Bachelor's Thesis

Flywheel energy storage

Final Thesis 5.04 MB Appendix 5.26 MB

Author of thesis: Bc. Matěj Dostál

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Radek Vlach, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jan Králík, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis focuses on the design, construction, and analysis of a demonstration model of a flywheel energy storage system. The mechanical part includes a steel rotor design, bearing calculations, and a rotordynamics analysis. Drive and energy recuperation are provided by a DC motor controlled by Arduino via an H-bridge. Experimental testing confirmed the prototype's functionality with an average electromechanical efficiency of 16.4% and an overall recuperation efficiency of 4.9%. Losses are primarily caused by the limitations of the DC-DC converter and friction in the mechanical bearings. Finally, future improvements including magnetic bearings, a vacuum chamber, and an AC motor are proposed, which would bring the system closer to industrial standards.

Keywords:

flywheel battery, energy storage, recuperation, kinetic energy, DC motor, energy efficiency

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaEznamka

Grading

E

Process of defence

Při obhajobě student nejprve prezentoval svoji bakalářskou práci, následně byly přečteny posudky a student odpovídal na dotazy oponenta. Poté byly členy komise položeny následující otázky: Dotaz na spodní uložení rotoru, zda by nestačilo pouze ložisko s kosoúhlým stykem. Jaký úhel mělo kosoúhlé ložisko? Jsou uvedené výrobní tolerance závaží potřeba, pokud jste použil závitovou tyč s velkou tolerancí a setrvačník finálně obrobil na soustruhu? Jakým způsobem jste vypočítal uváděné kritické otáčky? Poznámka k nevhodnosti použitého vztahu pro výpočet kritických otáček. Na závěr byla obhajoba hodnocena jako dostatečná.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Mechatronics (B-MET-P)

Composition of Committee

Ing. Martin Appel, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Radek Vlach, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Pokorný, Ph.D. (člen)
Ing. Lubomír Houfek, Ph.D. (člen)
Ing. David Vlachý (člen)
Ing. Michal Bastl, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Frolík, Ph.D. (člen)
Pplk. Ing. Radek Doskočil, Ph.D. (předseda)

Supervisor’s report
doc. Ing. Radek Vlach, Ph.D.

Předložená práce Matěje Dostála se zabývá návrhem a realizací setrvačníkové baterie určené k demonstraci principu její funkce. Student řešení práce nevěnoval dostatek času a možnost konzultací využíval pouze v omezené míře. Tato skutečnost se promítla do samotné realizace, při níž nebyla zohledněna některá má doporučení. Text práce obsahuje řadu chyb, nepřesností a místy i nesprávných formulací. Zpracování a analýza experimentálního ověření jsou poměrně nesrozumitelné a neposkytují jasnou představu o postupu, kterým bylo dosaženo prezentovaných výsledků. Dílčí cíle práce byly splněny na nižší technické úrovni, což se odráží i ve výsledné realizaci. Setrvačníková baterie je sice funkční, avšak její provoz vykazuje nejistou opakovatelnost a omezenou spolehlivost. Z výše uvedených důvodů doporučuji práci k obhajobě s celkovým hodnocením D.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment D
Working process, extent and suitability of applied methods D
Scholarly contribution and originality E
Ability to interpret achieved results and draw conclusions D
Applicability of results in practice or theory E
Logical arrangement of thesis and its layout C
Grafic layout, used style and language level C
Work with used sources including quotations C
Student's independence when working on the topic D

Grade proposed by supervisor: D

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

Pan Dostál se ve své práci návrhem setrvačníkové baterie. Student v práci postupně prochází návrhem mechanické a elektrické části, poté se věnuje řízení a testování. V práci mi kompletně chybí shrnutí současného poznání k tématu, přesněji řečeno teoretická část je v práci přeskočena. Student V práci má značné množství nepřesností a neobvyklých postupů, které následně vedou k chybným a nepřesným řešením. Příkladem může být výpočet konstant motoru, kdy je správnost výpočtu elektrických konstant ověřována na té samé rovnici, co byla použita k výpočtu, nebo u mechanických konstant je výpočet řešen průměrem z několika měření, kde se jednotlivé hodnoty značně liší, to je následně podpořeno tvrzením, že vypočtené křivky doběhu se překrývají s naměřenými daty, s čímž nesouhlasím. Na tomto výpočtu je posléze nejzvláštnější, že výsledná hodnota momentu vypočtená z rovnic odpovídá katalogové hodnotě, a to v případě mechanické konstanty úplně přesně (tabulka 5), jediný problém bych viděl v tom, že hodnota z katalogu je pro vyšší proud než na kterém bylo měřeno.

Měření náběhových charakteristik je kompletně chybně. Student zde se pokouší zjistit časovou konstantu motoru s měření, kde zdroj pracoval v režimu stálého proudu stejným způsobem jako by měl zdroj stálého napětí. Proložené exponenciální průběhy jsou tedy jen náhodné charakteristiky, které s motorem nemají nic společného, oceňuji však odvahu studenta, že je do práce přes jasnou nesmyslnost přesto použil.

Základní myšlenka za měřením účinnosti soustavy je zpracovaná dobře, ale provedení již moc podařené není. Studentovy bych vytknul použití nekvalitních hobby měřících přístrojů, neuvědomění si, co ještě spadá do soustavy setrvačníkové baterie, volbu nevhodné zátěže i zdroje. Volba zátěže a zdroje s nízkou proudovou zatížitelností má vliv na účinnost hlavně kvůli velkému ztrátovému momentu a tlumení soustavy. Grafy průběhů na obr. 23, 24 a 25 nedávají smysl, u průběhů na obr. 24 a 25 to může být způsobeno pouze neuvědoměním při zpracování dat. Pro samotný výpočet účinnosti jsou použity i počáteční měření zahrnující rozběh, což značně snižuje celkovou účinnost (Tabulka 10). Navíc je do celého řetězce započítaná i účinnost nabíjení baterie v telefonu, tedy proces na straně zátěže, který se soustavou nemá již nic společného.

Po formální stránce je práce na přijatelné úrovni, čitelnost grafů zhoršuje velmi drobné písmo. I přes značné nedostatky práci doporučuji k obhajobě a po zodpovězení otázek ji navrhuji na hodnocení E, tedy dostatečně.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment E
Working process, extent and suitability of applied methods E
Scholarly contribution and originality D
Ability to interpret achieved results and draw conclusions E
Applicability of results in practice or theory E
Logical arrangement of thesis and its layout C
Grafic layout, used style and language level C
Work with used sources including quotations B
Topics for thesis defence:
  1. Proč pro konstrukci nebyla použita ložiska s nízkým valivým odporem?
  2. Proč pro měření parametrů motoru nebyl motor připojen přímo na zdroj?
  3. Jak by šla změřit ztráta energie způsobená zbytkovou nevývahou?

Grade proposed by reviewer: E

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová