技术研究中心有限公司、上海电器科学研究所（集团）有限公司等中国机构的多名专家深度参与了标准的草案起草和技术研讨工作，为标准的编制贡献了来自全球最大电动汽车市场的一手运行数据和技术经验。与此同时，来自德国VDE、法国UTE、日本JSAE等标准化组织的专家也在技术方案论证方面发挥了重要作用，尤其在绝缘材料选型和环境试验方法方面提出了大量具有工程实践价值的技术建议。5.2主要贡献单位——中国电力企业联合会作