Bachelor's Thesis

Electric vehicle charging system for laboratory

Final Thesis 2.87 MB

Author of thesis: Bc. Jiří Černý

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Martin Paar, Ph.D.

Reviewer: Ing. Michal Vrána, Ph.D.

Abstract:

The bachelor's thesis focuses on the design of a laboratory exercise dedicated to electric vehicle charging in an island (off-grid) mode for educational purposes. The theoretical part provides a comprehensive overview of electromobility, traction batteries, and their charging methods, while also addressing the topic of photovoltaic carports and off-grid systems, including their key components. The practical part centers on real-world measurements
involving an electric vehicle and a mobile off-grid power plant. During testing, the charging availability indication was utilized, and the boundary operating values of voltage and frequency were measured,
including an evaluation of power quality. The final outcome of the thesis is a comprehensive proposal for a laboratory exercise that enables students to practically demonstrate and understand the behavior of the charging system under simulated abnormal distribution grid conditions.

Keywords:

electromobility; electrical energy storage; charging; discharging; photovoltaics; off-grid system; electric motor; carport

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Student seznámil komisi se svou diplomovou prací na téma Dobíjecí systém elektromobilu pro laboratorní výuku. S posudky seznámili komisi vedoucí práce Ing. Paar. Student odpověděl na otázky oponenta. V rozpravě se k práci vyjádřili a položili doplňující dotazy doc. Baxant, doc. Bernat a Ing. Morávek.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Power Electrical and Electronic Engineering (BPC-SEE)

Composition of Committee

prof. Ing. Petr Toman, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Branislav Bátora, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Morávek, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Paar, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Bernat, Ph.D. (člen)

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

Bakalářská práce Jiřího Černého se zaměřuje na vytvoření dvou laboratorních úloh pro výuku z oblasti elektromobility.

Práce se skládá ze 4 hlavních částí, které se věnují oblastem elektromobility, carportům, dále ostrovním systémům a návrhu a realizaci samotných laboratorních úloh. V úvodní části se diplomant dotýká oblasti elektromobility a souvisejících oblastí. Dále se teoretická část věnuje carportům s fotovoltaickými systémy, pokrývající témata od typů použitých FV článků přes jejich konstrukci až po integrované aplikace pro nabíjení elektromobilů. Kapitola 3 se zaměřuje na ostrovní systémy, kde je i krátce provedeno porovnání podmínek provozu fotovoltaického systému provozovaného v případě napojení do distribuční sítě a v ostrovním režimu. Praktická část práce je zaměřena na návrh a ověření dvou laboratorních úloh, a to na měření hraničních hodnot elektromobilu, za kterých je možné provádět nabíjení a dále na nabíjení elektromobilu z bateriového systému a z modelu fotovoltaického zdroje. V obou navržených úlohách je součástí krátké vyhodnocení kvality elektrické energie. Celkové zhodnocení práce je provedeno v závěru.

Práce na jednu stranu naplnila hlavní část zadání vytvořením dvou laboratorních úloh, ale potenciál tématu byl využit jen omezeně. Téma ostrovního provozu je v práci popsáno velmi krátce, což s ohledem, že se jedná o hlavní zaměření práce, tak by mělo vybízet k hlubšímu rozpracování. Problematika carportů v praktické části byla při realizaci nahrazena pouze hardwarovým modelem FVE. Dále praktická část testuje pouze několik okrajových stavů a také vyhodnocení oblasti kvality elektrické energie není zpracováno vhodným způsobem. Rovněž vlastní schémata úloh jsou velmi strohá. Na druhou stranu je potřeba diplomantovi přiznat neočekávané technické obtíže se zařízení zamýšleným pro řešením této problematiky, které minimálně určitý čas odebralo pro řešení práce.

Celkově bakalářská práce sice má mnoho problémových částí, ale práce naplňuje alespoň v dostačujícím rozsahu všechny body zadání a má odpovídající grafickou úroveň, proto doporučuji k obhajobě a hodnotím 59 body. 

Otázka k obhajobě:
1. Mohl by diplomant osvětlit, co zobrazuje obrázek 4.6? Points proposed by supervisor: 59

Grade proposed by supervisor: E

Reviewer’s report
Ing. Michal Vrána, Ph.D.

Předložená bakalářská práce studenta Jiřího Černého se zabývá návrhem laboratorní úlohy pro dobíjení elektromobilu v ostrovním režimu s využitím mobilního bateriového systému BatteryX. Zadání práce je velmi obecné a splnění jeho bodů považuji za spíše minimální. Teoretická část má převážně kompilační charakter, obsahuje pouze základní přehled bez hlubší technické analýzy a postrádá užší provázanost s cílem praktické laboratorní úlohy.

V části věnované elektromobilitě autor popisuje obecné principy, ale výklad opírá o zastaralé příklady, konkrétně o bateriový blok Nissan Leaf z roku 2011. Vzhledem k roku obhajoby (2026) je uvádění tehdejších parametrů hustoty energie neaktuální. V textu zcela chybí systematické porovnání dnes dominantních chemií LFP a NMC/NCA z hlediska hustoty, ceny, životnosti a bezpečnosti, přestože autor v praktické části u systému BatteryX chemii LFP náhle bez vysvětlení zmiňuje. Zcela zavádějící je také tvrzení v podkapitole 1.3.1.1, že bezdrátové nabíjení je zatím pouze teoretické a v praxi se nevyužívá. Kapitola o infrastruktuře se omezuje na pouhou mapu veřejných dobíjecích bodů a opomíjí rozvoj firemního či rezidenčního dobíjení.

Část o FVE carportech a ostrovních systémech je povrchní a opírá se o nevyvážené zdroje včetně firemních materiálů. U technologií FV panelů práce zůstává u základního srovnání mono a polykrystalických panelů, přičemž moderní technologie (TOPCon, HJT, bifaciální moduly) zcela ignoruje. Ekonomika bateriového úložiště u carportů je popsána nekriticky, bez posouzení profilů spotřeby, tarifů a reálné degradace akumulátorů.

Praktická část přináší hodnotná reálná měření s vozem Škoda Enyaq, metodicky je však zpracována na nižší technické úrovni. Kapitola o komunikaci mísí popis AC wallboxu s procesy DC rychlonabíjení, což je pro čtenáře matoucí. U měření napěťových mezí autor snižoval napětí po hrubých krocích 10 V, přičemž neuvádí přesný postup ani dobu vyčkání na ustálený stav. U frekvenčního testu zvolil plynulé snižování frekvence, čímž do měření vnesl dynamické přechodové jevy a omezil možnost jednoznačně přiřadit odezvu konkrétnímu pracovnímu bodu. Zpracování dat vykazuje technické nedostatky, klíčové grafy (Obrázky 4.6 až 4.8) mají na ose X pouze „Číslo vzorku“ bez definování vzorkovací periody, což znemožňuje objektivní posouzení dynamiky dějů.

Z technického hlediska je diskutabilní pasáž v podkapitole 4.3.1, kde autor v izolované IT síti detekoval plovoucí napětí vůči zemi, kvůli kterému vozidlo blokovalo nabíjení. Tento problém se pokusil vyřešit paralelním zapojením reostatů mezi vodiče N a PE. V textu by však bylo vhodné uvést hlubší rozbor toho, zda připojením odporů nedošlo k vytvoření odporově uzemněné varianty sítě a jaký vliv měl tento krok na bezpečnostní koncept izolované soustavy a funkci hlídače izolačního stavu. Tento nedostatek se projevuje také v samotné laboratorní úloze v Příloze A, která má spíše charakter konceptu. Návod by bylo vhodné pro potřeby výuky doplnit o schémata zapojení, tabulky pro zápis hodnot a jasnější vyhodnocovací kritéria.

Celkově práce obsahuje relevantní praktická měření, ale její odborný přínos je kvůli metodickým a teoretickým nedostatkům omezený. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm D / uspokojivě. Topics for thesis defence:
  1. 1. Bezpečnostní koncept IT sítě: Jakým způsobem ovlivnilo paralelní připojení reostatů mezi vodiče N a PE (podkapitola 4.3.1) bezpečnostní koncept izolované IT soustavy mobilní elektrárny BatteryX? Nedošlo tímto krokem k potlačení funkce hlídače izolačního stavu?
  2. 2. Metodika laboratorního návodu: V závěru práce deklarujete vytvoření plně funkčního výukového modulu. Jaká konkrétní schémata zapojení, tabulky pro zápis dat a jasná vyhodnocovací kritéria byste do Přílohy A doplnil, aby úlohu mohli studenti reálně samostatně měřit?
Points proposed by reviewer: 60

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová