UNIVERSELE
laadinfrastructuur voor
E-BIKES
INHOUDSTAFEL
Het ULive project ...4
Marktstudie ...6
Laadsystemen met stopcontacten ... 7
Laadsystemen voor deelfietsen ... 8
Universeelladers ...9
Het laden van fietsbatterijen ...11
Celtechnologieën ...11
Batterijpakketten ... 12
Batterijen laden: codes van goede praktijk ... 15
Connectie met lader ...16
Standaardisatie ... 17
De ULive universeellader Doel ...20
Universeel laden zonder standaardisatie ...22
Het ontwerp van de ULive universeellader ...25
Mechanisch ontwerp ...25
Elektrisch ontwerp ...28
Praktisch gebruik van de app ... 31
Deze brochure wil u informeren over een aantal belangrijke aspecten rond het opladen van elektrische fietsen. In tegenstelling tot het laadproces bij uw elektrische wagen of bij uw smartphone is het laden van elektrische fietsen (nog) niet gestandaardiseerd. De brochure geeft inzicht in het laadproces van fietsbatterijen en legt uit wat er, ondanks het gebrek aan uniformiteit, mogelijk is om
elektrisch fietsen van verschillende merken met eenzelfde laadsysteem op te laden.
Deze brochure is het resultaat van het onderzoeksproject ULive (Universele LaadInfrastructuur Voor Elektrische fietsen), gefinancierd door de Vlaamse overheid en verschillende bedrijfspartners, en uitgevoerd door de onderzoeksgroep E&A van de KU Leuven technologiecampus Gent in de periode 2018-2020.
Hoewel het rijbereik van de huidige generatie klassieke elektrische fietsen de meest courante woon-werkafstanden overstijgt, verwachten veel pen- delaars dat de werkgever laadinfrastructuur voorziet. Dat is in het bijzon- der het geval voor speed pedelec rijders, die door de hogere gemiddelde snelheden een veel groter energieverbruik hebben met slechts een be- perkt grotere batterijcapaciteit. Speed pedelecs uitgerust met de typische 500Wh batterijpakketten kunnen bij het fietsen aan 34km/h bij een lichte tegenwind van 20km/h nauwelijks meer dan 30km rijden met een volgela- den batterij.
Veel werkgevers worden dan ook geconfronteerd met een veelheid aan fietsladers die -al of niet begeleid van een lichte ventilatorruis- de vrij be- schikbare stopcontacten in het bedrijf gebruiken om de batterij van hun fietsende werknemers op te laden.
Tijdens het ULive project werd onderzocht wat vandaag de opties zijn om dit probleem het hoofd te bieden. Na een marktstudie van bestaande syste- men, werd gefocust op de ontwikkeling van een eigen universeel laadsys- teem, geïntegreerd in een fietsenstalling waarmee verschillende types elektrische fietsen opgeladen kunnen worden en waar ook mogelijkheden voor slim laden en op slot zetten voorzien zijn.
HET ULIVE PROJECT
Elektrische fietsen worden geleverd met een lader voorzien van een standaard 230V AC stekker aan de ene kant en aan de andere kant een merkspecifieke DC connector, geschikt voor aansluiting op het contact op de batterij en/of de fiets.
MARKTSTUDIE
Op de markt zijn heel wat voorbeelden te vinden van fietsstallingen die voorzien zijn van oplaadmogelijkheden. Daar zijn verschillende types te onderscheiden, elk met hun eigen voor- en nadelen. Uit een beperkte rond- vraag bij 206 elektrische fietsers in het kader van het project ULive blijkt de Bosch lader de meest gebruikte lader bij de klassieke elektrische fietsen terwijl de Stromer lader de meest voorkomende is bij de speed pedelecs.
Laadsystemen
met stopcontacten
De eenvoudigste manier om oplaadpunten te voorzien is waterdichte stopcontacten te integreren in de stalplaats van de fietsen. Belangrijkste nadelen van dit systeem zijn het feit dat de fietser steeds de eigen lader dient mee te sleuren op de fiets en dat deze tijdens het opladen onbewaakt dient achtergelaten te worden in (vaak) publiek toegankelijke ruimtes. Dat laatste kan opgelost worden door afsluitbare fietsenstallingen (figuur 1) of afsluitbare opbergkasten (figuur 2) te voorzien. Sommige opbergkastjes huisvesten enkel de lader en hebben een opening om de oplaadkabel naar de fiets te brengen. Bij andere opbergsystemen dient de batterij van de fiets gehaald te worden om in de kast zelf te worden opgeladen. Door de grote verscheidenheid van batterijafmetingen bij elektrische fietsen, zijn niet alle kastjes geschikt voor elk type fietsbatterij.
Stromer lader
(bron: qicq.nl)
Afsluitbare fietsenstalling
Afsluitbare opbergkast Bosch lader
(bron: Bosch)
Laadsystemen voor deelfietsen
Een reeks identieke elektrische fietsen, typisch voor fietsdeelsystemen of bedrijfsfietsvloten, worden meestal opgeladen met een speciaal daarvoor ontworpen oplaadsysteem. De meeste systemen werken conductief. Dat betekent dat de energie-overdracht via fysieke contacten gebeurt (figuur 3). Maar op de markt zijn ook draadloze (inductieve) laadsystemen be- schikbaar (figuur 4). Nadelen hier zijn de complexiteit van de infrastruc- tuur, wat inplanting in open ruimte niet altijd even evident maakt, alsook de ongeschiktheid om fietsen van andere merken te laden.
Universeelladers
Een derde categorie is deze van de universele laadsystemen. Dat zijn laadsystemen die kunnen gebruikt worden om elektrische fietsen van verschillende merken op te laden. Om batterijen veilig te kunnen laden is kennis (minimaal het celtype en het aantal cellen in serie/parallel) van het batterijpakket noodzakelijk. Idealiter is er ook permanente communicatie met het batterij management systeem. Dat laatste is bij gebrek aan een open of standaardprotocol voor deze communicatie vaak moeilijk tot stand te brengen in een universeellader.
Op de markt zijn er desalniettemin 2 types terug te vinden. De eerste zijn programmeerbare generieke AC/DC omvormers waarin laadstrategie- en kunnen worden geprogrammeerd voor verschillende batterijtypes en spanningen (figuur 5). Fabrikanten bieden vaak ook verschillende connec- toren aan. Het veilig gebruik van deze producten vergt veel voorkennis en lijkt ons enkel geschikt in labo’s of als basiscomponent voor meer ge- bruiksvriendelijke systemen.
De Satiator, geschikt voor verschillende celtypes (Li, NiMH, NiCd, Loodzuur) en spanningsniveaus (24V-103V) met open source firmware. (bron: Juiced bikes, Grin technologies)
Conductieve elektrische deelfietsen
(bron: Uber)
Inductieve elektrische deelfietsen
(bron: WOW solutions)
Een tweede soort universeelladers heeft kabels met connectoren voor een beperkt aantal merken van elektrische fietsen (figuur 6). In de connector zit informatie opgeslagen die de universele lader gebruikt om de correcte spanning en stroom aan het batterijpakket aan te leveren.
Het gebruik van universeelladers is vandaag eerder beperkt omwille van de technische com- plexiteit, de juridische onzekerheid (de meeste fietsfabrikanten stellen in hun gebruiksvoor- waarden duidelijk dat de fietsen dienen te worden geladen met de merkeigen lader) en het ontbreken van een open en/of standaardprotocol.
HET LADEN VAN FIETSBATTERIJEN
Celtechnologieën
Fietsbatterijen bestaan in vele vormen en formaten. Om te beginnen wor- den verschillende celtechnologieën gebruikt. Het betreft vandaag hoofdza- kelijk lithium-ion batterijen, maar binnen deze categorie bestaan verschil- lende chemische varianten:
• LCO: Lithium Kobaltoxide (LiCoO2)
• LFP: Lithium Ijzer Fosfaat (LiFePO4)
• NMC: Lithium Nikkel Kobalt Mangaanoxide (LiNiCoMnO2)
• NCA: Lithium Nikkel Kobalt Aluminiumoxide (LiNiCoAlO2)
• LMO: Lithium Manganese Oxide (LiMn2O4)
• LiPo: Lithium Polymeer
• …
Universeel lader Bike Energy
(bron: Bike energy)
Deze randvoorwaarden worden bewaakt door het zogenaamde BMS (bat- tery management system). Elk batterijpakket heeft een specifiek batterij- managementsysteem, al of niet voorzien op communicatie met de lader.
