IEC 60335-2-1072017+AMD12020+AMD22021 CSV 家用和类似用途电器.安全.第2-107部分机器人电池供电电动割草机的特殊要求标准立项发展报告

家用和类似用途电器安全第2-107部分：机器人电池供电电动割草机的特殊要求标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:HouseholdandSimilarElectricalAppliances–Safety–Part2-107:ParticularRequirementsforRoboticBatteryPoweredElectricalLawnmowers摘要关键词：机器人割草机；IEC60335-2-107；电气安全；功能安全；电池供电；国际标准Keywords:RoboticLawnmower;IEC60335-2-107;ElectricalSafety;FunctionalSafety;Battery-powered;InternationalStandard一、引言1.1立项背景近年来，随着城市化进程加快和居民生活品质提升，庭院草坪养护需求持续增长。传统手持式或骑乘式割草机需要人工操作，劳动强度大、时间成本高，难以满足现代家庭对便捷化、智能化生活的追求。机器人割草机作为一类能够自主规划路径、自动完成割草任务并自动返回充电的智能园艺设备，自问世以来便受到市场高度关注。据行业统计，全球机器人割草机市场规模从2015年的约5亿美元增长至2022年的逾25亿美元，年复合增长率超过20%，预计到2030年将突破80亿美元。然而，机器人割草机的特殊使用方式带来了全新的安全挑战。与传统割草机不同，机器人在工作过程中无需人工直接操作，可能在用户不知情的情况下自主启动或运行，且时常与儿童、宠物及旁观者处于同一空间。此外，其采用电池供电、自动充电的运行模式，以及复杂的传感器和控制系统，使得传统IEC60335系列标准中针对人工操作电器所设定的安全要求无法完全覆盖其特有风险。1.2标准制定历程鉴于以上背景，国际电工委员会家用和类似用途电器安全技术委员会（IEC/TC61）于2008年正式启动机器人割草机专用安全标准的制定工作。历经多轮草案讨论、国际间意见征询和实验室验证，IEC60335-2-107第一版于2017年正式发布。此后，随着技术迭代和市场反馈，IEC先后于2020年和2021年发布了第1次修订（AMD1）和第2次修订（AMD2），并将修订内容与基础版本整合形成IEC60335-2-107:2017+AMD1:2020+AMD2:2021CSV（ConsolidatedVersion，合订版），即本报告所关注的标准版本。二、标准范围与定位2.1适用范围IEC60335-2-107适用于额定电压不超过250V的机器人电池供电电动割草机，涵盖其家用及类似用途场景。该类产品的典型特征包括：具备自主导航和路径规划能力，能够在无需人工持续操作的情况下完成草坪修剪；采用可充电电池作为动力源；具有自动返回充电站进行充电的功能；切割元件由电机驱动，且电机功率和切割宽度受到标准限制。标准同时明确了不适用范围，包括：非电池供电的机器人割草设备（如有线供电或燃油驱动）、用于非草坪环境（如灌木丛、藤蔓）的切割设备、农用或商用大型割草设备，以及设计用于其他用途的机器人设备。2.2与通用安全标准的关系IEC60335-2-107是IEC60335（家用和类似用途电器的安全）系列标准的重要组成部分。该系列标准采用"通用要求+特殊要求"的结构模式：IEC60335-1规定了各类家用电器安全的一般性要求，而各第2部分标准则针对特定类别电器补充或修改通用要求。IEC60335-2-107作为第2-107部分，与IEC60335-1（现行版本为IEC60335-1:2010+AMD1:2013+AMD2:2016CSV）配套使用。在具体条款的适用上，IEC60335-2-107遵循"替代"与"补充"相结合的原则。凡本部分标准中未作特殊规定的条款，一律适用IEC60335-1的对应要求；凡本部分标准中明确修改或替代的条款，则以本部分标准的规定为准。这种结构设计既保证了不同类别电器安全要求的一致性，又兼顾了特定产品的特殊风险特征。三、标准核心技术内容3.1标志和说明要求标准在第7章对机器人割草机的标志、说明及警示信息提出了详细要求。除通用标准规定的产品铭牌信息（制造商名称、型号、额定电压、额定输入功率等）外，机器人割草机还应在机身醒目位置标注以下安全警示信息：切割元件的存在警示标志、禁止将手或脚伸入机器底部的警示标志、机器自动启动的警示说明，以及建议使用者阅读说明书的提示。说明书部分要求内容更为详尽，包括但不限于：安全操作指南、环境使用限制（如坡度限制、雨天使用限制）、维护保养要求、电池更换和处理说明、儿童和宠物安全防护建议、废旧产品回收指引等。标准强调说明书应使用销售国官方语言编写，且图示和文字应清晰易懂。3.2防电击保护虽然机器人割草机采用电池供电，属于低电压设备，但考虑到其在潮湿户外环境中工作的特殊性，标准对防电击保护提出了严格要求。设备的外壳防护等级应不低于IPX4（防溅水），确保在降雨或浇灌条件下，水分不会渗入内部电气部件。充电站作为连接市电电源的部件，则需满足更高的防护要求，其外壳防护等级应不低于IPX4，且与电网连接部分须符合IEC60335-1中关于泄漏电流、电气间隙和爬电距离的严格规定。此外，标准要求电池管理系统（BMS）具备过充、过放、过流、短路和温度保护功能，以防止电池热失控引发安全事故。对于可拆卸电池，其充电接口应设计为不易短路的结构，且电池更换操作不应暴露带电部件。3.3机械危险防护机械安全是机器人割草机安全标准的重点内容。标准对切割装置的结构、防护和制动提出了如下核心要求：首先，切割元件应设置在与地面基本平行的平面内，且切割宽度不得超过制造商声明的最大值。切割元件的线速度应受控，确保在切割过程中不会因离心力导致碎片高速飞散。其次，标准对切割元件的制动性能给出了明确判定条件：当机器人割草机被提起、翻转或倾斜至一定角度时，切割元件应在3秒内完全停止转动（具体时间视切割元件类型和动能大小而定——当切割元件转动惯量较大或线速度较高时，要求更短的停止时间）。这一要求旨在防止用户在搬运或清理机器时被旋转刀片割伤。再次，机器人割草机的底盘结构应能有效防止手指或脚趾意外伸入切割区域。标准通过"探针测试"来验证防护结构的有效性，即使用标准化的模拟手指探针，以规定的力度和角度探测切割区域的各个可达开口，探针不得接触运动中的切割元件。此外，标准还要求机器人的行走驱动系统具备可靠的制动能力。当机器人检测到异常状况（如碰撞、倾斜、离地）时，驱动轮应能在规定时间内停止转动，防止机器在坡地上失控滑行。3.4功能安全要求IEC60335-2-107最具技术挑战性的部分在于其引入的功能安全要求。与传统电器不同，机器人割草机的安全不仅依赖于被动防护结构，更依赖于其主动检测和响应能力。标准要求机器人必须具备以下安全相关功能：切割元件控制功能：当机器人被举离地面、翻转或操作人员接近切割区域时，系统应能可靠地停止切割元件运转。该功能的设计应满足一定的安全完整性等级要求，关键安全回路应采用冗余设计。运动控制功能：机器人在边界线（通常为埋地导线产生的电磁场边界）范围内运行，当检测到超出边界或与障碍物碰撞时，应能自动停止或改变行进方向。对于能够跨越边界的机型，需在跨越前自动关闭切割元件。故障检测与响应功能：机器人应持续对关键安全组件（如传感器、控制器、驱动电机）进行自诊断。当检测到可能危及安全的故障时，应自动进入安全状态（如停止运行并发出报警信号），且故障状态应被锁定，需人工介入方可恢复运行。防止意外启动功能：机器人在非工作状态下（如正在充电、处于待机模式或被抬起）不得发生切割元件的意外启动。控制系统的设计应确保上电复位和电源波动不会导致非指令性启动。标准明确要求上述安全相关功能的可靠性验证应参照IEC61508（电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全）或IEC62061（机械安全相关安全控制系统的功能安全）等标准所规定的方法论进行，包括风险评估、安全完整性等级（SIL）分配、失效模式和效应分析（FMEA）等。3.5电磁兼容与可靠性为保证机器人在复杂的家庭电磁环境中正常工作且不对其他设备造成干扰，标准要求产品符合IEC61000系列电磁兼容标准的规定。具体包括：传导发射和辐射发射限值要求、静电放电抗扰度、射频电磁场抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、浪涌抗扰度等项目的测试要求。在可靠性方面，标准要求机器人割草机应能在制造商声明的使用环境条件下（如温度范围、湿度范围）稳定运行。对于户外使用设备，还需考虑紫外线照射、雨水浸蚀、沙尘侵入等环境因素对设备性能和安全性的长期影响。3.6电池和充电系统安全电池系统是机器人割草机安全性的关键环节。标准对电池的化学体系、结构设计、保护电路和充电系统均提出了明确要求：电池类型方面，标准要求电池应为密封式充电电池，优先推荐磷酸铁锂、三元锂等成熟且安全性较高的化学体系。电池外壳应具有足够的机械强度，能够承受正常使用中可能遇到的冲击和振动。电池保护电路应具备多重保护层次：第一层为电芯级别的保护装置（如PTC、CID），第二层为电池包级别的保护电路（如BMS中的过充/过放/过流保护），第三层为充电器与电池之间的通信保护（如确认电池温度、电压在允许范围内才启动充电）。充电系统方面，充电站和充电器应符合IEC60335-2-29（电池充电器专用要求）的规定。