隨著應用場景對移動機器人使用頻率和數量的要求越來越高，充電系統已經成為應用企業選用移動機器人時的一個重要考量因素，如何更好的實現移動機器人電量、充電時機、電池維護等的準確控制，是目前眾多移動機器人及相關技術企業爭相探索的方向。

近年來，隨著消費需求日趨個性化、用工短缺/勞動力成本上升、新一代資訊科技不斷成熟等多重因素的推動，智慧物流、智慧製造成為企業降本增效提質的重要手段，帶動移動機器人市場需求的持續走高。

作為一種集光、電、機、計算機為一體的自動化裝置，融合了多種先進控制理論及電子資訊等先進技術，具有智慧化、柔性化、數字化、網路化和資訊化等眾多特點，可滿足現代化生產對物流系統提出的柔性化，自動化及高效率等要求。

作為移動機器人的重要組成部分和動力來源，電池及管理系統在產品設計之初就要首先考慮其尺寸、容量、重量等，這不僅關乎移動機器人的工業設計，更直接影響到其投資費用、作業效率、車形結構、適用性、可靠性、安全性等。同時，隨著應用場景對移動機器人使用頻率和數量的要求越來越高，如何合理地設計好充電系統開始受到越來越多移動機器人企業的關注。

充電技術的功能特點

MiR自主移動機器人中國區技術經理劉志豪指出，充電是一個系統性工程，通常有幾部分組成：一是硬體方面，包括充電站（或充電樁）、電池；二是軟體方面，包括充電管理、電池管理、充電站（或充電樁）管理等；三是從安全法規角度，主要是指充電系統設計的安全性。

在充電方式方面，常見的充電方式有自動充電、手動充電、換電池充電 、非接觸式的無線充電四種。

1.自動充電

當移動機器人需要補充電力時，會自動報告並請求充電，由地面控制中心指揮，駛向指定充電區或臺位，車載充電聯結器與地面充電系統自動連線並實施充電。充電完成後移動機器人自動脫離充電系統，駛向工作區或待命區投入正常執行。其特點是個充電過程全部實現自動化、智慧化，無需專人看管。

移動機器人自動充電

這種充電方式主要適用於工作週期長，車多人少，自動化程度高的場合，如捲菸、冶金、化工、汽車、航空等行業。

2.手動充電

當移動機器人電力不足時，由地面控制中心指揮，駛向指定充電區或臺位，由專職人員手動完成移動機器人與充電器之間的電器連線，然後實施充電，完成後由人工進行脫離連線電路操作，恢復工作狀態。

手動充電的特點是安全可靠，簡單易行，但需要專人看管，浪費人力，而且自動化程度降低。常用於自動化程度要求不是很高，車少人多，標準工作制的工況，如白天上班8小時使用移動機器人，下班休息時對移動機器人進行充電。

3.換電池充電

當移動機器人電力不足時，由專職人員手動更換電池組。換下的電池組透過充電後待用。這種充電方式的特點是簡單快捷，但要專人看管，並需配置多一倍的電池組，常用於對工作響應的及時性要求較高、車不足的場合。

4. 非接觸式的無線充電

近年來新出現的非接觸式的無線充電技術也頗受關注，其特點在於充電便捷性非常高，但目前的瓶頸在於充電功率比較小，成本高。

據史陶比爾電聯結器事業部副經理周傳新介紹，目前上述四種充電方式中以自動充電的方式最為成熟和高效，同時也是大部分移動機器人廠商普遍使用的方案。自動充電通常使用刷板刷塊或插針進行車體與充電樁之間電流傳輸，前者多應用於叉車和過載型別移動機器人，而插針形式多見於kiva類移動機器人。為了確保持續不間斷的工作，移動機器人充電具有高頻率的特點，在某些應用場景中，移動機器人全生命週期的充電次數可達數萬次。

劉志豪表示，不同的充電方式沒有高下之分，主要是根據應用企業的工況、投資情況等進行選擇。而對於應用企業來說，他們通常希望移動機器人能在滿足其使用需求的基礎上，充電次數越少越好，以節省出更多的時間工作，這就要求電池的容量越大越好，充電時間越快越好。