Een voorbeeld is terug te vinden op figuur 12. Naast de primaire taak het batterijpakket binnen haar Safe Operating Area uit te baten, zorgt de BMS ook voor het maximaliseren van de performantie van de batterij. Dit ge- beurt onder meer door de onbalans in de cellen weg te werken via een systeem van actieve of passieve balancing.
Batterijpakketten kunnen met verschillende laadstrategieën worden opge- laden, maar de meest courante methode bestaat uit het combineren van 2 laadperiodes. De eerste periode is gekenmerkt door het laden met een constante stroom (Constant Current of CC). Tijdens deze periode wordt de meeste hoeveelheid energie toegevoegd, en neemt de spanning aan de klemmen van de batterij toe. Vertrekkend vanuit lage laadtoestand, en afhankelijk van de grootte van de laadstroom, duurt deze periode
Batterijpakketten
Fabrikanten stellen hun batterijpakketten samen uit verschillende cellen van eenzelfde chemische samenstelling (zie figuur 10).
Hoe meer cellen in het pakket, hoe groter de ener- gie-inhoud en dus het rijbereik van de fiets, maar
ook hoe zwaarder en duurder de batterij wordt.
De typische celspanning van een enkele cel bedraagt 3,6V. Door serie schakeling wor-
den hogere batterijspanningen bekomen.
De meest courante batterijspanningen op hedendaagse elektrische fietsen liggen rond de 36V en 48V, maar ook 24V en 72V komen voor. De exacte waarde van deze spanningen is afhankelijk van de laadtoestand (SOC of state of charge) van de batterij. Parallel- schakeling van cellen zorgt dan weer voor grotere laad- en ontlaadstromen. Meestal vindt men in de datasheet zowel de chemie van de cellen als het aantal serie- en paral- lelconnecties in het batterijpakket terug. Zo staat de aandui- ding NCR18650 10S4P, voor een herlaadbaar (Rechargeable) batterijpakket van nikkel-kobalt (NC) cellen, bestaande uit 4 Paral- leltakken van 10 Seriegeschakelde cellen. De aanduiding 18650 beschrijft de geometrie van de cellen: Het zijn cilindrische cellen (0) van 18mm dia- meter en 65mm lengte.
Batterijpakketten dienen steeds te opereren binnen strikte grenzen van o.a. spanning, stroom, temperatuur zoals voorgesteld op figuur 11.
Typisch batterijpakket van
een elektrische fiets
0 -50
0 50 100 150
1 2 3 4 5
Temperatuur (°C)
Cel spanning (V) Lithium plating Separator smelt
OperatingSafe Area BMS
Thermal runaway
Ontbinding — elek
trode
Ontbinding + elek
trode
SEI ontbinding
BMS van een batterijcel
ongeveer 1 tot 2 uren. Tijdens deze periode wordt meer dan 80% van de energie toegevoerd. Indien de spanning een voorafbepaalde grens over- schrijdt, dan wordt overgegaan naar periode 2. Hier wordt de laadspanning constant gehouden (Constant Voltage of CV). Daardoor neemt de snelheid van het laden af en daalt de stroom exponentieel. Wanneer de stroom lager wordt dan een voorafbepaalde ondergrens (de cut-off stroom) wordt het laadproces beëindigd. De tweede periode kan gemakkelijk ook een uur du- ren, maar tijdens deze periode wordt minder dan een vijfde van de energie toegevoerd.