充电过程中的电池温度应受到监控，当温度超出安全阈值时应自动终止充电。充电接触端子应具备防水和防短路设计，防止因潮湿或金属异物接触导致安全事故。四、标准修订要点分析4.1AMD1:2020主要修订内容第1次修订（AMD1:2020）主要针对第一版标准在应用过程中发现的技术问题进行了修正和澄清，重点包括：-补充了关于机器人割草机与其他设备之间无线通信接口的安全要求，明确了无线控制功能不得干扰安全相关功能的执行；-细化了充电站的结构要求和安装说明，增加了充电站在非预期使用条件下的防护要求；-修订了切割元件制动时间的测试方法，使测试条件更接近实际使用场景；-增加了对不同类型电池（特别是锂离子电池）在运输和存储条件下的安全要求。4.2AMD2:2021主要修订内容第2次修订（AMD2:2021）则是针对行业技术快速发展和市场新需求的积极回应，主要修订内容包括：-边界检测方式的扩展：随着GPS、激光雷达（LiDAR）、视觉导航等新型定位技术在机器人割草机中的广泛应用，标准新增了对非埋线类边界检测方式的安全要求，明确无论采用何种定位技术，都必须保证可靠的边界识别和安全响应；-多机协同作业的安全考虑：针对同一区域内多台机器人同时作业的场景，增加了防止碰撞和协调运行的安全要求；-远程监控和软件更新的安全要求：针对通过移动应用远程控制机器人和空中下载（OTA）软件更新的功能，增加了网络安全和数据安全方面的考虑；-提高切割元件制动性能要求：根据消费者安全事故数据和实验室测试结果，进一步缩短了切割元件的最大允许制动时间，提升了安全裕度。五、主要参与单位和标准实施意义5.1主要参与单位介绍IEC60335-2-107标准的制定和修订工作由国际电工委员会家用和类似用途电器安全技术委员会（IEC/TC61）归口管理，具体由TC61下设的WG21工作组（园艺电器工作组）负责起草和技术协调。在标准制定过程中，来自全球各主要经济体的标准化机构和行业龙头企业深度参与，其中包括：德国电气电子和信息技术委员会（DKE）在标准制定中发挥了关键的引领作用。德国作为全球机器人割草机技术的发源地和最大的消费市场之一，在标准框架设计、功能安全方法论引入以及测试方法验证等方面做出了突出贡献。DKE组织的德国国家委员会（NationalCommittee）汇集了来自博世（Bosch）、斯蒂尔（Stihl）、德沃特（DreBo）等知名企业的技术专家，为标准的多个核心技术条款提供了基于多年产品研发和事故数据分析的一手技术输入。此外，中国作为全球最大的机器人割草机制造基地，其标准化机构——中国电器工业协会、中国家用电器研究院、中国质量认证中心等单位的专家代表也深度参与了标准的制修订工作，在产品测试方法优化、电池安全要求完善等方面发挥了积极作用。5.2标准实施的意义IEC60335-2-107的发布和实施，在全球范围内产生了广泛而深远的影响：推动产品质量提升：标准为机器人割草机的设计、生产和检验提供了明确的技术依据，促使制造商在产品研发初期即将安全设计理念融入开发流程，从源头降低产品安全风险。支撑国际贸易便利化：作为IEC国际标准，IEC60335-2-107被欧盟（通过EN60335-2-107转化为协调标准）、东盟、海湾地区等世界上绝大多数国家和经济体采纳或参照，成为机器人割草机国际贸易中重要的技术互认基础。符合该标准要求的产品可在各缔约国市场获得更便捷的市场准入。保障消费者人身安全：标准中针对切割伤害防护、运动安全控制、电池热安全等方面的严格要求，有效降低了机器人割草机在真实使用场景中可能造成的安全事故概率，切实保障了消费者特别是儿童和宠物的人身安全。引领技术创新方向：标准中蕴含的功能安全设计理念和系统化风险评估方法，促使行业从单纯的"被动防护"向"主动安全"技术转型，推动了传感器融合、智能避障、自适应控制等先进技术在机器人割草机中的深层次应用。六、结论与展望IEC60335-2-107:2017+AMD1:2020+AMD2:2021CSV作为国际电工委员会专门针对机器人电池供电电动割草机制定的安全标准，经过十余年的发展演进，已经从最初的基础性安全规范成长为涵盖电气安全、机械防护、功能安全、电池安全、电磁兼容、网络安全等多维度的综合性安全标准体系。该标准的持续修订和完善，准确反映了机器人割草机技术从简单的随机碰撞式向基于多源传感器融合的智能规划式演进的行业发展轨迹，充分展现了国际标准制定工作对技术创新的敏锐响应和前瞻引领能力。我们有理由相信，在IEC/TC61的组织协调下，依托各成员国标准化机构和行业企业的共同努力，IEC60335-2-107将继续保持其技术先进性和国际适用性，为全球机器人割草机产业的安全可持续发展提供坚实的技术支撑。参考文献[1]IEC60335-2-107:2017+AMD1:2020+AMD2:2021C