高低压电池融合方案怎么设计？高压动力与低压供电一体化PACK架构指南

高低压电池融合方案怎么设计？高压动力与低压供电一体化PACK架构指南

随着AGV、AMR、机器人、工程机械、无人车、无人船以及工业移动设备的功率不断提高，单一电压平台已经越来越难以满足整机全部用电需求。

很多设备内部实际上同时存在两套甚至多套电压等级。

例如：

400V高压动力系统

负责：

驱动电机、液压系统和大功率执行机构。

同时设备还需要：

24V低压系统

为：

控制器、传感器、继电器、照明、通信和辅助设备

供电。

因此，越来越多的工业设备开始采用：

高压动力电池 + DC/DC + 低压用电系统

的高低压融合架构。

所谓“高低压电池融合方案”，并不一定意味着一定要安装两块完全独立的电池。

实际工程中可以采用：

单高压PACK + DC/DC降压

也可以采用：

高压PACK + 独立低压辅助电池

还可以采用：

双PACK + 高低压协同控制

等不同架构。

真正成熟的高低压电池融合方案，核心是解决：

高压动力供电 + 低压辅助供电 + 电源切换 + BMS管理 + 故障隔离 + 通信协同

问题。

本文从锂电池PACK设计和整机电气架构角度，对高低压电池融合方案进行系统分析。

一、什么是高低压电池融合方案？

高低压电池融合方案，是指在同一台设备中建立：

高压动力电源系统

和：

低压辅助电源系统

并通过：

DC/DC、电源管理模块、双电池PACK或其他电源架构

实现统一供电和协同控制。

一个典型结构可以理解为：

高压锂电池PACK

↓

高压配电

↓

电机控制器

↓

驱动电机

同时：

高压锂电池PACK

↓

高压DC/DC

↓

低压母线

↓

24V/12V控制系统

这样就可以用一套高压主电池，同时支持：

动力系统

和：

低压电子系统。

另一种方案则是：

高压PACK

负责动力；

低压PACK

负责辅助设备。

两个电压域独立运行，再通过：

BMS + VCU/主控

进行统一管理。

二、为什么机器人和AGV需要高低压融合？

现代机器人内部往往不是只有电机。

例如一台AMR可能同时包含：

驱动电机

升降机构

激光雷达

摄像头

工控机

无线通信

导航模块

安全传感器

以及：

电磁制动器。

这些负载的电压要求可能完全不同。

动力系统可能需要：

48V、72V、96V、144V甚至400V。

而控制和电子系统可能采用：

24V

12V

或者：

5V。

如果全部采用低压供电，高功率动力系统的工作电流会迅速增加。

例如：

40kW动力系统

采用400V：

40000 ÷ 400 = 100A

采用48V：

40000 ÷ 48 ≈ 833A

因此高压动力系统负责：

大功率

低压系统负责：

控制和电子设备

是一种更加合理的系统架构。

三、高低压电池融合方案有哪些典型架构？

目前常见的思路主要有三种。

方案一：高压PACK + DC/DC

结构：

高压电池

↓

高压母线

↓

DC/DC

↓

24V/12V低压母线

优点是：

电池数量少

系统集成度高

重量较低

适用于：

大型AGV

AMR

机器人

以及：

工程机械。

方案二：高压PACK + 独立低压电池

结构：

高压PACK → 动力系统

以及：

低压PACK → 控制系统

两个电池系统相对独立。

优点是：

故障隔离能力较强

低压系统可以保持独立供电

特别适合：

不能因为主动力电池故障就完全失去控制能力

的设备。

方案三：高低压双PACK融合

例如：

400V动力PACK

24V辅助PACK

再通过：

BMS + VCU + DC/DC

统一管理。

这种方案系统复杂度更高，但可以根据不同设备需求实现更加灵活的能源管理。

四、高低压融合和单纯双电池并联有什么区别？

两者经常被混淆。

双电池并联

例如：

48V 100Ah + 48V 100Ah

最终：

48V 200Ah。

核心目的是：

增加容量和电流能力。

高低压融合

例如：

400V动力电池

通过DC/DC输出：

24V辅助电源。

这里：

400V和24V并不是并联。

而是两个不同电压域。

因此：

高低压融合 ≠ 高低压电池直接并联。

高压和低压系统之间通常需要通过：

DC/DC

或者：

专用电源转换器

进行能量转换。

五、高低压电池融合为什么需要DC/DC？

这是整个系统的核心部件之一。

假设高压PACK：

400V

而低压系统需要：

24V。

两者不能直接连接。

需要通过：

400V → 24V DC/DC

完成降压。

如果设备需要：

12V

则可以采用：

400V → 12V DC/DC

或者：

400V → 24V → 12V

等架构。

DC/DC不仅完成：

降压

还可以实现：

稳压

限流

输入输出隔离

以及：

低压母线管理。

因此高低压电池融合方案中，DC/DC需要根据：

输入电压范围

输出电压

持续功率

峰值功率

以及：

隔离要求

进行选型。

六、高低压系统可以共用一套BMS吗？

需要区分。

如果只有：

一个高压PACK

然后通过DC/DC生成低压电源，那么电池本体可以由：

一套PACK BMS

管理。

但如果系统中存在：

高压动力PACK

以及：

独立低压PACK

则通常需要分别进行电池管理。

例如：

HV BMS

负责：

高压PACK。

LV BMS

负责：

低压PACK。

再由：

VCU/主控

进行系统级协调。

这种架构可以让高压和低压电池保持：

独立监测

和：

独立保护。

七、高低压融合方案中的BMS如何协同？

如果设备采用：

高压PACK + 低压PACK

双电池架构，两个BMS之间通常需要进行信息交换。

例如：

高压BMS提供：

HV SOC

HV SOH

HV电压

HV电流

最高温度

故障状态。

低压BMS则提供：

LV SOC

LV电压

LV电流

低压电池温度

以及：

低压故障。

主控系统可以根据这些信息决定：

高压系统是否启动

低压系统是否保持供电

什么时候进行充电

什么时候切断故障电池

以及：

什么时候启动备用电源。

因此高低压融合系统的重点并不是：

两个BMS能不能通信。

而是：

两个电池系统能不能协同完成整机能源管理。

八、高低压电池融合方案如何实现低压系统不断电？

这是很多机器人项目采用高低压融合的重要原因。

例如：

400V动力PACK

正在驱动机器人。

此时如果高压系统因为：

低SOC

或者：

高压故障

直接关闭，低压控制系统也可能同时失去电源。

因此一种常见方案是：

独立24V辅助电池

始终给：

控制器

工控机

通信设备

以及：

安全模块

供电。

即使：

400V动力电池退出

24V系统仍然能够保持：

控制

报警

以及：

故障处理。

这样可以提高系统的：

故障可控性。

九、高低压融合方案能不能结合双电池不间断供电？

可以。

这也是比较完整的一种系统架构。

例如：

高压PACK A

负责动力；

高压PACK B

作为备用动力源。

同时：

低压辅助电池

负责：

控制系统

和：

安全系统。

这样可以形成：

动力冗余 + 控制供电冗余

的组合架构。

典型结构：

HV PACK A

↓

高压配电

↓

动力母线

同时：

HV PACK B

↓

高压配电

↓

动力母线

另外：

LV PACK

↓

24V母线

↓

主控/安全系统。

如果A动力PACK出现故障：

B接管动力。

即使动力系统异常：

LV辅助电池仍保持低压控制。

这种架构特别适合：

高可靠机器人

特种移动设备

无人车

以及：

连续运行工业设备。

十、高低压电池融合需要设计预充吗？

如果系统包含：

400V

600V

800V

等高压动力PACK，通常需要根据高压母线和负载结构考虑预充。

例如：

高压PACK

↓

预充回路

↓

逆变器输入电容

↓

主接触器。

系统启动时先通过：

预充电阻

限制瞬间电流。

待母线电压达到规定范围以后：

主接触器闭合。

如果采用双高压PACK，还需要分别考虑：

PACK A预充

和：

PACK B预充。

不能简单地让两个高压PACK直接同时硬接入母线。

十一、高低压系统如何实现故障隔离？

这是高低压融合设计中的重点。

例如：

400V动力系统发生绝缘故障。

如果低压系统与高压系统没有合理隔离，可能影响：

24V控制回路

甚至造成：

主控掉电。

因此高低压系统需要明确：

电气边界

和：

故障边界。

常见措施包括：

DC/DC隔离

支路熔断

接触器

高压互锁HVIL

绝缘监测

以及：

低压支路独立保护。

这样可以尽可能实现：

高压故障不直接拖垮低压控制系统。

十二、高低压电池融合方案需要关注绝缘吗？

需要。

特别是：

高压PACK + 低压系统

的架构。

需要确认：

高压回路与壳体之间

以及：

高压系统与低压电路之间

