Batería intercambiable para robots cuadrúpedos: cómo los sistemas de intercambio en caliente amplían el tiempo de actividad del robot

A Batería intercambiable para robot cuadrúpedo. El sistema está diseñado para reducir el tiempo que un robot pasa esperando energía. En lugar de apagarse para una recarga completa, un sistema de intercambio en caliente diseñado adecuadamente mantiene el robot encendido mientras se reemplaza una batería agotada por una batería cargada. Para robots de inspección, seguridad, industriales y otros robots de campo, esto convierte el diseño de la batería de una simple cuestión de tiempo de ejecución en una estrategia de tiempo de actividad.

La batería en sí es sólo una parte del sistema. El intercambio en caliente confiable también depende de rutas de alimentación redundantes, capacidad de corriente, coordinación BMS, conectores, retención mecánica, límites térmicos y un flujo de trabajo práctico con batería de repuesto. La robótica comercial ya demuestra el valor de este enfoque: DEEP Robotics utiliza una arquitectura de doble batería intercambiable en caliente en sus plataformas cuadrúpedas, mientras que Boston Dynamics admite el intercambio de baterías en caliente como una forma de mantener Spot en funcionamiento continuo.

Cómo funciona un sistema de batería intercambiable de robot cuadrúpedo

A Batería intercambiable para robot cuadrúpedo. El sistema separa el reemplazo de la batería del apagado completo del robot. En una arquitectura de paquete dual, un paquete puede mantener el bus de alimentación de CC mientras el otro se desconecta y reemplaza. Luego, el sistema de control verifica la batería entrante antes de permitirle compartir o asumir la carga.

El intercambio de baterías autónomo y intercambiable en caliente son conceptos relacionados pero diferentes. El intercambio en caliente se refiere al mantenimiento de la energía eléctrica durante el reemplazo de la batería. El intercambio autónomo agrega la capacidad mecánica y de software para que el robot o una estación de intercambio realice ese reemplazo sin un técnico.

Arquitectura del paquete de baterías extraíbles

El punto de partida es un paquete de baterías modular que se puede instalar y quitar sin abrir el chasis del robot. Las dimensiones de la batería, los puntos de montaje, los contactos de alimentación, los contactos de comunicación, las guías, las manijas y las funciones de bloqueo deben funcionar como una interfaz mecánica.

Para un robot cuadrúpedo, esta interfaz debe diseñarse teniendo en cuenta el uso repetido en el campo en lugar de un mantenimiento ocasional. La batería debe ubicarse constantemente en su compartimento para que los contactos de alimentación y comunicación lleguen a la posición deseada en todo momento.

Una arquitectura removible práctica normalmente coordina:

• voltaje de la batería y capacidad energética;
• dimensiones y masa del paquete;
• conectores de alimentación y comunicación;
• guías mecánicas y enclavamiento;
• mecanismos positivos de bloqueo y liberación;
• Interfaces de datos y protección BMS;
• requisitos de sellado ambiental.

La modularidad también simplifica el reemplazo de la batería y el mantenimiento futuro de la plataforma porque el robot puede usar una interfaz de batería definida en lugar de tratar el paquete como un componente interno permanente.

Continuidad de energía de intercambio en caliente

Durante un verdadero intercambio en caliente, el bus de alimentación principal del robot no debe colapsar cuando se retira una batería. Un diseño de batería dual puede lograr esto dejando un paquete conectado mientras se cambia el otro.

Esto no significa necesariamente que el robot continúe caminando durante el cambio físico de la batería. La importante distinción de ingeniería es que la computadora, los controladores, los sensores y otros sistemas necesarios no tienen que pasar por un ciclo completo de apagado y reinicio. Que la locomoción continúe durante el intercambio depende de la arquitectura mecánica y la estrategia de control del robot.

La continuidad de la energía requiere más que colocar dos baterías en paralelo. El sistema debe gestionar las diferencias en el voltaje de la batería, el tiempo de conexión, las condiciones de falla y la corriente disponible antes de transferir o compartir la carga.

Redundancia de energía de batería dual

Una arquitectura de batería dual crea dos fuentes de energía disponibles dentro del robot. Cuando está diseñada para intercambio en caliente, una batería puede permanecer activa mientras se retira la segunda.

DEEP Robotics proporciona un ejemplo cuadrúpedo comercial. Su plataforma LYNX utiliza baterías duales de intercambio rápido e identifica el sistema como intercambiable en caliente, lo que demuestra cómo la arquitectura de batería redundante se puede integrar en un cuadrúpedo de campo.

La redundancia puede soportar tres funciones importantes:

1. Continuidad de energía: un paquete mantiene el sistema energizado durante el reemplazo.
2. Gestión de carga: el sistema de control puede coordinar cómo las baterías disponibles suministran al robot.
3. Respuesta de fallo: un paquete que informa una condición insegura puede aislarse si el sistema está diseñado para soportar esa respuesta.

La arquitectura final aún debe dimensionarse para que la batería restante pueda soportar la carga requerida del robot mientras su paquete complementario no esté disponible.

Pestillos y conectores de batería

Una batería intercambiable se puede conectar y desconectar muchas más veces que una batería interna convencional. Por lo tanto, la retención mecánica y el diseño del conector pasan a formar parte de la estrategia de confiabilidad eléctrica.

La interfaz de la batería debe evitar movimientos que puedan interrumpir la energía mientras el robot camina, gira, trepa o se encuentra con terreno irregular. Las guías ayudan a posicionar el paquete, mientras que un mecanismo de bloqueo positivo lo mantiene asentado después de la instalación.

La selección del conector debe considerar más que la clasificación de corriente nominal. Los ingenieros también necesitan evaluar:

• capacidad de corriente máxima;
• resistencia de contacto;
• aumento de temperatura;
• ciclos de apareamiento repetidos;
• exposición a la contaminación;
• alineación mecánica;
• vibración en la interfaz de la batería;
• Secuenciación de contactos de potencia y comunicación.

Un conector que funciona en un banco estacionario puede no seguir siendo confiable después de repetidos intercambios en un entorno de robot móvil.

Apretón de manos de BMS antes de la transferencia de carga

En una arquitectura inteligente de intercambio en caliente, conectar físicamente la batería no debería significar automáticamente aplicar la carga completa.

El controlador del robot y el BMS pueden primero intercambiar la información necesaria para determinar si el paquete entrante está listo. Dependiendo de la arquitectura del sistema, esa información puede incluir voltaje de la batería, temperatura, estado de carga, límites de corriente y estado de falla activa.

Una secuencia de control típica es:

1. Detecta la batería insertada.
2. Establecer comunicación.
3. Verifique el estado y la compatibilidad de la batería.
4. Prepare el camino eléctrico para la conexión.
5. Habilite la salida de la batería.
6. Confirmar funcionamiento estable.
7. Comience a compartir o transferir la carga.

El protocolo y los mensajes exactos son específicos del OEM. El objetivo de ingeniería es consistente: una batería no debe ingresar a la ruta de energía activa hasta que el sistema haya establecido que su estado operativo es aceptable.

Por qué las baterías intercambiables en caliente aumentan el tiempo de actividad del robot cuadrúpedo

El tiempo de ejecución mide cuánto tiempo puede funcionar un robot con energía almacenada. El tiempo de actividad mide qué parte de la ventana operativa el robot está realmente disponible para trabajar.

Esa distinción importa. Aumentar la capacidad de la batería puede extender una misión, pero una estrategia de intercambio en caliente también aborda el tiempo entre misiones.

Tiempo de inactividad de carga versus tiempo de intercambio

Un flujo de trabajo de carga convencional vincula el robot al período de recarga de su batería. Un sistema intercambiable separa esas dos actividades: el robot recibe una batería cargada mientras el paquete agotado se carga fuera del robot.

Boston Dynamics ilustra por qué es importante la distinción. Las especificaciones publicadas actualmente por Spot identifican una batería de 564 Wh, aproximadamente 90 minutos de tiempo de ejecución promedio y un tiempo de recarga de 60 minutos. Boston Dynamics también describe el intercambio de baterías en caliente como una forma de respaldar el funcionamiento continuo. El tiempo de ejecución real varía según la carga útil y las condiciones de funcionamiento.

Por lo tanto, para un OEM, la comparación relevante no es simplemente:

Tiempo de ejecución de la batería A versus tiempo de ejecución de la batería B

Es:

tiempo de funcionamiento productivo + tiempo de intercambio + tiempo de recarga + disponibilidad de batería de repuesto

Un sistema con una rotación de la batería bien planificada puede mantener la carga fuera de la ruta operativa crítica del robot.

Operación continua de múltiples turnos

El intercambio en caliente se vuelve particularmente valioso cuando se espera que un cuadrúpedo trabaje en varios turnos.

Las aplicaciones potenciales incluyen:

• inspección industrial;
• patrulla de seguridad;
• monitoreo de infraestructura;
• reconocimiento de zonas peligrosas;
• inspección remota de instalaciones;
• Rondas autónomas programadas.

En estos flujos de trabajo, una parada de carga puede interrumpir un robot que de otro modo estaría disponible. Una estrategia de rotación de la batería permite que los paquetes agotados se recarguen mientras el robot trabaja desde otro paquete.

Para implementaciones las 24 horas del día, el cargador, la cantidad de baterías, el tiempo de carga, la temperatura de la batería, la duración de la misión y la capacidad de reserva deben planificarse en conjunto. El intercambio en caliente mejora la disponibilidad sólo cuando el flujo de trabajo de energía de soporte puede reponer los paquetes tan rápido como los consume la flota.

Estrategia de rotación de baterías de repuesto

Una rotación útil de la batería generalmente tiene tres estados:

Estado de la batería	Rol operativo
en servicio	Alimentando el robot
Cargando	Recuperando energía para el próximo ciclo
Reserva lista	Totalmente preparado para el próximo intercambio.

Para flotas de alta utilización, se puede incorporar un estado de inspección o enfriamiento adicional cuando lo requieran los límites de la celda, el paquete o la aplicación.

El requisito del paquete de repuesto debe determinarse a partir del tiempo de funcionamiento medido en el campo y no únicamente de la capacidad nominal. Los fabricantes de equipos originales de robots deben comparar el tiempo de ejecución efectivo con el tiempo de carga y luego incluir la reserva operativa para variables como la carga de la misión, la temperatura, las colas de carga y el envejecimiento.

Esto evita una situación en la que un robot admite el intercambio eléctrico en caliente pero aún así tiene que detenerse porque no hay batería cargada disponible.

Utilización de la batería a nivel de flota

A escala de flota, las baterías se convierten en activos operativos compartidos en lugar de accesorios asignados permanentemente a robots individuales.

El software de administración de batería puede rastrear información como:

• identificación de la manada;
• estado de carga;
• temperatura;
• estado de falla;
• estado de carga;
• historial operativo acumulado;
• disponibilidad para la próxima misión.

Esto hace posible enviar una batería lista según la necesidad operativa en lugar de simplemente elegir el paquete que esté físicamente más cerca.

Una flota bien gestionada también puede evitar que un grupo de baterías reciba un uso sustancialmente mayor que el resto del conjunto de baterías. El objetivo es una disponibilidad predecible en robots, cargadores y paquetes de repuesto.

Planificación de la recuperación de la misión sobre el terreno

Un cuadrúpedo que opera lejos de su lugar de carga necesita suficiente energía no solo para realizar la tarea asignada sino también para llegar a un punto de intercambio o recuperación seguro.

Por tanto, la estrategia de bajo consumo energético debería reflejar la misión real. El terreno, la carga útil, la velocidad al caminar, las pendientes, las cargas de los sensores, las cargas informáticas y las condiciones ambientales pueden cambiar la energía necesaria para regresar.

En lugar de esperar a que una batería alcance su estado de carga más bajo permitido, el robot puede utilizar un umbral de reserva de misión que deja suficiente energía para el retorno o la recuperación.

Para el trabajo remoto, el plan de batería debe responder cuatro preguntas antes de la implementación:

• ¿Dónde se puede reemplazar una batería?
• ¿Cuánta energía se requiere para llegar a ese punto?
• ¿Cuántos paquetes cargados hay disponibles?
• ¿Qué sucede si una batería informa una falla antes del cambio planificado?

Esto hace que el cambio de baterías pase de ser una acción de mantenimiento a una planificación de la misión.

Requisitos eléctricos para una operación confiable de intercambio en caliente

Un paquete intercambiable en caliente debe satisfacer tanto los requisitos de energía como los de potencia de un robot cuadrúpedo.

La energía, normalmente expresada en vatios-hora, influye en el tiempo que puede funcionar el robot. La capacidad de potencia y corriente determina si la batería puede soportar demandas rápidas del actuador sin caídas excesivas de voltaje, calor o disparos de protección.

Corriente máxima y caída de voltaje

Los robots cuadrúpedos crean cargas eléctricas dinámicas. Caminar de manera constante, acelerar, recuperar el equilibrio, trepar y realizar movimientos rápidos no exigen la misma batería.

A medida que aumenta la corriente, el voltaje en el bus de alimentación del robot puede caer. Una caída excesiva de voltaje puede reducir la potencia disponible del actuador o hacer que el BMS o los componentes electrónicos posteriores alcancen sus umbrales de protección.

Por lo tanto, el tamaño del paquete debe considerar:

• corriente promedio de la misión;
• corriente continua de alta carga;
• corriente máxima de corta duración;
• capacidad de descarga celular;
• configuración de celdas paralelas;
• Límites actuales de BMS;
• resistencia del cableado y del conector;
• rango de voltaje permitido del sistema.

Una batería seleccionada sólo entre el promedio de vatios-hora puede tener suficiente energía para la misión y aún así no coincidir con el perfil de potencia máxima del robot.

La mejor especificación proviene de los rastros de potencia del robot registrados en condiciones operativas representativas.

Control de precarga y irrupción

Es posible que dos baterías intercambiables en caliente no tengan exactamente el mismo voltaje cuando se inserta un paquete cargado. La conexión directa de nodos eléctricos con una diferencia de voltaje significativa puede producir una corriente transitoria elevada.

Por lo tanto, la ruta de alimentación debería controlar cómo se une la nueva batería al bus de CC. Dependiendo de la arquitectura, esto puede implicar conmutación controlada, circuitos de precarga, aislamiento basado en FET u otra gestión de la ruta de energía.

El objetivo es llevar el paquete entrante al sistema sin crear un aumento de corriente incontrolado en el conector, los componentes de conmutación o el circuito de protección de la batería.

El comportamiento de precarga debe validarse en todo el rango de voltaje y condiciones de operación permitidos para el paquete, no solo cuando ambas baterías están cerca del mismo estado de carga.

Comunicación BMS y enclavamientos

El BMS protege la batería a nivel del paquete, mientras que el controlador del robot gestiona el sistema más amplio. Un diseño confiable de intercambio en caliente coordina ambos.

El sistema de control puede utilizar datos de la batería para determinar si se debe conectar, aislar, cargar o continuar operando un paquete. Las señales importantes pueden incluir:

• voltaje del paquete;
• actual;
• temperatura de la celda o del paquete;
• estado de carga;
• banderas de falla;
• Permiso de carga y descarga.

La comunicación debe complementar, no reemplazar, la protección eléctrica. Las protecciones contra sobrecorriente, cortocircuito, sobretensión, subtensión y temperatura aún necesitan hardware y lógica de control adecuados.

Para las baterías de litio industriales, IEC 62619:2022 especifica requisitos y pruebas de seguridad para celdas y baterías de litio secundarias utilizadas en aplicaciones industriales e incluye explícitamente aplicaciones motrices como vehículos guiados automatizados entre sus ejemplos. La aplicabilidad final aún depende del robot completo y de sus requisitos de uso final.

Sincronización de datos del estado de carga

El cambio de batería cambia la energía disponible del robot casi instantáneamente. Por lo tanto, el software debe reconocer el nuevo paquete y actualizar correctamente su estimación de energía.

Esto es especialmente importante en un sistema de batería dual donde los dos paquetes pueden entrar en servicio con diferentes estados de carga.

El robot debe distinguir entre:

• el estado de carga de cada paquete individual;
• energía total disponible para el robot;
• qué paquete lleva carga actualmente;
• si un paquete está disponible, aislado o en proceso de eliminación.

Simplemente reemplazar un porcentaje de batería mostrado por otro puede dar una imagen incompleta de un sistema de paquetes múltiples.

Para misiones autónomas, los datos actualizados de la batería deben alimentarse directamente en la planificación de la misión para que el robot pueda determinar si tiene suficiente energía para continuar, regresar o programar otro intercambio.

Límites térmicos durante los intercambios

Una mochila recién cargada, una mochila que regresa de una misión con mucha carga y una mochila almacenada al aire libre pueden comenzar a funcionar a diferentes temperaturas.

La temperatura de la batería afecta la aceptación de la carga, la capacidad de descarga, la resistencia interna y el comportamiento de protección. Por lo tanto, la lógica de intercambio en caliente debería tratar la temperatura como un límite operativo en lugar de simplemente un valor mostrado en el diagnóstico.

Un sistema robusto puede:

• controlar la temperatura del paquete antes de la conexión;
• impedir el funcionamiento fuera de los límites especificados;
• reducir la potencia permitida cuando sea necesario;
• retrasar la carga hasta que la batería entre en su rango de carga permitido;
• informar un comportamiento térmico anormal al controlador de la flota.

Los límites exactos deben provenir de las celdas seleccionadas, el diseño de la batería y la configuración BMS validada en lugar de un valor de temperatura genérico.

Aislamiento de fallas entre paquetes

Las baterías duales sólo proporcionan una redundancia útil si se puede evitar que una batería comprometa a la otra.

El sistema debe poder aislar un paquete que informe condiciones como una falla interna, voltaje inseguro, corriente excesiva o una condición de temperatura fuera de rango.

Se pueden utilizar rutas de alimentación controladas por FET, contactores, dispositivos de aislamiento y lógica de protección diseñada adecuadamente según los requisitos de voltaje, corriente, embalaje y seguridad.

La cuestión clave del diseño es simple:

Si una batería deja de estar disponible, ¿pueden la batería en buen estado y el bus de alimentación del robot permanecer en un estado controlado?

Responder a esa pregunta requiere probar tanto los swaps normales como las condiciones anormales.

Diseño de una batería intercambiable de robot cuadrúpedo para uso en campo

A Batería intercambiable para robot cuadrúpedo. debe funcionar como componente estructural y como fuente de energía. Los robots con patas exponen la mochila a movimientos repetidos, vibraciones, impactos, contaminantes exteriores y cambios rápidos de carga.

Por lo tanto, un diseño listo para el campo debe evaluarse como un módulo de batería completo en lugar de celdas más un BMS.

Densidad de energía y peso del paquete

Cada libra transportada por un cuadrúpedo influye en la masa total del sistema que deben mover sus actuadores. El peso de la batería también compite con los sensores, el hardware informático, el equipo de comunicaciones y la carga útil de la misión por la asignación de espacio y masa.

Por tanto, el diseño de la batería debe equilibrar:

• vatios-hora utilizables;
• capacidad de potencia máxima;
• masa del paquete;
• química celular;
• masa del recinto;
• protección estructural;
• diseño térmico;
• vida útil requerida.

La densidad de energía celular teórica más alta no crea automáticamente la mejor batería de robot. Los componentes a nivel de paquete, como el BMS, las barras colectoras, el gabinete, los conectores, el acolchado, los sellos y el hardware de retención, contribuyen al peso y volumen finales.

Para el desarrollo OEM, compare el rendimiento completo a nivel de paquete en lugar de las especificaciones de la celda únicamente.

Golpes, vibraciones y retención de paquetes

Un cuadrúpedo crea una carga mecánica que difiere de una aplicación de batería estacionaria. Caminar sobre superficies irregulares, escalar obstáculos, movimientos bruscos de estabilización y transporte pueden cargar repetidamente la mochila y su sistema de montaje.

La validación mecánica debe considerar:

• movimiento del paquete dentro del compartimento de la batería;
• retención del conector;
• apoyo celular;
• integridad de barras y soldaduras;
• alivio de tensión del cableado;
• sujetadores de gabinetes;
• durabilidad del pestillo.

ONU 38.3 incluye pruebas de diseño de baterías de litio asociadas con el transporte, pero no debe tratarse como un sustituto de la validación de la durabilidad en el campo de una aplicación específica. El Manual de la ONU es fundamentalmente un marco para el transporte de mercancías peligrosas, mientras que el OEM del robot debe definir las condiciones mecánicas creadas por la plataforma real.

Por lo tanto, las pruebas deben reproducir el perfil operativo esperado del robot lo más fielmente posible.

Protección contra el polvo y el agua

Los robots industriales y de exterior pueden encontrarse con polvo, agua, barro, condensación y procesos de limpieza. El gabinete de la batería y el compartimiento de la batería necesitan una protección adecuada al entorno previsto.

IEC 60529 define el código IP utilizado para clasificar la protección del gabinete contra la entrada de objetos sólidos y agua. En lugar de asignar un requisito de IP genérico a cada batería cuadrúpeda, los OEM deben seleccionar el nivel que coincida con el entorno de implementación.

La interfaz completa es importante. La protección puede verse comprometida si el gabinete está sellado pero el área del conector extraíble está expuesta.

Por lo tanto, el diseño ambiental debe considerar:

• juntas de carcasas de baterías;
• interfaces de conectores;
• aberturas para pestillos;
• contactos de comunicación;
• superficies de sellado;
• caminos de drenaje o contaminación alrededor del compartimiento de la batería.

El diseño también debe seguir siendo repetible después de muchos cambios de batería.

Rendimiento de descarga en climas fríos

El funcionamiento a baja temperatura cambia el comportamiento de la batería, por lo que un paquete que funciona bien en interiores puede no proporcionar la misma energía utilizable y potencia en exteriores.

Para un robot de campo, la validación de la temperatura debe incluir el perfil actual esperado de la batería en lugar de solo una prueba de capacidad de baja corriente.

El OEM debería definir:

• temperatura mínima de misión;
• corriente máxima requerida a esa temperatura;
• energía mínima utilizable;
• Límites de temperatura de BMS;
• condiciones de carga;
• cualquier estrategia de acondicionamiento térmico requerida.

Luego, el sistema de gestión de la batería puede utilizar la información de temperatura para evitar el funcionamiento fuera de los límites validados y coordinar cualquier reducción de potencia necesaria.

Esto es especialmente importante para los robots que deben comenzar una misión después de haber sido almacenados en un entorno no acondicionado.

Vida útil del ciclo de acoplamiento del conector

Un conector de batería interna convencional puede experimentar relativamente pocos ciclos de acoplamiento durante la vida útil del producto. Un paquete intercambiable puede sufrir inserción y extracción repetidas como parte del funcionamiento normal.

Por lo tanto, la durabilidad del conector debe coincidir con el número esperado de cambios de batería durante la vida útil del robot.

Los ingenieros deben monitorear:

• desgaste de contacto;
• fuerza de inserción;
• resistencia de contacto;
• temperatura del conector;
• rendimiento del contacto del resorte cuando corresponda;
• contaminación;
• daños a la vivienda;
• alineación después de un uso repetido.

Un conector puede seguir funcionando mecánicamente mientras aumenta su resistencia eléctrica. Para la robótica de alta corriente, ese aumento puede generar una caída de voltaje y calor adicionales, lo que hace que la inspección eléctrica forme parte de la validación de la interfaz a largo plazo.

Gabinetes de paquetes de baterías reparables

Un sistema intercambiable debería facilitar el reemplazo del módulo de batería sin necesidad de que los técnicos de campo abran el gabinete de la celda.

Esto respalda un modelo de servicio más limpio: el robot puede volver a funcionar con otro paquete mientras la batería extraída se inspecciona o se le da servicio por separado.

Las características útiles del gabinete pueden incluir:

• clara orientación de inserción;
• contactos protegidos;
• superficies robustas de elevación o manipulación;
• indicación de bloqueo positivo;
• interfaces con clave;
• etiquetas de identificación accesibles;
• diagnóstico de servicio a través del BMS.

La capacidad de servicio no debe debilitar la protección estructural. El objetivo es un reemplazo rápido a nivel del sistema combinado con un mantenimiento controlado del nivel de la batería.

Cómo deben especificar los OEM los paquetes de baterías para robots de intercambio en caliente

Un programa exitoso de intercambio en caliente comienza con los requisitos de la misión del robot, no con la capacidad de la batería del catálogo.

El OEM debe proporcionar al fabricante de baterías una especificación eléctrica, mecánica, ambiental, de comunicación y regulatoria lo suficientemente detallada como para diseñar y validar el paquete completo.

Definir el perfil de poder de la misión

Comience midiendo el robot.

Registre el voltaje y la corriente de la batería mientras el cuadrúpedo realiza los movimientos que encontrará en servicio, incluidas combinaciones representativas de locomoción, carga útil, sensores y computación a bordo.

A useful power profile separates:

• carga inactiva;
• carga normal para caminar;
• sustained high-load operation;
• short actuator peaks;
• sensor and compute consumption;
• accessory or payload power.

From that trace, engineers can determine both energy demand and current demand.

The basic energy relationship is:

Battery energy (Wh) = nominal voltage (V) × capacity (Ah)

But nominal watt-hours should not be treated as guaranteed field runtime. Actual mission duration depends on operating load, usable battery window, temperature, terrain, payload, electrical losses, and protection limits.

Establecer tiempo de ejecución e intercambiar objetivos

Next, define uptime requirements in operational terms.

Instead of specifying only “two hours of battery life,” an OEM can define:

• minimum effective mission runtime;
• maximum acceptable battery-change interruption;
• number of operating shifts;
• charging turnaround target;
• available charger count;
• required battery reserve;
• maximum number of expected swaps per day.

These inputs determine the battery pool as well as the individual pack.

For example, a robot may have sufficient energy for one mission but still require multiple packs to support continuous operation while depleted batteries recharge. The system-level target is therefore availability, not simply maximum pack capacity.

Haga coincidir los límites de voltaje y corriente

The battery and robot power electronics must operate within the same electrical window.

The battery specification should clearly define:

Parámetro	Por qué es importante
Tensión nominal	Establishes the basic robot power architecture
Maximum pack voltage	Must remain compatible with downstream electronics
Minimum operating voltage	Defines the usable discharge window
Corriente continua	Supports sustained robot operation
Corriente máxima	Supports dynamic actuator loads
BMS protection limits	Determines when the pack disconnects or derates
Corriente de carga	Influences charging system design
Interfaz de comunicación	Enables battery status and control exchange

Peak-current requirements should come from measured robot loads with an appropriate engineering margin rather than from average power consumption.

For hot swapping, the specification should also define the allowable voltage difference and the controlled sequence used when another pack is connected to the power bus.

Estandarizar las interfaces de baterías mecánicas

Battery interchangeability depends on mechanical standardization.

The OEM should provide controlled drawings that define:

• dimensiones máximas de la batería;
• mass limits;
• insertion direction;
• mounting surfaces;
• ubicación del conector;
• tolerances;
• latch geometry;
• keying;
• removal clearance;
• electrical contact sequence where applicable.

This becomes especially important if the same battery family will serve several robot configurations.

A consistent interface can reduce integration work across the fleet and simplify charging racks, swap stations, spare-battery storage, and maintenance tooling.

Validar el cumplimiento de la seguridad y el transporte

Battery compliance needs to be matched to the intended application and market rather than treated as a generic certification checklist.

For industrial secondary lithium batteries, IEC 62619:2022 provides safety requirements and tests for industrial applications. Because a quadruped robot has its own mechanical and electrical architecture, the OEM should also evaluate any system-level standards applicable to the final machine.

Ingress protection targets can be specified using IEC 60529 where environmental sealing is required.

Transport is a separate requirement. For U.S. shipments, the Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration states that lithium cells and batteries offered for transportation must have passed the applicable design tests in UN Manual of Tests and Criteria, Subsection 38.3. Manufacturers and subsequent distributors are also required to make the prescribed lithium battery test summary available.

For an OEM battery program, qualification planning should therefore distinguish among:

1. cell and battery safety requirements;
2. transport qualification;
3. environmental protection;
4. robot-specific electrical validation;
5. robot-specific mechanical and mission testing.

Passing one category does not automatically validate the others.

Personalización OEM de batería MANLY

En Batería MANLY, we approach robot battery development around the requirements of the robot rather than assuming that one standard pack fits every platform.

Our robot battery capabilities include customization of battery voltage, capacity, dimensions, BMS charging and discharging current, connectors, enclosure, and wiring. Selected robot battery configurations also support communication interfaces such as CAN Bus, RS485, and RS232.

For a quadruped hot-swap project, an OEM can define the key engineering inputs before pack development:

• operating and maximum voltage;
• vatios-hora requeridos;
• continuous and peak current;
• maximum pack dimensions and weight;
• battery-bay geometry;
• power connector;
• communication protocol;
• BMS protection thresholds;
• environmental requirements;
• método de carga;
• expected swap frequency;
• regulatory and transport requirements.

MANLY Battery already produces robot battery configurations across 24V, 36V, and 48V categories and supports custom robot battery development.

For a quadruped robot swappable battery, however, the final design should be engineered around the specific robot’s power trace, mechanical battery bay, hot-swap sequence, communication architecture, and field environment. A catalog voltage and capacity are only the starting point.

The strongest hot-swap system is one in which the battery, robot controller, mechanical interface, charging workflow, and spare-pack strategy are designed as a single power system. That is what turns a removable battery into a practical tool for extending quadruped robot uptime.

Obtenga más información sobre la batería