IEC TS 61851-3-52023 电动汽车导电充电系统.第3-5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.预先定义的通信参数和一般应用对象标准立项发展报告

电动汽车导电充电系统第3-5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——预先定义的通信参数和一般应用对象标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ElectricVehiclesConductiveChargingSystem-Part3-5:DCEVSupplyEquipmentWhereProtectionReliesonDoubleorReinforcedInsulation-Pre-definedCommunicationParametersandGeneralApplicationObjects摘要随着全球电动汽车产业的迅猛发展，直流快速充电技术已成为解决充电效率瓶颈、推动交通电动化转型的关键支撑。在直流充电系统中，保护依赖于双重或加强绝缘的直流电动汽车供电设备（DCEVsupplyequipment）因其在安全性与可靠性方面的突出优势，正逐步成为大功率充电设施的主流技术路线。然而，该设备与控制导引电路之间的通信参数和应用程序对象缺乏统一规范，严重制约了不同厂商设备之间的互联互通，并带来了潜在的安全风险。为应对这一挑战，国际电工委员会（IEC）于2023年7月正式发布了IECTS61851-3-5:2023技术规范，系统定义了此类直流供电设备预先设定的通信参数体系与通用应用对象模型。本报告对该标准的立项背景、技术内容、编制过程、核心创新点及行业影响进行了全面梳理与分析，阐明了该标准在推动直流充电设备互操作性、安全性提升及全球产业链协同发展方面的重要价值。报告指出，该标准填补了国际直流充电通信协议领域的空白，对促进充电基础设施标准化建设、支撑电动汽车大规模推广应用具有里程碑式意义。关键词：直流充电；双重绝缘；加强绝缘；通信参数；应用对象；互操作性；国际电工委员会Keywords:DCCharging;DoubleInsulation;ReinforcedInsulation;CommunicationParameters;ApplicationObjects;Interoperability;IEC一、引言1.1研究背景在全球碳中和目标驱动下，电动汽车（EV）产业正经历前所未有的高速增长。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35%，占全球新车销售总量的18%。中国、欧洲和美国市场构成了全球电动汽车销售的三大主力区域。伴随电动汽车保有量的持续攀升，充电基础设施尤其是直流快速充电设施的建设需求呈现爆发式增长态势。直流充电技术因其充电功率大、充电时间短的特点，已成为高速公路沿线、城市公共充电站及运营车辆专用场站的主流配置方案。然而，直流充电系统的技术复杂性远高于交流充电系统，涉及高压电气安全、功率变换控制、电池管理系统（BMS）通信、充电过程监控等多项核心技术。其中，充电设备与电动汽车之间的通信协议一致性，直接决定了不同品牌车辆与不同厂商充电桩之间的兼容性和充电安全性。1.2技术演进与标准化需求在直流充电系统的技术演进过程中，安全保护策略经历了从单一绝缘向双重绝缘或加强绝缘的转变。传统直流充电设备多采用基本绝缘配合接地保护的方式，即依靠保护接地导体（PE）来确保故障情况下的安全性。然而，随着充电功率等级的不断提升（从50kW向350kW乃至更高功率演进），电气应力相应增大，传统的接地保护方案在面对复杂故障工况时暴露出一定的局限性。采用双重绝缘或加强绝缘设计的直流电动汽车供电设备，无需依赖接地保护即可满足安全要求，有效消除了接地故障带来的风险，同时简化了系统结构、降低了对供电环境的要求。该类设备在功率密度、散热设计、便携性和安装灵活性等方面具有显著优势，因而受到越来越多制造商的青睐，逐步成为直流充电设备的重要技术分支。然而，一个关键问题随之浮现：此类设备与车辆之间的通信接口和控制逻辑，在IEC61851系列标准的原有框架下缺乏明确规定。具体而言，预先定义的通信参数集合、应用对象的语义和格式、数据交互的时序等关键要素均未被系统定义。这导致了不同制造商的直流充电设备在通信协议实现上存在差异，设备间的互操作性难以得到有效保障，进而影响了用户的充电体验和充电网络的整体运营效率。二、标准立项基础2.1国际标准化背景IEC61851系列标准是国际电工委员会（IEC）下属技术委员会TC69（电动汽车与电动交通运输系统技术委员会）制定的电动汽车传导充电系统基础性标准系列。该系列标准自发布以来，经过多次修订和扩展，已形成涵盖交流充电、直流充电、无线充电等多技术领域的完整标准体系。其中：-IEC61851-1:2017规定了电动汽车传导充电系统的一般要求，是系列标准的基础性文件；-IEC61851-23:2014专门规定了直流电动汽车供电设备的要求；-IEC61851-24:2014则规定了直流充电设备与电动汽车之间的数字通信控制协议。随着技术的发展和市场需求的变化，TC69持续推动该系列标准的修订和补充工作。IECTS61851-3-5:2023正是这一系列标准化工作的重要成果之一。2.2标准制定的需求驱动IECTS61851-3-5:2023的制定主要基于多方面的需求驱动：（1）安全需求的提升。随着直流快充功率等级不断攀升，充电过程中的电气安全风险随之增加。保护依赖于双重或加强绝缘的设备，其安全设计和验证方法与传统设备存在本质差异，急需标准层面的技术指引。（2）互操作性需求的凸显。在开放充电网络环境下，不同品牌的电动汽车需要在不同制造商的充电设备上进行充电。通信协议的不一致性直接导致充电失败、充电效率降低、甚至设备损坏等问题。统一的通信参数和应用对象定义是实现全场景互操作的必要前提。（3）市场需求对接国际法规要求。欧盟《替代燃料基础设施法规》（AFIR）和我国《电动汽车充电基础设施发展指南》等政策和法规均对充电设备的标准化和互操作合规性提出了明确要求，进一步推动了国际标准的制定进程。2.3标准编制单位概况本技术规范由国际电工委员会（IEC）技术委员会TC69（电动汽车与电动交通运输系统技术委员会）下属的WG23工作组起草。TC69是IEC中负责电动汽车与电网交互、充电系统标准化工作的核心技术委员会，其工作范围涵盖电动汽车传导充电、无线充电、电池更换系统、车网互动（V2G）等多项关键领域。截至目前，TC69已发布和正在制定的标准共计70余项，在国际电动汽车标准化领域具有举足轻重的地位。WG23工作组专注于充电通信协议与互操作性相关标准的编制工作，成员包括来自全球主要汽车制造商、充电设备制造商、电力企业和检测认证机构的专家。中国作为IECTC69的重要参与国，有多名专家深度参与WG23的工作，在标准制定的核心环节贡献了中国在直流充电技术领域的工程实践经验和技术方案。三、标准主要内容3.1标准范围IECTS61851-3-5:2023适用于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（DCEVsupplyequipment），该设备符合IEC61851-23中定义的相应要求，且设备保护不依赖于保护接地导体。在通信层面，该标准适用于直流充电设备与电动汽车控制导引电路之间通信系统控制单元（CommunicationSystemControlUnit,SCU）和通信系统控制单元（CommunicationSystemControlUnit,CCU）之间的通信接口。值得注意的是，本技术规范聚焦于预先定义的通信参数（pre-definedcommunicationparameters）和一般应用对象（generalapplicationobjects）这两个核心层面，即通信系统中的静态配置参数和通用数据模型，而非通信协议的全部内容。3.2预先定义的通信参数标准定义了一套完整的预先配置通信参数集合，确保通信链路两端（供电设备侧与车辆侧）能够以约定一致的方式初始化和运行。核心参数涵盖以下几个方面：（1）物理层参数：定义通信介质的物理特性及接口标准，包括数据速率等级、传输介质规范（如双绞线、光纤或电力线通信）、工作频率范围、电平特性等。该部分明确了物理层配置必须在通信启动前完成协商并保持一致，为上层通信提供可靠的物理传输通道。（2）数据链路层参数：规定数据帧格式、最大传输单元（MTU）、寻址方式、错误检测与校正机制、流控策略等底层链路配置参数。明确这些参数的默认值与协商机制，可避免通信初始化过程中的不确定性。（3）应用层基础参数：定义应用层通信所需的初始配置信息，包括服务标识符（ServiceID）、会话超时时间、重传策略、最大报文长度等。标准通过对上述参数的系统定义，构建了一套可验证的通信基础配置框架，为实现充电设备之间以及设备与车辆之间的透明、可靠通信提供了规范化基础。3.3一般应用对象模型一般应用对象是通信系统中承载具体功能和数据交换的基本信息单元。标准定义了一组通用应用对象的语义、数据结构、编码规则及交互流程，覆盖了直流充电过程中的主要控制逻辑和状态监控需求。主要内容包括：（1）充电会话管理对象：定义充电会话的建立、维持和终止相关的状态管理对象。包括会话标识（SessionID）、会话状态枚举（空闲、握手、协商、充电中、结束等）、会话中断条件与异常处理等。（2）充电参数配置对象：规定充电电压、充电电流、充电功率等核心电气参数的请求值、限制值及实际值的表示方式。支持充电过程中参数的动态调整，以适应电池SOC变化和电网负荷状况。（3）安全监控对象：涵盖绝缘监测状态、温度监控数据、电压/电流异常检测结果、接地连续性状态、急停信号状态等安全保障信息的数据对象。这些安全对象的通信优先级和时间约束被明确设定，确保安全关键数据在最严格的时间窗口内被可靠传输。（4）计量与计费对象：为支持直流充电的商业运营，标准还定义了充电能量计量、功率曲线记录、充电费用计算等辅助对象的通用数据格式。（5）诊断与维护对象：定义了故障码集合、设备运行状态指示、自诊断结果数据等维护管理信息对象。3.4通信体系架构标准基于IEC61851-24中规定的充电通信架构，并针对双重或加强绝缘设备的特点进行了适配扩展。通信体系架构呈现分层结构：物理层实现信号的物理传输；数据链路层保障数据帧的可靠传输；应用层通过标准化应用对象承载语义化的充电控制信息。该分层架构与OSI参考模型保持一致性，同时针对充电应用场景进行了必要的简化，确保通信实时性和可靠性。四、标准技术特点与创新点4.1面向双重/加强绝缘设备的专用性设计与IEC61851-24中面向通用直流充电设备的通信规范不同，IECTS61851-3-5:2023专门针对保护依赖于双重或加强绝缘的直流供电设备。该类设备无需依赖保护接地（PE）即可实现安全运行，其通信系统的拓扑结构、参考电位和隔离策略均具有特殊性。标准在参数定义和对象建模过程中充分考虑了这些特性，使通信系统的设计与安全保护机制之间形成了良好的协同效应。4.2预制参数的确定性配置机制标准提出了预先定义的通信参数概念，即一套在通信会话启动之前便已确定并存储于设备中的配置参数集合。这一机制显著降低了通信协商的复杂性和启动时间开销，提高了充电过程的响应速度，同时减少了因参数协商不一致导致的通信中断风险。4.3通用应用对象的抽象建模方法标准采用面向对象的方法对充电过程中的信息交互内容进行抽象描述，形成了统一的语义模型。这种建模方式在不同厂商设备之间的信息语义一致性方面提供了坚实基础，为跨品牌、跨平台的互操作提供了有力的标准工具支持。4.4安全性与通信的深度融合标准将安全监控信息作为最高优先级的应用对象加以定义，并明确了安全相关数据的最小更新频率、最大传输时延和错误处理策略。这种安全与通信的融合设计，从系统层面确保安全保护功能的有效性，而非仅依赖单点保护措施。五、标准实施价值与应用前景5.1推动直流充电设备互联互通本标准的发布实施，将有效解决保护依赖于双重或加强绝缘的直流充电设备在通信层面缺乏统一规范的问题。设备制造商可以据此设计具有标准化通信接口的产品，用户可以在不同品牌的充电设备间实现即插即充式的无缝充电体验。这对于运营大规模充电网络的运营商而言，意味着更高的设备利用率和更低的运维成本。5.2提升直流充电系统安全水平通过标准化通信参数和通用应用对象的实施，充电设备与车辆之间的信息交互更加规范、可靠。安全关键数据的实时传输要求和错误处理策略得到明确规定，有效降低了因通信故障或数据异常引发的安全事故风险。尤其在高功率充电场景下，精确的电压、电流控制和快速的异常响应能力对于系统安全至关重要。5.3支撑国际标准的协同发展IECTS61851-3-5:2023的发布，进一步丰富了IEC61851系列标准的内涵，完善了直流充电标准体系的结构。该技术规范与IEC61851-23、IEC61851-24以及IEC61851-3-1至3-4系列标准形成了有机整体，为后续直流充电技术的迭代升级预留了充分的标准空间。5.4应用前景广阔当前，大功率充电（HPC）已成为全球充电技术竞争的战略制高点，350kW乃至更高功率级的充电设施正在加快部署。保护依赖于双重或加强绝缘的直流供电设备因其安全性和可靠性优势，已成为大功率充电设备的重要技术路线。此外，在V2G（车辆到电网）应用场景中，双向能量转换对通信系统提出了更高要求，本标准的应用对象框架可为实现V2G通信功能提供良好的扩展基础。六、主要参与单位介绍6.1国际电工委员会（IEC）国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）成立于1906年，是全球成立最早的国际性电工标准化机构，负责电工技术和电子工程领域的国际标准化工作。IEC总部位于瑞士日内瓦，目前拥有80余个正式成员国和准成员国，覆盖全球绝大多数的经济体和人口。IEC的标准化工作覆盖电能生产、传输、分配和应用的全部环节，以及电子学、电磁兼容、能效、可再生能源等众多领域。截至目前，IEC已发布国际标准及技术规范超过8000项，形成了覆盖几乎所有电气电子技术领域的完整标准体系。IEC标准与ISO标准共同构成了全球公认的国际标准体系，被世界各国广泛采用。在电动汽车领域，IEC于1997年成立了TC69技术委员会，其官方名称为"电动汽车和电动工业车辆"，后扩展为"电动汽车与电动交通运输系统"。TC69负责制定涵盖整车、充电系统、电池更换、与电网交互等方面的国际标准，是电动汽车领域最为核心的国际标准化组织之一。以中国为例，中国是IEC的重要成员国，中国国家标准化管理委员会代表中国参与IEC活动。在IECTC69