DE112011103009T5 - Brennstoffzellensystem, Motor, Luftkompressor, Pumpe und Verfahren zum Gestalten eines Motors - Google Patents

Brennstoffzellensystem, Motor, Luftkompressor, Pumpe und Verfahren zum Gestalten eines Motors Download PDF

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Abstract

Ein Brennstoffzellensystem (30) enthält einen Brenngas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus (50), einen Oxidationsgas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus (60) und einen Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus (70), welcher eine Brennstoffzelle kühlt. Ein in einem Luftkompressor (62) des Brenngas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus (50) eingesetzter Motor (63) enthält einen im Wesentlichen kreisförmigen, zylindrischen Rotor (110). Die axiale Länge L des Rotors steht zu dessen Durchmesser D derart in Bezug, dass das Verhältnis L/D annähernd gleich einem Maximalwert ist, welcher eine Beziehung: Ta ≥ Tm erfüllt, wobei Ta ein zulässiges Drehmoment des Motors (63) bezeichnet und Tm ein Maximaldrehmoment bezeichnet, für welches eine Anfoderung an den Motor (63) zu erfolgen hat.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und insbesondere eine Art und Weise, um mit Lastschwankungen umzugehen.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • In den vergangenen Jahren wurden Fahrzeuge entwickelt, welche mit Brennstoffzellensystemen ausgerüstet sind. In solchen Fahrzeugen wird elektrische Leistung zum Antreiben des Fahrzeuges durch ein Brennstoffzellensystem zugeführt. Wenn jedoch die von dem Brennstoffzellensystem geforderte Last ansteigt, wird es notwendig, Drehzahlschwankungen eines Hilfsmotors oder dergleichen zu steuern und somit steigt der Betrag der erforderlichen elektrischen Leistung an. Um die gestiegene erforderliche elektrische Leistung sicherzustellen, kann eine Brennstoffzelle kontinuierlich mit übermäßigen Beträgen von Brenngas und einem Oxidationsgas versorgt werden, so dass die Erzeugung von elektrischer Leistung in einem Überschuss zu einer erforderlichen Last ausgeführt wird. Solch eine Konfiguration reduziert jedoch die Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit. Daher wird elektrische Leistung für den Umgang mit Lastschwankungen von einer Batterie zugeführt.
  • Falls die erforderliche Last beispielsweise im Ansprechen auf die Betätigung eines Gaspedals ansteigt, wird der Anstieg der elektrischen Leistung, welche für Drehzahlschwankungen eines Motors eines motorgetriebenen Luftkompressors, der die Brennstoffzelle mit Oxidationsgas versorgt, erforderlich ist, von der Batterie zugeführt. Der Anstieg der elektrischen Leistung nimmt zu, während die Reaktionsfähigkeit auf die Betätigung des Gaspedals erhöht ist und während der Ausgang der Brennstoffzelle erhöht ist.
  • Da jedoch die Kapazität der Batterie beschränkt ist, besteht bezüglich der erreichbaren Reaktionsfähigkeit oder der Ausgangs-Leistungsfähigkeit eine Beschränkung. Daher kann in einigen Fällen ein gewünschtes Fahrverhalten nicht sichergestellt werden und es bestand das Verlangen danach, die Leistungsfähigkeit beim Umgang mit Schwankungen der Last, welche von dem Brennstoffzellensystem gefordert wird, zu verbessern. Dieses Problem tritt nicht nur bei einem Motor für den Luftkompressor auf, sondern besteht in gleicher Weise bei verschiedenen Motoren, welche in einem Brennstoffzellensystem eingesetzt werden. Das heißt, dieses Problem tritt nicht nur bei Brennstoffzellensystemen auf, welche in einem Fahrzeug vorgesehen sind, sondern auch bei verschiedenen Brennstoffzellensystemen, welche für einen Zweck eingesetzt werden, der durch Schwankungen der erforderlichen Last begleitet wird.
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Die Erfindung verbessert die Leistungsfähigkeit im Umgang mit Schwankungen einer Last, welche von einem Brennstoffzellensystems gefordert wird.
  • Der erste Aspekt der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem. Das Brennstoffzellensystem enthält eine Brennstoffzelle, einen Gas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus, der reaktionsfähige Gase für eine elektrochemische Reaktion in der Brennstoffzelle bereitstellt, und einen Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus, welcher die Brennstoffzelle kühlt. Der Gas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus und/oder der Zirkulationsmechanismus verwenden einen Motor, welcher mit einem im Wesentlichen kreisförmigen, zylindrischen Rotor ausgerüstet ist. Der Rotor besitzt ein Verhältnis L/D der axialen Länge L des Rotors zu dessen Durchmesser D, welches annähernd gleich einem Maximalwert ist, der die Beziehung: Ta ≥ Tm erfüllt, wobei Ta ein zulässiges Drehmoment des Motors bezeichnet und Tm ein Maximaldrehmoment bezeichnet, für welches eine Anfoderung an den Motor zu erfolgen hat. Das Verhältnis der axialen Länge L des Rotors zu dessen Durchmesser D (nachfolgend „Verhältnis L/D”) ist annähernd gleich einem Maximalwert, der die Beziehung: Ta ≥ Tm erfüllt, wobei Ta das zulässige Drehmoment des Motors bezeichnet und Tm das Maximaldrehmoment bezeichnet, für welches eine Anfoderung an den Motor zu erfolgen hat.
  • Gemäß des vorstehenden Aspekts der Erfindung enthält der Motor, welcher in dem Gas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus und/oder dem Zirkulationsmechanismus eingesetzt wird, den Rotor, und das Verhältnis L/D des Rotors wird annähernd gleich dem Maximalwert eingestellt, welcher die Beziehung: Ta ≥ Tm erfüllt. Das heißt, das Verhältnis L/D wird annähernd gleich dem Maximalwert innerhalb solch eines Bereichs eingestellt, dass ein Soll-Maximaldrehmoment ausgegeben werden kann. Die Trägheit des Rotors nimmt ab, während das Verhältnis L/D ansteigt. Dadurch ermöglicht es dieser Motor, den Betrag der elektrischen Leistung zu reduzieren, welche benötigt wird, um eine Steuerung zum Erhöhen der Drehzahl des Motors durchzuführen. Folglich kann, wenn die von dem Brennstoffzellensystem geforderte Last ansteigt, der Betrag des Anstiegs der elektrischen Leistung, welche benötigt wird, um eine Steuerung zum Erhöhen der ausgegebenen elektrischen Leistung des Brennstoffzellensystems durchzuführen, reduziert werden. Entsprechend kann, wenn der Anstieg der elektrischen Leistung von einem Ausgang einer elektrischen Leistungs-Speichervorrichtung mit einer beschränkten Kapazität zugeführt wird, die Reaktionsfähigkeit auf den Anstieg der erforderlichen Last entsprechend der Reduktion des Anstiegs der elektrischen Leistung verbessert werden. Infolgedessen wird die Leistungsfähigkeit im Umgang mit Schwankungen der Last, welche von dem Brennstoffzellensystem gefordert wird, verbessert. Ferner kann, wenn das Brennstoffzellensystem bei einem Ausgang betrieben wird, bei welchem der Anstieg der elektrischen Leistung hinzugefügt ist, der Betrag der hinzugefügten elektrischen Leistung reduziert werden. Dadurch wird die Effizienz im Verwenden des Ausganges des Brennstoffzellensystems verbessert und die Leistungsfähigkeit im Umgang mit Schwankungen der Last, welche von dem Brennstoffzellensystem gefordert wird, kann verbessert werden.
  • Bei dem vorhergehenden Aspekt der Erfindung kann das Brennstoffzellensystem ferner mit einer elektrischen Leistungs-Speichervorrichtung ausgerüstet sein. Die elektrische Leistungs-Speichervorrichtung kann eine elektrische Leistung zuführen, welche benötigt wird, um Drehzahlschwankungen des zumindest einen Motors gemäß Schwankungen einer Last, welche von dem Brennstoffzellensystem gefordert wird, zu steuern.
