电动汽车自动充电机器人发展趋势

2023年12月14日发(作者：老款江铃全顺6座)

电动汽车自动充电机器人技术的国内外发展趋势

当今是物质极大丰富的时代，我们的选择已不再满足功能的需要。尤其以Z世代为消费主体的新生代，互联网已为他们打下了“新、奇、怪、美、潮、乐、酷、拽、萌、黑”的消费底色，产品必须具有上述特色，同时兼具能带来极大便利，并能节省时间和提升体验的需求。因此追求产品的极致体验，其底层逻辑就是既能满足人的愉悦，又能解放人的体力；既安全又智能。如扫地机器人，市场上推出了各种新奇酷萌的扫地机器人产品，为生活带来了极大的便利，节省了时间，尤其是充电已不需要我们操心，电能快耗尽时会自动去完成充电，非常人性化。由此，我们联想到，电动汽车是否也能像扫地机器人一样，具有自动充电功能呢？

近年来在国际和国内能源绿色化和碳中和的大背景下，电动汽车取代燃油车已成为不可逆转的必然趋势。在汽车安全和制造技术趋向标准化的基础构架下，电动汽车越来越类似手机一样，不断地朝智能化的方向进化。这一演变逻辑甚至渗透到整个用车过程，充电就是其中一个重要环节。

目前电动汽车的充电方式主要还是以人工操作充电枪为主，充电模式分为交流慢充和直流快充。慢充操作虽然不费劲，但存在到家后偶尔忘记充电的风险；直流快充操作还是蛮费劲的，充电线缆不仅重，还拖泥带水的容易弄脏衣服，体验较差。另外，随着自动泊车功能和AVP自主代客泊车功能逐渐成为电动车标配以后，我们再劳心费力地为车辆充电，就像我们经常为扫地机器人充电操心一样，是逆智能化而行的发展逻辑，体验一定是不可接受的。

1 电动汽车自动充电技术机器人原理

电动汽车受限于停车精度、安全和外观完整性等诸多因素制约，自身尚不具备主动自动充电的能力，必须借助外部装置如机械臂、无线充电等实现自动充电功能。

电动汽车的无线充电技术与我们手机上所使用的无线充电原理同出一辙，技术原理相同，只是功率更大而已，这里就不再赘述。我们重点来研究基于机械臂的传导式电动汽车自动充电技术。其技术原理如下图所示。

一套完整的自动充电机器人主要由机械臂、视觉系统、充电枪、车辆感知模块等构成。当车辆泊车到位以后，机器人自动感知车辆已停好，会自动与车辆建立连接，并自动打开充电小门。充电机器人通过视觉系统自动定位充电口的空间位姿，得到充电口的空间位姿后，机械臂根据充电口的空间位姿坐标（X、Y、Z、Rx、Ry、Rz）自动将充电枪头对准充电口并实施插入动作，直至充电枪插接到位为止。在充电过程中，机械臂一直保持充电枪的可靠连接状态，直至充满电以后，机械臂自动进行拔枪操作，完成整个充电过程。

机

上述的充电机器人，是充电枪集成安装在机械臂末端，来实现自动充电的功能。另外，充电机器人也可以像人一样，抓取标准充电枪插到车辆充电口上进行充电，也可以把标准充电枪从车辆充电口上拔下结束充电过程。

充电过程中，车主可以在手机上查看充电状态，或通过手机操控机械臂执行插枪充电或拔枪结束充电的任务。自动充电机器人可以自动侦测车辆状态，自动完成充电过程。在整个充电过程中，无需人的任何参与，真正实现了完全无人化充电，使我们再也不必劳心费力地操心充电这件琐事了。因此，自动充电机器人为我们开启了电动汽车充电的新时代。

2 电动汽车自动充电技术国内外发展趋势

2.1 基于传统关节机械臂的固定式自动充电系统

2017年，大众推出了一款名为Gen.E的概念车，并展示了包括智能充电机器人在内的多项研究成果，这款概念车不需要驾驶车主们手动进行充电插拨连接等操作，这些都将由充电机器人自动完成，如下图所示，为大众汽车和库卡机器人联合开展的e-smart Connect充电机器人。

2014年，马萨诸塞州的一家公司开发了一款名叫PowerHydrant的机器人产品（实际上是基于SCARA机械臂的装置），如下图所示，该产品主要是自动给新能源汽车充电以解放人们的双手[13]。利用其机械臂，PowerHydrant很好地实现了新能源汽车和充电装置的连接，使得车主可以轻松地使用该产品对车进行自动充电而不需要手动操作。它可以同时为4辆新能源汽车充电，可使用图像传感技术（机械臂上有多个照相机）以及矩阵算法实现充电装置和汽车充电接口的正确对接。该产品曾在密歇根举行的新能源汽车科技博览会（EVTechExpo）上亮相，目前属于测试阶段并未量产。

2018年，Graz技术大学的研究人员制造了一种“机器人控制的CCS快速充电系统”的原型，其所用的机器人为UR10机械臂，如下图所示。在没有专门对汽车进行改装的前提下，该设备成功地完成向另一辆车新能源汽车自动充电。该项目得到了宝马公司的慕尼黑、麦格纳斯太尔工程格拉茨、林茨自动化专家KEBA和奥地利汽车技术协会（奥地利汽车技术协会）的支持。目前，该机器人处于DEMO阶段。 2020年，上海电气旗下中央研究院成功研发了C-POD全自动充电机器人，如下图所示。该机器人采用直角坐标式构架，Z轴末端为二个摆动轴。需要充电时，通过视觉模块，机器人识别出新能源汽车充电口的位置，并引导机械臂将充电头插入充电口，从而实现整个充电过程无人化操作。该充电机器人由于构架强度不足，仅适合交流慢充场景。目前，该机器人仍处于DEMO阶段。

享奕自动化科技（上海）有限公司于2017年发布了一款针对直流快充的自动充电机器人产品，如下图所示。该产品采用协作式关节机械臂和双目视觉系统，结合蔚来汽车ES8的AVP（自主代客泊车），实现了无人化自主泊车叠加自动充电的完整生态链的闭环，为国内外首次为自动驾驶电动汽车提供自动充电功能的机器人产品。目前，该款产品处于量产阶段。

2.2 带有AGV小车的移动式自动充电系统

2018年，三星电子发布了一款名为EVAR（Electric Vehicle Automatic

Recharging）的新能源汽车自动充电设备，如下图所示。EVAR基本上是使用三星自己的人工智能，自动驾驶和精确控制算法技术开发的机器人。当新能源汽车的驾驶员要给车辆充电时，他们必须将智能手机标记到壁挂式设备，并将充电位置信息作为数据传输以执行任务。根据位置信息，EVAR可自动移动至停在车场任意位置的新能源汽车处，然后自动连接充电器。然而，此设备需要人工将特殊的EVSE适配器连接在汽车牌照上。

一般来说，该自动充电机器人受限于EVSE适配器的连接方式和充电枪及线缆，该机器人仅适合慢充方式。该款机器人尚处于DEMO阶段。

2020年，爱驰汽车公布了一款名为CARL的移动式自动充电机器人，如下图所示。该充电机器人会自动移动至用户APP中输入的车辆位置处，自动进行充电口识别，进行自动充电。它采用内置电池模式，类似于一个移动充电宝，在没有车辆需要充电的时候会停放在有充电设施的位置，当有车辆需要充电时，会移动过来为车辆充电，完成充电后会自动返航回到充电设施位置补充电量。

2020年，大众发布了一款移动充电宝机器人概念原型，如下图所示。他们设想了一个配备了直流充电系统的机器人，可以自动导航车主汽车在停车场的位置，自动将电池组移动到车辆旁边，然后在将其与车辆连接，让汽车在停在停车场的时候自动充电。这个概念是解决大型住宅小区电动汽车充电问题的一个解决方案。这意味，不用在地下车库的每个停车位都建充电站，车主可以简单地用电池组充电，然后让这些自动机器人在需要的时候把电池组连接到电动汽车上。

它可以独立地为需要充电的车辆提供服务，从打开充电插座盖到连接插头，以及断开插头。整个充电过程是在没有任何人为干预的情况下进行的。

为了能够同时给几辆车充电，移动机器人将一个移动储能电池组单元移动到车辆上，连接起来，然后使用这个电池组单元给车辆充电。机器人可以通过重复这个过程为其它车辆充电。一旦车辆充满电，机器人独立收集移动电池组单元，并将其带回中央充电站。

2021年，远景科技集团在“零碳伙伴日”活动上发布一款充电机器人摩奇（Mochi），如下图所示。摩奇在接到指令后即为车主规划智能充电方案，自动前往车辆所在位置并开始充电。在充电的过程中，远景EnOS平台还将实时监测车辆电池健康度，保证车主行车安全。目前，该款产品处于DEMO阶段。

2020年，享奕自动化科技（上海）有限公司发布了一款移动充电机器人产品，该产品采用自主导航模式，如下图所示。该款机器人产品可以根据用户预约车位，通过自主导航模式移动到用户预定的充电车位，并根据用户手机App指定的车型，自动找到车辆充电口的位置，自动打开充电口盖，自动定位充电口位姿，自动实现机械臂的连接，完成充电后，自动拔出充电枪并回到待机位置。目前，该产品已进入小规模量产阶段。

2.3 基于仿生的自动充电机器人

2015年，特斯拉公司公布了一款基于蛇形臂的自动充电机器人，如下图所示。这款自动充电机器人采用了金属机身，当MODEL S与机器人接近时，汽车将会自动打开充电插口的舱盖，接着自动充电机器人会在30秒左右的时间中自动完成对接工作并开始充电。该机械臂为串联形式，关节数量约为二十，属于超冗余机器人，运动速度较慢，且枪头负载小，目前，该款机器人尚未在工程上应用。

2020年，享奕自动化科技（上海）有限公司发布了两款固定式自动充电蛇形机器人，分别面向直流快充和交流慢充场景，如下图所示。这两款产品都可以通过云端和手机App端进行操控，均能自动感知车辆并完成自动充电任务。结合车辆AVP或记忆泊车功能，可以完美实现全自动无人化为车辆充电。上述两款机器人均具有IP65防护等级，并可在-40℃~75℃环境下稳定工作，设计寿命8年以上。

3 电动汽车自动充电机器人的发展趋势

综上所述，随着AVP和记忆泊车技术的成熟并逐渐在车辆上成为标配以后，自动充电机器人技术是打通自动停车和自动充电的最后关节，使得自动驾驶生态链形成闭环，将彻底开启人类智慧出行的新纪元。

自动充电机器人产品最终将以固定式和移动式两种形态应用于实际停车后无人化充电场景，并且在满足充电需求和安全的基础上，成本将是决定自动充电机器人能否规模化应用的关键。预计自动充电蛇形机器人将在公共停车场和家用两个场景获得批量应用，移动式充电宝机器人将主要应用在公共停车场场景。