Bachelor's Thesis

Air conditioning systems of EV vehicles

Final Thesis 1.91 MB

Author of thesis: Bc. Tomáš Nedoma

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jiří Bazala, Ph.D.

Reviewer: Ing. Ľuboslav Kollár

Abstract:

Air conditioning, heat pump, electric vehicle, refrigerant, R-744, R-290, R-1234yf, COP, vapor-compression cycle, transcritical cycle, CoolProp

Keywords:

This bachelor’s thesis provides a critical assessment of three potential refrigerants for air conditioning systems and heat pumps in electric passenger vehicles. Specifically, it examines R-744 (carbon dioxide), R-290 (propane), and R-1234yf (tetrafluoropropane). The first part summarizes the historical development of refrigerants and the current state of international and European environmental regulations that limit the choice of working fluids. The second part describes the properties of individual refrigerants with regard to their thermodynamic properties, environmental impact, and safety considerations. The third part consists of a numerical analysis of the vapor compression cycle performed in MATLAB R2026a using the CoolProp library; models in air conditioning and heat pump modes are evaluated over a wide range of ambient temperatures (range of -20°C až 40°C). R-744 is modelled in a transcritical cycle with an internal heat exchanger in the air conditioning model. The results quantify the influence of ambient temperature conditions on the heating and cooling factors of individual refrigerants and provide a basis for critical evaluation in the context of refrigerants and EVs.

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Student prezentoval zkušební komisi svou závěrečnou práci a zodpověděl otázky oponenta. Otázky oponenta: 1) Jakým způsobem byste navrhoval řešit stanovení tlaku v gascooleru v režimu tepelného čerpadla za situace, kdy provozní parametry zasahují do podkritické oblasti? Hodnocení: Zodpovězeno. 2) Proč nemá použití vnitřního výměníku tepla u okruhu CO2 význam i v okruhu tepelného čerpadla ve vaší analýze? Hodnocení: Zodpovězeno. Následně odpovídal na otázky členů zkušební komise: 1) Jak byste přeložil Vámi uváděný pojem „gascooler“ Hodnocení: Zodpovězeno. 2) Můžete nakreslit fázový diagram propanu? Hodnocení: Zodpovězeno.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-ZSI-P)

Specialization

Fundamentals of Mechanical Engineering (STI)

Composition of Committee

prof. Ing. Pavel Novotný, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. (místopředseda)
Ing. Jozef Dlugoš, Ph.D. (člen)
Ing. Lubomír Drápal, Ph.D. (člen)
Ing. Aleš Prokop, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jiří Bazala, Ph.D.

Zadání bakalářské práce lze považovat za splněné. Studentovi byly ze strany vedoucího nabídnuty pravidelné konzultace, kterých však začal intenzivně využívat až s blížícím se termínem odevzdání. Je velká škoda, že se student nezačal práci věnovat dříve a s větší časovou rezervou. Jeho potenciál byl zjevně vyšší a mohl být proměněn v podstatně kvalitnější výsledek. Kvůli tomuto časovému presu již nebylo možné text dopracovat do detailu podle původních představ vedoucího. Na druhou stranu je třeba velmi kladně hodnotit studentovo nasazení v závěrečné fázi a to, jak progresivně se kvalita práce v posledních týdnech zvedala.

V teoretické části student zpracoval stručnou rešerši současných systémů a legislativy. Hlavní těžiště a největší přínos práce leží v její praktické části, která je zaměřena na porovnání účinností jednotlivých klimatizačních systémů v režimech AC a HP. Student korektně porovnal jednotlivé systémy z hlediska parametrů COP a p-h diagramů. Je však patrné, že v závěru již chyběl čas na hlubší analýzu. Z tohoto důvodu například nebyla provedena citlivostní analýza vlivu tlaku vysokotlaké části na COP u systému s chladivem R744. Celkové zhodnocení v textu se tak bohužel omezuje spíše na strohý popis výsledných grafů, které přitom představují velmi hodnotný základ.

Práce je vypracována v anglickém jazyce, což oceňuji, nicméně finální spěch se podepsal na její formální stránce. Text obsahuje překlepy a gramatické chyby. Přes uvedené výtky práce splňuje požadavky kladené na bakalářskou práci a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment D
Working process, extent and suitability of applied methods C
Scholarly contribution and originality D
Ability to interpret achieved results and draw conclusions C
Applicability of results in practice or theory D
Logical arrangement of thesis and its layout C
Grafic layout, used style and language level D
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. Ľuboslav Kollár

Práce Tomáše Nedomy se zabývá analýzou klimatizačních systémů pro elektromobily a termodynamickým porovnáním tří chladiv na celkově 43 stranách textové části. Autor v rešerši zmapoval historický vývoj a legislativu týkající se chladiv. Elementární chyba se nachází na str. 17, kde autor při popisu transkritického cyklu tvrdí, že gascooler nahrazuje kondenzaci ve výparníku ("replacing a condensation in evaporator with sensible cooling"), namísto v kondenzátoru. Autor také zbytečně hodnotí závislost výkonu na pracovních podmínkách jako specifickou nevýhodu R-744, ačkoliv na okolních podmínkách závisí každý termodynamický systém. Ačkoliv autor popisuje výpočet optimálního výstupního tlaku z gascooleru pomocí "Liao" korelace pro klimatizační okruh, v modelu tepelného čerpadla tento postup neaplikoval a tlak fixně stanovil na 90 bar. Je zřejmé, že některé výpočtové body v režimu tepelného čerpadla zasahují do podkritické oblasti, kde tuto metodu nelze použít. O to více mi v práci chybí řádný návrh a rozbor pro stanovení okrajových podmínek s jejich odůvodněním. Navzdory nedostatkům v modelech práce prokazuje snahu o komplexní náhled, a proto ji doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment D
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality C
Ability to interpret achieved results and draw conclusions D
Applicability of results in practice or theory D
Logical arrangement of thesis and its layout C
Grafic layout, used style and language level D
Work with used sources including quotations B
Topics for thesis defence:
  1. Jakým způsobem byste navrhoval řešit stanovení tlaku v gascooleru v režimu tepelného čerpadla za situace, kdy provozní parametry zasahují do podkritické oblasti?
  2. Proč nemá použití vnitřního výměníku tepla u okruhu CO2 význam i v okruhu tepelného čerpadla ve vaší analýze?

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová