高低压电池融合方案怎么设计？高压动力电池与低压辅助电池系统架构指南

高低压电池融合方案怎么设计？高压动力电池与低压辅助电池系统架构指南

随着AGV、AMR、机器人、工程机械、无人车、无人船以及特种移动装备功率不断提高，单一电压平台已经无法覆盖整机所有用电需求。

大型动力设备可能采用：

320V

400V

540V

600V

800V

等高压动力电池平台。

而整机的控制器、传感器、通信设备、执行器和辅助设备，又可能采用：

12V

24V

48V

等低压电源。

因此，在同一台设备中同时存在：

高压动力系统

和：

低压辅助系统

已经成为一种常见的系统架构。

例如一台400V动力AGV，可以采用：

400V高压锂电池 → 电机控制器 → 驱动电机

同时通过：

400V → 48V DC/DC

为：

工控机、激光雷达、传感器、通信设备

提供低压电源。

如果进一步配置一套独立的：

48V辅助电池

还可以在高压动力电池关闭或者故障时，为低压控制系统提供备用电源。

这类系统可以称为：

高低压电池融合方案。

需要特别注意：

高低压融合不是简单地把两块不同电压的电池连接在一起，而是通过DC/DC、电源管理、BMS、接触器和控制策略，让两个电压域安全协同工作。

一、什么是高低压电池融合方案？

高低压电池融合方案，是指在同一设备中同时设置：

高压动力电源

与：

低压辅助电源

并通过电能转换和控制系统实现协同工作的电池系统架构。

一个典型系统可以理解为：

高压锂电池PACK

↓

高压配电

↓

电机控制器

↓

驱动电机

同时：

高压PACK

↓

高压DC/DC

↓

低压母线

↓

控制器/传感器/通信设备

如果设备还要求：

不间断控制供电

则可以增加：

低压辅助电池

接入低压母线。

形成：

高压主电池 + DC/DC + 低压辅助电池 + 低压负载

的融合结构。

这种架构可以根据设备需求实现：

动力供电

辅助供电

低压备用

以及：

故障状态下的控制系统保活。

二、为什么需要高低压电池融合？

核心原因是：

不同负载对电压的要求不同。

例如一台大型移动机器人：

驱动系统需要：

400V

而：

控制系统需要：

24V

传感器需要：

12V

部分执行器需要：

48V。

如果所有设备都直接采用400V，就需要为每一个低压设备设计独立的降压模块，而且部分电子设备并不适合直接接入高压母线。

如果全部采用24V，又会导致大功率驱动系统出现非常大的工作电流。

电功率关系：

P = U × I

例如动力系统需要：

100kW

采用400V：

100000 ÷ 400 = 250A

如果采用48V：

100000 ÷ 48 ≈ 2083A

因此：

高压负责大功率动力

低压负责控制和辅助

可以形成更加清晰的整机电气架构。

三、高低压电池融合与普通DC/DC降压有什么区别？

这是一个很容易混淆的问题。

单纯的：

400V → 48V DC/DC

属于高低压电源转换。

而完整的：

高低压电池融合方案

则可能同时包含：

高压电池

低压电池

DC/DC

BMS

接触器

熔断保护

能量管理系统

以及：

故障隔离。

两者区别可以理解为：

因此：

高低压融合的核心是系统级能量管理，而不是单纯增加一个DC/DC。

四、高低压电池融合方案有哪些典型架构？

根据设备需求，可以设计多种架构。

方案一：高压电池直接通过DC/DC供低压系统

结构：

高压PACK

↓

DC/DC

↓

48V/24V低压母线

↓

低压负载

这种方案结构相对简单。

适合：

辅助功率较小

且：

不要求独立低压备用电源

的设备。

方案二：高压PACK + 低压辅助电池

结构：

高压PACK

↓

DC/DC

↓

低压母线

↑

48V辅助电池

↓

低压负载

这种方案可以让低压电池承担：

备用供电

以及：

启动供电

等功能。

方案三：高压动力电池 + 双向DC/DC + 低压电池

结构更加复杂：

高压PACK

↓

双向DC/DC

↓

低压电池

↓

低压母线

这样可以实现：

高压向低压充电

以及：

低压向高压侧能量回馈

具体是否需要双向能量流，要根据整机电气架构确定。

五、高压动力电池通常负责什么？

高压电池主要用于：

大功率负载。

典型包括：

驱动电机

液压泵

大功率执行器

推进电机

以及：

高功率工业设备。

例如：

400V 200Ah

理论标称能量：

400 × 200 ÷ 1000 = 80kWh

这类高压PACK可以作为大型AGV、工程机械、无人船或高功率机器人主动力电源。

高压电池的主要优势在于：

相同功率下工作电流较低。

因此可以减小：

动力线束

母排

以及部分：

高电流连接器

的载流压力。

六、低压辅助电池主要负责什么？

低压电池主要承担：

控制系统

通信系统

传感器

安全系统

以及：

辅助设备

的供电。

例如：

24V

系统可以用于：

PLC

继电器

传感器

阀门

以及：

执行器。

48V

系统则可以用于：

工业控制设备

机器人辅助系统

通信设备

以及：

部分辅助电机。

如果设备要求高可靠性，低压电池还可以承担：

高压系统关闭期间的控制电源。

这就是高低压融合方案的重要价值之一。

七、为什么高低压系统需要独立BMS？

如果系统配置两套独立电池：

高压动力PACK

和：

低压辅助PACK

通常需要分别进行电池状态管理。

高压BMS主要监控：

高压单体电压

总电压

电流

温度

SOC

SOH

以及：

高压故障。

低压BMS则负责：

低压电池单体

总电压

电流

温度

SOC

以及：

低压保护。

两个BMS可以通过：

CAN

或者：

CAN FD

与整机控制器通信。

主控系统可以同时获取：

HV SOC

和：

LV SOC。

然后根据工况决定：

高压是否允许启动

低压是否允许供电

DC/DC是否工作

以及：

哪个电池进入充电状态。

八、高低压电池之间为什么需要DC/DC？

高压电池和低压电池的电压不同，不能直接连接。

例如：

400V电池

不能直接给：

48V电池

充电。

中间需要进行：

电压转换。

因此可以采用：

400V → 48V DC/DC

实现高压向低压供电。

如果低压电池需要由高压电池充电，还需要根据充电策略控制：

充电电压

充电电流

以及：

电池SOC。

对于需要双向能量流的系统，可以采用：

双向DC/DC。

这样可以实现：

HV → LV

和在满足系统条件时：

LV → HV

的能量传输。

九、高低压融合方案为什么需要隔离型DC/DC？

是否采用隔离型DC/DC，需要根据整机电气架构、安全要求、接地方式和系统绝缘设计确定。

隔离型DC/DC可以在高压侧和低压侧之间建立：

电气隔离。

这对于：

高压安全

低压设备保护

以及：

不同电气域的故障隔离

具有重要意义。

例如：

400V高压动力系统

通过隔离型DC/DC向：

24V控制母线

供电。

这样可以避免高压系统直接进入低压控制回路。

但并不是所有系统都必须采用隔离型DC/DC，具体要根据：

系统接地方案

绝缘架构

安全需求

以及：

产品标准

进行确定。

十、高低压电池融合如何实现高压断电后低压系统继续工作？

这是高低压融合非常典型的应用。

例如设备正常运行时：

400V高压PACK

负责驱动电机。

同时：

400V → 24V DC/DC

给控制系统供电。

当出现：

高压故障

或者：

高压系统主动断电

时，DC/DC随之停止。

如果低压系统没有独立电池：

控制器

通信设备

传感器

也可能同时掉电。

如果增加：

24V辅助电池

则可以形成：

高压电源关闭

↓

低压电池立即接管

↓

控制系统继续运行

↓

完成故障处理/数据保存/安全停车

这种方式特别适合：

AGV

AMR

机器人

以及：

需要安全停机的工业装备。

十一、高低压融合与双电池不间断供电有什么关系？

两者可以结合。

例如：

高压动力电池

负责：

电机驱动。

同时：

低压辅助电池

负责：

控制系统不间断供电。

这种情况下，即使高压动力系统停止：

低压控制系统仍然可以保持工作。

但是需要注意：

低压不断电

并不意味着：

机器人动力不断电。

例如400V动力PACK发生故障后，24V控制电池仍然工作，机器人电机并不会继续运行。

此时低压电源的作用主要是：

控制

通信

报警

数据保存

以及：

安全停车。

因此企业在定义“不间断供电”时，需要明确：

是动力不中断

还是：

控制系统不中断。

十二、高低压电池融合方案如何进行能量管理？

完整系统通常需要一个：

能源管理逻辑。

例如：

正常运行

高压PACK → 电机

高压PACK → DC/DC → 低压负载

高压PACK低SOC

系统可以：

限制高功率输出

同时维持：

低压辅助系统供电。

高压PACK故障

系统：

切断高压输出

但：

低压辅助电池继续供电。

设备充电

充电设备可以：

给高压PACK充电

同时通过：

DC/DC

或者：

独立充电器

对低压电池进行充电。

因此高低压融合系统实际上涉及：

电池管理 + 电源管理 + 整机控制

