IEC TS 61851-3-62023 电动汽车导电充电系统.第3-6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.电压转换器单元通信标准立项发展报告

电动汽车导电充电系统第3-6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——电压转换器单元通信标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ElectricVehiclesConductiveChargingSystem-Part3-6:DCEVSupplyEquipmentWhereProtectionReliesonDoubleorReinforcedInsulation-VoltageConverterUnitCommunication摘要关键词：电动汽车；直流充电；电压转换器；加强绝缘；通信协议；标准国际化Keywords:ElectricVehicles;DCCharging;VoltageConverter;ReinforcedInsulation;CommunicationProtocol;Standardization1引言1.1研究背景全球气候变化问题日益严峻，加速交通领域能源结构调整、推动新能源汽车产业发展已成为国际社会的广泛共识。中国、欧盟、美国等主要经济体相继发布了禁售燃油车时间表和新能源汽车推广计划，电动汽车产业进入爆发式增长阶段。据国际能源署（IEA）统计，2022年全球电动汽车保有量突破2600万辆，同比增长约60%，其中直流快充作为解决用户"充电焦虑"和"里程焦虑"的核心技术，其基础设施建设速度显著加快。在直流充电系统中，电压转换器单元（VoltageConverterUnit,VCU）是实现电网与动力电池之间电能变换与传递的关键设备，广泛应用于车载充电机（OBC）、直流变换器（DC-DC）以及地面直流充电桩等场景。随着800V高压平台技术逐步量产应用，直流充电系统的电压等级不断提升，功率密度持续增大，对电气绝缘、通信可靠性和功能安全提出了更为严苛的要求。在保护依赖于双重绝缘或加强绝缘的设计架构下，电压转换器单元的通信接口不仅承担数据传输功能，更需确保在故障条件下电气隔离的有效性，防止危险电压通过通信线路传导至用户侧或车辆低压系统。然而，长期以来，国际上缺乏针对该类设备通信协议的统—标准，不同制造商生产的电压转换器单元在通信接口、数据帧结构、时序要求及故障处理逻辑等方面存在显著差异，导致跨品牌、跨型号设备的互联互通困难。这一现状不仅增加了系统集成成本，降低了充电设施的利用率，更对充电过程的安全性构成了潜在威胁。1.2标准立项的必要性在上述背景下，制定统一的国际标准，规范保护依赖于双重或加强绝缘的直流电动汽车供电设备中电压转换器单元的通信要求，已成为产业界的共同呼声和标准化工作的迫切任务。IECTS61851-3-6:2023的发布，正是对这一产业需求的及时响应和系统化解方案。本标准的制定具有如下重要战略价值：其一，填补标准空白——此前IEC61851系列标准虽对电动汽车导电充电系统的总体架构和安全要求进行了规定，但对于电压转换器单元这一关键组件的通信协议尚缺乏专门标准。其二，保障充电安全——双重或加强绝缘结构下，通信协议的规范性直接决定绝缘协调的有效性，统一标准有助于系统性降低电气安全事故风险。其三，促进产业协同——通过统一通信接口和数据交互规则，降低系统集成复杂度，推动产业链上下游协同发展。其四，支撑国际贸易——国际标准的制定有助于消除技术性贸易壁垒，为各国充电设施产品的跨国流通和互认提供技术依据。其五，引领技术演进——面向大功率充电、V2G（车辆到电网）等未来应用场景，统一通信标准为技术迭代和功能扩展预留了接口和空间。2标准概述2.1标准基本信息标准编号：IECTS61851-3-6:2023中文名称：电动汽车导电充电系统第3-6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——电压转换器单元通信英文名称：Electricvehiclesconductivechargingsystem-Part3-6:DCEVsupplyequipmentwhereprotectionreliesondoubleorreinforcedinsulation-Voltageconverterunitcommunication标准状态：现行（Published）发布机构：国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）发布日期：2023年7月18日国别：国际组织语言：英语分类号：电车2.2标准定位与适用范围本标准是IEC61851系列标准的重要组成部分，属于第3部分（直流充电系统）的子部分，其技术定位聚焦于"保护依赖于双重或加强绝缘的直流电动汽车供电设备"中的电压转换器单元通信。从技术架构上看，该标准适用于直流充电系统中具备以下特征的电压转换器单元：一是设备绝缘设计依赖于双重绝缘或加强绝缘方案以提供电击防护；二是转换器单元需要与控制装置、电池管理系统（BMS）或充电控制器之间进行数据通信；三是通信过程可能涉及电压调节指令、状态信息上报、故障诊断信息等关键数据交互。标准覆盖的设计场景涵盖纯电动汽车（BEV）、插电式混合动力汽车（PHEV）以及其他采用直流充电接口的电动车辆。需要说明的是，本标准属于IEC技术规范（TechnicalSpecification,TS）类别，介于国际标准（IS）与技术报告（TR）之间，具有一定的前瞻性和试验性。其发布旨在为尚未完全成熟的先进技术提供快速响应的规范化指导，并积累实施经验以支撑后续升级为正式国际标准。2.3编制原则本标准的编制遵循了以下基本原则：安全性原则：始终将电气安全和功能安全置于首位，所有通信协议的设计均以不削弱绝缘保护效能为前提。兼容性原则：充分考虑与现行IEC61851系列标准、ISO15118（车辆到电网通信接口）等国际标准的协调一致性，避免标准间的冲突和重复。可操作性原则：标准条款的表述力求明确具体，技术指标具有可检测性和可验证性，便于各类实施主体参照执行。前瞻性原则：在满足当前技术需求的基础上，充分考虑未来大功率充电、无线通信、智能有序充电等技术发展趋势，预留可扩展空间。3主要技术内容分析3.1通信架构与协议框架IECTS61851-3-6:2023在通信架构设计上，遵循了OSI参考模型的基本框架，并结合电动汽车充电场景的特殊性进行了针对性设计。标准明确了电压转换器单元与控制单元之间的通信参考模型，将通信协议划分为物理层、数据链路层和应用层三个主要层级。在物理层层面，标准规定了通信介质的选型要求、电气参数限值以及连接器的接口定义。考虑到双重或加强绝缘的保护要求，标准对通信线路的电气隔离方案提出了明确要求。其中重点关注了通信线路间的绝缘协调问题——在正常运行条件下，通信线路承载的电压和信号不应对绝缘系统产生额外应力；在故障条件下（如绝缘击穿），通信系统应能够检测到异常状态并及时触发安全保护机制，防止危险电压通过通信端口传导至其他设备或人体可触及的部件。在数据链路层，标准定义了帧格式、寻址方式、传输时序、错误检测与重传机制。数据帧结构设计上采纳了CRC循环冗余校验机制，能够有效检测传输过程中产生的位错误，确保通信数据的完整性。同时，标准对通信的实时性指标做出了明确限制，包括通信响应时间、帧间隔参数和超时处理策略等，以保证在紧急情况下控制指令能够可靠下达。在应用层，标准对电压转换器单元的通信服务进行了功能化定义，将通信服务划分为若干功能类，包括：系统配置与参数读取、运行状态上报、故障诊断与告警、控制指令下达等。每一类服务均给出了明确的数据对象定义和交互流程，为不同制造商的设备之间的互通提供了统一标准。3.2通信安全与故障处理机制在通信安全层面，IECTS61851-3-6:2023建立了分层的安全防护机制。标准引入了通信超时监控功能，要求通信系统在设定时间内若未收到有效报文或心跳信号，应自动转入安全状态并触发相应保护动作。这一机制确保了即使在通信链路中断的极端情况下，系统仍能够通过预定义的安全降级策略保障设备和人员安全，避免因通信异常导致电压转换器失控。在故障检测方面，标准规定了一套全面的故障诊断信息编码体系。该体系涵盖了电压异常、电流异常、过温故障、绝缘故障、通信中断、内部器件失效等多类故障场景，每个故障类型均分配了独立的故障码。通过统一的故障码定义，不同制造商设备之间的故障信息可互通互读，极大便利了系统集成调试工作和故障排查流程。特别值得关注的是，标准针对通信故障与绝缘保护之间的耦合关系进行了深化说明。当电压转换器单元检测到通信异常时，应根据设备当前运行状态和故障严重程度，执行分级的故障响应策略。例如，对于轻度通信干扰，可以采用报文重传机制予以修正；对于持续性通信中断，则需按预设逻辑逐步降低输出功率或切断输出通道。标准同时规定了对通信故障的判定阈值和响应时间要求，兼顾了保护的可靠性和系统可用性之间的平衡。此外，标准对通信内容的有效性和合理性校验提出了最小化要求，如对电压调节指令的合理范围进行边界约束，对控制指令的连续性进行逻辑校验等，以防止由于通信数据异常而引发设备误动作。3.3与其他相关标准的协调性IECTS61851-3-6:2023在制定过程中高度重视与现有国际标准体系的协调与衔接。在架构层面，本标准的通信协议框架与IEC61851-23（直流充电系统要求）、IEC61851-24（直流充电系统数字通信控制）保持了良好的兼容性，作为其细分场景的技术补充而存在。在与ISO15118标准的协调方面，本标准明确了电压转换器单元通信与车辆到充电桩上层通信（如智能充电协议、即插即充等高级功能）之间的边界划分和接口关系。这种分层设计使得上层应用功能的实现不受底层通信协议差异的制约，有效支撑了充电服务的多样化和智能化演进。在安全标准方面，本标准充分参考了IEC61851-1（电动汽车导电充电系统通用要求）中对电击防护的总体要求，并结合IEC60664（低压系统内设备的绝缘配合）系列标准中关于电气间隙、爬电距离和固体绝缘的相关技术指标，确保了通信系统设计过程中的绝缘配合具有充分的技术依据。在功能安全层面，标准与ISO26262（道路车辆功能安全）的理念保持一致，通过安全机制设计降低系统性失效和随机硬件失效的风险。4主要参与单位与标准制修订工作4.1标准编制组织架构IECTS61851-3-6:2023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）归口管理。TC69是国际电工委员会中专门负责电动汽车电气标准化工作的技术委员会，其工作范围涵盖电动汽车传导充电系统、电池更换系统、充电连接装置以及电动汽车与电网互动（V2G）等领域的国际标准制定。在本标准的具体编制过程中，TC69下属的第4工作组（WG4：直流充电系统）承担了主要起草任务，同时与TC69内部涉及通信协议、安全要求和连接装置的其他工作组保持密切协作。来自中国、德国、日本、美国、法国、韩国等主要电动汽车产业国家的标准化专家、技术研究机构、整车企业、充电设施制造商、电力企业及检测认证机构的代表共同参与了编写工作。4.2主要参与单位——中国电力科学研究院有限公司在本标准的编制与推进过程中，中国电力科学研究院有限公司（以下简称"中国电科院"）作为中国在该技术领域的重要技术支撑力量，深度参与了标准的研究、起草与讨论工作，发挥了重要的建设性作用。单位概况：中国电力科学研究院有限公司成立于1951年，是国家电网有限公司直属的综合性电力科研机构，是中国电力行业最高水平的科研机构之一。中国电科院是国家电网公司科技创新体系的核心力量，长期致力于电力系统及其自动化、高电压技术、电力电子技术、新能源与分布式发电、电动汽车充电技术等领域的应用基础研究和关键技术攻关，在国内外电力行业具有广泛的技术影响力和学术声誉。在标准编制中的主要贡献：在IECTS61851-3-6:2023的制定过程中，中国电科院专家团队依托其在电动汽车充电技术领域的深厚积累，主要贡献了以下几个方面的工作：第一，在通信协议框架设计方面，中国电科院基于中国直流充电技术路线的研究成果和工程实践经验，提出了兼顾开放性与安全性的通信协议分层架构建议，特别是在应用层功能定义和故障诊断信息编码方面贡献了中国方案。这些建议被标准采纳后，有效增强了标准对多样化应用场景的适配能力。第二，在安全机制研究方面，中国电科院充分发挥其在高压绝缘技术和电磁兼容领域的研究优势，针对双重绝缘和加强绝缘条件下通信系统的绝缘协调问题，开展了系统的理论分析和试验验证工作，为标准中关于通信线路隔离要求和故障响应策略等关键条文的制定提供了翔实的试验数据支撑。第三，在标准验证测试方面，中国电科院依托其国家电动汽车充电设施检验检测中心（试验基地），组织开展了多轮标准符合性验证试验。通过搭建标准草案验证平台，模拟不同故障场景和工况条件，对标准中规定的通信协议和安全机制进行了全面验证，为标准的科学性、合理性和可实施性提供了有力保障。此外，中国电科院专家还承担了标准的国内对口技术支撑工作，组织国内相关企业和研究机构就标准草案进行意见征集和汇总分析，并在国际会议上充分表达了中国在直流充电通信技术领域的观点和诉求，推动标准内容更加全面地反映全球产业的实际需求。中国电科院的参与有效促进和提升中国在电动汽车充电国际标准化领域的话语权和影响力。5标准实施预期效益分析5.1产业效益IECTS61851-3-6:2023的实施推广，预计将对电动汽车充电产业链产生显著的正面影响。首先，在减少系统集成成本方面，标准统一的通信接口和数据格式将大幅压缩系统集成过程中协调不同厂商设备兼容性的工作量，缩短产品开发周期。其次，在提升产品可靠性方面，标准中对故障处理和通信安全机制的系统规范，有助于降低设备运行过程中的故障发生率，提升充电系统的可用率。再者，在生产制造的规模化效应方面，统一标准有利于关键元器件和通信模块的标准化和通用化设计，为产业链上游企业实现规模化生产创造了条件，进而带动整个产业链的成本优化。5.2安全效益在安全层面，标准通过系统规范电压转换器单元的通信协议和安全机制，有效降低了直流充电系统在运行过程中的电气安全风险。特别是在大功率充电场景下，电压转换器单元承受的电气应力和热应力显著增大，通信系统的任何异常都可能导致严重的故障后果。本标准通过建立完善的故障检测与安全响应机制，确保即使在极端工况下系统仍能安全可靠地完成保护动作。5.3国际贸易效益从国际贸易维度来看，IECTS61851-3-6:2023作为国际电工委