Een slimme stal voor alle e-bikes

Hoe geraken we van punt a naar punt b? Dankzij de komst van de elektrische fiets en al even hippe neefjes als de monowheel en de e-step zijn er op die vraag meer mogelijke antwoorden dan ooit. De nieuwe vervoersmiddelen brengen de troon van koning auto aan het wankelen, maar ze stellen fabrikanten en gebruikers ook voor uitdagingen. Hoe zorg je er bijvoorbeeld voor dat de batterijen van de verschillende types e-bike overal vlotjes opgeladen geraken?

Het gaat hard met de elektrische fiets. Vorig jaar was de helft van de nieuw gekochte fietsen in ons land elektrisch ondersteund. Vooral de opmars van de speed pedelecs valt op. Dat zijn e-bikes die 45 km/u kunnen halen: ideaal voor woon-werkverkeer, zoals steeds meer pendelaars ontdekken. In juni van dit jaar waren er 33.090 speed pedelecs ingeschreven, meer dan een verdriedubbeling vergeleken met 2018. Een groeicurve die de elektrische wagen niet kan voorleggen.

Professor Jan Cappelle, hoofd van de onderzoeksgroep Energie & Automatisering op Technologiecampus Gent, is ervaringsdeskundige: hij legt de 32 kilometer van zijn woonplaats Waregem naar de Technologiecampus Gent af op een speed pedelec. Hij weet dus ook hoe belangrijk het is dat je de batterij op een gebruiksvriendelijke manier kunt opladen. Dat is ook wat pendelaars met een elektrische fiets verwachten van hun werkgever.

Maar het is makkelijker gevraagd dan gedaan: anders dan bij elektrische wagens is er voor e-bikes nog geen gestandaardiseerd laadproces. Zowat elk merk heeft zijn eigen lader.

“Het is dus vaak behelpen”, zegt professor Cappelle. “Je moet je eigen lader meenemen op de fiets, terwijl het een behoorlijk zwaar ding is, dat bovendien kan stukgaan door de schokken. Je kan natuurlijk een extra lader kopen voor op het werk, maar dan ben je algauw een paar honderd euro kwijt. De laadinfrastructuur die werkgevers voorzien, bestaat meestal gewoon uit een stopcontact in de buurt van een stalplaats. Je moet je lader daar dan onbewaakt achterlaten en de draad hangt meestal gewoon los te bengelen.”

“Er zijn ook wel een soort van brievenbusjes op de markt, waarin je de lader en soms ook de batterij zelf kan leggen. Maar door de verscheidenheid aan batterijen zijn die kastjes niet geschikt voor elk type batterij.”

Dat de ongemakken bij het opladen voor behoorlijk wat frustratie kunnen zorgen, illustreert professor Cappelle met een anekdote. “Voor een aantal projecten lenen we elektrische fietsen uit aan werknemers van bedrijven die ze willen uittesten. We hebben eens een man gehad die zelf een buis aan de lader gelijmd had, zodat hij die ergens aan vast kon haken. Toch veelzeggend, als je dat doet met een dure uitgeleende fiets.”

Het moet alleszins veel beter kunnen, vond de onderzoeksgroep. Voor het project ULive (Universele Laadinfrastructuur voor Elektrische Fietsen) sloegen ze de handen in elkaar met een twintigtal partners uit de sector. De onderzoekers namen de bestaande laadsystemen onder de loep: welk batterijtype, welke stekker en welk communicatieprotocol gebruiken ze? Dat had iets weg van detectivewerk, want de meeste fabrikanten willen daar weinig tot niets over prijsgeven. Vervolgens ging de onderzoeksgroep aan de slag om een gebruiksvriendelijk universeel laadsysteem te ontwerpen.

Het resultaat: een slimme laadstalling die de fiets ook nog eens beveiligt tegen diefstal. “Vanuit de batterij-aansluiting op de fiets trekken we twee kabeltjes naar klemmen op de voorvork, die zo eigenlijk de plus en min van de batterij vormen. Wanneer je met je voorwiel tussen de twee stangen van de stalling rijdt, klikt je fiets vast.”

“Zowel de fiets als het laadstation zijn voorzien van een QR-code. Die scan je in met je smartphone, zodat het systeem het type fiets en de bijhorende gegevens voor het laden kan ophalen. Het systeem heeft een grote omvormer die de 230 volt wisselspanning van het net omzet naar 60 volt gelijkspanning. Op deze gelijkspanning wordt per fietsklem een kleine laadregelaar aangesloten die de fietsbatterij volgens het juiste laadprotocol oplaadt. Dat is efficiënter en goedkoper dan wanneer je klassieke laders per fiets voorziet.”

Gebruikers kunnen het oplaadproces volgen en aansturen met een app op hun smartphone. “Dat is meteen een oplossing voor een ergernis die gebruikers van elektrische fietsen wel zullen herkennen. Het gebeurt weleens dat iemand zijn fiets naast de jouwe zet en per ongeluk een duwtje geeft tegen je lader, waardoor de stekker uit de aansluiting valt. Als je ’s avonds wil vertrekken, merk je: Verdorie, de batterij is niet opgeladen. Ons systeem geeft je een melding als het laadproces stilvalt.”

De app kan bedrijven ook helpen om een groot aantal elektrische fietsen zo economisch en ecologisch mogelijk op te laden. De gebruikers geven hun geplande vertrekuur in en het systeem zorgt voor een volle batterij bij vertrek. Wanneer en hoe snel er precies geladen wordt, kan flexibel ingepland worden. Een algoritme kan er bijvoorbeeld voor zorgen dat het laadproces de beschikbare zonne-energie optimaal gebruikt of overbelasting van het netwerk voorkomt. Het is met andere woorden een manier om elektrische fietsen op te nemen in het smart grid, het slimme elektriciteitsnet van de toekomst.

De troeven van de universele lader spreken voor zich. Dit model komt als dusdanig wel niet op de markt. “Met dit prototype wilden we de partners in het project vooral tonen wat er allemaal kan”, zegt professor Cappelle. “En dat is zeker gelukt: er zijn zaadjes geplant. Het idee om een slot in te bouwen en het feit dat ook fietsen een rol kunnen spelen bij het bufferen van zonne-energie was voor velen een eyeopener. Het project legde ook de pijnpunten van een gebrek aan standaardisatie bloot.”

“We hebben op zich niets nieuws uitgevonden, maar we hebben bestaande technologie gedemonstreerd in een nieuwe toepassing, en een hele reeks vragen onderzocht en beantwoord: hoe verzekeren we de veiligheid bij het universeel laden, wat moet er minimaal opgenomen worden in een eventuele standaard, kunnen we fietsen efficiënter in bulk opladen … Zo toon je de mogelijkheden van nieuwe technologie aan een sector die daar nog niet vertrouwd mee is. Voor mij is dit project een voorbeeld bij uitstek van de manier waarop industrieel ingenieurs problemen kunnen vastpakken en oplossen.”