客製化形狀的電池組如何優化人形機器人結構和空間利用率

2025 年 9 月 17 日

黃志雄博士

本人擁有16年鋰電池研發經驗及10年電源研發經驗，熟悉從材料選購型、電芯設計到系統整合的全流程技術。長期致力於高性能、安全、長壽命的電池及電源系統的研發，擁有豐富的工程實務與專案管理經驗，參與並主導了國內外多項重點研發及產業化專案。

客製化形狀的電池組可讓您最大限度地利用人形機器人內部的每一毫米，改善結構並優化能量儲存。客製化鋰電池組提供客製化的電池性能、先進的安全性和更長的運行時間。這些解決方案支持機器人在工業環境中，包括倉庫機器人和自主移動機器人，效率和可靠性推動營運的成功。

好處	客製化鋰電池組	標準電池解決方案
運行時	運行時間更長，充電次數更少	運行時間有限
效率	減少停機時間	停機時間增加
安全指引	先進的安全功能	風險更高

關鍵要點

客製化形狀的電池組最大限度地利用了人形機器人的空間，從而可以更好地整合組件並提高有效載荷能力。
這些電池組提供更長的運作時間和增強的安全功能，減少工業環境中的停機時間和操作風險。
先進的電池管理系統客製化包裝確保即時監控和防止過熱，提高可靠性和性能。

第 1 部分：標準電池組限制

1.1 人形機器人的空間浪費

在人形機器人中使用標準電池組時，會面臨嚴重的空間浪費。這些電池組的形狀和尺寸固定，很少能與機器人複雜的內部輪廓相符。因此，電池周圍經常會出現空隙，從而減少了其他關鍵組件的可用空間。對於倉庫機器人來說，這種低效率意味著無法最大化有效載荷或添加先進的感測器。對於自主移動機器人來說，每一毫米都至關重要，浪費的空間會直接影響操作彈性。

請注意： 空間限制迫使您在電池尺寸和機器人功能之間做出妥協。在以緊湊性和效率為核心價值的機器人應用中，這項挑戰尤其突出。

下面我們來簡單了解一下機器人標準電池組最常見的限制：

局限性	產品說明
運行時間短	大多數機器人運行時間不超過 1-3 小時，之後就需要長時間充電，這限制了它們的效率。
熱風險	高頻放電會產生熱量，導致性能下降和安全隱患。
空間限制	緊湊的設計限制了電池尺寸，迫使在容量和重量之間進行權衡。

1.2 設計與性能約束

標準電池組形狀對人形機器人的設計和性能施加了嚴格的限制。您必須經常重新設計機器人的內部結構以適應電池，而不是反過來。這種方法限制了您優化重量分佈、平衡性和靈活性的能力——而這些正是倉庫機器人和自主移動機器人的關鍵因素。

下表重點介紹了您遇到的主要設計和效能限制：

約束類型	產品說明
能量密度	目前的電池技術，如 LFP 和高鎳三元電池（150-300 Wh/L），限制了人形機器人可用的容量，因為人形機器人需要在尺寸和重量與電力需求之間取得平衡。
放電率	人形機器人需要能夠維持高放電率（2-3C）的電池來執行動態任務，但目前的鋰電池解決方案在長期維持效能方面面臨挑戰。
安全指引	三元鋰電池有過熱和燃燒的風險，引發了室內使用的安全問題，因此需要固態電池等更安全的替代品。
耐力	人形機器人的典型電池壽命僅為 2-4 小時，這對於實際應用來說是不夠的，這凸顯了對電池技術進步以延長運行時間的必要性。

這些限制在倉庫機器人身上體現得最為明顯，有限的運作時間和安全風險可能會擾亂物流運作。在機器人領域，這些問題阻礙了創新，並限制了先進自主移動機器人在工業環境中的部署。

第 2 部分：人形機器人客製化電池組

2.1 外形尺寸適應性

客製化形狀的電池組讓您能夠靈活地設計符合營運需求的機器人，而不是反過來。您可以根據人形機器人獨特的內部輪廓來客製化電池組，從而最大限度地利用每一毫米的空間。這種方法可以避免空間浪費，並允許您將電池直接整合到機器人的軀幹、四肢或其他結構部件中。對於倉庫機器人，這意味著您可以增加有效載荷或添加高級感測器，而無需犧牲運行時間。對於自主移動機器人，客製化形狀的電池組支援緊湊的設計，從而提高靈活性和機動性。

透過將電池集成為結構部件，可以減少質量和體積，這對於人形機器人的靈活運動和穩定性至關重要。

一個真實的例子是 Figure 專為其人形機器人設計的 F.03 電池系統。這款客製化形狀的電池組可以無縫嵌入機器人軀幹，與笨重的矩形模組相比，能量密度提高了 94%。這樣既可以優化結構，又可以提升電池性能，這對於嚴苛的工業環境至關重要。

