在所有人形机器人的技术指标里，有一个指标的重要性，被很多人严重低估了，那就是续航时间。

现在市场上的大部分人形机器人，续航时间基本都在1到2个小时左右。看起来好像也还行，但真正用到实际场景里，这个问题就非常致命了。

早上八点钟上班，机器人九点钟就没电了。推回去充电，或者换电池，折腾半小时，十点再出来干活，十二点又没电了。下午再干两个小时，又要充电。一天真正干活的时间也就四五个小时，剩下的时间都在充电或者换电池。

工厂算了一笔账，一个机器人十几万，一天才干四五个小时的活，还要有人专门管它充电换电池，算下来成本甚至比工人还高。那我还不如直接雇个工人呢，工人至少能干八个小时，还能自己充电（吃饭），自己回家。

所以说，续航能力短，一直是人形机器人商业化落地最大的痛点之一，也是最大的障碍之一。如果不能做到连续工作一个完整的班次，也就是八个小时，人形机器人就永远不可能真正大规模地走进工厂，走进我们的生活。

好在这个问题现在终于被解决了。最新一代的人形机器人电池技术，取得了重大的突破。同样的体积，同样的重量，能量密度直接翻了一倍还多。机器人的续航时间，从过去的两三个小时，直接提升到了八个小时以上。

这不是某一家公司的技术，而是整个行业的集体进步。几乎所有主流的人形机器人公司，最新一代的产品续航都做到了六个小时以上，很多已经做到了八个小时。

这个突破的意义，再怎么强调都不为过。它意味着人形机器人终于可以真正地代替人类工作了，终于可以和工人一样，连续工作一个完整的班次了。整个商业化的经济模型一下子就通了。

今天我们就来聊聊人形机器人的电池技术，看看这个突破到底是怎么实现的，它给机器人的设计带来了哪些新的挑战和要求，以及未来还会往什么方向发展。

首先我们要理解，为什么人形机器人的续航问题，比电动汽车，比手机，都要难得多。

第一个原因，就是人形机器人的能耗实在是太高了。一个五十公斤左右的人形机器人，跑起来的功率，轻轻松松就有一两千瓦，甚至更高。相当于十几个手机同时在满负荷工作。

为什么这么耗电？因为它有几十个关节，每个关节都是一个电机，每个电机都要出力。它要站着，要保持平衡，要走路，要做各种动作，所有这些都要消耗能量。而且现在的电机和控制算法的效率还很低，很多能量都变成热量浪费掉了。

而一辆一吨多重的电动汽车，匀速巡航的功率也就十几个千瓦。按重量算下来，人形机器人单位重量的能耗，是电动汽车的好几倍。

第二个原因，就是机器人的重量控制极其严格，电池能占用的重量和空间非常有限。机器人每增加一公斤的重量，整个机械结构、电机、驱动器的负荷都要跟着增加。为了多带一点电池，把其他部分做的更重，结果反而得不偿失。

所以分配给电池的重量预算，是卡的非常死的。一般也就几公斤，最多不能超过十公斤。在这么小的重量限制下，要装下尽可能多的能量，对电池能量密度的要求，比电动汽车和手机还要高得多。

第三个原因，就是机器人的放电特性非常特殊。它不是平稳的放电，而是忽高忽低的动态放电。走路的时候迈腿，峰值电流可能非常大；站着不动的时候，电流又很小。而且几十台电机同时工作，各种干扰非常大，对电池的放电能力、稳定性、安全性，要求都非常苛刻。

普通的消费级电池，根本满足不了这些要求。车用的动力电池，在放电倍率和安全性上可以满足，但重量和体积又太大了。所以人形机器人的电池，本质上是一种全新的、介于消费电子和动力电池之间的特种电池。

那这一次的技术突破，到底是怎么实现的？简单来说，是整个系统层面的全面优化，而不是某一个单一技术的突破。

首先第一个层面，当然是电池电芯本身的进步。这几年动力电池行业的疯狂投入，也顺带造福了机器人行业。更高能量密度的电芯，更好的电解液配方，更好的结构设计，让同样重量和体积的电池，能装下的能量越来越多。

但光有电芯的进步是远远不够的。更大的进步其实是在电池系统和机器人整体设计的层面。

第二个层面，是电池包集成设计的巨大进步。过去的机器人电池，就是把电芯简单地串并联起来，再加个保护板，结构设计非常粗糙，浪费了大量的空间和重量。现在的电池包设计，借鉴了电动汽车CTC、CTB的思路，把电池和机器人的身体结构做了深度的融合。

电池包本身就是机器人躯干结构的一部分，既是能源，也是受力结构件。这样就省掉了大量的冗余结构，在同样的空间和重量下，可以装下更多的电芯。这种结构上的创新，带来的能量密度提升，一点都不比电芯本身的进步小。

第三个层面，是整个机器人系统的能耗优化。过去大家做机器人，都在堆性能，比谁的关节扭矩大，谁的动作快，根本不在乎功耗。现在大家终于意识到了续航的重要性，开始在系统层面全面地优化能耗。

比如电机和减速器的效率优化。每一个关节的效率提升几个百分点，几十个关节加起来，整体的能耗就可以降下来一大块。比如运动控制算法的优化，怎么走路更省力，怎么动作更节能，怎么用最少的能量保持平衡。这里面的优化空间非常非常大。

还有就是动态的电源管理。机器人在待机的时候，不用的关节可以断电，可以进入低功耗模式。在做轻负载动作的时候，可以降低电机的供电电压。这些细节的优化，积少成多，也能带来非常可观的续航提升。

就是这样一点一点的，从电芯到电池包，再到整个机器人系统，全方位的优化，加在一起，终于把续航从两个小时，干到了八个小时。

当然，这个过程也给工业设计和结构设计，带来了很多全新的挑战。

第一个最大的设计挑战，就是在极度有限的空间和重量约束下，做到能量密度、安全性、可维护性的完美平衡。

机器人的躯干内部，空间是非常非常紧张的。要放控制器，要放各种驱动器，要放各种传感器，要布线，还要放电池。每一寸空间都要精打细算。

怎么把电池放进去，怎么和其他的部件配合，怎么利用好每一点缝隙，怎么在做到最高能量密度的同时，还保证足够的结构强度，保证安全，保证方便拆装和更换。这是非常非常考验设计功力的事情。

很多时候，一克一克地去抠重量，一毫米一毫米地去抠空间。为了多装几十瓦时的电量，可能要把整个机器人的内部结构全部推倒重来。

第二个设计挑战，是散热和热管理。几千瓦时的电池，在这么小的一个空间里，大电流放电的时候会产生大量的热量。如果热量散不出去，不仅会影响电池的寿命和性能，严重的时候还会有安全隐患。

但机器人的身体是封闭的，不能像汽车一样撞风散热，也没有太多的空间去放复杂的水冷系统。怎么用最简单、最轻量、最可靠的方式，把电池产生的热量均匀地散出去，这是一个非常大的设计难题。

很多时候，还要考虑温度的均匀性。不能有的地方温度很高，有的地方温度很低。温度的不均匀，会导致不同电芯的老化速度不一样，时间长了整个电池包的性能会快速下降。

第三个设计挑战，是安全性设计。机器人是要和人一起工作的，是要在有人的环境里运行的。电池的安全绝对是第一位的。万一摔了，撞了，电池绝对不能着火，不能爆炸。

所以整个电池包的结构设计，必须有非常强的抗冲击和抗挤压能力。即使整个机器人摔在地上，即使受到严重的撞击，电池包本身也不能受损，不能发生内部短路。

还有各种电子层面的安全保护。过充保护，过放保护，过流保护，过温保护，短路保护。所有的安全机制都要有冗余，某一层保护失效了，还有下一层顶上。绝对不能出任何安全事故。

第四个设计挑战，是快速更换和可维护性的设计。八个小时的续航，基本上可以覆盖一个完整的工作班次。但如果要两班倒，24小时运行，那换电池的速度就非常重要了。

好的电池设计，应该可以实现快速插拔，一分钟之内就能把电池换好。不需要拆任何螺丝，不需要任何工具。工人一按，一拔，插上新的满电电池，机器人立刻就能继续干活。

而且整个更换的过程要足够安全，不能有触电的风险，不能有接反的可能。接口的设计要足够坚固，插几千次上万次也不能坏，接触电阻也不能上升。

第五个设计挑战，是未来的无线充电和自动充电的设计。现在机器人没电了，还要人去给它换电池，或者推到充电桩那里去充电。未来肯定是要实现全自动的。机器人自己会感知电量，自己会走到充电桩那里，自动对接充电，充满了自动回去继续干活。

这就要求电池的充电接口，或者无线充电的接收端，在设计的时候就要提前考虑好。位置放在哪里，用什么样的对接方式，怎么做才能做到最高的对接容错率，怎么保证接触良好。这些都要从设计的第一天就考虑进去。

当然，八个小时的续航，只是一个新的开始，远远不是终点。未来人形机器人的电池技术，还会继续快速发展。

下一步的目标，应该是做到十二个小时，甚至十六个小时的续航。那样的话，机器人连续工作两班倒都不用充电，经济性还会再上一个大台阶。

再往下走，电池的充电速度也会越来越快。现在充满电可能要一两个小时，未来十分钟，五分钟就能充满。换电池都省了，休息几分钟电就满了。

更远一点的未来，还可能会有完全不同的能源形式。比如氢燃料电池，能量密度比锂电池高得多，充能速度也快。或者是更科幻的，无线供电，整个工作空间都有能量场，机器人只要在里面就永远有电，根本不用充电。

不管技术怎么发展，有一点是确定的：续航能力每提升一点，人形机器人的商业化就往前推进一步。从两小时到八小时，是从玩具到工具的质变。从八小时到十六小时，就是从工具到生产力的质变。

作为工业设计师，我们有幸在这个伟大的进程中，扮演非常核心的角色。电池技术的进步，给我们提供了基础的材料，但最终能不能把这些技术的潜力真正发挥出来，能不能做出真正好用、真正可靠的产品，靠的是设计，靠的是一点一滴的打磨和优化。

人形机器人的时代正在加速到来。而我们设计师的工作，就是让这个时代早一点到来，让它到来的时候，所有的产品都是真正好用的，真正能帮到人的。


*江苏创品工业设计有限公司，在人形机器人和特种能源系统领域拥有丰富的设计经验，深度参与了多款人形机器人的电池系统和整体结构设计。我们致力于用优秀的设计，帮助机器人企业打造真正能干活、真正好用的产品，共同迎接机器人时代的到来。*