IEC TS 61851-3-42023 电动汽车导电充电系统.第3-4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.CANopen通信的一般定义和要求标准立项发展报告

电动汽车导电充电系统第3-4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CANopen通信的一般定义和要求标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ElectricVehiclesConductiveChargingSystem-Part3-4:DCEVSupplyEquipmentWhereProtectionReliesonDoubleorReinforcedInsulation-GeneralDefinitionsandRequirementsforCANopenCommunication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和缩短充电时间的关键路径，其标准化工作日益受到国际社会的高度重视。本标准立项发展报告以国际电工委员会（IEC）发布的标准IECTS61851-3-4:2023《电动汽车导电充电系统第3-4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CANopen通信的一般定义和要求》为研究对象，系统梳理了该标准的编制背景、技术框架、核心内容及产业应用价值。报告指出，该标准作为IEC61851-3系列标准的重要组成部分，首次针对保护依赖双重或加强绝缘的直流供电设备（DCEVsupplyequipment）制定了专用的CANopen通信协议规范，填补了该领域通信层标准化的国际空白。标准明确了通信架构、对象字典、过程数据对象（PDO）、服务数据对象（SDO）、网络管理（NMT）等核心定义与要求，对提升直流充电设备互联互通性、保障充电安全、降低系统集成成本具有重要的指导意义。本报告还就该标准的技术内容与我国现行充电通信标准进行了对比分析，提出了推进我国相关标准制修订工作的建议，以期为行业管理部门、标准化工作者及产业界提供参考。关键词：电动汽车；导电充电系统；直流供电设备；双重绝缘；加强绝缘；CANopen通信；标准化AbstractWiththerapiddevelopmentoftheglobalelectricvehicleindustry,DCfastchargingtechnology,asakeyapproachtoaddressingrangeanxietyandshorteningchargingtime,hasattractedincreasinginternationalattentiontoitsstandardizationefforts.ThisstandardizationdevelopmentreportfocusesonIECTS61851-3-4:2023,"Electricvehiclesconductivechargingsystem-Part3-4:DCEVsupplyequipmentwhereprotectionreliesondoubleorreinforcedinsulation-GeneraldefinitionsandrequirementsforCANopencommunication,"systematicallyreviewingthestandard'sdevelopmentbackground,technicalframework,corecontents,andindustrialapplicationvalue.Thereportpointsoutthatthisstandard,asanimportantpartoftheIEC61851-3series,establishesforthefirsttimededicatedCANopencommunicationprotocolspecificationsforDCEVsupplyequipmentwhoseprotectionreliesondoubleorreinforcedinsulation,fillingtheinternationalgapincommunication-layerstandardizationforthiscategoryofequipment.Thestandardclearlydefinesthecommunicationarchitecture,objectdictionary,ProcessDataObjects(PDO),ServiceDataObjects(SDO),andNetworkManagement(