摩拜單車的供電系統(tǒng)-DIY研究

? ? ? ?摩拜單車—究竟要多少電？

　　通過一些簡(jiǎn)單的觀察，可以大致推斷其工作原理。 首先，開鎖時(shí)只要掃碼，不需要對(duì)自行車做任何物理操作。這意味著，自行車的電子部分是持續(xù)工作的，不需要人工觸發(fā)喚醒。我測(cè)試了幾次開鎖的延時(shí)，大約都在6-9秒左右，這時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于GSM搜索注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間，因此可以推斷它是一直連接在手機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的（換句話說，就是手機(jī)一直是“開機(jī)”的）。

? ? 　一個(gè)更有趣的猜測(cè)是，雖然和服務(wù)器同步位置信息，幾乎肯定會(huì)用2G/3G流量。但是，為了省電，開鎖應(yīng)該并不是使用GPRS或3G流量來控制的，因?yàn)槟菢颖仨氁髥诬嚂r(shí)刻接通流量、并和服務(wù)器保持連接。從6-9秒的延時(shí)，恰好是短信投遞的時(shí)間，我推測(cè)服務(wù)器是通過給自行車發(fā)短信（對(duì)，最傳統(tǒng)的短信）開鎖的。

　　給自行車發(fā)短信開鎖，第一次聽說哈！

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　　下面咱們更加量化分析一下，究竟通過GSM+GPS的方式，跟蹤一輛自行車，需要多少能量。（小白可以跳過這一節(jié)，直達(dá)下一個(gè)分割線）

? ? ? 首先，我們可以暫時(shí)不考慮GPS的功耗。這是因?yàn)?，在摩拜的?yīng)用里，我們并不需要實(shí)時(shí)跟蹤位置，只要一段時(shí)間更新一個(gè)點(diǎn)就可以了（有點(diǎn)像觀察美團(tuán)外賣送餐員的位置）。這個(gè)更新時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)30秒-1分鐘。

　　此外，當(dāng)自行車已經(jīng)鎖住歸還后，GPS的更新速度可以進(jìn)一步降低（例如10分鐘更新一次）。而目前采用AGPS技術(shù)，鎖定時(shí)間可以控制在2秒之內(nèi)，因此GPS絕大部分時(shí)間都在休眠，平均功耗很低。

　　那么GSM模塊的功耗如何？首先，看看馬云爸爸家里的東西。

　　可以看到，這款純基站定位（圖中說用GPS是虛假宣傳）的小東西，單節(jié)鋰電池驅(qū)動(dòng)，正常工作的平均電流大約在400mAh / 48h = 8.3mA。再看看這款再SparkFun上的GSM/GPRS模塊：

　　可見，其正常工作的平均功耗是7mA。這是純模塊，不含外圍電路。事實(shí)上，還有個(gè)大家更熟悉的估計(jì)方法。一臺(tái)Nokia板磚功能機(jī)，使用1020mAh的BL-5C電池，在幾乎不操作的情況大約可以待機(jī)4-5天。這樣也可以大致算出，手機(jī)待機(jī)的功耗大約在9mA。

? ? ? 綜上所屬，GSM模塊待機(jī)的功耗大約是7-10mA。如果加上GPS模塊的平均功耗，那么10mA是個(gè)比較合理的估計(jì)。這里還忽略了開鎖的功耗，以及蜂鳴器響聲的功耗，因?yàn)槟切┫鄬?duì)其它幾項(xiàng)，是很低頻率的，平攤下來功耗很小。

　　10mA：這就是目前我們對(duì)摩拜單車總平均功耗的估計(jì)（個(gè)人計(jì)算純屬參考數(shù)據(jù)）。

? ? ? ?下面的問題就是，我們要裝多大的電池呢？

　　從摩拜鎖機(jī)構(gòu)的尺寸來看，并不能裝下很大的電池（除非裝車座管里）。事實(shí)上，咱們假設(shè)摩拜是土豪，裝了滿滿的鋰亞電池，足足有30000mAh。那么它可以工作多久？

30000mAh / 10mA = 3000h = 4個(gè)月 ? ? ?號(hào)稱4年免運(yùn)維的單車不給力呀！

咱們的自行車可是按照4年免維護(hù)設(shè)計(jì)的呀！看來純靠電池是根本不行的。

? ?　出路只有一條：發(fā)電！（術(shù)語叫Energy Harvesting） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

如果可以發(fā)電，那么電池的容量本身并不很關(guān)鍵。應(yīng)該考慮的是，正常使用中，發(fā)電量是否大于用電量，即能量能否進(jìn)出平衡。而電池本身，只是能量的緩沖區(qū)。更大的電池，可以讓系統(tǒng)承受更不穩(wěn)定的發(fā)電量（比如一輛自行車一周沒人騎，也不會(huì)耗盡電池）。

　　鑒于全車并部分有柔性太陽能板（這是一個(gè)很好的選擇，因?yàn)樘柲鼙旧硎艿赜蛴绊?，并且臟了不好維護(hù)），但我們先可以參考一下太陽能發(fā)電的數(shù)據(jù)：

??型號(hào)：5W/6W（晶硅、磨砂）大?。?70×175

功率：5W-6W之間，電壓等級(jí)5V-6V之間

工作電流：1000mA

? ? ???按照以上的基本參數(shù)：光伏發(fā)電正常發(fā)電在最佳發(fā)電狀態(tài)下可以用電設(shè)備的100倍，但考慮到光照情況、表面污垢等外界因素，發(fā)電效果肯定不止減半??！我們假設(shè)安裝10%的發(fā)電計(jì)算，正常的太陽能板供電，可滿足一天10mA的用電。如果按照理論100%的發(fā)電計(jì)算：對(duì)于最大存儲(chǔ)容量的電池3000mA將在3天完成全部充滿電，那么安裝理論計(jì)算：3天的充電可滿足4個(gè)月的正常使用，那么一年內(nèi)只要保證每4個(gè)月有三天的時(shí)間進(jìn)行全部充電，那么就可保證1年的自身供電使用。

? ? ? ?但是，車籃太陽能供電系統(tǒng)由于太多外在因素的影響，我們暫時(shí)不能確保發(fā)電量的多少和，那么發(fā)電電幾乎肯定是靠車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是下面這種高級(jí)貨：

　　這是一種裝在自行車輪子軸承中的發(fā)電機(jī)，從數(shù)據(jù)看，在穩(wěn)定騎行過程中，可以發(fā)出6V/3W的電能，即在6V下大約500mA的輸出?？紤]電池充電電路的損耗，估計(jì)在實(shí)際給自行車中的電池充電時(shí)，充電電流應(yīng)該在250mA左右。

　　充放電比例是：250mA / 10mA = 25。即，系統(tǒng)只要有1/25的時(shí)間處于充電狀態(tài)，就能達(dá)到能量進(jìn)出平衡。換句話講，?每輛摩拜單車，平均每天至少要騎行約50分鐘，才能達(dá)到能量平衡，從而可以持續(xù)工作下去。請(qǐng)注意，實(shí)際租用車子過程中，會(huì)有很多時(shí)間并不是平穩(wěn)騎行、有效充電的時(shí)間，例如等紅綠燈。因此，?實(shí)際租用時(shí)間可能需要60分鐘以上，才能達(dá)到平衡。

　　?60分鐘（不考慮太陽能的供電系統(tǒng)）：每輛摩拜單車平均每天至少租用這么久，才能保證能量平衡。

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　　這可不是件容易事情！打開摩拜App看看你家門口那輛車是不是一天沒動(dòng)了？

綠色低碳出行是件好事，摩拜單車的創(chuàng)造也是件好事，那么我們也期待這樣高大上的綠色單車，怎么經(jīng)過實(shí)踐的論證確保車體內(nèi)部供電系統(tǒng)的綜合使用，我們期待一年后的大數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)??！

（以上數(shù)字都靠經(jīng)驗(yàn)和公開材料，誤差正負(fù)50%都是合理的）

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