IEC 61851-242023 电动汽车导电充电系统.第24部分用于控制直流充电的直流电动汽车供电设备和电动汽车之间的数字通信标准立项发展报告

电动汽车导电充电系统第24部分：用于控制直流充电的直流EV供电设备与电动汽车之间的数字通信标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:DigitalCommunicationbetweenaDCEVSupplyEquipmentandanElectricVehicleforControlofDCCharging(IEC61851-24:2023)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充电时长瓶颈的关键路径，已成为各国基础设施建设的重点方向。然而，直流充电过程中充电桩与车辆之间的数字通信协议若不统一，将直接导致不同品牌设备间互操作性不足、充电安全隐患增多以及用户体验下降等突出问题。IEC61851-24:2023《电动汽车导电充电系统第24部分：用于控制直流充电的直流EV供电设备与电动汽车之间的数字通信》由国际电工委员会（IEC）正式发布，作为IEC61851系列标准的重要组成部分，该标准系统性地规定了直流充电场景下供电设备与电动汽车之间的数字通信物理层、数据链路层协议、报文结构与时序要求，并兼容扩展了功率调制、安全握手、充电控制及故障处理等核心功能。本标准于2023年12月13日正式发布，取代此前分散的版本内容，进一步统一了直流充电通信的技术框架。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术框架、核心内容及其行业应用价值，并重点介绍了主要参与单位，旨在为标准使用者、车企、充电设施制造商及检测认证机构提供全面、权威的参考依据。分析表明，该标准的发布将显著提升全球直流充电设备的互操作水平，助力车网融合及超快充技术的规模化应用，并有效支撑各国新能源汽车产业政策的落地实施。关键词：直流充电；数字通信；IEC61851-24；电动汽车；互操作性；充电控制协议；电力线通信Keywords:DCCharging;DigitalCommunication;IEC61851-24;ElectricVehicle;Interoperability;ChargingControlProtocol;PowerLineCommunication1引言1.1立项背景与行业需求全球范围内，电动汽车（ElectricVehicle,EV）的保有量正在经历前所未有的快速增长。根据国际能源署（IEA）发布的《GlobalEVOutlook2024》，2023年全球电动汽车销量已突破1400万辆，占全球新车销售总量的18%。中国、欧洲和北美市场持续引领增长，同时东南亚、拉美等新兴市场也在加速电动化进程。充电基础设施作为电动汽车规模化普及的核心支撑，其建设速度和智能化水平直接决定了终端用户的充电体验和车辆的运营效率。在各类充电模式中，直流快充凭借其充电功率大、充电时间短等显著优势，已成为高速公路沿线、城市公共充电站以及商用车辆运营场景中的主流选择。近年来，随着碳化硅（SiC）功率器件、高压平台架构（800V及以上）以及液冷超充终端等技术的快速成熟，直流充电功率已从早期的50kW迅速攀升至350kW乃至600kW以上，充电电压平台也从400V提升至800V或更高。这一技术演进对充电过程中供电设备（EVSupplyEquipment,EVSE）与车辆电池管理系统（BatteryManagementSystem,BMS）之间的信息交互提出了更高要求——双方不仅需要通过实时通信完成充电参数协商、功率动态调整和安全状态监测，还需满足大功率场景下的精确控制与快速响应需求。然而，在IEC61851-24标准发布之前，直流充电数字通信领域存在多套并存的技术方案。不同国家和地区、不同制造商之间所采用的通信协议在物理层接口、数据帧格式、报文语义和时序逻辑等方面存在显著差异，由此引发了诸多现实问题：跨品牌充电桩与车辆之间的兼容性不佳，用户时常遭遇"插上充不了"的窘境；充电过程中的通信中断或数据解析异常可能导致充电异常终止甚至引发安全风险；同时，通信协议的碎片化也加大了充电设施制造商的产品研发成本与运维复杂度。在这种背景下，建立统一的国际直流充电数字通信标准已成为产业界的共同呼声。1.2IEC61851系列标准概况IEC61851是国际电工委员会（IEC）下设的电动汽车电能传输系统技术委员会（TC69）负责制定的系列标准，全称为《电动汽车导电充电系统》（Electricvehicleconductivechargingsystem）。该系列标准构成了电动汽车与供电设备之间电气连接、安全防护和通信控制的基础性技术框架。IEC61851系列的核心标准构成如下：-IEC61851-1:2017—通用要求（Generalrequirements），规定了导电充电系统的基本电气安全、机械结构和功能要求，适用于交流与直流充电场景；-IEC61851-21—电动汽车交流/直流充电对供电设备的电磁兼容要求（EMCrequirements）；-IEC61851-22—交流充电站的特殊要求；-IEC61851-23—直流充电供电设备的特殊要求，涵盖直流充电桩的功率变换、输出特性和保护要求；-IEC61851-24—直流供电设备与电动汽车之间的数字通信协议，即本报告所介绍的标准；-IEC61851-25—直流充电供电设备与电动汽车之间基于控制导引电路（ControlPilot,CP）的通信特殊要求。