NMT)definitionsandrequirements,providingsignificantguidanceforenhancinginteroperabilityofDCchargingequipment,ensuringchargingsafety,andreducingsystemintegrationcosts.ThisreportalsoconductsacomparativeanalysisbetweenthetechnicalcontentofthisstandardandChina'scurrentchargingcommunicationstandards,proposingrecommendationsforadvancingthedevelopmentandrevisionofrelevantnationalstandards,aimingtoprovidereferenceforindustryregulatoryauthorities,standardizationprofessionals,andtheindustrialcommunity.Keywords:Electricvehicles;Conductivechargingsystem;DCEVsupplyequipment;Doubleinsulation;Reinforcedinsulation;CANopencommunication;Standardization一、引言1.1研究背景电动汽车作为全球交通领域碳减排的重要路径，其产业规模持续快速扩大。中国、欧洲、美国等主要经济体均将电动汽车产业列入战略性新兴产业予以重点扶持。充电基础设施作为电动汽车推广应用的关键支撑，其技术水平和标准化程度直接影响着用户充电体验和产业发展质量。在各类充电方式中，直流快充凭借充电功率大、充电时间短的显著优势，成为当前技术发展和产业布局的重点方向。随着直流充电功率的不断提升——从早期的50kW逐步向120kW、180kW乃至350kW以上演进，直流供电设备（DCEVsupplyequipment）的技术复杂度和安全要求也在同步提高。在绝缘保护方式上，部分直流供电设备采用双重绝缘或加强绝缘（doubleorreinforcedinsulation）的保护设计，以替代传统的接地保护措施，从而简化系统结构、降低设备重量和成本。然而，这类设备在通信接口、电气安全、系统兼容性等方面均呈现出与传统接地保护设备不同的技术特征，亟需专门的标准化规范予以指导。1.2标准化需求分析在国际标准化层面，IEC61851系列标准是电动汽车导电充电系统的基础性标准族，涵盖了充电系统的一般要求、交流充电、直流充电、充电站等各方面技术要求。其中，IEC61851-3系列专门针对直流电动汽车供电设备制定了标准，涉及安全要求、功能要求、通信协议等多个层面。然而，在IECTS61851-3-4:2023发布之前，对于绝缘保护依赖于双重或加强绝缘的直流供电设备的通信层规范，特别是CANopen通信协议的适配应用，尚未形成统一的国际标准。CANopen作为一种基于CAN总线的高层通信协议，广泛应用于工业自动化和车辆电子领域，具有良好的实时性、可靠性和开放性。将CANopen协议引入直流充电设备通信领域，有助于实现充电设备与电动汽车之间、充电设备与充电管理平台之间高效、可靠的信息交互，同时也为充电设备的模块化设计和可扩展性提供了技术基础。此外，CANopen通信协议的引入也顺应了直流充电设备从独立运行向网联化、智能化方向演进的产业趋势。随着充电设施大规模组网和有序充电、车网互动（V2G）等应用场景的逐步落地，充电设备与上层管理平台之间需要交互的数据类型和数据量也在迅速增长。CANopen协议通过标准化对象字典和灵活的过程数据/服务数据通道，为充电设备的远程监控、故障诊断、策略调度和固件升级提供了坚实的通信保障，也为充电网络的设备发现与服务发现机制奠定了协议基础。1.3标准基本信息本标准IECTS61851-3-4:2023由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）于2023年7月18日正式发布，标准状态为现行有效，适用于电动汽车导电充电系统中保护依赖双重或加强绝缘的直流供电设备，规定了CANopen通信的一般定义和要求。该标准文件为技术规范（TechnicalSpecification，TS）类型，语言版本为英文。二、标准的编制过程与工作机制2.1编制背景IECTS61851-3-4:2023的编制工作由IEC第69技术委员会（IEC/TC69，电动汽车和电动工业车辆电气设备技术委员会）下设的相关工作组具体承担。IEC/TC69是国际电工委员会中负责电动汽车传导充电系统标准化的核心技术委员会，其工作范围涵盖了电动汽车充电系统的安全、功能、通信、能效以及充电基础设施与电网互操作等广泛领域。