充電技術發展現狀

在實際使用中，移動機器人的電池對其整體使用效能有很大影響，首先直接影響移動機器人的續航能力，成為移動機器人高效率作業的關鍵。移動機器人的一個作業週期由充電時間和放電時間組成，而放電時間所佔的比例直接決定移動機器人的生產效率。其次，移動機器人的使用通常是多臺機器人叢集作業，需要考慮充電的管理，需要考慮充電樁和機器人的配比問題，兼顧成本和效率，透過排程系統的策略設計最大化的實現機器人交替充電，實現較高的使用率。

蓄電池及其充放電控制裝置是移動機器人的重要動力裝置，電池為24V或48V的工業電池，有鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、鎳鋅蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子蓄電池等可供選用，需要考慮的因素除了功率、容量（Ah數）、功率重量比、體積等外，最關鍵的因素是需要考慮充電時間的長短和維護的容易性。近年來，鋰電池（包括磷酸鐵鋰和三元鋰）因體積小、續航高的特點，正在不斷取代傳統的鉛酸電池，併成為現階段移動機器人主要應用的儲能載體。

電池充放比、快速充電是目前影響充電系統優劣的關鍵因素。

據劉志豪介紹，得益於MiR Charger 48V 高功率充電樁以及MiR自主掌握的電池管理技術BMS（Battery Management System），充電樁能夠持續穩定在高功率的輸出下，給機器人電池進行快速充電，從而能夠達到充電半小時，機器人滿載執行6個小時以上。

MiR Charger 48V 高功率充電樁

需要注意的是，快速充電為大電流充電，需要採用專業的充電裝備，同時，移動機器人本身必須有充電限制裝置和安全保護裝置。

此外，電池快換技術也是移動機器人廠商十分關注的領域。例如，2020年，海康機器人釋出了一款自主研發的自動換電站，這是一款移動機器人一站式自動換電裝置，為移動機器人7×24不間斷作業提供源動力。自動換電站採用模組化設計，由換電倉及電池倉兩部分組成，可快速完成移動機器人電池的自動更換，全程無需人工干預，相比原先機器人充電需要1.5小時，自動換電只需2分鐘。值得一提的是，換電過程中，移動機器人不斷電，可保持與上層系統正常通訊。換電完成後即迴歸工作崗位，業務無需間斷。相當於增加15%~20%塊電池便可以替代以往需要多準備15%~20%臺的機器人作為充電輪換，大幅降低整體投入成本。

海康機器人自動換電站

基於上述需求，移動機器人企業通常會從安全性、穩定性和可靠性等維度來考量充電連線產品,以確保充電聯結器長久安全穩定的執行。具體來說，需要考慮充電聯結器的電氣效能、機械效能和環境效能否滿足應用場景。據周傳新介紹，史陶比爾的充電連線產品具有極低的接觸電阻，確保大電流透過時仍然保持較低的溫升；充電電流大，QCC快速充電系統的的充電電流最高可達1440A；插拔壽命高達10萬次，可以滿足移動機器人高頻率充電需求；高抗衝擊性和抗振性，保證工況下的充電連線穩定性。在這也使得其充電連線技術在大電流、高插拔、可靠性方面具有無可比擬的優勢。

充電技術發展趨勢

移動機器人行業目前正處在高速發展階段，不斷有新的零配件企業湧入這個賽道，行業競爭比較激烈，技術標準還沒有統一，充電產品質量也存在良莠不齊特徵。而目前大多數移動機器人廠商對於充電產品主要採取外部採購的方式。

周傳新指出，最近一些頭部企業陸續釋出新一代移動機器人產品，更薄的車身，更短充電時間，更大的充放比成為宣傳重點。史陶比爾認為，隨著鋰電池技術進步，大功率快充將成為提升移動機器作業效率，降低閒置率的發展趨勢。而超薄的車身留給充電聯結器的安裝空間更為狹小。因此要在更小尺寸中傳輸更大的電流，同時確保連線安全可靠，這給充電聯結器設計帶來很大挑戰。對此，史陶比爾開發了新一代移動機器人充電聯結器。該款聯結器尺寸小巧，外形極致扁平化，大大節省安裝空間；額定電流可達75A，滿足大電流快充要求；插拔壽命同樣高達10萬次；而車端插頭創新性自帶喇叭口設計，省去以往車端喇叭口的單獨設計，降低成本。

此外，智慧化也是未來充電技術需要關注的發展方向。如何在實現自主充電、多臺機器充電的基礎上，進一步實現移動機器人電量、充電時機、電池維護等的準確控制，以及多場景多目標容量與充電樁數量的合理規劃等，需要相關企業共同探索。