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！
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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。
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：
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？
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：
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：
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。
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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）
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