其中，IEC61851-24在系列标准中处于承上启下的关键位置——它向下衔接IEC61851-23所规定的直流供电设备的电气与结构要求，向上为应用层充电控制逻辑（如ISO15118所定义的高级充电功能）提供底层通信承载能力。1.3标准基本信息本报告所介绍的标准详细基本信息如下：|项目|内容||------|------||标准编号|IEC61851-24:2023||标准全称|Electricvehicleconductivechargingsystem-Part24:DigitalcommunicationbetweenaDCEVsupplyequipmentandanelectricvehicleforcontrolofDCcharging||中文名称|电动汽车导电充电系统第24部分：用于控制直流充电的直流电动汽车供电设备和电动汽车之间的数字通信||发布机构|国际电工委员会（IEC）||发布国别|国际组织||发布日期|2023年12月13日||标准状态|现行||语言版本|英语、法语||分类号|电车（29.020/43.120）||版本说明|电子版加密PDF格式，约1分钟可下载，有水印，需安装FileOpen插件，电脑需联网，限制累计3台电脑共打印5次||售价|2712.0元|2标准技术框架与核心内容2.1标准的适用范围IEC61851-24:2023适用于直流充电供电设备与电动汽车之间基于数字通信方式实现的充电控制过程。该标准规定的通信系统用于传输直流充电所必需的实时控制信息，包括但不限于：充电连接确认、绝缘检测状态、输出电压与电流需求指令、充电功率调度、电池状态参数（电压、电流、温度、荷电状态等）、充电终止指令、故障报警及紧急停机信号。该标准兼容两种主要通信介质实现方式：一种是基于控制导引（CP）电路上叠加通信信号的解决方案，另一种是基于独立的辅助通信通道（如CAN总线或以太网）的方式。在物理层和数据链路层，标准重点规定了基于电力线通信（PowerLineCommunication,PLC）技术的实现方案，与ISO15118系列标准配合使用，以实现从充电桩到车辆的IP化通信承载。2.2通信架构与协议体系在整体架构上，IEC61851-24:2023遵循OSI参考模型，明确定义了物理层、数据链路层和应用层的功能边界。标准的核心内容覆盖以下层级：物理层：规定通信信号的电气特性、调制方式、载波频率范围、传输速率以及通信介质的接口形式。在基于CP信号的PLC实现中，标准参考了HomePlugGreenPHY规范，采用OFDM（正交频分复用）调制技术，支持2Mbps至10Mbps的有效数据传输速率。数据链路层：规定了帧结构、寻址方式、差错控制机制及信道访问策略。标准明确了通信会话的建立、维持与拆除时序，包括充电桩与车辆之间的连接握手过程、通信超时处理机制以及在异常状态下的通信降级或中断逻辑。应用层：定义充电控制所需的核心报文集，包括充电参数协商报文、充电控制指令报文（如目标电压、目标电流设定）、状态上报报文（如BMS实时数据）、故障诊断报文及紧急停止报文等。报文格式采用通用编码规则，支持扩展字段，以适应未来更高功率等级和更复杂的充电策略需求。2.3关键控制流程IEC61851-24:2023详细规定了直流充电过程中的关键控制时序和状态机逻辑，主要包括以下几个方面：充电连接与握手阶段：当充电插头与车辆插座完成物理连接后，供电设备首先通过控制导引电路检测连接状态，随后启动数字通信握手流程。双方交换身份信息、协议版本兼容性参数和充电能力参数，确保后续通信过程中的数据交互有效可靠。该阶段需在规定的超时时间内完成，否则触发连接失败处理流程。充电参数协商与功率调度：在握手成功后，车辆BMS基于当前电池温度、SOC、健康状态（SOH）等参数，通过标准报文向供电设备发送充电需求（目标电压、目标电流）。供电设备根据自身输出能力、电网侧供电容量和配电约束，确认可执行的充电参数并下发至车辆；整个过程支持动态调整，以满足充电过程中的实时状态变化。充电过程中的实时监控：充电过程中，车辆BMS周期性地将电压、电流、温度、单体电压偏差等关键参数反馈给供电设备。供电设备根据这些数据实时调整输出功率和电压电流曲线。同时，标准规定了通信超时（看门狗）机制——在规定的间隔内未收到有效报文时，双方须自行采取降功率或安全停机措施，以确保充电过程始终处于安全可控状态。充电终止及故障处理：当电池达到目标SOC或用户发起停止指令时，充电过程按照规定的时序有序终止，双方依次完成功率降至零、切断接触器、发送终止确认报文等流程。在发生绝缘故障、温度越限、通信中断等异常事件时，标准定义了分级故障响应机制——从故障报警、功率限幅到紧急停机，各级别对应的报文类型、响应时限和恢复流程均有明确规定。2.4与相关标准的协调关系IEC61851-24:2023在国际标准体系中与以下标准形成了紧密的协同框架：-ISO15118系列（道路车辆—插电式电动汽车与电网通信接口）：该系列标准定义了充电应用层的高级功能，包括即插即充（Plug&Charge）、智能充电调度、双向电能传输控制等。IEC61851-24为其提供了底层通信承载载体——即ISO15118的报文通过IEC61851-24所规定的通信链路在供电设备和车辆之间传输。-IEC61851-23：规定了直流充电供电设备的电气安全、功率变换和输出特性要求。IEC61851-24所定义的通信过程需与IEC61851-23所规定的控制导引电路功能（如PWM占空比所表达的最大可用电流）协同工作。-IEC61851-25：规定了基于控制导引电路实现通信的特殊要求，其与IEC61851-24的关系是同一通信系统的不同物理承载方案。-GB/T27930（中国国家标准）：中国直流充电通信协议标准。随着中国市场的国际化进程加速，该标准与IEC61851-24的兼容性议题已进入标准化工作组的讨论议程。3主要参与单位3.1IECTC69技术委员会IEC61851-24:2023由IEC下设的第69技术委员会（TC69—电动汽车电能传输系统）负责制定与维护。TC69成立于1997年，是国际电工委员会中专门负责电动汽车与供电系统之间电能传输与交互标准化工作的技术委员会。TC69的组织架构包括多个工作组（WorkingGroup）和项目组（ProjectTeam），其中与本标准直接相关的包括：-WG4（Powertransfertoroadvehicles）：负责充电通信协议与功率传输技术的标准化工作；-WG5（Electricroadvehicles—Batteryswapandchargingsystems）：关注换电系统与充电系统集成；-PT61851-24（项目组）：专门负责IEC61851-24的具体编写与修订工作。TC69的秘书处由法国国家标准机构AFNOR（法国标准化协会）承担，主席及主要技术负责人来自德国、中国、日本、美国等主要电动汽车产业国家的专家。委员会每年召开两次全体会议及多次工作组会议，汇集了来自全球主要汽车制造商、充电设备制造商、电力企业、检测认证机构和科研院所的数百名专家参与标准制定工作。3.2标准主要起草贡献单位IEC61851-24:2023的编制汇聚了全球范围内电动汽车产业链各环节的顶尖力量。其中，以下单位在标准的技术方案验证、核心文本撰写和跨区域协调中起到了关键的推动作用：德国西门子股份公司（SiemensAG）作为IEC61851-24项目组的重要技术贡献方之一，西门子在工业通信协议设计和电力电子系统集成方面拥有深厚的技术积累。其在充电基础设施领域的全球项目实践经验，为标准的物理层通信参数设定和电磁兼容性验证提供了重要的实测数据支撑。日本CHAdeMO协议协会作为日本直流快充技术方案的核心推动组织，CHAdeMO协会在早期直流充电通信协议设计中积累了丰富的CAN总线通信经验。在IEC61851-24的讨论过程中，CHAdeMO协会积极推动了将日本市场的充电通信安全冗余设计理念融入国际标准。中国电力企业联合会（CEC）作为中国电动汽车充电基础设施标准化工作的核心单位，中电联组织中国国家电网有限公司、南方电网有限责任公司、中国汽车技术研究中心有限公司等主要企事业单位深度参与了IEC61851-24的制修订工作，在直流充电功率调度、多桩协同控制以及大功率充电安全通信流程等方面提供了中国方案和中国数据。美国ChargePoint公司及SAEInternational相关工作组作为北美市场的充电设施主要运营商和标准组织，通过与IECTC69的协调联络，确保了IEC61851-24与北美SAEJ1772组合充电系统（CCS）标准的兼容性。4标准的技术创新与行业影响4.1推动直流快充互操作性提升IEC61851-24:2023的实施，从根本上为全球直流充电通信协议的一致性提供了权威技术基准。通过统一通信物理层参数、标准化帧格式和报文语义，该标准有效降低了不同制造商设备之间的"沟通障碍"，使得不同品牌的充电桩和电动汽车可以在标准框架下实现无缝对接。这对于跨品牌充电网络的互联互通、漫游充电服务的推广以及充电运营商的多品牌设备统一管理，都具有显著的正向促进作用。4.2支撑超快充与大功率充电技术发展当前，全球充电技术正加速向超快充方向演进。350kW乃至600kW的大功率充电设备逐步在高速公路服务区和城市骨干充电站部署。大功率充电对通信系统的实时性、可靠性和安全性提出了比传统慢充高出一个量级的要求——毫秒级的通信延迟、微秒级的同步精度以及极端故障条件下的快速响应能力，缺一不可。IEC61851-24:2023所定义的通信时序和保护机制正是面向上述要求而设计，为超快充技术的产业化落地提供了标准保障。4.3促进车网融合（V2G）与智能充电发展随着车网融合（Vehicle-to-Grid,V2G）技术和智能有序充电模式的兴起，充电过程不再仅仅是单向的电能补给，而是涉及车、桩、网三方信息互动的复杂能量管理过程。IEC61851-24:2023所定义的稳定通信链路和标准化的数据交互接口，为V2G模式下双向功率流控制、电网调度指令下发以及需求响应策略执行提供了可靠的通信基础，是智能充电生态体系中不可或缺的关键标准。4.4对相关产业的政策与市场影响从全球政策层面来看，多个国家和地区已将充电通信协议的标准化作为产业治理的重要抓手。欧盟《替代燃料基础设施条例》（AFIR）要求在202