TC69下属的SC23H分技术委员会专门负责电动汽车用插头、插座和连接器的标准化工作，而本标准属于TC69直接负责的充电系统类标准范畴。参与本标准编制的专家来自IEC各成员国，包括中国、德国、美国、日本、法国、韩国等电动汽车产业和技术领先的国家。各成员国通过本国国家委员会（NationalCommittee）组织相关企业和研究机构参与标准制定工作。2.2编制原则标准编制主要遵循三项原则：一是安全优先，确保通信协议的设计不削弱设备的安全性；二是兼容开放，兼顾与IEC61851系列其他标准的协调一致，同时保持对CANopen协议标准的兼容性；三是适用高效，针对双重/加强绝缘直流供电设备的特殊需求进行定制化规定，避免过度设计。2.3主要阶段IEC标准制定通常需经过NP（NewWorkItemProposal，新工作项目提案）、WD（WorkingDraft，工作组草案）、CD（CommitteeDraft，委员会草案）、DIS（DraftInternationalStandard，国际标准草案）、FDIS（FinalDraftInternationalStandard，最终国际标准草案）等阶段。本技术规范在完成各阶段技术审查和成员国投票后，于2023年7月正式发布。IEC标准文件的制定周期一般为36至48个月，本标准的制定亦遵循了这一标准流程。三、标准的主要内容与技术要点3.1标准适用范围IECTS61851-3-4:2023适用于电动汽车导电充电系统中，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。标准的适用范围明确排除了采用传统接地保护方式的直流供电设备，对于此类设备，IEC61851-3系列中的其他部分或IEC61851-23等相关标准可能更为适用。这一精确的适用范围界定，体现了国际标准化工作中分类指导、精准施策的编制理念。3.2规范性引用文件标准在编制过程中引用了多项国际标准和规范，主要包括：-IEC61851-3-1:2023，电动汽车导电充电系统——第3-1部分：保护依赖双重或加强绝缘的直流电动汽车供电设备的一般要求；-IEC61851-3-2:2023，电动汽车导电充电系统——第3-2部分：保护依赖双重或加强绝缘的直流电动汽车供电设备的直流充电站；-IEC61851-3-3:2023，电动汽车导电充电系统——第3-3部分：保护依赖双重或加强绝缘的直流电动汽车供电设备的电动汽车通信；-CiA301（CANopen应用层与通信规范）；-CiA305（CANopen层设置应用规范）；-ISO11898系列（CAN数据链路层和物理层标准）。上述引用文件共同构建了本标准的完整技术基础，确保了标准的可操作性和一致性。3.3通信架构与协议分层标准针对保护依赖双重或加强绝缘的直流供电设备，定义了基于CANopen通信协议的通信架构。在当前电动汽车充电系统向高功率化、网联化和智能化方向加速演进的背景下，CANopen通信协议的引入为充电设备的多节点协同工作、即插即用、远程维护和智能调度提供了低成本、高效率且成熟可靠的通信解决方案。具体而言，该通信架构参照ISO11898系列标准，将通信系统划分为物理层、数据链路层和应用层。CANopen作为应用层协议，运行于CAN数据链路层之上，通过标准化的对象字典（ObjectDictionary）机制实现设备间信息的规范化描述和访问，从而实现不同厂商设备之间的互操作性和即插即用能力。3.4关键通信机制对象字典（ObjectDictionary）是CANopen协议的核心组成部分。标准规定了直流供电设备对象字典的索引范围、对象类型、数据类型和访问权限等内容。对象字典涵盖设备标识、通信参数、制造商特定对象、标准化设备对象等多个区域，为充电设备的各种功能操作提供了统一的接口规范。过程数据对象（PDO）用于实现实时性要求较高的周期性数据传输。标准规定了直流充电过程中需要实时传输的关键参数，包括输出电压、输出电流、充电功率、充电状态等，通过PDO机制进行高效传输。标准明确了PDO的通信参数和映射参数的定义方法。服务数据对象（SDO）用于实现非实时的配置和诊断数据传输。标准通过SDO机制规定了充电参数的配置方式、设备信息的读取方法、故障代码的查询等。SDO采用客户端/服务器模式，通过确认机制确保数据传输的可靠性和正确性。网络管理（NMT）用于实现设备的状态管理和网络监控。标准规定了直流供电设备的NMT状态转换流程，明确了设备在初始化、预运行、运行、停止等状态之间的切换条件。3.5数据类型与编码规则为保证不同厂商设备之间的数据互通，标准对CANopen通信中使用的数据类型和编码规则进行了明确规定。主要包括基本数据类型（如布尔型、整数型、无符号整数型、浮点型）、复杂数据类型（如数组、记录）的定义和编码方法。