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

Tagungsbeiträge

1. T. Goosmann, P. Oppek, A. Weber, „Method for Systematic Validation of a Physically Based PEMFC Model By Spatially Resolved Impedance Measurements", 244^th ECS meeting, Gothenburg, 08.10.-12.10.2023 (Vortrag)

2. P. Oppek, T. Goosmann, A. Weber, „Impact of Clamping Force Distribution on Loss Processes in a Segmented PEMFC", 244^th ECS meeting, Gothenburg, 08.10.-12.10.2023 (Vortrag)

3. T. Goosmann, P. Oppek, S. Raab, A. Weber, "Impedance-based observation and quantification of water in PEMFCs", 27^th European Fuel Cell Forum, Luzern, 04.07.-07.07.2023 (Poster)

4. P. Oppek, T. Goosmann, T. Reshetenko, A. Weber, "Spatial Distribution of Loss Processes Along the gas Channels of PEMFC", 27^th European Fuel Cell Forum, Luzern, 04.07.-07.07.2023 (Vortrag)

5. T. Goosmann, A. Weber, "Spatially resolved, impedance-based PEMFC stack model for observation and monitoring", 19^th Symposium on Fuel Cell and Battery Modelling and Experimental Validation - ModVal 19, Duisburg, 21.03.2023-23.03.2023 (Poster)

6. P. Oppek, T.Goosmann, A.Weber, "Spatial Distribution of Loss Processes in PEMFC", 19^th Symposium on Fuel Cell and Battery Modelling and Experimental Validation - ModVal 19, Duisburg, 21.03.2023-23.03.2023 (Vortrag) 

7. T. Goosmann, A. Weber, „Spatially resolved, impedance-based PEMFC stack model for observation and monitoring”, Fuel Cell Seminar 2023, Long Beach, 07.-09.02.2023 (Vortrag)

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

9. 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”, 241^st ECS Meeting, Vancouver, 29.05.2022-02.06.2022 (Vortrag)

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

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

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

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