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；直流充电系统；电压转换器；双重绝缘；加强绝缘；通信协议；国际标准Keywords:ElectricVehicles;DCChargingSystem;VoltageConverter;DoubleInsulation;ReinforcedInsulation;CommunicationProtocol;InternationalStandard1引言1.1研究背景全球气候变化与能源危机推动着交通运输领域向电动化方向加速转型。国际能源署（IEA）发布的《GlobalEVOutlook2024》数据显示，2023年全球电动汽车销量已突破1400万辆，占新车销售总量的18%，预计2030年这一比例将超过35%。充电基础设施作为电动汽车产业发展的基础支撑，其技术水平和标准化程度直接影响着用户的充电体验和产业健康发展。在各类充电模式中，直流快速充电凭借其显著的充电速度优势，正逐步成为公共充电设施的主流选择。直流充电系统通过车载或非车载电压转换器将电网交流电转换为直流电，直接为动力电池充电。其中，非车载直流供电设备（DCEVSupplyEquipment）中的电压转换器单元承担着功率变换、电压调节、安全保护等多重功能，其通信机制的设计直接关系到充电控制策略的执行、安全保护功能的触发以及车辆与供电设备之间的信息交互。1.2标准化需求分析在IECTS61851-3-6发布之前，直流充电系统中电压转换器单元的通信机制缺乏统一的国际标准规范。不同制造商采用各自定义的通信协议和数据格式，导致以下问题日益突出：第一，设备互操作性不足。不同品牌充电桩与不同车型之间的通信兼容性问题频发，用户在实际使用中经常遭遇充电失败、充电功率受限等问题。第二，安全风险管控困难。电压转换器作为高功率、高电压设备，其通信机制的可靠性直接影响故障检测与保护的实时性和有效性。第三，检测认证缺乏依据。没有统一的技术规范作为检测依据，第三方检测机构难以对电压转换器通信功能进行客观评价，也增加了制造商的产品认证成本。鉴于上述问题，国际电工委员会（IEC）第69技术委员会（TC69，电动道路车辆和电动工业车辆用电气推进系统）启动了IECTS61851-3-6技术规范的制定工作，旨在为依赖双重或加强绝缘保护的直流供电设备中电压转换器单元的通信提供统一的技术要求。2标准概述2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|IECTS61851-3-6:2023||标准名称|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||发布机构|国际电工委员会（IEC）||发布日期|2023年7月18日||发布年份|2023年||国别|国际组织||技术归口|IEC/TC69（电动道路车辆和电动工业车辆用电气推进系统技术委员会）||标准类型|技术规范（TechnicalSpecification,TS）|2.2标准定位IECTS61851-3-6:2023属于IEC61851系列标准的第3-6部分。该系列标准是电动汽车导电充电系统的基础性标准族，系统规定了电动汽车充电设备的电气安全、功能安全、通信协议、电磁兼容等方面的技术要求。本部分标准聚焦于保护依赖于双重或加强绝缘的直流供电设备中电压转换器单元的通信技术要求，与IEC61851-23（直流充电供电设备）、IEC61851-24（直流充电数字通信控制）等标准形成衔接配套关系。作为技术规范（TS），该标准较国际标准（IS）在制定流程上更为快捷，可及时反映技术发展现状，供行业先行采用和验证，为后续升级为正式国际标准奠定基础。3标准技术内容分析3.1范围界定IECTS61851-3-6:2023规定了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（VoltageConverterUnit,VCU）通信系统的技术要求、功能规范、协议架构、数据格式及测试方法。该标准适用于直流充电系统中与车辆电池直接连接、通过双重绝缘或加强绝缘提供电击防护的电压转换器设备的通信部分。标准明确将以下内容纳入其适用范围：-电压转换器单元与充电控制单元（ChargeControlUnit,CCU）之间的通信；-电压转换器单元与车辆通信接口（VehicleCommunicationInterface）之间的通信；-用于实现充电控制、状态监测、故障诊断及安全保护功能的通信数据交互。3.2通信架构与协议要求标准在通信架构设计上，参考了ISO/IEC15118（车辆到电网通信接口）和IEC61851-24中关于直流充电数字通信的框架，结合电压转换器单元特有的功能需求，在以下层面提出了具体技术要求：（1）物理层要求。标准规定了通信接口的物理连接方式、信号电平特性、传输速率、线缆屏蔽及接地要求等，确保通信系统在实际充电环境中具备足够的抗干扰能力和信号完整性。（2）数据链路层要求。定义了帧格式、寻址方式、数据校验方法及错帧重传机制，保障通信数据的可靠传输。（3）应用层要求。明确了充电控制报文、状态上报报文、故障报警报文及参数配置报文的格式和内容。此外，标准特别强调了通信系统的实时性要求，规定关键安全相关报文的传输延迟应控制在规定阈值内，以满足绝缘监测、过流保护等功能对通信响应速度的需求。