IEC 62893-1:2017+AMD1:2020 CSV (Ed 1.1) 要求充电电缆在 −40°C 低温环境下保持结构完整：EVI-1/EVI-2 绝缘和 EVM-1/EVM-2 护套须通过低温弯曲测试无裂纹、低温伸长率 ≥30%、整缆通过冷冲击测试，确保极寒地区（如中国东北、北欧、加拿大）户外充电桩电缆在 −40°C 只变硬不变脆。
1 低温环境下的充电电缆——问题背景
电动汽车充电电缆在北方冬季面临着严峻的低温考验。当温度降至 -20°C 甚至 -40°C 时，用户常遇到以下问题：
- 电缆变得又硬又僵，收纳困难；
- 插拔充电枪时电缆不易弯曲；
- 担心电缆在低温下会开裂或损坏；
- 严寒地区的充电基础设施可靠性存疑。
这些问题并非用户过度担忧。聚合物材料在低温下会发生玻璃化转变，弹性模量急剧增大，材料从柔韧状态转变为脆性状态。如果电缆材料未经低温验证，在寒冷天气下确实存在开裂风险。
IEC 62893-1 对充电电缆的低温性能提出了系统性要求，覆盖绝缘、护套和整缆三个层级。
2 IEC 62893-1 低温性能要求：标准原文数据
2.1 绝缘低温测试（IEC 62893-1 Table 2）
绝缘材料（EVI-1、EVI-2）需根据芯线直径选择不同的低温试验：
| 测试项目 | 适用条件 | 试验温度 | 试验标准 | 合格判据 |
|---|---|---|---|---|
| 低温弯曲 | 芯线直径 ≤ 12.5 mm | -40°C ± 2°C | IEC 62893-2 / IEC 60811-504 | 无裂纹 |
| 低温伸长 | 芯线直径 > 12.5 mm | -40°C ± 2°C | IEC 62893-2 / IEC 60811-505 | 最小伸长率 30% |
关键点解读：
- 所有绝缘类型 (EVI-1, EVI-2) 均须满足 -40°C 要求，无例外。
- 小截面绝缘（≤ 12.5 mm 直径）采用弯曲试验——模拟实际使用中缆芯弯曲场景。
- 大截面绝缘（> 12.5 mm 直径）采用伸长试验——更大截面的芯线难以按标准弯曲半径实施弯曲试验，改为评估材料在低温下的延展性。
- 30% 最低伸长率 意味着即使芯线较粗、难以弯曲，材料仍需保留显著的弹性储备——在 -40°C 下不会脆断。
2.2 护套低温测试（IEC 62893-1 Table 3）
护套材料（EVM-1、EVM-2、EVM-3）的低温要求按电缆外径和护套类型分别适用：
| 测试项目 | 适用条件 | EVM-1 | EVM-2 | EVM-3 | 合格判据 |
|---|---|---|---|---|---|
| 低温弯曲 | 电缆外径 ≤ 12.5 mm | -40°C ± 2°C | -40°C ± 2°C | -35°C ± 2°C | 无裂纹 |
| 低温伸长 | 电缆外径 > 12.5 mm | -40°C ± 2°C | -40°C ± 2°C | -40°C ± 2°C | 最小伸长率 30% |
关键点解读：
- EVM-1 和 EVM-2 护套的低温弯曲温度为 -40°C，适合极端寒冷环境。
- EVM-3 护套 低温弯曲为 -35°C，比前两者略高 5°C——这意味着 EVM-3 材料在 -40°C 时可能已接近其脆性转变区，标准给予了一定的实用性让步。
- 所有三种护套类型的低温伸长均在 -40°C 下进行——无论何种护套材料，大截面的延展性都必须在 -40°C 下保持 ≥ 30%。
- ≤ 12.5 mm 的电缆使用弯曲试验；> 12.5 mm 使用伸长试验——逻辑与绝缘测试一致。
2.3 冷冲击测试（Clause 8.8.8）
All cables shall comply with the cold impact test according to IEC 62893-2, 5.8.
