看似酷炫，却几乎白费力气的能量采集方案

shuszhao · 发表于 2021-2-16 08:21:31

能量采集是一个热门话题，理应如此。在许多情况下，它使电路获得“免费”的能量，该能量既可用又可散热或以其他方式耗费掉。例如包括使用环境振动，并透过压电组件为数据收集传感器供电，或收集空气中的RF能量以用于类似用途。
但是有时候也使用采集标签。笔者认为，采集标签作为新方案的能量来源，具有非常“暧昧”的效能、有效性或技术现实性。如果还可以与其他热门话题(例如混合动力汽车)相关联，它会更具吸引力。
如同上述状况的例子是，几年前在麻省理工学院(MIT)开发的能量采集自行车，获得了大量资金挹注。当然，这是一个有趣的工程设计挑战，但作为一个真正的产品…抱歉，别算我一份，我可不这么认为。

《波士顿商业日报》(Boston Business Journal)报导提到，位于马萨诸塞州剑桥市的Superpedestrian已经获得了200万美元的资金，用于将其所谓的“混合动力自行车”(hybrid bicycle)商业化，并可将任何自行车转变为电动混合动力车。为此，它使用了一个特殊的后轮(称为Copenhagen Wheel)来撷取煞车回充(regenerative braking)中损失的能量。

Superpedestrian研发的Copenhagen Wheel旨在透过煞车回充，将任何自行车变成能量收集器。
我们知道，正如数百万辆混合动力车和电动车所显示的那样，煞车回充是撷取能量的有效方法，但这是完全不同的情况。在一辆自行车上，骑士所消耗的大部分能量都是由于滚动摩擦、机械摩擦，尤其是空气阻力失，所有这些都是无法恢复的。空气阻力是最严重的耗损，因为空气阻力的损失与速度的平方成正比，因此大量踩踏踏板的能量永远不会回来。
此外，如果大多数自行车骑手关注道路和整体状况，他们根本不会使用过多的煞车。相反地，骑手会调整踩踏踏板的节奏以降低速度，当然，有些时候不得不煞车，甚至得用力煞车，但是这中间有多少能量可以恢复呢？
不过，但是，无论是真实还是想象，一无所获的吸引力都非常强。如果这个设计做得很明显，且使用特殊的后轮作为小型发电机，我就能理解。适度的踩踏踏板需要50~150W的功率，因此可以期望骑士再增加5~10％%的能量并储存一些适度的能量——但是那对骑手来说将是真正的工作，而不是透过煞车回充获得免费能源的诱惑。
我怀疑如果你进行适当的能量输入/输出平衡，那么特殊的Superpedestrian车轮所增加的重量需要更多的能量来保持行驶，而不是系统能获得的能量。这些所谓的混合动力自行车可能看起来很时髦，但是其设计所采用的物理定律却忽略了这些方面。
真正有意义的是我所见过的许多电动自行车，将中型可充电电池夹在框架的下管或座管上，并用小型马达代替后轮毂。这样，骑手可以踩踏板但也可以得到帮助，或停止踩踏板并以10~15mph (15~25km/h)的速度行驶，同时休息一会儿。
你是否看过无效的时髦解决方案，还是不能通过“有意义的”实际测试？你曾参与过任何能量采集的方案设计吗？你如何设计它？