2.2 提高能量密度

您需要高能量密度來確保您的機器人在兩次充電之間運行更長時間。客製化形狀的電池組採用先進的鋰離子和固態化學技術，能夠在更小的空間內提供更高的能量。這對於倉庫機器人和自主移動機器人尤其重要，因為每一立方公分都至關重要。

電池類型	能量密度	優點
鋰離子電池	高	能量密度高於鎳氫電池或鉛酸電池；適合小型化
固態電池	可能更高	安全性和能量密度更高的新興技術

為了實現這些收益，製造商使用專門的材料和組件：

組件類型	使用的材料
集電器	高純度銅（陽極）、鋁（陰極）
電極和添加劑	石墨、高級碳、合適的金屬氧化物
密封件和墊片	PTFE、EPDM，耐化學腐蝕
互連和絕緣	銅/鎳箔、聚醯亞胺薄膜隔離

您將受益於根據您的機器人特定需求量身定制的電壓、容量和放電特性。即使在高需求情境下，也能確保最佳化的能量儲存和可靠運作。

特點	產品說明
電壓	量身定制，提供必要的動力，同時確保機器人安全運作。
容量	表示機器人在需要充電之前可以運行多長時間，以安培小時為單位。
放電率	電池耗盡的速度對於匹配機器人的消耗模式至關重要。

2.3 電池管理與安全

在工業或公共環境中部署機器人時，安全至關重要。客製化電池組整合了先進的電池管理系統 (BMS)，可監控和控制電池性能的各個方面。這些系統提供即時監控、故障檢測和預防措施，以降低過充、過熱和短路等風險。 BMS 管理充電和放電過程，監控溫度和電壓，並實施過充保護和熱熔斷。

先進的 BMS 功能可防止危險事件並保持最佳電池健康狀況，確保機器人和人類的安全。
了解有關機器人中的 BMS 的更多資訊。

主要的安全改進包括：

過充保護，電池充滿後停止充電以防止過熱。
熱熔斷器，當溫度超過安全限度時會切斷電源。
短路保護，可斷開電路以減少火災危險。

這些功能對於倉庫機器人和自主移動機器人來說至關重要，因為它們通常在人員和敏感設備附近運作。

2.4 熱管理特性

機器人在運作過程中會產生大量熱量，尤其是在倉庫等高性能環境中。客製化形狀的電池組採用先進的熱管理功能，可保持最佳電池溫度並防止過熱。

獨特之處	產品說明
快速充電	2 kW 快速充電，具有主動冷卻功能。
主動冷卻系統	整合式冷卻組件最大限度地減少了熱阻和局部發熱，透過強制對流冷卻實現快速充電。
防止火焰蔓延和控制	安全措施採用隔熱灌封膠和阻火器組通風口，防止熱失控蔓延至鄰近電池並控制火焰。

整合熱管理系統對於人形機器人至關重要。它們管理先進處理器和其他組件產生的熱量，確保高效的熱傳遞和散熱。如果沒有這些系統，過熱會導致效能下降，甚至系統故障。透過保持安全的工作溫度，可以延長電池和機器人的使用壽命。

2.5 客製化鋰電池組：性能優勢

客製化鋰電池組在實際應用中可為機器人帶來顯著的效能提升。在倉庫機器人和自主移動機器人中，這些優勢尤其明顯，因為這些機器人的正常運作時間和效率至關重要。

客製化電池組搭配特定的電壓、容量和放電要求，增強機器人性能。
優化的能量儲存可延長正常運作時間並減少因充電而導致的停機時間。
熱熔斷器和過充保護等功能可確保安全性和效率。
客製化鋰電池解決方案可在高需求環境中實現最佳性能，支援延長運行時間和高扭力運動。
電池效能直接影響機器人的運作時間、有效載荷、移動性和處理能力。

用於 Figure 03 人形機器人的 F.01 電池系統展現了這些優勢。它提供 2.3 千瓦時的容量，可實現 2 小時的峰值效能運行時間。該電池支援 XNUMX 千瓦快速充電，並整合主動冷卻系統，從而提高了運作效率。結構整合節省了重量和體積，這對於敏捷的機器人設計至關重要。多層安全架構可防止熱失控並確保可靠運作。

客製化電池組的設計旨在確保根據人形機器人的特定需求實現最佳性能，從而增強其在各種環境下的可靠性。熱管理等功能有助於散熱，維持安全的工作溫度並防止過熱。即時監控功能可立即偵測到問題，進一步提升機器人的可靠性。