Master's Thesis

Mobile Power Sources

Final Thesis 2.65 MB Appendix 3.75 MB

Author of thesis: Ing. Karel Kvasnička

Acad. year: 2019/2020

Supervisor: doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jan Morávek, Ph.D.

Abstract:

Charging station; PV panel; accumulator; battery; lithium; LiFePO4; Arduino

Keywords:

This diploma thesis deals with the design and implementation of a new generation of charging station in order to create a portable device of compact dimensions. The device is placed in a tool box of size 396 x 296 x 187 mm and load capacity 20 kg. The LiFePO4 battery with a capacity of 512 Wh can be charged from the mains or be connected up to five photovoltaic panels via a junction box. Information about the current status is displayed on the LCD using the buttons. There are output sockets on both sides, namely USB-A, USB-C, 12 V and 230 V. The whole device is designed to be waterproof with a degree of protection IP 54 and has active air cooling. The result of this work is a functional charging station that can get by comparisons with products sold on the market. At the same time, the work shows that making a similar product is not technologically demanding and can serve as a guide if someone would like to build a similar device.

Date of defence

16.06.2020

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil komisi se svojí diplomovou prací na téma: Mobilní zdroje elektrické energie. Student odpověděl na otázky oponenta práce. Doplňující otázku na kapacitu systému položil doc. Baxant. Student dotaz zodpověděl. Dr. Topolánek se zajímal o plánované využití systému, což student uvedl. Doc. Toman položil doplňující otázku, na kterou student neodpověděl zcela správně. Doc. Lázničková měla poznámky ke zpracování diplomové práce.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Electrical, Electronic, Communication and Control Technology (EEKR-M)

Field of study

Power Electrical Engineering (M-EEN)

Composition of Committee

prof. Ing. Petr Toman, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Mastný, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D. (člen)
Ing. Štěpán Foral, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Ilona Lázničková, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Radil, Ph.D. (člen)
doc. Ing. David Topolánek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D.

Student Bc. Karel Kvasnička ve své diplomové práci řeší problematiku mobilních zdrojů elektrické energie, které se díky rozšiřování akumulačních kapacit baterií a dostupnosti fotovoltaických panelů stávají zajímavou alternativou proti klasickým elektrocentrálám a větším power bankám. Cílem práce bylo vyhodnotit nedostatky předchozí verze malé FVE, kterou vyráběl rovněž student v rámci diplomové práce. Ukázalo se však, že konstrukce má řadu nedostatků, jejichž vlivem se stala elektrárna nefunkční. Student Karel Kvasnička si s diagnostikou problematických míst dobře poradil a našel způsob, jak mobilní zdroj posunout na vyšší technickou úroveň. Ve své práci sepisuje rešerši existujících zařízení a pro svou konstrukci provedl kompletní návrh všech komponent a to včetně obslužného programu malého řídícího systému postaveném na platformě Arduino. Elektrárnu vestavěl do robustnéího systaineru s vyvedením dostatečného množství zásuvek a podařilo se mu dosáhnout velmi kompaktní konstrukce s budoucím možným rozšiřováním pomocí stohovatelné architektury.
Student během semestru vyvíjel nadprůměrnou aktivitu zejména v praktické části a i přes omezený přístup k dílně ústavu během karantény se mu podařilo elektrárnu včas dokončit. Jedná se o studenta samostatně pracujícího a s velmi dobrými praktickým dovednostmi. Určité nedostatky lze najít pouze v oblasti programování a konstrukci řídící jednotky, ale to je vzhledem k zaměření studia nepodstatné. Práci doporučuji k obhajobě u státní závěreční zkoušky. Points proposed by supervisor: 95

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jan Morávek, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Karla Kvasničky se zabývá problematikou mobilních zdrojů energie. Úvodní rešeršní část se zabývá mobilními zdroji napříč výkonovým spektrem od malých elektrocentrál až po kontejnerová bateriová úložiště. Tato rešeršní část by zasloužila systematičtější a podrobnější zpracování. Následuje teoretický popis sluneční energie, princip FV článku a základní rozdělení akumulátorů včetně jejich srovnání.
Praktická část navazuje na diplomovou práci obdobného tématu zpracované jiným studentem a popisuje stávající prototyp mobilní stanice a shrnuje jeho nevýhody. Následně je proveden inovovaný návrh s alternativními komponentami včetně výpočtů souvisejících s dimenzováním průřezu kabelů. Opakující se výpočty působí v diplomové práci poněkud zbytečně, vhodnější by byla tabulka s uvedeným příkladem výpočtu a následnými variacemi jednotlivých vstupních parametrů a odpovídajících výsledků. Výsledné konstrukční řešení je následně realizováno a v rámci posledního bodu zadání doplněno o monitorovací systém na platformě Arduino. Tento bod musím vyzdvihnout, protože se dle mého názoru jedná o nejvýznamnější přínos autora. Programu lze vytknout pouze textové zobrazení veličin, kdy nemusí být zcela zřejmý jejich význam (např. proměnná spotřebováno), protože není jasné, v které části instalace je veličina monitorována. S touto skutečností souvisí i nepřehlednost výsledného schématu. Rozdělení do jednotlivých funkčních bloků by bylo přehlednější.
Celkově je práce srozumitelná bez větších gramatických nedostatků. Konstrukční část práce náročností a způsobem zpracování odpovídá spíše bakalářské práci, než diplomové práci. Postrádám větší diskusi nad zvoleným řešením a jeho alternativami, avšak výsledek se jeví jako funkční a dostatečně robustní pro zadaný účel. Práce splňuje zadání, doporučuji ji k obhajobě a hodnotím 85 b. Topics for thesis defence:
  1. Jakým způsobem je zajištěna ochrana před úrazem elektrickým proudem u výstupních zásuvek 230V?
  2. Proč nejsou ve schématu uvedeny parametry jednotlivých prvků? Stejně tak značení jističů a stykačů neodpovídá dokumentaci pro realizaci.
  3. Jaká látka tvoří tekutý elektrolyt u LiFePO článků, jak je znázorněno Obr. 10-2?
  4. Jaká je vlastní spotřeba celého systému?
Points proposed by reviewer: 85

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová