IEC TS 62893-4-22021 额定电压0.61kV及以下电动车辆用充电电缆.第4-2部分符合IEC 61851-1模式4的直流充电电缆.用于热管理系统的电缆标准立项发展报告

额定电压0.6/1kV及以下电动车辆用充电电缆第4-2部分：符合IEC61851-1模式4的直流充电电缆用于热管理系统的电缆标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ChargingCablesforElectricVehiclesofRatedVoltagesuptoandincluding0,6/1kV-Part4-2:CablesforDCChargingaccordingtoMode4ofIEC61851-1-CablesIntendedtobeUsedwithaThermalManagementSystem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的核心手段日益受到重视。在IEC61851-1模式4直流充电系统中，充电电缆在承载大电流的同时面临严峻的热管理挑战。IECTS62893-4-2:2021作为国际电工委员会发布的TechnicalSpecification（技术规范），专门针对配备热管理系统的直流充电电缆制定了统一的技术要求和试验方法。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及其行业意义，全面分析了标准的技术框架与验证体系，深入阐述了标准对电动汽车充电安全性和可靠性的关键保障作用，并对标准的未来修订方向和应用前景进行展望。报告指出，该标准的发布填补了热管理型充电电缆领域国际标准的空白，为高功率充电场景下的电缆设计、制造和检测提供了权威依据，对促进全球电动汽车充电基础设施的标准化建设具有重要的引领作用和示范价值。关键词：电动汽车；充电电缆；直流充电；热管理系统；IEC62893；模式4充电Keywords:ElectricVehicles;ChargingCables;DCCharging;ThermalManagementSystem;IEC62893;Mode4Charging一、引言1.1研究背景全球能源危机与气候变化双重压力驱动下，电动汽车（ElectricVehicle,EV）产业正经历前所未有的快速发展。国际能源署（IEA）发布的《GlobalEVOutlook2024》数据显示，2023年全球电动汽车销量接近1400万辆，同比增长35%，占全球汽车总销量的18%。中国、欧洲和美国市场持续引领全球电动汽车消费潮流，充电基础设施的建设规模也随之急剧扩张。在电动汽车的诸多技术痛点中，充电速度始终是制约用户体验的核心瓶颈。当前，主流的直流快充功率已从早期的50kW提升至150kW甚至350kW，充电电流相应地从125A攀升至500A以上。根据IEC61851-1《Conductivechargingsystem-Part1:Generalrequirements》的分类，模式4（Mode4）充电指电动汽车与直流充电设备之间通过专用充电通信控制系统（ControlPilot,CP）进行信息交互，充电过程由直流充电桩直接控制，电缆组件中集成有信号控制线缆。在这种高功率密度充电模式下，电缆导体及绝缘层产生的焦耳热急剧增加，如何有效散热、保证电缆在持续大电流工况下的安全稳定运行，已成为亟需解决的关键技术难题。1.2热管理系统在直流充电中的重要性在高功率直流充电过程中，充电电缆内部的铜导体截面积通常为50mm²至120mm²不等，当充电电流达到250A或更高时，导体单位长度上的功率损耗可达数十瓦每米。若热量无法及时散出，电缆绝缘层的温度将迅速升高，超出其长期允许工作温度（通常为90°C或105°C），导致绝缘材料热老化加速、机械性能劣化甚至热击穿，严重威胁充电安全。针对这一问题，部分先进充电系统开始引入主动式热管理系统（ThermalManagementSystem,TMS），通过在电缆结构中嵌入冷却液管路或散热通道，利用循环冷却液将导体产生的热量快速带离。这一技术路径使得充电电缆能够在相同导体截面下承载更高的充电电流，或在相同充电功率下显著降低电缆温升，从而提高充电效率和安全性。然而，热管理系统的引入也带来了新的技术问题：冷却管路的材料兼容性、冷却液与电缆组件的相互作用、热循环对电缆电气性能的影响、以及带热管理系统的电缆如何与传统连接器密封体系有效集成等，均需要系统性的技术规范和试验验证方法加以约束。1.3标准编制必要性与立项背景在上述背景下，IEC/TC20（电力电缆技术委员会）于2015年前后启动了IEC62893系列标准的编制工作，旨在为额定电压0.6/1kV及以下的电动汽车充电电缆（包括交流充电和直流充电）提供统一的国际标准。该系列标准的第1部分《IEC62893-1:Generalrequirements》和第2部分《IEC62893-2:CablesforACcharging》分别于2017年和2020年发布。而针对模式4直流充电场景，IEC62893-4标准进一步细分为若干子部分，其中第4-1部分为一般直流充电电缆要求，第4-2部分即本报告所关注的带热管理系统直流充电电缆的专项技术规范。立项初期，工作组（IEC/TC20/WG15）对全球主要充电电缆制造商、电动汽车整车企业以及充电设施运营商的调研显示，市场上已有多家企业推出或计划推出带主动冷却功能的充电电缆产品，但由于缺乏统一的标准依据，各企业在冷却管路的规格尺寸、材料选择、性能验证方法等方面各自为政，产品兼容性差、质量参差不齐、安全隐患难以有效管控。国际电工委员会顺应产业需求，决定以TechnicalSpecification（技术规范，TS）形式快速发布该标准，以填补标准空白，为市场提供急需的技术指引。二、标准范围与核心技术内容2.1标准适用范围IECTS62893-4-2:2021规定了用于IEC61851-1所定义的模式4直流充电系统中、配备热管理系统（TMS）的充电电缆的技术要求和试验方法。该标准适用于额定电压0.6/1kV及以下、额定电流在上述电压等级下与热管理系统协同工作的直流充电电缆。标准涵盖的电缆适用于电动汽车直流充电场景，电缆结构包括电力电缆芯（正负极各一或多组）、控制/信号电缆芯、接地导体（如有需要）以及热管理系统所需的冷却液管路。电缆可设计为集成式（冷却管路与电缆一体化集成）或分体式（冷却管路与电缆平行布置但通过护套或编织层整体包覆）。2.2术语和定义标准给出了若干关键术语的精确定义，包括：-热管理系统（TMS）：通过冷却介质（液体或气体）循环，将电缆运行过程中产生的热量带走以实现温控目的的系统组件；-冷却液管路（CoolantTube）：TMS中用于引导冷却介质流动的管道结构，可由金属、聚合物或复合材料制成；-允许工作温度（RatedOperatingTemperature）：电缆在额定运行条件下，其绝缘和保护套材料的最高允许温度；-热循环试验（ThermalCyclingTest）：模拟充电过程中电缆反复承受温度升降循环的试验方法。这些术语的标准化定义，为后续各类技术要求的准确表述和试验方法的统一执行奠定了术语学基础。2.3结构要求标准对配备热管理系统充电电缆的结构提出了系统性的技术要求：导体方面，标准要求电力电缆芯的导体应符合IEC60228中关于铜导体和铝导体的相关规定，导体的结构类型（实心、绞合、柔性等）应根据充电电缆的移动使用场景和弯曲性能需求合理选择。对于需要频繁弯曲的充电场景，推荐采用6类及以上柔性导体。标准同时规定了导体的截面尺寸系列及其对应的载流量参考值。绝缘方面，电缆的绝缘材料应满足IEC62893-1规定的通用要求，同时充分考虑到热管理系统运行可能带来的温度波动对绝缘材料性能的影响。标准要求绝缘材料在散热介质（如冷却液）可能的渗漏或蒸气环境下具备良好的化学耐受性。根据应用的功率等级，绝缘层厚度应经过计算和试验验证，确保在最高允许工作温度下具有足够的电气安全裕度。冷却液管路是IECTS62893-4-2的独特技术焦点。标准对冷却液管路的尺寸规格、壁厚均匀性、材料选用（明确要求材料的耐冷却液侵蚀性、耐高温性和长期抗老化性能）、管路与电缆主体的结合方式（粘接、共挤、机械固定等）以及管路端部的密封和连接接口均作出了规定。标准强调，冷却管路在整个电缆使用寿命周期内应保持可靠的密封性能，不得出现渗漏、脱层、爆裂等失效模式。管路材料的耐压能力应不小于系统标称工作压力的1.5倍。护套方面，标准要求电缆护套应具有优异的耐候性、耐磨性和耐化学品性能，以承受户外充电场景中紫外线照射、油污、酸碱环境及机械损伤的综合影响。护套颜色可依据用户要求或行业惯例进行标识，便于现场识别和安全管理。识别和标记方面，标准对电缆表面的连续标识内容（制造商名称、标准编号、导体截面、额定电压、生产日期等）提出了明确要求，确保电缆的全生命周期可追溯性。2.4电气性能要求导体电阻：电缆导体的直流电阻在20°C条件下应满足IEC60228规定的最大值要求。标准同时考虑了热管理系统对导体温度的影响，要求在热管理系统正常运行状态下，导体电阻的温升不应导致充电功率的显著损失。绝缘电阻和耐电压试验：标准规定了电缆各芯之间及芯与地之间的绝缘电阻最小限值（按每公里长度折算），以及交流耐电压试验和直流耐电压试验的电压值、持续时间和试验判定标准。耐电压试验在电缆完成全部制造工序后、出厂前进行，以确保产品绝缘系统的整体完好性。局部放电试验：参照IEC60885-3规定的测试方法，标准对电缆施加规定的工频电压，要求局部放电量不超过规定阈值，以评估绝缘系统中是否存在微观缺陷或气隙。2.5热管理性能要求热管理性能验证是IECTS62893-4-2区别于其他充电电缆标准的特色内容。标准设计了一系列针对性的试验方法：温升试验（TemperatureRiseTest）：在规定的环境温度、冷却液入口温度和流量条件下，对电缆施加额定电流，持续通电至热稳定状态后，测量电缆各关键点（导体、绝缘外表面、冷却管壁等）的稳态温度，验证是否低于材料允许的最高工作温度。热循环试验（ThermalCyclingTest）：模拟实际充电/放电过程中电缆承受的反复加热和冷却循环。标准规定了一个完整的试验循环程序，包含加载电流升温阶段、保温阶段和自然冷却阶段，循环次数依据电缆预期寿命等级确定（常见为500次、1000次或2000次）。试验结束后，电缆应通过规定的电气安全试验（绝缘电阻、耐电压）和外观检查。冷却液兼容性试验（CoolantCompatibilityTest）：将绝缘和护套材料试样浸泡在标准规定的冷却液中，在规定的温度和时间条件下加速老化试验后，测试材料的拉伸强度保持率、断裂伸长率保持率和体积电阻率变化等关键指标，确保材料与冷却液的长期化学兼容性。耐机械应力试验：包括电缆在带冷却液状态下承受反复弯曲的能力试验、抗扭转试验、以及冷却管路的耐压和密封性试验。三、主要参与单位和机构3.1IEC/TC20与WG15工作组IECTS62893-4-2:2021由IEC/TC20（电力电缆技术委员会）归口，具体编制工作由TC20下设的WG15（电动汽车充电电缆工作组）承担。TC20是IEC中负责电力电缆及附件标准化的核心技术委员会，其工作范围涵盖从低压至超高压各类电缆系统的标准制定。WG15工作组成立于2012年，成员包括来自德国、法国、中国、日本、美国、韩国、瑞士、意大利等主要电动汽车和电缆制造国家的专家代表。工作组汇聚了电缆制造企业、电动汽车整车企业、充电设施运营商、检测认证机构及学术界的多方专业技术力量。3.2主要参与企业及其技术贡献在标准编制过程中，多家国际知名企业贡献了各自在热管理充电电缆领域的技术方案和实践经验。以下详细介绍一家最具有代表性的核心参与企业——德国莱尼集团（LEONIAG）。莱尼集团概况德国莱尼集团（LEONIAG）成立于1917年，总部位于德国纽伦堡，是全球领先的电缆和线束系统制造商之一。集团在全球32个国家拥有超过95,000名员工，2023财年销售额约51亿欧元。莱尼集团在汽车电缆和特种电缆领域具有悠久的研发历史和深厚的技术积累，是全球电动汽车高压电缆和充电电缆市场的核心供应商之一。