Batterijen laden:
codes van goede praktijk
Over do’s en don’ts om de levensduur van batterijen te verlengen wordt veel gezegd en geschreven. Tijdens het ULive project werd de wetenschap- pelijke literatuur doorgenomen op zoek naar gevalideerde tips om de le- vensduur van lithiumbatterijen te optimaliseren. De voornaamste conclu- sies zitten vervat in deze 6 tips:
1. Bij langdurig niet-gebruik worden batterijen best koud en half geladen bewaard
2. Met volledig opladen wordt best gewacht tot vlak voor gebruik
3. In standby is opladen tot maximaal 95%
de betere keuze
4. Nooit laden boven de bovengrens van de spanning (sommige onbetrouwbare laders gaan licht boven deze bovengrens als ze na het laden in het stop- contact blijven zitten), en nooit ontladen onder de ondergrens
5. Trager laden is gezonder voor de batterij
6. Snel laden bij koude temperatuur is te vermijden
Typische oplaadkarakteristiek & batterijgegevens voor een NCR18650 Panasonic cel
2.0 0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
50 100 150 200
1000 2000 3000
Tijd (min)
Voltage (V)
Capacity (mAh)
Charging: CC-CV, Std. 1625mA, 4.20V, 4.0hrs Current (mA)
Standaardisatie
Veel van de problemen rond het univer- seel laden zouden opgelost zijn indien zowel het laadprotocol als de connectoren gestandaardiseerd zouden zijn bij elek- trische fietsen. ISO Technical committee TC149 dat zich bezighoudt met standaar- disatie van EPACs (electrical power assisted cycles) werkt momenteel aan ISO-4210-10 die ondermeer een eerste aanzet tot standaardisatie voorziet voor het gebruik van niet-merkgebonden la- ders. Eén van de systemen die naar verluid gesuggereerd
worden onder een rubriek “requirements for non-proprietary systems”
zou een laadmethode zijn gebaseerd op het Duitse EnergyBus systeem (www.energybus.org). Hoe ver de norm zal gaan is nog niet duidelijk, maar de grote lijnen in dit standaardisatie proces zijn de volgende:
• De gestandaardiseerde lader zal voorzien in maatregelen ter preventie van overspanning, overstromen, overtemperaturen, kortsluiting en hot disconnect.
• De fiets dient zich tijdens het laadproces te gedragen als master, de laadinfrastructuur als slave.
• Om de mechanische connectie te verzekeren zal een heartbeat functie geïmplementeerd worden die nagaat of de verbinding tussen lader en batterij actief is.
• Naast de heart-beat worden grenswaarden, laadmodus en diagnostische functies uitgewisseld via een bus systeem.
• De vooropgestelde nauwkeurigheid van energiemeting is 0/-2%
Connectie met lader
Het type connector waarmee de batterij met de lader wordt verbonden verschilt van fabrikant tot fabrikant (zie figuur 1). Minimum 2 pinnen zijn nodig om de positieve en negatieve klem van de batterij met de lader te verbinden, maar vaak bevatten de connectoren meer pinnen (zie figuur 15).
Deze dienen voor het uitwisselen van informatie en/of het aansturen van één of meerder extra functies.
Sommige fabrikanten hebben per nieuw model elektrische fiets een nieu- we connector. Verschillende merken hebben meestal een of meerdere ver- schillende types connectoren (zie figuur 2 en 3)
Voorbeeld van een batterij- connector met
6 pinnen
DE
UNIVERSEEL-
LADER
DOEL
De vaststelling dat laders niet uitwisselbaar zijn, duur zijn en niet steeds even gemakkelijk transporteerbaar (omwille van de grootte en soms ge- brekkige schokbestendigheid) bracht verschillende partners bijeen om in een tweejarig VLAIO-TETRA project uit te zoeken hoe gemakkelijk het is om een universeellader te ontwerpen. De uitdaging om met één lader elek- trische fietsen van verschillende merken te kunnen opladen, bleek groot omwille van alle voorgenoemde vrijheidsgraden die erg verschillend wor- den ingevuld door de fabrikanten.
Om de complexiteit van de fietslader te begrijpen, is het interessant te kij- ken naar de gelijkenissen en de verschillen met andere laadprocessen, zo- als deze bij elektrische wagens en smartphones. Wat we in de volksmond als “lader” aanduiden, vervult in de 3 gevallen eigenlijk erg verschillende taken.
Dit wordt uitgelegd aan de hand van figuur 16. De intelligentie die het laad- proces stuurt, wordt voorgesteld door het hersensymbool, de vermogense- lektronische laadhardware die de laadspanningen en laadstromen regelt, door het bliksemsymbool. De uitwisseling van energie wordt voorgesteld door de donkergroene lijn, uitwisseling van informatie via de gele lijn.
In de drie gevallen wordt vertrokken van de wisselspanning van het elek- trisch net, om een batterij op gelijkspanning in het toestel op te laden.
Bij elektrische fietsen is te zien dat er geen laadhardware, noch laadintel- ligentie op de fiets zit, die de correcte laadspanning aan de batterij kan leveren. Dit dient door de lader zelf te gebeuren.