3.3安全通信机制考虑到电压转换器单元属于高功率电气设备，其通信系统的安全性能直接关系到充电过程的人身安全和设备安全，标准在以下方面提出了专门的安全通信要求：-通信故障检测：规定了通信超时检测、数据连续性校验、逻辑一致性验证等故障检测功能的性能指标；-降级运行策略：当检测到通信异常时，系统应按照预定义的降级策略执行安全控制动作，如限制充电功率、暂停充电或安全断电；-绝缘配合监测：利用通信通道实现绝缘电阻的周期性监测数据上报，当绝缘性能下降至阈值时触发自动保护。3.4电磁兼容性要求电动汽车直流充电系统工作环境复杂，功率变换装置产生的高频开关噪声、车载电子设备的电磁辐射都可能对通信系统造成干扰。标准参考IEC61851-21-2（电动汽车充电系统电磁兼容要求）规定的测试方法和限值要求，对通信系统的电磁抗扰度（EMS）和电磁发射（EME）提出了针对性指标，确保通信系统在强电磁干扰环境下仍能保持稳定可靠的工作状态。3.5测试方法标准为每一项技术要求配套了明确的测试方法和判定准则，涵盖：-通信协议一致性测试；-数据传输可靠性测试；-故障注入与降级功能测试；-电磁兼容性测试；-环境适应性测试（温度、湿度、振动等）。4标准编制过程与参与单位4.1编制历程IECTS61851-3-6:2023的编制工作自2020年前后启动，经历了提案阶段（NP）、工作组草案（WD）、委员会草案（CD）、询问草案（DIS）及最终草案（FDIS）等阶段。来自中国、德国、美国、日本、法国、韩国等主要电动汽车产业国家的专家共同参与了标准的技术研讨和草案完善工作。期间，针对通信协议架构选择、安全等级划分、绝缘监测数据交互等核心技术议题，各国专家进行了多轮深入讨论，于2022年底达成最终技术共识，并形成最终草案。2023年7月，标准正式出版发布。4.2主要参与单位介绍——中国电力科学研究院有限公司在IECTS61851-3-6:2023的制定过程中，中国电力科学研究院有限公司（以下简称"中国电科院"）作为IEC/TC69国内技术归口单位的重要支撑机构，深度参与了标准的核心技术条款编制工作。中国电科院成立于1951年，是国家电网有限公司直属的综合性科研机构，长期从事电力系统规划、输变电技术、配电技术、用电技术及新能源技术等领域的基础研究和应用研究。在电动汽车充电技术领域，中国电科院自2009年起即开展充电基础设施关键技术研究和标准制定工作，主持或参与制定了GB/T18487系列、GB/T27930、GB/T34658等多项电动汽车充电国家标准，积累了丰富的技术研究和标准编制经验。在IECTS61851-3-6的编制过程中，中国电科院专家团队主要负责以下技术工作：（1）牵头起草电压转换器单元通信系统的故障诊断与安全保护机制条款；（2）提出基于双重绝缘和加强绝缘条件下的通信隔离技术方案；（3）参与通信协议架构的设计和报文格式的标准化定义；（4）组织开展相关技术方案的试验验证工作。中国电科院在直流充电设备测试验证方面的丰富经验为标准的可操作性和工程适用性提供了重要保障，其提交的多项技术提案被标准采纳。除中国电科院外，标准编制还得到了包括国家电网有限公司、中国汽车技术研究中心有限公司、国网智慧车联网技术有限公司、南瑞集团有限公司、华为数字能源技术有限公司、比亚迪股份有限公司、宁德时代新能源科技股份有限公司以及德国宝马集团、大众汽车集团、美国特斯拉公司、日本东京电力公司、法国电力公司等国内外知名企业和机构的积极参与和支持。5标准的意义与应用前景5.1对产业发展的支撑作用IECTS61851-3-6:2023的发布和实施，对于充电基础设施产业具有多层面的支撑作用。在设备层面，该标准为电压转换器单元的通信设计和功能实现提供了明确的技术指引，有助于制造商在产品开发阶段即遵循统一规范减少研发重复投入。在系统层面，统一的通信协议和接口规范将有效解决不同品牌充电设备与不同车型之间的兼容性问题，提升充电服务的便捷性和可靠性。在市场层面，该标准为充电设备的检测认证提供了国际公认的技术依据，有助于消除贸易技术壁垒，促进充电设备的国际贸易和全球市场准入。5.2对安全水平的提升作用充电安全是电动汽车产业可持续发展的生命线。电压转换器作为充电系统中功率密度最高、工作条件最严苛的部件之一，其通信机制的可靠性至关重要。该标准通过规定通信故障诊断和降级运行策略，强化了电压转换器单元在异常工况下的安全响应能力。通过对绝缘状态监测数据的实时交互，为双重绝缘和加强绝缘保护措施的在线监测和有效验证提供了技术手段，从而进一步提升直流充电系统的整体安全水平。5.3对国际标准体系建设的贡献IECTS61851-3-6:2023的发布进一步完善了IEC61851系列标准的结构体系，填补了直流充电系统中电压转换器通信领域的标准空白。该标准与IEC61851-23、IEC61851-24、ISO/IEC15118等现行国际标准形成了有机衔接，为构建覆盖充电全流程、全环节的国际标准体系提供了重要支撑。同时，该标准的制定和发布也有利于我国在电动汽车充电国际标准领域的话语权提升，为后续我国自主创新技术成果纳入国际标准奠定了工作基础。6结论与展望6.1主要结论IECTS61851-3-6:2023《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》的发布具有重要的里程碑意义。该标准系统规定了直流充电系统中电压转换器单元通信的技术架构、协议规范、安全机制及测试方法，为充电设备制造商、运营商、检测机构及整车企