在标准编制中的技术贡献莱尼集团作为WG15工作组的长期活跃成员，在IECTS62893-4-2的编制过程中发挥了关键的引领作用。其技术团队率先将"液体冷却充电电缆系统"（Liquid-cooledchargingcablesystem）的技术理念引入工作组讨论，并基于其已量产的第二代液冷充电电缆产品——LeoniBRIQ®系列的技术数据，为标准中冷却管路的结构设计、材料选型规范、温升计算方法以及热循环试验程序的制定提供了大量一手实验数据和实践验证。具体而言，莱尼集团主要贡献了以下核心技术内容：其一，在冷却管路设计领域，莱尼团队将其专利的波纹管状冷却管路结构及双层复合管路（内层耐冷却液腐蚀的聚酰胺材料、外层增强耐磨的聚氨酯材料）技术方案提交工作组参考，促成了标准中关于冷却管壁厚度均匀性、耐压等级和最小弯曲半径等技术指标的合理确定。其二，在热循环试验程序的制定方面，莱尼基于其内部长达6个月、超过1500次热循环的耐久性试验数据，向工作组建议了"升温-保温-冷却-检测"四段式试验循环模型，并提供了不同冷却液温度（20°C至65°C）和流速条件下的电缆温升图谱，为标准中试验参数区间的确立提供了科学依据。其三，在材料兼容性试验领域，莱尼集团协助工作组起草了冷却液兼容性试验的详细操作指南，并将自己在多种商用冷却液（主要为乙二醇-水混合体系）下的材料老化数据纳入标准附录作为参考。此外，莱尼集团还积极推动了标准中关于连接器接口规范和密封等级（IP等级）要求的完善，确保带热管理系统的充电电缆能够与主流厂商的直流充电连接器（如CCS2、CHAdeMO、GB/T连接器）实现可靠的对接和密封。莱尼在全球范围内的多个研发中心和试验室的专家多次承办工作组面对面会议和技术研讨，推动了各国专家在关键分歧问题上的技术共识达成。四、标准的意义与应用前景4.1行业价值IECTS62893-4-2:2021的发布对电动汽车充电电缆产业和充电基础设施建设具有多方面的深远意义：填补标准空白：该标准是全球首个专门针对热管理型直流充电电缆的国际性技术规范，为带冷却系统的充电电缆的设计、制造、检验和验收提供了统一的技术依据，解决了此前无标准可依、企业各自为政的混乱局面。推动大功率充电技术发展：通过标准化热管理系统充电电缆的技术要求和验证方法，标准的发布有效促进了大功率充电（HPC）技术的发展和推广应用。350kW乃至更高功率的充电设施由此具备了可靠的电缆组件技术基础，对于缩短电动汽车充电时间、提升用户充电体验具有直接的推动效应。提高产品安全水平：标准中严格的温度控制、热循环耐久性、冷却液兼容性等要求，从技术源头保障了充电电缆在严苛工况下的安全可靠性，有效降低了因电缆过热引发的火灾和安全事故风险。促进国际贸易与市场秩序：统一的国际标准为各国充电电缆产品的市场准入提供了共同的技术语言，有利于消除技术性贸易壁垒，推动全球充电基础设施的互联互通。同时，标准也为市场监管和认证检测提供了权威依据，有助于规范市场竞争秩序。4.2与其他标准和法规的协调IECTS62893-4-2:2021在设计上充分考虑了与其他相关标准的协调一致性：-在基础电气安全要求方面，电缆应满足IEC62893-1《Chargingcablesforelectricvehiclesofratedvoltagesuptoandincluding0,6/1kV-Part1:Generalrequirements》对所有充电电缆的通用性规定；-在充电系统层面，标准与IEC61851-1《Electricvehicleconductivechargingsystem-Part1:Generalrequirements》保持衔接，确保电缆组件与充电桩和电动汽车端的接口兼容性；-在连接器领域，标准充分考虑与IEC62196系列《Plugs,socket-outlets,vehicleconnectorsandvehicleinlets-Conductivechargingofelectricvehicles》中关于直流充电连接器的密封、防护和匹配要求的一致性；-在电磁兼容性（EMC）方面，涉及信号传输线缆的性能应符合