的绝缘关系。

如果采用隔离型DC/DC，可以在架构上实现：

高压侧

和：

低压侧

更明确的电气隔离。

如果采用非隔离型DC/DC，则需要结合：

接地方式

绝缘设计

电气安全要求

进行分析。

因此不能简单认为：

低压24V

就完全不需要进行系统绝缘设计。

尤其是高低压共箱PACK，更需要明确：

高压区域

和：

低压区域

的结构边界。

十三、高低压融合方案中的热管理怎么设计？

高压PACK和低压电池的热负荷可能完全不同。

例如：

400V 200Ah动力PACK

可能承担：

几十千瓦持续功率。

而：

24V 20Ah辅助PACK

主要负责：

控制系统

和：

传感器。

两个电池系统产生的热量差异很大。

因此可以采用：

高压动力PACK液冷

而：

低压辅助PACK自然散热。

也可以将：

高低压PACK

布置在不同区域。

如果采用：

高低压一体化电池箱体

则需要重点考虑：

热源隔离

电芯温差

DC/DC散热

以及：

BMS工作温度。

十四、高低压电池融合适合哪些设备？

这种方案比较适合内部存在：

动力系统 + 大量低压电子设备

的设备。

典型应用包括：

AGV/AMR

例如：

400V动力电池

负责驱动；

24V系统

负责：

工控机、雷达、传感器和通信。

人形机器人

可以采用较高电压动力母线，再通过DC/DC为：

控制器和执行器

提供不同电压。

特种机器人

例如：

履带机器人

巡检机器人

消防机器人

需要同时支持：

动力

和：

通信/控制。

工程机械

高压动力系统负责：

电机或电液系统。

低压系统负责：

仪表

照明

控制

以及：

辅助电气。

无人船

高压系统负责：

推进。

低压系统负责：

导航

通信

监测

以及：

控制。

十五、高低压电池融合方案有哪些优点？

合理的高低压融合架构主要有几个价值。

降低高功率系统电流

高压负责动力，可以减少：

大电流线束

以及：

高电流连接器

压力。

保持低压设备兼容性

24V、12V等成熟工业器件仍然可以继续使用。

提高系统安全性

高压动力和低压控制可以进行：

电气隔离

和：

故障隔离。

提高扩展能力

后续增加：

传感器

计算单元

通信设备

时，不需要修改整个动力系统。

支持冗余设计

高压动力和低压辅助可以采用不同电池或不同供电路径。

十六、高低压电池融合方案有哪些缺点？

高低压融合并不是只有优点。

系统复杂度也会提高。

需要增加：

DC/DC

高压配电

接触器

熔断器

BMS通信

以及：

故障诊断。

如果采用独立低压PACK，还会增加：

电池数量

重量

体积

以及：

维护工作量。

因此是否采用双电池，不应该只看“更安全”。

需要根据：

整机功率

低压负载

可靠性要求

以及：

成本限制

综合判断。

对于低功率机器人，如果只有少量24V辅助负载，采用：

单高压PACK + DC/DC

通常就可以满足需求。

十七、高低压电池融合方案如何选择？

可以按照以下逻辑进行。

第一种：设备功率较低

例如动力系统只有：

几千瓦

可以考虑：

48V/72V动力PACK

再通过DC/DC提供：

24V/12V。

第二种：设备功率较高

例如：

20kW～100kW

可以评估：

144V

192V

320V

400V

等高压平台。

低压控制系统继续使用：

24V

或者：

12V。

第三种：高可靠设备

如果要求：

动力故障后控制系统仍保持供电

则可以加入：

独立低压辅助电池。

第四种：需要持续运行和在线维护

可以进一步采用：

双高压PACK + 独立低压电池

或者：

双PACK + 高低压融合

架构。

最终方案取决于：

功率 + 安全 + 冗余 + 重量 + 成本。

十八、高低压电池融合方案采购需要提供哪些参数？

企业向电池厂家提交需求时，建议准备：

其中最关键的是：

高压动力功率 + 低压辅助功率 + 是否需要低压独立备电。

这三个参数基本决定了高低压融合架构。

十九、浩博电池可以定制高低压电池融合方案吗？

高低压电池融合方案属于系统级动力电池应用。

浩博电池可围绕：

AGV/AMR

机器人

工程机械

无人车

无人船

以及：

工业移动设备

进行高低压锂电池PACK方案设计。

根据设备实际需求，可以采用：

高压PACK + DC/DC

或者：

高压PACK + 独立低压PACK

以及：

双PACK + 高低压协同管理

等架构。