Opdat de laadintelligentie de laadhardware correct zou kunnen aansturen, dient naast het elektrisch vermogen ook informatie te worden uitgewis- seld. De smartphone en elektrische wagen maken (grotendeels) gebruik van een standaard of open protocol voor de datacommunicatie. Bij de e-bi- ke wordt geen standaard of open protocol gebruikt.
Bij elektrische fietsen is het absolute minimum aan info-uitwisseling de ogenblikkelijke waarde van de batterijspanning. Met het correcte algorit- me en kennis van het batterijtype kan hieruit de laadtoestand of SOC van de batterij worden afgeleid en zo de ogenblikkelijke laadstroom worden bepaald. Voor deze minimale info zijn geen andere klemmen nodig dan diegene waarmee de energie-overdracht gebeurt. Dergelijke laadsystemen hebben maar 2 contacten.
Vergelijking smartphone, e-bike en wagen
DC
DC
Naast de hardware van de omvormers is ook de uitwisseling van informatie van cruciaal belang bij het universeel laadproces. Zonder enige vorm van communicatie is het niet mogelijk om het type batterij te herkennen en dus ook niet mogelijk de batterij te laden met het juiste laadprofiel.
Deze communicatie kan op 2 manieren:
• Door gebruik te maken van het laadprotocol dat gebruikt wordt om de fiets te laden met de eigen lader.
• Door informatie op te vragen via interactie met de gebruiker en/of een database.
Aangezien de meeste merken hun protocol volledig afschermen is het zo goed als onmogelijk om de eerste methode te hanteren en zo een volledig universeel laadsysteem te ontwikkelen. De producenten van universeella- ders dienen zich dus te informeren via de gebruikers en/of een database.
De minimale info die nodig is om veilig te laden bestaat uit:
• De maximale stelwaarde van de stroom nodig voor het constant cur- rent (zie figuur 13) laden.
• De waarde van de maximumspanning die bepaalt wanneer naar con- stant voltage laden dient te worden overgegaan. (zie figuur 13)
• De waarde van de cut-off stroom die bepaalt wanneer de batterij volge- laden is
Deze data worden in het vervolg van de tekst als laaddata aangeduid.
UNIVERSEEL
LADEN ZONDER
STANDAARDISATIE
Wanneer de merkeigen fietslader aan het net wordt gehangen, wordt via de specifieke connector, op elk ogenblik de DC-spanning aangeboden die het laadproces van de batterij op dat moment vraagt. Op dit principe zal ook een universeellader moeten werken. De lader zal dus, vertrekkend uit de netspanning 230V AC een variabele DC spanning aan de batterijklemmen moeten kunnen aanleggen. Vermogenselektronisch gezien kan dat in één of meerdere stappen gebeuren. Bij de ULive universeellader werd gekozen om dit in 2 stappen te doen .
Eerst zorgt een (duurdere) AC/DC omvormer van 1500W ervoor dat de netspanning naar een vaste DC spanning van 60V wordt omgezet. Deze kan meerdere fietsen tegelijkertijd van energie voorzien. Per elektrische fiets, wordt daarna een veel goedkopere DC/DC omvormer op de laadin- frastructuur geplaatst. Deze kunnen vanuit de vaste DC spanning van 60V de correcte laadspanning voorzien aan de fiets zoals weergegeven in figuur 17. Hoewel op de AC/DC omvormer moeiteloos tot 7 DC/DC omvormers (en dus elektrische fietsen) zouden kunnen worden aangesloten, werden er in de demo-opstelling slechts 3 gerealiseerd (zie ook figuur 29). Deze 3 la- ders zijn verbonden met 3 laadstations waarin de fiets kan gestald worden.
Netspanning
230V AC AC/DC
omvormer Batterijspanning
?V DC
DC/DC omvormer Principe van de ULive universeellader
Bij de ULive universeellader werd geopteerd voor communicatie via de ge- bruiker en een database. Om dit mogelijk te maken werd een smartphone- applicatie ontwikkeld waarin de gebruiker enkele stappen moet doorlopen vooraleer de fiets kan worden geladen. Door deze stappen te doorlopen kan de juiste laaddata gelinkt worden met de juiste DC/DC omvormer en de juiste fiets.
