Master's Thesis

Design of electric vehicles cooperative charging for educational purposes

Final Thesis 4.42 MB Appendix 664.65 kB

Author of thesis: Ing. Michal Papež

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Martin Paar, Ph.D.

Reviewer: Ing. Daniel Juřík, Ph.D.

Abstract:

The diploma thesis presents methods of charging electric vehicles and describes concepts such as V2L and V2G belonging to the group of V2X concepts, which consider electric vehicles not only as means of transport, but also as energy sources. The third chapter is devoted to controlled charging of electric vehicles and cooperation during charging on a theoretical and practical level. This chapter describes control methods, but also presents the created interface for their application. Within the created interface, the code necessary for control using the OCPP protocol can be generated, specifically for the implementation of the TxProfile. Another part of the created interface allows you to control the charging station and read charging station data using Modbus TCP/IP. The fourth chapter follows up on the described theory and creation of the interface and presents the testing of the created laboratory tasks.

Keywords:

Controlled charging, charging cooperation, OCPP, Modbus TCP/IP, V2X, V2G, V2L

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s výsledky své diplomové práce na téma Návrh kooperativního nabíjení elektromobilů pro výukové účely. S posudky seznámil komisi vedoucí práce doktor Paar. Student následně odpověděl na otázky vedoucího i oponenta. Následnou rozpravu otevřela doc. Orságová s dotazem jaký důvod by měl uživatel elektromobilu použít kooperativní nabíjení. Student odpověděl. Dále se doptal doktor Morávek na nastavení požadovaného nabíjecího výkonu elektromobilu. Student s drobnou pomocí komise odpověděl. Následně se zeptal na hodnotu nabíjecího proudu prof. Katovský, student odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Electrical Power Engineering (MPC-EEN)

Composition of Committee

doc. Ing. Jaroslava Orságová, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Karel Katovský, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jan Morávek, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Ptáček, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Škoda, Ph.D. (člen)
Ing. Miroslav Vavera (člen)

Supervisor’s report
Ing. Martin Paar, Ph.D.

Diplomová práce Michala Papeže se zabývá oblastí řízení nabíjení elektromobility a dále návrhem a realizací laboratorních úloh se zaměřením na kooperativního nabíjení.

Práce je složena ze 4 hlavních oblastí, přehledu konceptů dobíjení, využití elektromobilů jako bateriového systému – koncepty V2X, oblast kooperace nabíjení a dále návrh a realizace samotných laboratorních úloh. Úvodní kapitola pokrývá koncepty nabíjení, typy konektorů, požadavky na dobíjecí stanice dle norem a také se dotýká i oblasti kvality elektrické energie. Následuje kapitola se zaměřením na koncepty Vehicle-to-X, včetně Vehicle-to-Grid, pro toky energie mezi elektromobilem a spotřebou či distribuční sítí. Samotnou kooperací nabíjení se zabývá 3 kapitola, v níž jsou rozebrány možnosti řízení ze strany OCPP nebo MODBUS nebo nastavení limitů dobíjení. Čtvrtá kapitola se již zaměřuje na realizaci laboratorních úloh na výukových nabíjecích stanicích i řešením oblastí kvality elektrické energie. Celkové zhodnocení práce je v závěru práce.

Diplomová práce se snaží uceleně řešit problematiku řízení nabíjení s prvky kooperace či energetickým managmentem a s přesahem do oblasti kvality elektrické energie. Návrh úloh nejen hledal účelné možnosti nastavení, ale i samotnou provozuschopnost v rámci vymezeného času výuky. Součástí je i webové rozhraní pro nastavení požadovaného nabíjecího výkonu a také napojení na výstupy měření v rámci budov VUT, které tvoří základ pro budoucí možné rozšíření úlohy do oblasti energetického managmentu.

Diplomant v průběhu zpracování práce průběžně konzultoval, lze ocenit jeho samostatný postup a kreativitu při řešení jednotlivých částí návrhu i při realizaci. Dále, kladně hodnotím přístup diplomanta při tvorbě rozhraní i jejího napojení na výstupy měření. Na diplomové práci je vidět snaha diplomanta o využití možností, které nabíjecí systém nabízí. Na druhou stranu vyšší komplexnost kooperativního dobíjení zatím není dosažena, což kromě časového důvodu je i způsobeno současným technologickým a technickým omezením.
 
Diplomová práce naplňuje všechny body zadání a je na dobré grafické úrovni, proto doporučuji k obhajobě a hodnotím 88 body.

Otázka k obhajobě:
1. Mohl by diplomant uvést možný další rozvoj navržených úloh? Points proposed by supervisor: 88

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Daniel Juřík, Ph.D.

Diplomová práce odpovídá zadání v plném rozsahu. Student pro nově zřízenou laboratoř elektromobility navrhl dvě úlohy dle specifikace a obě prakticky ověřil. Práce je strukturálně přehledná a jednotlivé části na sebe logicky navazují. Použitá literatura je tematicky i početně dostatečná a citace jsou uváděny v odpovídající míře.
Diplomant prokázal schopnost nejen teoretického rozboru problematiky, ale i praktické dovednosti při návrhu, sestavení a ověření jednotlivých úloh a navrhovaných laboratorních postupů. Využil v co nejvyšší míře vybavení laboratoře a vlastností použitých nabíjecích stanic, elektromobilů a kvalitoměrů. 
Po jazykové stránce je práce zpracována čitelně; s ohledem na technický charakter tématu autor používá vhodné a dobře srozumitelné formulace. Grafické zpracování je na velmi dobré úrovni – práce obsahuje výstižné a přehledně popsané tabulky, fotografie, grafy, nákresy a schémata.
Pozitivně hodnotím výrazný důraz na normalizační problematiku; příslušné normy jsou v práci uváděny systematicky a ve věcně přiléhavých souvislostech. Stejně tak oceňuji mírně mezioborový přesah do legislativní oblasti implementace konceptů V2X. Přínosný je i ucelený popis jednotlivých V2X konceptů a zpracování metodiky využití nabíjecího profilu typu TxProfile pro přímé řízení odběru.
S ohledem na společenský význam elektromobility a časté dezinterpretace ve veřejném prostoru by si kapitola 3.1.4 zasloužila podrobnější diskusi vztahu k obnovitelným zdrojům energie. Rovněž problematickému chování MODBUS komunikace popsanému v kapitole 3.6 mohla být věnována hlubší analýza.
Přes uvedené výtky hodnotím práci jako přínosnou, doporučuji ji k obhajobě a hodnotím 82 body. Téma elektromobility je v současné energetice vysoce aktuální, a proto je zařazení laboratorních úloh s touto tematikou pro studenty velmi důležité. Topics for thesis defence:
  1. 1. Můžete podrobněji vysvětlit roli komunikační podpory konceptů V2X v normách ISO 15118 a jejich implementaci v elektromobilech?
  2. 2. Jaké jsou možnosti využití konceptu OCPP SmartCharging pro zohlednění spotových cen elektřiny při řízení nabíjení?
  3. 3. Můžete prosím objasnit chování Vaší implementace MODBUS TCP serveru popsané v kapitole 3.6?
Points proposed by reviewer: 82

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová