图片来源 @视觉中国

文 | 能链研究院

用烈火烹油,鲜花着锦来形容新能源汽车行业似乎不为过。

数据显示,2022 年,国内新能源汽车持续爆发式增长,产销分别完成 705.8 万辆和 688.7 万辆,连续 8 年位居全球第一,同比分别增长 96.9% 和 93.4%,市场占有率达到 25.6%,高于上年 12.1 个百分点。有机构预测,2023 年国内新能源汽车销量有望破千万。

不仅国内市场,国外的新能源汽车发展也呈爆发态势。

2022 年,全球销售的新能源汽车数量达到 1082 万辆,同比增长了 61.6%。其中,中国 688.7 万辆,占了全球 63.7% 的份额。其次是欧洲,去年销售了超过 230 万辆电动汽车。排在第三位的是美国,销量为 80 万辆。根据国际能源署(IEA)数据,到 2025 年,全球新能源车销量预计将达到 1500 万至 2000 万辆。

至 2025 年,欧盟新能源汽车保有量将达 2190 万辆,2030 年将达 5800 万辆。2025 年,美国新能源汽车保有量将达 1100 万辆,2030 年达 3830 万辆。

但目前配套建设的充电桩数量,远远跟不上电动汽车的增速,比例严重失衡。从车桩比来看,中国为 7:1,欧洲开了几年 " 倒车 ",公共车桩比从五年前的 6.9:1 一直抬高到了 16.4:1。美国的情况也不乐观,2022 年,美国新能源汽车保有量 310 万辆,公共车桩比为 24:1。2022 年美国新建公共充电桩 2.36 万个,同比下降 24%,公桩建设相对滞后。

不难看出,无论国内还是海外市场,公用充电桩现阶段数量仍然不足,而随着汽车日益智能化,人们对车的定义也不限于交通工具,而是人的 " 第三空间 ",服务需求增多,新能源车对补电频次和容量的需求也逐步加大。面对如火如荼的新能源汽车市场,充电机器人应运而生,天生自带储能和无人驾驶概念,充电机器人能否成为新能源行业下一个风口?

充电机器人解决里程焦虑

充电机器人采用 " 电找车 " 的方案,解决了用户的里程焦虑及充电不确定性,让移动上门充电,像打车和叫外卖一样,通过将原本处于静态环境下的储能电池和充电桩,集成到具备动态移动能力的车中。当用户需要充电时,通过 APP 或小程序下单,充电机器人就会进行上门充电服务。一汽红旗官方曾在去年公布了由红旗研发总院制作的首款可移动智能充电柜机器人,是储能加移动机器人加工业机器人的三重结合。

红旗移动智能充电机器人根据红旗给出的相关信息,该移动智能充电机器人采用了 12V 三相异步电机驱动系统,驱动效率高达 81%。充电过程中机器人可以根据车辆需要调整充电功率,具体充电速度尚未披露。储能厂商也没有落下。储能赛道上的双杰电气在去年也推出了移动充电机器人,主打储能 + 机器人 + 新能源汽车概念。旗下的移动充电机器人 SCDE110 为 30KW 充放电,自带 25KWH 的机器人。

近日,新能源服务商能链智电(NASDAQ:NAAS)发布一款自主研发的充电机器人。据官方介绍,该充电机器人基于自动驾驶、深度学习、3D 视觉等底层技术,具有一键召唤自主寻车、机械臂自动插枪充电、在线支付结算、自动回仓补电等功能,借此满足电动汽车移动充电日益增长的需求。

新能源厂商远景科技的零碳绿色充电机器人,也是储能加移动加机械臂的结合,一台的造价在百万以上,单台容量为 70KWH,充放功率为 42KW,2 小时内即可快速充满一辆续航里程约 600 公里的新能源车。

国外目前最知名功能最全面的移动充电机器人是 EV Safe Charge 的 Ziggy。Ziggy 不支持充电枪全自动插拔,但加了很多额外的功能,比如抢车位,互动广告,既增加车主的使用体验也为停车场增加了收入来源。

三星充电机器人早在 2020 年,大众就推出移动充电机器人 Mobiler Laderoboter,配有摄像头,激光雷达和超声波传感器,使用机械臂和 25KWH 电池为汽车充电。

国内外玩家纷纷入局,看中的是来自充电机器人不容小觑的市场空间。据 Navigant Research 发布的移动式电动车充电设备研究报告,移动充电解决方案的商业化占整个电动汽车充电设备市场的 0.5%,市场规模预计将从 2020 年的 160 亿美元增长到 2030 年的 600 亿美元,但更大的想象空间远不于此。

充电机器人的落地场景在哪里?

与充电桩相比,充电机器人有着众多优势。

首先,充电机器人使汽车充电与电网供电分离的模式,成为了一种有效分散高峰期用电压力的途径;

其次,在老旧小区、无私家车位等有限场景下,难以安装充电桩,充电机器人可以有效解决这一难题,同时充电机器人所需场地费用少,也没有固定充电桩、电缆铺设的费用;

最后,充电机器人可以移动,有效避免车辆充满电后无法及时开走的情况,提高了充电资源利用效率。

目前充电机器人主要有三类不同结构的产品,分别为一体化、分离式、挂吊 / 平放协作机械臂式。

一体化的充电机器人主要是指机器人底部为充电电源,上部为协作机械臂。这是电源与机器人一体化的一类充电机器人,类似于复合机器人,但此类机器人由于一体化的设计。电池容量相对会较小,上文提到的远景科技产品为此类产品。

分离式的充电机器人主要是指前文提及的,2020 年大众的 Mobiler Laderoboter。充电机器人分为动力端和电池端两部分,动力端带有自动导航和 CAR-X 通信系统,可以牵引电池端至车辆所在位置、为其连接充电后离开,可以提升整体运营效率。

挂吊 / 平放协作机械臂式的充电机器人,主要是指将协作机器人通过挂吊或与充电桩结合,从而让用户通过 APP 等操作平台即可完成充电的动作。通过协作机器人与充电桩的结合,实现新能源汽车自动充电,减少充电枪损耗,提升新能源车主的使用体验。

阻碍不是没有。

从工作原理上看,自动充电机器人技术并不复杂。主要由机械臂及运动控制算法、充电口感知系统及定位算法、充电枪及传导充电线束3 部分组成。

当车辆泊车后,充电机器人通过感知系统定位充电口,机械臂根据充电口的坐标将充电枪头对准充电口,插接到位。在充电过程中,保持充电枪稳定连接状态,充满电后,机械臂进行拔枪操作,自动充电过程结束。

但工作原理虽然简单,但在考虑到实际应用场景之后,自动充电机器人想要大规模普及必须要突破两大关键技术问题。

1)复杂环境下充电口的精确识别与定位问题。如果电动汽车停靠的环境光线或者地理位置不佳,需要先进的图像识别与定位算法,帮助充电机器人更快更准确地找到充电座。

2)机械臂插拔过程中的柔顺性控制问题。电动汽车充电插座的安装位置和角度各不相同,如果控制不当,容易造成充电座及充电枪非正常磨损。因此,机械臂的柔顺性控制技术十分关键。针对上述两项亟需突破的关键技术问题,不同的技术路线给出了差异化的解决方案。

表 1 充电口识别与定位技术路线分析表 2 插拔过程柔顺性控制技术路线分析

与此同时,目前一些充电机器人会有自动寻车功能,其中涉及的自动驾驶技术也是比较大的技术难点。这要求机器人具备完善的环境感知与定位,从而实现自主路径规划和车辆控制,并实现自动避障功能。除了技术问题之外,自动充电机器人的成本同样重要。对于日常消费,用户会高度关注性价比。

充电机器人、充电桩与无人驾驶将有效协同

目前,鉴于技术与成本,充电机器人尚未大规模商业化,也有不少业内人士提出,对新能源汽车来说,随着未来充电场站建设的日渐完善,移动充电模式,未来能成为主流吗?

能链研究院认为,面对充电这样一个万亿级的市场,充电的形态一定是多元化、场景化需求的存在,不存在一种方式 " 吃掉另一种方式 "。不同的充电方式满足不同的场景需求。而随着新能源汽车补能方式逐渐多元化,电也在以多样化形态在终端销售,包括充电桩、移动充电、换电等。因此,移动补能市场在未来有近万亿级的想象空间。

眼下,在一些不适合建造固定充电桩的地区,充电机器人具备实用价值,能够解决新能源汽车充电不便等问题。而充电机器人可以自由移动、占地面积也小、部署更加灵活便捷、充电操作也更简单,使充电机器人应用不用受太大环境因素影响,适应性与自主性也都很强。

更为重要的是,机器人代替人为电动汽车充电是已经可以看得到趋势。虽然目前还没有普及,但自动充电的需求随着电动汽车的普及及消费者对充电体验的提升正在慢慢发酵。

未来的充电口也将实现智能化,可以实现与充电机器人的信息交互,自动将充电口的坐标信息发送给充电机器人,实现充电盖自动开盖。自动充电机器人通过提升充电体验,未来将与电动汽车产业形成战略互补力,有效促进新能源汽车发展。

充电机器人、换电站这些让汽车充电与电网供电分离的模式,无疑可以缓解一部分充电压力。眼下,充电机器人已经有了往储能 V2G 方向发展的趋势,实现更好的能源利用率。在此基础上,逐步构建整个移动补能网络,提升新能源车主充电体验,减少碳排放。

更大的想象空间在不远的未来,随着自动驾驶逐渐成为现实,充电机器人将会更好的满足自动驾驶的充电需求,移动补能市场将满足未来社会智能化和无人化的需求。

参考资料: [ 1 ] 汽车电器 《自动充电机器人技术路线及发展趋势分析》 2022 年 12 月

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