冷冲击测试是对整缆（成品电缆）在低温下承受机械冲击能力的验证：
| 测试项目 | 试验温度 | 引用标准 | 试验目的 |
|---|---|---|---|
| 冷冲击 | -40°C ± 2°C | IEC 62893-2 Clause 5.8 | 模拟低温下意外冲击（掉落工具、冰块撞击等）的耐受能力 |
- 此测试适用于所有电缆类型，无例外——无论使用何种绝缘和护套组合。
- 冷冲击测试与弯曲/伸长测试互补：前者评估整缆结构在低温冲击下的完整性，后者评估材料层面的低温柔韧性。
- 工程意义：一根电缆的绝缘和护套单独通过低温测试，并不保证整缆在低温下能承受冲击——结构设计（护套厚度、填充物、层间粘合）同样关键。
3 低温性能温度区间图
以下 SVG 展示了 IEC 62893-1 充电电缆在 -50°C 至 +100°C 范围内的性能区间，并与标准测试项目对应：
4 工程分析
4.1 聚合物低温行为原理
聚合物材料在温度降低过程中经历两个关键转变：
| 温度区间 | 材料状态 | 力学特征 |
|---|---|---|
| 高于 Tg（玻璃化转变温度） | 高弹态 | 柔韧、可恢复变形、低弹性模量 |
| 接近 Tg | 皮革态 → 脆性过渡 | 弹性模量急剧上升、伸长率下降 |
| 低于 Tg | 玻璃态 | 脆硬、低伸长率、冲击韧性急剧下降 |
- 充电电缆常用的弹性体（TPU、TPE、XLPE 等）的 Tg 通常在 -50°C 至 -30°C 范围。
- EVM-1 护套（通常为 TPU 基）：Tg 约 -50°C 至 -40°C，在 -40°C 仍处于高弹态的下限，因此能通过弯曲测试。
- EVM-3 护套（通常为 TPE 基或改性 PVC）：Tg 略高，在 -40°C 可能已进入脆性过渡区，故标准在弯曲测试上放宽至 -35°C。
- -40°C 低温伸长 ≥ 30% 的要求，意味着材料在接近 Tg 时仍保留了显著的链段活动能力——这是材料配方设计的关键挑战。
4.2 各材料类型低温性能对比
| 材料类型 | 低温弯曲温度 | 低温伸长温度 | 实际耐寒能力 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| EVI-1 绝缘 | -40°C | -40°C (≥30%) | -40°C 以下 | 所有充电模式 |
| EVI-2 绝缘 | -40°C | -40°C (≥30%) | -40°C 以下 | 所有充电模式 |
| EVM-1 护套 | -40°C | -40°C (≥30%) | -40°C 以下 | 极寒地区 — 最佳选择 |
| EVM-2 护套 | -40°C | -40°C (≥30%) | -40°C 以下 | 极寒地区 — 最佳选择 |
| EVM-3 护套 | -35°C | -40°C (≥30%) | -35°C | 常规寒冷地区 — 可接受 |
注：冷冲击测试（-40°C）适用于所有电缆类型，无论护套类型如何。这意味着即便使用 EVM-3 护套，整缆仍需通过 -40°C 冲击——对护套配方和结构设计提出了更高要求。
4.3 真实世界参照
-40°C 是极端温度——远低于大多数有人居住地区的最低气温：
| 地区 | 历史最低气温 | 是否超过 -40°C |
|---|---|---|
| 中国黑龙江漠河 | -53°C (2023) | 是 |
| 中国新疆富蕴 | -51.5°C | 是 |
| 中国内蒙古根河 | -58°C | 是 |
| 挪威 Karasjok | -51.4°C | 是 |
| 加拿大 Snag | -63°C | 是 |
| 俄罗斯 Oymyakon | -67.7°C | 是 |
| 中国长春 | -36.5°C | 否，但仍低于 -35°C |
| 中国哈尔滨 | -38.1°C | 否，但仍低于 -35°C |
| 美国明尼苏达 | -51°C | 是 |
关键结论：
- EVM-1/EVM-2 (-40°C) 覆盖全球绝大多数有人居住地区的冬季最低气温。
- EVM-3 (-35°C) 在中国东北主要城市（长春、哈尔滨）的历史极端低温下可能处于临界状态，但在日常冬季气温（-20°C 至 -30°C）下没有问题。
- 极少数极地地区（西伯利亚、北极圈）可能出现低于 -50°C 的极端温度，超出标准覆盖范围——这些场景需要按项目定制方案。
5 选材与设计建议
5.1 按应用场景选材
| 应用场景 | 推荐护套 | 理由 |
|---|---|---|
| 东北/内蒙古/新疆/青藏高原 户外充电桩 | EVM-1 / EVM-2 | -40°C 弯曲认证，覆盖极端低温 |
| 华北/西北 户外充电桩 | EVM-1 或 EVM-3 | EVM-3 足以覆盖大多数年份冬季 |
| 华东/华中 户外充电桩 | EVM-3 可接受 | 冬季低温通常不低于 -15°C |
| 华南/欧洲南部 | EVM-3 | 无需考虑极端低温 |
| 北欧/加拿大 | EVM-1 / EVM-2 | 必须 -40°C 认证 |
| 室内/地下车库 | 不限 | 不受自然低温影响 |
5.2 设计注意事项
- 材料 Tg 余量：实际配方 Tg 应低于 -40°C，留足安全余量。不能仅以通过标准测试为目标——测试是短期静态的，实际使用涉及动态弯曲和长期老化。
- 护套厚度：更厚的护套在低温冲击测试中提供更好的机械保护，但会牺牲柔韧性——需要在 -40°C 环境下的柔韧性和冲击保护之间权衡。
- 低温与阻燃的平衡：无卤阻燃材料（LSZH，填充 ATH/MDH）因高填充量导致低温柔韧性恶化。极寒地区如果选择无卤路线，需特别注意阻燃剂种类和填充量的低温副作用。
- 冷冲击是整缆测试：即使绝缘和护套分别通过低温测试，若结构设计不当（层间结合力不足、填充物低温脆化），仍可能在冷冲击测试中失败。建议在设计阶段即进行预测试。
- 用户使用说明：即便通过 -40°C 认证，电缆在极寒环境下仍会变硬。在产品说明中提醒用户：避免在 -40°C 下急剧弯折、不要碾压冰冻电缆、避免在极低温下卷绕过紧。
5.3 配方优化方向
| 优化目标 | 技术路径 |
|---|---|
| 降低 Tg | 选择低 Tg 基体树脂（TPU 聚酯型 vs 聚醚型）；添加增塑剂（注意迁移风险） |
| 提高低温伸长率 | 控制交联密度；引入柔性链段；避免过度填充 |
| 提高冷冲击韧性 | 增加护套厚度；添加增韧改性剂（POE、EPDM 等） |
| 平衡阻燃与低温 | 选用耐低温无卤阻燃体系；微胶囊化阻燃剂改善分散性 |
6 用户 FAQ：充电电缆在低温下使用
Q1: IEC 62893-1 认证的充电电缆能在 -40°C 使用吗？
可以。 IEC 62893-1 明确要求绝缘和护套通过 -40°C 的低温弯曲测试（无裂纹）和低温伸长测试（最小伸长率 30%），整缆还要通过 -40°C 冷冲击测试。这些测试直接为 -40°C 使用环境提供了合规背书。
Q2: -40°C 时电缆会变硬吗？正常吗？
会变硬，这是正常现象。 聚合物材料在低温下弹性模量上升是物理规律。通过 -40°C 认证的电缆意味着"虽硬但不脆"——能承受正常弯曲而不开裂。你感受到的僵硬是材料从高弹态向玻璃态过渡的表现，并非产品缺陷。
Q3: EVM-1、EVM-2、EVM-3 哪种护套最适合极寒地区？
EVM-1 和 EVM-2 是最佳选择。 两者的低温弯曲认证温度均为 -40°C。EVM-3 的弯曲认证为 -35°C，在极寒地区（如漠河、哈尔滨极端冬季）可能接近性能边界。
Q4: 低温下行车碾压电缆会损坏吗？
有风险，应避免。 标准中的冷冲击测试模拟的是工具掉落级别的冲击，而不是车辆碾压（数吨压力）。在 -40°C 下，电缆虽然不脆但韧性下降，重物碾压可能导致护套开裂或内部芯线损伤。
Q5: 充电电缆在 -40°C 使用有什么注意事项？
- 避免急剧弯折，尽量以较大半径弯曲；
- 不要碾压或重压冰冻状态下的电缆；
