Tobias Goosmann, M.Sc.

  • Institut für Angewandte Materialien - Elektrochemische Technologien (IAM-ET)
    Adenauerring 20b
    Gebäude 50.40
    D-76131 Karlsruhe 

Forschung: Simulation eines Brennstoffzellensystems

Motivation

Abb. 1: Prototyp des Brennstoffzellenlastwagen GenH2 (Quelle: Daimler Truck AG) 

  • Brennstoffzellenfahrzeuge sind Teil der Elektromobilität
  • Stromerzeugung für Elektromotor durch Brennstoffzellen im Fahrzeug während der Fahrt 
  • Vorrangig für Lastwagen im Schwerlastverkehr bei gleichzeitig großer Reichweite als Alternative zu sehr großen und somit schweren Batterien
  • Verbesserung des Wirkungsgrads und der Leistungsfähigkeit durch Simulation des Betriebs der Brennstoffzelle in Kombination mit den unmittelbar notwendigen Komponenten im Fahrzeug

Periphere Systemkomponenten: Gasversorgung (Luft und Wasserstoff)

Abb.2: Übersicht über das Brennstoffzellensystem, auf der linken Seite die Luftversorgung und -konditionierung, rechts die Wasserstoffseite. Der Brennstoffzellenstack als zentrales Element befindet sich dazwischen. 

  • Modellierung der relevanten Komponenten: Verdichter, Ventile, Pumpen, Wärmeübertrager etc.
  • Erfassung des stationären Betriebs und Verhaltens bei Lastwechsel
  • Validierung der Komponentenmodelle anhand von Messdaten
  • Einbindung in eine Betriebsstrategie, anschließende Anpassung an das Zellverhalten und den Anwendungsfall

Brennstoffzellen- und Stackmodell: Herzstück zur Bereitstellung elektrischer Leistung

Abb.3: Schematischer Aufbau eines Brennstoffzellenstacks. Die Brennstoffzelle (Kathode, Membran und Anode) wird auf beiden Seiten mit einer separaten Gasdiffusionsschicht versehen. Die Gasversorgung erfolgt über die Gaskanäle der Bipolarplatten. Diese Platten verbinden die in Reihe geschalteten Zellen zu einem Stack.

  • Modellierung des elektrochemischen Verhaltens der Brennstoffzelle
  • Abbildung des Fluidverhalten innerhalb der Gaskanäle entlang der Zelle
  • Temperaturmanagement des Stacks mittels Kühlwasser
  • Validierung anhand von Prüfstands-Messdaten
Ausgeschriebene Arbeiten
Titel

Veröffentlichungen und Tagungsbeiträge

Tagungsbeiträge

  1. T. Goosmann, S. Raab, P. Oppek, A. Weber, E. Ivers-Tiffée, „Impedance-Based, Multi-physical DC-Performance-Model for a PEMFC Stack”, 241st ECS Meeting, Vancouver, 29.05.2022-02.06.2022 (Vortrag)

  2. S. Raab, T. Goosmann, A. Weber, „Influence of three- dimensional flow field structures consisting of expanded metal meshes on the physicochemical loss processes in PEMFCs”, 241st ECS Meeting, Vancouver, 29.05.2022-02.06.2022 (Vortrag)

  3. P. Oppek, M. Geörg, T. Goosmann, A. Weber, T. Reshetenko, U. Krewer, „ Spatially Resolved Deconvolution of Loss Processes in PEM Fuel Cells”, 241st ECS Meeting, Vancouver, 29.05.2022-02.06.2022 (Vortrag)

  4. T. Goosmann, A. Weber, „Impedance-Based, Multi-physical DC-Performance-Model for a PEMFC Stack”, 18th Symposium on Fuel Cell and Battery Modelling and Experimental Validation – ModVal 18, Hohenkammer, 14.03.2022-16.03.2022 (Poster)

  5. T. Goosmann, M. Heinzmann, P. Oppek, K. Schwab, P. Föllmer, A. Weber, "Impedance-based, spatially resolved DC-Performance Model for PEMFC", 25th European Fuel Cell Forum, Online-Konferenz, 29.06. - 02.07.2021 (Poster)

  6. P. Oppek, T. Goosmann, J. Haußmann, A. Weber, „Methodology using design of experiments to maximize PEMFC performance”, 25th European Fuel Cell Forum, Online-Konferenz, 29.06.-02.07.2021 (Vortrag)