Master's Thesis

Backup power supply with specific requirements

Final Thesis 3.03 MB

Author of thesis: Bc. Albert Navara

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Vladimír Levek, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. et Ing. Pavel Šteffan, Ph.D.

Abstract:

The aim of the thesis is to design a backup power supply with specific parameters. Before the design, the structural blocks of the backup power supply and applicable technologies for storing electrical energy are analyzed. The options considered are NiCd, NiMH, Li-Ion, Li-Pol batteries and supercapacitors (EDLC and hybrid). When choosing a technology, their safety and environmental properties are also important. The thesis also includes a practical part, in which a backup power supply is designed, made and tested with the selected technology. The heating of the selected technology for storing electrical energy is also addressed.

Keywords:

battery, supercapacitor, hybrid supercapacitor, converter, charging

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s řešením své diplomové práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta. Dále odpověděl na otázky komise: Jako je řešeno fyzické odpojení? Setkal jste se při návrhu se striktním omezením, kde jste musel vymyslet nějaké vlastní řešení? Student uvedl, že nejproblematičtější byla teplota a vysvětlil, jak řešil její problematiku. Bylo zadáno, jak dlouho musí záložní zdroj fungovat? Student bez problémů odpověděl. Přemýšleli jste nad možností řešit zadání analogově? Student vysvětlil, proč využívá mikrokontrolér. Zkoušeli jste, zda zařízení degraduje a jaká je jeho životnost? Student uvedl, že se spoléhá na údaje z katalogových listů.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics (MPC-MEL)

Composition of Committee

doc. Ing. Lukáš Fujcik, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Vilém Kledrowetz, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Ivan Szendiuch, CSc. (člen)
doc. Ing. Jaroslav Kováč, Ph.D. (člen)
Ing. Břetislav Mikel, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Vladimír Levek, Ph.D.

Návrh a realizace napájecího zdroje byl proveden jako požadavek studentova zaměstnavatele. Odborný dohled nad návrhem, realizací a hlavně nad výsledky práce byl v jejich dikci. Nicméně student pravidelně konzultoval průběžný stav vývoje a rovněž prezentoval kompletní výsledky své práce. Díky optimálnímu nasazení, efektivnímu rozvržení a snad také díky dobrému vedení konzultanta, student dokončil svou práci v dostatečném předstihu. Zbývající nadstandardní čas proto věnoval finalizaci textové části závěrečné práce, kterou předkládá ve výborném stavu.
Dr Dittrich, konzultant zadávající společnosti hodnotí studenta 99 body a přidává slovní hodnocení:
Student splnil všechny požadavky zadání v plném rozsahu. Technická zpráva je zpracována na velmi dobré prezentační úrovni, má odpovídající rozsah a je přehledně strukturována. Formální úprava práce i její jazyková úroveň jsou na výborné úrovni.
Práce s odbornou literaturou je kvalitní a odpovídá charakteru řešeného problému. Získané výsledky jsou velmi dobře využitelné a realizační výstup práce je hodnotný a prakticky aplikovatelný.
Aktivita studenta během semestru byla dostatečná a přístup k řešení práce byl zodpovědný. Odborná úroveň práce je vysoká a výsledky lze považovat za přínosné.
Vzhledem  ke zdařilému návrhu zařízení, studentova nasazení a vysoké úrovní textové části závěrečné práce, se s jeho hodnocením plně ztotožňuji. Points proposed by supervisor: 99

Grade proposed by supervisor: A

Student Bc. Albert Navara vypracoval diplomovou práci na téma „Napájecí záložní zdroj se specifickými požadavky“. Diplomová práce se věnuje kompletnímu procesu návrhu, realizace a testování záložního napájecího zdroje pro specifické koncové zařízení s požadavkem na výstupní výkon 20 W při napájecím napětí 5 V.

V teoretické části na 28 stranách autor provedl rešerši dostupných technologií pro uchovávání energie, přičemž na základě environmentálních požadavků zvolil hybridní superkondenzátory, které nabízejí vysokou životnost a bezpečnost. Práce stanovuje klíčové cílové parametry, jako je schopnost dodat zálohu po dobu 10 minut, nabití zdroje do 15 minut a zajištění spolehlivého provozu v extrémním teplotním rozsahu od −55 °C do +60 °C. Navazující praktická část práce zahrnuje detailní návrh elektrických obvodů s využitím specializovaných čipů pro nabíjení a správu superkondenzátorů a také systému aktivního výhřevu pro provoz v mrazech. Celé zařízení bylo realizováno na 6vrstvé desce plošných spojů a následně podrobeno sérii ověřovacích měření. Naměřené výsledky potvrdily splnění všech částí zadání, a to včetně rychlosti náběhu záložního napájení, nízké vlastní spotřeby zdroje a deklarované doby zálohy i nabíjení. Autor tak vytvořil plně funkční prototyp schopný nasazení v náročných inženýrských aplikacích.

Úroveň práce s literaturou je velmi dobrá. Autor využívá celkem 59 literárních pramenů. Seznam obsahuje odborné knihy, technické normy, odborné články a především aktuální katalogové listy a aplikační poznámky výrobců komponent. Odkazy na literaturu jsou v textu řádně uvedeny a odpovídají informacím v seznamu literatury.

Po technické stránce student odvedl velmi dobrou práci na úrovni inženýrského díla. Návrh a realizace napájecího záložního zdroje jsou velmi zdařilé a dotažené do úspěšného konce. Z výše uvedeného vyplývá, že student splnil zadání diplomové práce v plném rozsahu. S přihlédnutím k výše uvedeným skutečnostem hodnotím práci stupněm A – 95 bodů. Topics for thesis defence:
  1. Praktické testy výhřevu proběhly bez teplovodivého silikonu AS1803. Umíte odhadnout, jak se změní tepelná setrvačnost a rovnoměrnost rozložení tepla po jeho aplikaci ve srovnání s naměřenou deltou 3,8 °C ?
  2. Pro dlouhodobé skladování doporučujete superkondenzátory fyzicky odpojit, aby nedošlo k jejich vybití vnitřními obvody zdroje. Existuje odhad nebo výpočet, za jak dlouho by se kondenzátorová banka vybila na kritické minimální napětí 2,5 V na článek, pokud by zůstala připojená v pohotovostním režimu?
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová