科技 | 摩拜单车的供电系统

科技 | 摩拜单车的供电系统

科技 | 摩拜单车的供电系统

摩拜单车的供电系统-DIY研究

       摩拜单车—究竟要多少电?

  通过一些简单的观察,可以大致推断其工作原理。 首先,开锁时只要扫码,不需要对自行车做任何物理操作。这意味着,自行车的电子部分是持续工作的,不需要人工触发唤醒。我测试了几次开锁的延时,大约都在6-9秒左右,这时间远远短于GSM搜索注册网络的时间,因此可以推断它是一直连接在手机网络上的(换句话说,就是手机一直是“开机”的)。

     一个更有趣的猜测是,虽然和服务器同步位置信息,几乎肯定会用2G/3G流量。但是,为了省电,开锁应该并不是使用GPRS或3G流量来控制的,因为那样必须要求单车时刻接通流量、并和服务器保持连接。从6-9秒的延时,恰好是短信投递的时间,我推测服务器是通过给自行车发短信(对,最传统的短信)开锁的。

  给自行车发短信开锁,第一次听说哈!

————— 分割线 —————

  下面咱们更加量化分析一下,究竟通过GSM+GPS的方式,跟踪一辆自行车,需要多少能量。(小白可以跳过这一节,直达下一个分割线)

      首先,我们可以暂时不考虑GPS的功耗。这是因为,在摩拜的应用里,我们并不需要实时跟踪位置,只要一段时间更新一个点就可以了(有点像观察美团外卖送餐员的位置)。这个更新时间可能长达30秒-1分钟。

  此外,当自行车已经锁住归还后,GPS的更新速度可以进一步降低(例如10分钟更新一次)。而目前采用AGPS技术,锁定时间可以控制在2秒之内,因此GPS绝大部分时间都在休眠,平均功耗很低。

  那么GSM模块的功耗如何?首先,看看马云爸爸家里的东西。

科技 | 摩拜单车的供电系统

科技 | 摩拜单车的供电系统

  可以看到,这款纯基站定位(图中说用GPS是虚假宣传)的小东西,单节锂电池驱动,正常工作的平均电流大约在400mAh / 48h = 8.3mA。再看看这款再SparkFun上的GSM/GPRS模块:

科技 | 摩拜单车的供电系统

科技 | 摩拜单车的供电系统

  可见,其正常工作的平均功耗是7mA。这是纯模块,不含外围电路。事实上,还有个大家更熟悉的估计方法。一台Nokia板砖功能机,使用1020mAh的BL-5C电池,在几乎不操作的情况大约可以待机4-5天。这样也可以大致算出,手机待机的功耗大约在9mA。

      综上所属,GSM模块待机的功耗大约是7-10mA。如果加上GPS模块的平均功耗,那么10mA是个比较合理的估计。这里还忽略了开锁的功耗,以及蜂鸣器响声的功耗,因为那些相对其它几项,是很低频率的,平摊下来功耗很小。

  10mA:这就是目前我们对摩拜单车总平均功耗的估计(个人计算纯属参考数据)。

       下面的问题就是,我们要装多大的电池呢?

科技 | 摩拜单车的供电系统

  从摩拜锁机构的尺寸来看,并不能装下很大的电池(除非装车座管里)。事实上,咱们假设摩拜是土豪,装了满满的锂亚电池,足足有30000mAh。那么它可以工作多久?

30000mAh / 10mA = 3000h = 4个月      号称4年免运维的单车不给力呀!

咱们的自行车可是按照4年免维护设计的呀!看来纯靠电池是根本不行的。

    出路只有一条:发电!(术语叫Energy Harvesting)                                  

如果可以发电,那么电池的容量本身并不很关键。应该考虑的是,正常使用中,发电量是否大于用电量,即能量能否进出平衡。而电池本身,只是能量的缓冲区。更大的电池,可以让系统承受更不稳定的发电量(比如一辆自行车一周没人骑,也不会耗尽电池)。

  鉴于全车并部分有柔性太阳能板(这是一个很好的选择,因为太阳能本身受地域影响,并且脏了不好维护),但我们先可以参考一下太阳能发电的数据:

  科技 | 摩拜单车的供电系统型号:5W/6W(晶硅、磨砂)大小:270×175

功率:5W-6W之间,电压等级5V-6V之间

工作电流:1000mA

       按照以上的基本参数:光伏发电正常发电在最佳发电状态下可以用电设备的100倍,但考虑到光照情况、表面污垢等外界因素,发电效果肯定不止减半!!我们假设安装10%的发电计算,正常的太阳能板供电,可满足一天10mA的用电。如果按照理论100%的发电计算:对于最大存储容量的电池3000mA将在3天完成全部充满电,那么安装理论计算:3天的充电可满足4个月的正常使用,那么一年内只要保证每4个月有三天的时间进行全部充电,那么就可保证1年的自身供电使用。

       但是,车篮太阳能供电系统由于太多外在因素的影响,我们暂时不能确保发电量的多少和,那么发电电几乎肯定是靠车轮的转动,也就是下面这种高级货:

科技 | 摩拜单车的供电系统

  这是一种装在自行车轮子轴承中的发电机,从数据看,在稳定骑行过程中,可以发出6V/3W的电能,即在6V下大约500mA的输出。考虑电池充电电路的损耗,估计在实际给自行车中的电池充电时,充电电流应该在250mA左右。

  充放电比例是:250mA / 10mA = 25。即,系统只要有1/25的时间处于充电状态,就能达到能量进出平衡。换句话讲, 每辆摩拜单车,平均每天至少要骑行约50分钟,才能达到能量平衡,从而可以持续工作下去。请注意,实际租用车子过程中,会有很多时间并不是平稳骑行、有效充电的时间,例如等红绿灯。因此, 实际租用时间可能需要60分钟以上,才能达到平衡。

   60分钟(不考虑太阳能的供电系统):每辆摩拜单车平均每天至少租用这么久,才能保证能量平衡。

————— 分割线 —————

  这可不是件容易事情!打开摩拜App看看你家门口那辆车是不是一天没动了?

绿色低碳出行是件好事,摩拜单车的创造也是件好事,那么我们也期待这样高大上的绿色单车,怎么经过实践的论证确保车体内部供电系统的综合使用,我们期待一年后的大数据来检验!!

(以上数字都靠经验和公开材料,误差正负50%都是合理的)

 

科技 | 摩拜单车的供电系统

科技 | 摩拜单车的供电系统

原文始发于微信公众号(坎德拉学院):科技 | 摩拜单车的供电系统

上一篇:

下一篇:

相关新闻