三个层级。

十三、高低压电池融合需要考虑功率匹配吗？

需要。

这是DC/DC和低压电池选型的重要参数。

例如低压系统需要：

48V 100A

最大功率约：

4.8kW。

如果DC/DC长期输出：

48V 100A

就需要根据：

额定功率

峰值功率

转换效率

进行选型。

如果低压系统峰值需要：

10kW

而DC/DC只有：

5kW

则不能仅靠DC/DC直接满足负载需求。

此时可以：

增加低压辅助电池

在峰值时与DC/DC共同供电。

这种结构就形成：

DC/DC负责平均功率

低压电池负责峰值功率

的混合供电模式。

十四、高低压融合方案如何设计低压电池容量？

可以根据低压负载功率和备用时间估算。

基本公式：

E = P × t

例如低压系统平均功率：

1kW

需要在高压系统关闭后保持：

30分钟

理论能量需求：

1 × 0.5 = 0.5kWh

如果采用：

48V电池

理论容量：

500Wh ÷ 48V ≈ 10.4Ah

实际还需要考虑：

SOC使用窗口

DC/DC效率

低温

电池老化

以及：

备用余量。

因此可以进一步选择：

48V 20Ah

或更高容量。

具体容量需要根据设备真实负载曲线计算。

十五、高低压融合方案需要考虑热管理吗？

需要。

高压动力电池通常承担：

较大功率

低压辅助电池则可能承担：

较小功率。

两套电池的热负荷不同，因此不一定需要采用完全相同的热管理方案。

例如：

400V 200Ah动力PACK

长期承担：

100kW

动力输出。

可能需要：

液冷

或者其他主动热管理。

而：

48V 20Ah辅助PACK

仅承担：

几百瓦到几千瓦

辅助负载，可能采用：

自然散热

即可。

因此高低压融合方案中的热管理应该：

分别核算

而不是统一设计成同一种冷却方式。

十六、高低压电池融合方案需要哪些安全保护？

完整系统通常需要分层保护。

高压侧

重点包括：

熔断器

主正接触器

主负接触器

预充

HVIL

绝缘监测

以及：

高压连接器。

低压侧

重点包括：

保险丝

电子保险

过流保护

过压保护

欠压保护

以及：

反接保护。

DC/DC侧

需要关注：

输入过压

输出过压

过流

过温

以及：

短路保护。

这样即使高压侧出现异常，也可以尽量避免故障向：

低压控制系统

传递。

十七、哪些设备适合采用高低压电池融合方案？

高低压融合尤其适合：

动力功率较大，同时存在大量低压电子负载

的设备。

例如：

AGV/AMR

高压系统：

驱动电机

低压系统：

工控机、激光雷达、传感器、通信。

移动机器人

高压系统：

驱动执行器

低压系统：

主控、摄像头、导航模块。

工程机械

高压系统：

动力电机、液压系统

低压系统：

控制器、仪表、执行器。

无人车

高压系统：

动力驱动

低压系统：

计算平台、通信和感知系统。

无人船

高压系统：

推进

低压系统：

导航、通信和传感器。

因此高低压融合主要适用于：

动力与控制系统电压差异明显

的设备。

十八、高低压电池融合方案采购需要提供哪些参数？

企业开发高低压电池系统时，建议向厂家提供：

其中最重要的参数是：

高压功率 + 低压功率 + DC/DC功率 + 低压备用时间。

只有这几个参数明确后，才能合理确定：

高压PACK

低压PACK

以及：

DC/DC

的规格。

十九、高低压电池融合方案常见设计误区有哪些？

误区一：高压电池直接降到低压就可以

实际上还需要考虑：

隔离

保护

EMC

接地

以及：

故障传递。

误区二：低压电池越大越好

低压电池容量越大，也会增加：

重量

体积

以及：

成本。

应该根据备用时间确定容量。

误区三：只看DC/DC额定功率

还需要看：

峰值功率

短时过载能力

转换效率

以及：

热管理。

误区四：高压故障后直接全部断电

如果设备存在：

安全停车

故障报警

数据保存

等需求，可以考虑保留低压控制电源。

误区五：两套电池共用一个BMS

独立PACK通常需要分别监控，再由系统级控制器进行协调。

二十、浩博电池可以定制高低压电池融合方案吗？

高低压电池融合属于系统级动力电源设计，需要同时考虑：

高压PACK

低压PACK

DC/DC

BMS

高低压配电

以及：

整机控制策略。

浩博电池可围绕：

AGV/AMR

机器人

工程机械

无人车

无人船

以及：

工业移动装备

进行高低压电池系统方案设计。

例如可以采用：

400V/800V高压动力PACK

负责：

电机和高功率负载