De laaddata zijn meestal te vinden op de merkeigen laders of de datasheet van de batterijen en moeten eenmalig in de database worden ingegeven bij het registreren van de fiets. In het ULive project werden o.a. de laaddata van enkele beschikbare fietsen gebruikt:
Om op een eenvoudige manier de fiets te kun- nen linken met het laadstation worden zowel de fiets als het laadstation van een QR-code voor- zien. Deze bevatten elk de nodige info, zo bevat de QR-code op de fiets de laaddata en de QR-co- de op het laadstation met welke DC/DC omvor- mer hij verbonden is. De smartphoneapplicatie kan deze scannen om zo de juiste fiets te linken met het juiste laadstation.
Dit soort registratiesysteem met QR-codes op de fiets wordt op dit moment uitgerold door Traxio en is terug te vinden onder de naam velo-pass, (www.
velo-pass.be). Dit systeem is uitermate geschikt om nieuwe data, zoals de laaddata aan een database te koppelen.
Wanneer de identificatieprocedure is doorlopen, kan het commando gege- ven worden om de fiets te laden.
Flyer Moustache KULeuven fiets Bafang fiets
Maximale stroom 4A 2A 2A 3A
Maximumspanning 42V 42V 42V 54.6V
Cut-off stroom 0.3A 0.3A 0.3A 0.3A
HET ONTWERP
Mechanisch ontwerp
Voor het mechanische deel van de ULive-charger werd gebruik gemaakt van een systeem dat werd ontworpen door het Australische Cycleport in combinatie met een zelf ontworpen draagconstructie. De mechanische constructie moest licht, eenvoudig transporteerbaar en plug-and-play zijn zodat het product op verplaatsing getest kan worden.
Om het product plug-and-play te maken werd er gebruik gemaakt van twee connectoren (figuur 21 en 22), namelijk een vermogen- en een data-connec- tor, om eenvoudig verbinding te kunnen maken met de universeellader.
Het Cycleport systeem voor- ziet het mechanisch systeem om de fiets op te laden én op slot te plaatsen. Dit gebeurt door zgn. PEGs te installeren op de voorvork (zie figuur 23).
Om veiligheidsredenen kan niet getolereerd worden dat er spanning op de PEGs staat als de fiets zich niet in het laadstation (fig 24) bevindt. Daar- om is vandaag nog een destructieve aanpassing nodig om de fiets aan te passen aan de ULive-charger. Concreet dient de kabel tussen batterij en controller te worden doorgeknipt om er een printplaatje tussen te plaatsen dat verbonden is met de PEGs. Dit printplaatje dient als ‘schakelaar’, vanaf dat het een spanning detecteert op de PEGs zal deze stroom doorlaten naar de batterij (fig 25 en 26)
Vermogen- en dataconnector
aangesloten
ULive charger opstelling
PEGs op de voorvork Vermogen-
(links) en data- connector
(rechts)
Elektrisch ontwerp
Het elektrisch ontwerp wordt uitgelegd op basis van principeschema op figuur 27. Zoals eerder vermeld wordt de netspanning omgevormd door een AC/DC omvormer naar 60V gelijkspanning. Deze wordt via de pro- grammeerbare DC/DC omvormer naar de laadspanning.
Het aansturen van de DC/DC omvormer zal pas mogelijk zijn wanneer ie- dere stap van het identificatieproces via de applicatie op de smartpho- ne is doorlopen. Wanneer dat gebeurd is zal alle nodige informatie, zoals laaddata en welke fiets nu gekoppeld is aan welk laadstation naar de onli- ne database worden doorgestuurd via de smartphoneapplicatie. Deze in- formatie zal een microcontroller, het brein van de ULive universeellader, gebruiken om juiste laaddata in te stellen in de juiste DC/DC omvormer.
Op deze manier kan de fiets dan correct geladen worden volgens het juiste laadprofiel. De microcontroller is in dit geval een Raspberry Pi die verbon- den is met het internet.
Alle benodigde info om te kunnen laden wordt dus gestockeerd in een online database, nl. Fi-
rebase. Dit is een databaseplatform dat wordt beheerd door Google en werkt volledig in de
‘cloud’. Dit houdt in dat alle informatie hier- in altijd en overal beschikbaar is mits je be- schikt over de juiste rechten. Het grote voordeel aan Firebase is dat het volledig compatibel is met een Android app. Zo heeft het al vele ingebouwde fea- tures die eenvoudig kunnen worden opgeroepen in zowel de app als de Raspberry Pi. Zo maakt de app gebruik van in Firebase geïntegreerd lo- gin systeem, real-time update van gegevens, doorspelen van info zoals
AC/DC omvormer
DC/DC omvormers
Raspberry Pi
Elektrische kast ULive-charger
Principeschema ULive universeellader
Communicatieschema
WiFi-router
Netspanning
230V AC AC/DC
omvormer DC/DC
omvormer
Microcontroller RaspberryPi
QR-code Smartphone
applicatie Database
ID
spanning en stroomsetpoints aan de Raspberry Pi, … . Dit zorgt ervoor dat de Rasperry Pi de noodzakelijke info krijgt zoals welke fiets in welke char- ger geplaatst is. Maar ook additionele info zoals het gewenste vertrekuur is, de windsnelheid, de ogenblikkelijke kostprijs van energie,… kan in een smartgrid toepassing met gecontolleerd laden van pas komen.
Wanneer iedere stap in het identificatieproces is doorlopen en de Rasp- berry Pi heeft de juiste laaddata ingesteld in de DC/DC omvormer kan de fiets worden op slot gezet en geladen worden. Een LED-ring geeft op elk ogenblik de laadtoestand van de batterij aan.
Praktisch gebruik van de app
De gebruiker van de ULive universeellader kan smartphoneapplicatie downloaden via de Google Playstore, dit onder de naam ‘ULive charger ap- plication’ of via deze link: https://play.google.com/store/apps/details?id=- com.application.ulive_application
Volgende stappen zullen het gebruik van de app verduidelijken.
Stap 1: Account aanmaken / inloggen
De gebruiker zal bij eerste gebruik van de app een ac- count moeten aanmaken via een scherm zoals op fi- guur 30. Hierbij worden gewoon eenvoudige gegevens gevraagd als naam, mailadres en wachtwoord. Door gebruik te maken van een loginsysteem dat beschik- baar wordt gesteld door het online database platform, is het voor geen enkele andere gebruiker/ontwikkelaar mogelijk het wachtwoord van de gebruiker te zien. Ie- dere gebruiker krijgt een uniek ID nummer.
Wanneer er een account is aangemaakt, kan er worden ingelogd. Merk wel op dat wanneer men wil inloggen men met het juist Wi-Fi netwerk verbonden moet zijn, namelijk het netwerk van de ULive universeellader, die zich in de fietsenstalling bevindt.
LED-ring geeft laadtoestand
aan
Stap 2: Scannen van QR-codes
Na het inloggen kan de gebruiker overgaan tot het scannen van de QR-co- de die op een duidelijke plek op de fiets werd aangebracht. Om de fiets te linken met het juiste laadstation zal ook de QR-code op het laadstation gescand moeten worden na het scannen van de fiets. De boodschappen op de app zorgen dat dit in de juiste volgorde gebeurt (zie fig 32-33). Wanneer deze stappen correct zijn doorlopen zal de fiets worden vastgezet en kan het laden beginnen.
Stap 3: Laadproces
Naast het sturen van gegevens naar de online database heeft de applicatie ook als doel de gebruiker te informeren over hoe veel de batterij van de fiets nu effectief is opgeladen. In de applicatie werd ook de mogelijkheid tot uitbreiding naar smartcharging opgenomen, vandaar de andere para- meters die zichtbaar zijn zoals vertrektijd, af te leggen afstand, windsnel- heid,…
De gehele communicatie tussen de Android app, Firebase en Raspberry Pi verloopt over in- ternet. Daarom werd in de elektrische kast een Wi-Fi router geïnstalleerd die zorgt voor een beschikbaar netwerk. Hierop moet de gebruiker zich aanmelden wil hij/zij gebruik maken van de ULive universeellader. Omwille van veiligheids- maatregelen is het enkel mogelijk de fiets vast te zetten of los te maken indien men verbonden is met dit netwerk. Eenmaal de fiets is vastgezet kan men vanop ieder netwerk de SOC en laad- duur raadplegen, verder kan op ieder moment het gewenste vertrekmoment gewijzigd worden.
Deze brochure kwam tot stand in samenwerking met de volgende partners:
living tomorrow
bike & co
ULive-team:
Bert Uytterhaegen (bert.uytterhaegen@kuleuven.be ) Cedric Lecluyse (cedric.lecluyse@kuleuven.be) Jan Cappelle (jan.cappelle@kuleuven.be) Vormgeving:
Marieke Van Raes (mariekevanraes@gmail.com)