高压部分可以根据功率需求评估：

144V

192V

320V

400V

540V

600V

800V

等动力平台。

低压系统则可以配置：

12V

24V

48V

等辅助电源。

在系统设计方面，可以根据项目配置：

BMS

CAN/CAN FD

RS485

高压配电

接触器

预充

熔断器

HVIL

绝缘监测

以及：

DC/DC电源转换系统。

东莞市浩博光电科技有限公司可根据设备的：

高压动力功率、低压辅助负载、续航、安装空间、重量、通信以及环境条件

进行高低压融合PACK方案设计。

如果项目要求：

动力系统故障后低压控制系统仍保持供电

，还可以进一步设计：

独立低压辅助电池

和：

双路供电方案。

最终采用单高压PACK、双PACK还是高低压双电池架构，需要根据设备实际工况、可靠性要求、成本和整机电气架构进行确定。

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建立高压动力电源和低压辅助电源，通过DC/DC、独立低压电池或其他电源管理方式实现统一供电。

2. 高低压电池可以直接并联吗？

不能。高压和低压属于不同电压域，通常需要通过DC/DC或其他专用电源转换架构连接。

3. 为什么机器人需要高低压融合？

机器人既需要大功率电机，又需要大量24V、12V等低压电子设备，因此高压负责动力、低压负责控制是一种常见系统思路。

4. 高低压融合是不是一定需要两块电池？

不一定。可以采用一块高压PACK通过DC/DC提供低压电源，也可以增加独立低压辅助电池。

5. 高压PACK可以直接给24V设备供电吗？

不能直接连接，通常需要采用符合系统要求的DC/DC进行降压和电源管理。

6. 高低压系统可以共用一个BMS吗？

如果只有一个高压PACK并通过DC/DC提供低压，电池本体可以由一套BMS管理；如果存在独立高低压两个PACK，则通常分别进行电池管理。

7. 高低压融合需要预充吗？

如果存在高压母线、逆变器和大容量输入电容，通常需要根据系统结构设计预充回路。

8. 高压故障会不会导致24V系统同时断电？

取决于系统架构。采用独立低压辅助电池或合理隔离的DC/DC架构，可以降低高压故障对低压控制系统的影响。

9. 高低压融合方案适合AGV吗？

适合。AGV可以使用高压动力系统驱动电机，再通过DC/DC为控制器、传感器、通信和其他24V设备提供电源。

10. 高低压电池融合方案可以定制吗？

可以。高压平台、低压平台、容量、功率、DC/DC、BMS、通信、双电池、预充、HVIL和结构均可以根据设备需求进行定制。

总结

高低压电池融合方案的核心，是让高压动力系统与低压电子系统各自工作在适合的电压范围内，同时通过电源转换、BMS和整机控制系统实现协同。

典型架构包括：

高压PACK + DC/DC + 低压母线

以及：

高压PACK + 独立低压PACK

和：

双PACK + 高低压协同控制。

其中：

高压系统

主要负责：

驱动电机、大功率执行机构和高功率负载。

低压系统

主要负责：

主控、工控机、传感器、通信、照明、安全设备和其他辅助负载。

高低压融合的重要价值，在于：

降低高功率系统电流

同时：

保留成熟的12V/24V低压设备体系。

例如：

40kW动力系统

使用400V：

100A

而使用48V：

约833A。

这也是大型AGV、机器人、工程机械和无人设备逐步采用高压平台的重要原因之一。

但高压系统增加以后，也需要同步增加：

预充

接触器

熔断保护

HVIL

绝缘监测

以及：

高压连接器

等安全设计。

如果设备要求：

动力系统故障后控制系统仍然工作

则可以进一步配置：

独立低压辅助电池

形成：

动力供电 + 控制备电

的双电源结构。

因此，企业采购高低压电池融合系统时，不建议只提出：

“我要一套400V电池，再带一个24V输出。”

更应该明确：

高压动力功率 + 高压容量 + 低压辅助功率 + DC/DC输入输出范围 + 是否需要独立低压电池 + 切换要求 + BMS通信 + 安全保护。

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融合锂电池PACK方案设计。东莞市浩博光电科技有限公司可根据具体设备的高压动力需求、低压辅助负载、BMS、DC/DC、高压配电、通信、结构和环境条件进行定制开发。

最终采用单PACK、双PACK、高压加低压独立电池，还是其他高低压融合架构，应根据整机功率、可靠性、安全要求、空间和实际测试验证结果确定。