标准还规定了数据的字节序（Little-endian）、数据长度等细节，以避免因编码差异导致的通信歧义。3.6通信安全与故障处理标准充分考虑了充电通信过程中可能面临的安全风险，从通信安全和功能安全两方面进行了规定：通信安全方面，标准在CANopen协议栈的安全机制基础上，针对直流充电应用的特点提出了补充要求。包括通信超时检测与处理机制、链路冗余配置（可选）、地址冲突检测机制以及通信故障的分级响应策略。这些机制确保了通信链路的可靠性和可用性。故障处理方面，标准明确规定了对EMCY（Emergency）紧急报文的定义和使用要求。设备在检测到通信异常时发送相应紧急报文，并触发相应的安全响应动作，以保障充电过程的安全。值得注意的是，CANopen协议的安全机制主要面向通信层的数据完整性和链路可靠性，而充电设备整体的电气安全保护（包括绝缘监测、过压过流保护等）则由IEC61851-3-1等安全类标准予以规范，两者各司其职，共同构建完整的安全保障体系。四、标准的主要参与单位介绍4.1中国电力企业联合会中国电力企业联合会（简称中电联，CEC）是由中国电力行业企事业单位自愿组成的全国性行业协会，在电动汽车充电基础设施标准化领域发挥着重要的组织引领作用。作为IEC/TC69的中国对口单位，中电联积极组织国内专家参与IEC61851系列国际标准的制定和修订工作，推动中国技术方案和国际标准体系的深度融合。在IECTS61851-3-4:2023的编制过程中，中电联组织国内主要充电设备制造企业、电网公司、检测认证机构和科研院所的专家组成中国专家工作组，系统研究CANopen通信协议在直流充电设备中的应用方案。中电联的标准化工作注重产学研用相结合，将国内直流充电设备在通信协议实现方面的实践经验反馈至国际标准制定工作中，为标准的科学性和可操作性提供了重要保障。中电联在标准制定过程中所提出的多项技术建议被标准采纳，涵盖通信参数的标准化定义、故障处理机制的完善、测试验证方法等方面，为国家标准的制修订工作积累了丰富的技术经验。同时，中电联主导制定的多项电动汽车充电设施国家标准和行业标准（如GB/T27930系列）已广泛应用于我国充电基础设施建设，形成了与国际标准协调一致又符合中国实际的标准体系。4.2其他主要参与力量中国汽车技术研究中心有限公司作为我国汽车行业权威的综合性技术机构，深度参与了IEC/TC69相关标准的国内对口工作和国际标准制定的技术支撑工作。国家电网有限公司在直流充电设备的研发、建设和运营方面拥有丰富的工程实践，针对充电设备通信协议中的实际需求提出了多项具有工程价值的技术建议。此外，南瑞集团有限公司（国网电力科学研究院）、中国汽车工程研究院股份有限公司、中国质量认证中心等机构，以及青岛特来电新能源有限公司、万帮数字能源股份有限公司（星星充电）等充电设备制造企业也以多种方式参与了对口研究和意见反馈工作。五、标准的技术特点与应用价值5.1国际首创，填补空白IECTS61851-3-4:2023是国际上首次针对保护依赖双重或加强绝缘的直流供电设备制定CANopen通信要求的标准文件。该标准的发布填补了直流充设备通信协议标准化的空白，与此前发布的IEC61851-3-1、IEC61851-3-2和IEC61851-3-3共同构成了一套完整的标准体系。5.2促进互操作，降低系统成本通过标准化的CANopen通信协议，不同制造商的直流供电设备和充电管理平台可以实现即插即用式的互联互通，有效降低了系统集成和运维成本。标准明确的通信规范为充电设备的模块化设计和功能扩展提供了技术基础。5.3适应产业趋势，支撑技术演进随着350kW以上大功率充电技术（如ChaoJi充电技术）的推进以及即插即充（Plug&Charge）、车网互动（V2G）等应用场景的兴起，直流充电设备的通信能力和安全性要求将持续提升。本标准的发布为上述新兴应用场景提供了通信层的技术支撑。5.4与国内标准的对比分析我国现行直流充电通信协议国家标准GB/T27930-2023规定了电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议，采用CAN总线通信方式，在物理层和数据链路层与CANopen协议存在一定共性。两者在设计理念上也存在相通之处，均以CAN总线为物理通信基础，采用主从式通信架构，并区分实时控制类数据和非实时配置类数据的传输通道。但在应用层协议框架上，GB/T27930采用自定义的报文格式和通信机制，而非基于对象字典的CANopen协议体系。在帧结构设计上，GB/T27930以固定报文ID方式实现各类充电参数的传输，而IECTS61851-3-4采用PDO与SDO相结合的灵活映射机制。同时，本标准面向保护依赖双重或加强绝缘的直流供电设备，在安全要求和故障处理机制的设计上与GB/T27930存在一定差异，后者的应用场景更侧重于传统接地保护方式的直流充电设备。两种技术路线各有特色，如何实现两者之间的协