同时通过：

400V/800V → 24V/48V DC/DC

为：

控制器、通信、传感器和辅助设备

供电。

如果项目需要高压故障后的控制系统保活，还可以增加：

24V/48V低压辅助电池

形成：

高压动力 + DC/DC + 低压辅助电池

的融合架构。

根据项目需求，还可以配置：

高压BMS

低压BMS

CAN/CAN FD

RS485

高压接触器

预充

熔断保护

HVIL

以及：

绝缘监测。

东莞市浩博光电科技有限公司可根据设备的：

高压电压、低压电压、功率、容量、备用时间、安装空间、通信协议和工作环境

进行定制化PACK及系统方案设计。

涉及工业动力电池的标准和安全要求时，需要根据最终应用类别确定适用标准。例如IEC 62619:2022针对工业应用二次锂电池提出安全要求和测试，适用示例包括AGV、铁路车辆和海洋车辆，但有专用标准的特殊应用需要优先执行相应专用标准。

FAQ：高低压电池融合方案常见问题

1. 什么是高低压电池融合方案？

就是在同一设备中同时配置高压动力电池和低压辅助电池或低压电源系统，通过DC/DC、电源管理和BMS实现两个电压域协同工作。

2. 高低压电池可以直接连接吗？

不能。不同电压等级的电池不能直接连接，需要根据系统架构采用DC/DC、电源隔离和相应保护方案。

3. 高压电池为什么还需要低压电池？

低压电池可以为控制器、通信、传感器和安全系统提供独立电源，并可在高压系统关闭后继续维持部分低压功能。

4. 高低压电池必须使用两个BMS吗？

如果是两套独立PACK，通常分别配置BMS，再通过CAN等通信方式与整机控制系统协调。

5. 400V电池可以给48V电池充电吗？

可以通过匹配的DC/DC转换器实现，但不能直接连接。具体采用单向还是双向DC/DC，需要根据系统能量流进行设计。

6. 高低压系统需要隔离型DC/DC吗？

是否需要隔离取决于系统接地方式、绝缘架构、安全要求和产品标准，不能对所有设备一概而论。

7. 高压电池断电后低压系统还能工作吗？

可以通过独立低压辅助电池设计实现。高压故障后，低压电池可以继续为控制、通信和安全系统供电。

8. 高低压电池融合可以用于机器人吗？

可以。大型机器人可以使用高压电池驱动电机，同时使用24V或48V系统为控制器、传感器和通信设备供电。

9. 高低压电池融合需要液冷吗？

不一定。是否液冷取决于高压PACK和低压PACK的功率、倍率、温度和热负荷。

10. 高低压电池融合可以定制吗？

可以。高压电压、低压电压、容量、DC/DC功率、BMS、通信、备用时间、结构尺寸和热管理方案都可以根据具体设备进行定制。

总结

高低压电池融合方案的核心，是让高压动力系统和低压辅助系统各自承担适合自己的负载，并通过DC/DC、电源管理和BMS实现安全协同。

典型架构可以理解为：

高压锂电池

↓

高压配电

↓

电机/高功率负载

同时：

高压锂电池

↓

DC/DC

↓

24V/48V低压母线

↓

控制器/传感器/通信系统。

对于要求高可靠性的设备，还可以增加：

24V/48V低压辅助电池

形成：

高压动力电池 + DC/DC + 低压辅助电池

的融合方案。

这种架构特别适合：

AGV/AMR

机器人

工程机械

无人车

无人船

以及：

其他高功率工业移动设备。

高低压融合设计时，需要重点确定：

高压电压 + 高压功率 + 高压容量 + 低压电压 + 低压负载 + DC/DC功率 + 低压备用时间。

同时还需要考虑：

高压BMS + 低压BMS + 接触器 + 预充 + 熔断保护 + 隔离 + 通信 + 热管理。

其中尤其需要明确：

高压动力不中断

和：

低压控制系统不中断

并不是同一个概念。

例如高压动力PACK出现故障以后，24V辅助电池可以继续维持：

控制器

通信

报警

以及：

安全停车

功能，但并不代表电机仍然能够继续输出动力。

因此，一个成熟的高低压电池融合方案，应该从整机电气架构开始设计，而不是在动力电池完成之后再增加一个低压电源。

浩博电池可围绕AGV/AMR、机器人、工程机械、无人车、无人船及工业移动设备进行高低压电池融合方案设计。东莞市浩博光电科技有限公司可根据具体项目对高压PACK、低压PACK、DC/DC、BMS、配电、保护和通信进行系统匹配。

企业进行高低压电池定制时，建议首先提供：

高压平台 + 低压平台 + 持续/峰值功率 + DC/DC功率 + 备用时间 + 安装空间 + 工作环境

再确定具体的：

电芯体系、串并联结构、BMS、DC/DC架构和PACK方案。

最终电压平台、隔离方式、保护策略、测试项目和适用标准，应以具体设备工况、项目技术要求及整机验证结果为准。