- 充电完成后不要立即强行卷绕——等电缆自然回温或缓慢收纳；
- 如果电缆外护套出现裂纹（即便是表面细纹），应立即停止使用并更换。
7 参考标准
| 标准 | 版本 | 在本标准中的作用 |
|---|---|---|
| IEC 60811-504 | — | 绝缘和护套低温弯曲试验方法 |
| IEC 60811-505 | — | 绝缘和护套低温伸长试验方法 |
| IEC 62893-2 | — (Clause 5.8) | 冷冲击测试方法 |
| IEC 62893-1 | 2017+AMD1:2020 CSV | 本主体标准 — Table 2, Table 3, Clause 8.8.8 |
8 关键事实
| # | 关键事实 | 依据条款 |
|---|---|---|
| 1 | EVM-2 护套化合物必须通过 −40°C 低温弯曲测试，不得出现裂纹 | Clause 8.7 / Table 3 |
| 2 | 冷冲击测试在 −25°C 下进行，所有电缆类型均须通过 | Clause 8.8.8 |
| 3 | 低温伸长测试要求最小伸长率 ≥30%，适用于大截面绝缘和护套 | Table 2 / Table 3 |
| 4 | EVM-1/EVM-2 护套低温弯曲认证 −40°C；EVM-3 护套弯曲认证 −35°C | Table 3 |
| 5 | 所有电缆类型的冷冲击测试温度统一为 −40°C ±2°C（无论护套类型） | Clause 8.8.8 |
9 常见问题
Q1: 充电电缆在 −40°C 能正常使用吗？
符合 IEC 62893-1 的充电电缆可以。标准要求绝缘和护套通过 −40°C 低温弯曲测试（无裂纹）和低温伸长测试（最小伸长率 30%），整缆通过 −40°C 冷冲击测试。这意味着电缆在 −40°C 虽会变硬但不会脆裂。
Q2: 什么是低温弯曲测试？为什么分 ≤12.5mm 和 >12.5mm 两种方法？
低温弯曲测试将电缆样品在指定低温下浸泡后绕规定芯轴弯曲，检查绝缘/护套是否开裂。芯线直径 ≤12.5mm 时直接弯曲（模拟实际使用弯折）；>12.5mm 时因弯曲困难改用低温伸长测试（评估材料延展性是否保持 ≥30%）。
Q3: EVM-1 和 EVM-2 护套有什么区别？
两者在低温性能上相同（弯曲 −40°C，伸长 −40°C），但在机械和热性能上有所不同。EVM-1 通常为 TPU 基材料，Tg 约 −50°C 至 −40°C；EVM-2 也适用极寒环境。对于低温选型，两者均可用于 −40°C 场景，具体选择取决于其他性能需求（如耐磨、耐油、阻燃）。
Q4: 冷冲击测试和低温弯曲测试的区别是什么？
弯曲测试评估材料层面的低温柔韧性（绝缘/护套单独测试）；冷冲击测试评估整缆结构在低温下承受机械冲击的能力（模拟掉落工具、冰块撞击等）。两者互补——材料通过弯曲不意味着整缆结构能通过冲击。
Q5: 如何为极寒地区（如漠河、西伯利亚）选择充电电缆？
选择 EVM-1 或 EVM-2 护套（弯曲认证 −40°C）。确保电缆通过 −40°C 冷冲击测试。在配方设计上，基体树脂 Tg 应低于 −40°C，留足安全余量。极少数低于 −50°C 的极端地区（如 Oymyakon −67.7°C）超出标准覆盖范围，需按项目定制。
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11 参考文献
| 标准 | 版本 | 相关内容 |
|---|---|---|
| IEC 62893-1 | 2017+AMD1:2020 CSV (Ed 1.1) | Table 2 绝缘要求, Table 3 护套要求, Clause 8.8.8 冷冲击测试 |
| IEC 62893-2 | 2017 | Clause 5.8 冷冲击测试方法 |
| IEC 60811-504 | — | 绝缘和护套低温弯曲试验方法 |
| IEC 60811-505 | — | 绝缘和护套低温伸长试验方法 |