  • Gemäß des vorstehenden Aspekts der Erfindung wird der Anstieg der elektrischen Leistung, welche zum Durchführen einer Steuerung zum Erhöhen der ausgegebenen elektrischen Leistung des Brennstoffzellensystems benötigt wird, von der elektrischen Leistungs-Speichervorrichtung zugeführt. Dadurch besteht keine Notwendigkeit das Brennstoffzellensystem bei dem Ausgang zu betreiben, bei welchem der Anstieg der elektrischen Leistung hinzugefügt ist. Entsprechend ist die Effizienz im Verwenden des Ausganges des Brennstoffzellensystems erhöht. Außerdem kann die Reaktionsfähigkeit auf den Anstieg der erforderlichen Last entsprechend der Reduktion der Trägheit des Rotors und der Reduktion des Anstiegs der elektrischen Leistung erhöht werden. Dadurch kann eine hohe Reaktionsfähigkeit realisiert werden, selbst wenn der Bereich der Kapazität der elektrischen Leistungs-Speichervorrichtung beschränkt ist.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem. Das Brennstoffzellensystem ist mit einer Brennstoffzelle, einem Gas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus, der reaktionsfähige Gase für eine elektrochemische Reaktion in der Brennstoffzelle bereitstellt, einem Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus, der ein Kühlmittel zum Kühlen der Brennstoffzelle zirkuliert, und einer elektrischen Leistungs-Speichervorrichtung ausgerüstet. Der Gas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus und/oder der Zirkulationmechanismus verwenden einen Motor, welcher mit einem im Wesentlichen kreisförmigen, zylindrischen Rotor ausgerüstet ist. Der Rotor besitzt ein Verhältnis L/D der axialen Länge L des Rotors zu dessen Durchmesser D, welches annähernd gleich einem Maximalwert ist, der die Beziehung: Ta ≥ Tm erfüllt, wobei Ta ein zulässiges Drehmoment des Motors bezeichnet und Tm ein Maximaldrehmoment bezeichnet, für welches eine Anfoderung an den Motor zu erfolgen hat. Die elektrische Leistungs-Speichervorrichtung besitzt eine maximale Kapazität, innerhalb welcher ein Soll-Maximalwert eines Betrages einer elektrischen Leistung, welche benötigt wird, um Drehzahlschwankungen des Motors gemäß Schwankungen einer Last, welche von dem Brennstoffzellensystems gefordert wird, zu steuern, derart eingestellt ist, um begrenzt zu sein.
  • Gemäß des vorstehenden Aspekts der Erfindung kann der gesamte Betrag der elektrischen Leistung, welche benötigt wird, um Drehzahlschwankungen des Motors gemäß Schwankungen der von dem Brennstoffzellensystem geforderten Last zu steuern, von der elektrischen Leistungs-Speichervorrichtung zugeführt werden. Dadurch besteht keine Notwendigkeit das Brennstoffzellensystem bei dem Ausgang zu betreiben, bei welchem der Anstieg der elektrischen Leistung hinzugefügt ist. Entsprechend ist die Effizienz im Verwenden des Ausganges des Brennstoffzellensystems erhöht.
  • Bei dem vorstehenden Aspekt der Erfindung kann das Verhältnis L/D gleich oder größer als 0,5 und gleich oder kleiner als 6 sein. Das Verhältnis L/D des Rotors des Motors des Brennstoffzellensystems gemäß des vorstehenden Aspekts der Erfindung befindet sich häufig innerhalb dieses Bereichs.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft einen Motor, welcher in einem Gas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus, der reaktionsfähige Gase für eine elektrochemische Reaktion in einer Brennstoffzelle bereitstellt, und/oder einem Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus, der ein Kühlmittel zum Kühlen der Brennstoffzelle zirkuliert, eingesetzt wird. Der Motor ist mit einem im Wesentlichen kreisförmigen, zylindrischen Rotor ausgerüstet. Der Rotor besitzt ein Verhältnis L/D der axialen Länge L des Rotors zu dessen Durchmesser D, welches annähernd gleich einem Maximalwert ist, der die Beziehung: Ta ≥ Tm erfüllt, wobei Ta ein zulässiges Drehmoment des Motors bezeichnet und Tm ein Maximaldrehmoment bezeichnet, für welches eine Anfoderung an den Motor zu erfolgen hat.
  • Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft einen Luftkompressor, welcher in einem Gas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus, der reaktionsfähige Gase für eine elektrochemische Reaktion in einer Brennstoffzelle bereitstellt, eingesetzt wird. Der Luftkompressor ist mit einem Motor ausgerüstet, welcher einen im Wesentlichen kreisförmigen, zylindrischen Rotor besitzt. Der Rotor besitzt ein Verhältnis L/D der axialen Länge L des Rotors zu dessen Durchmesser D, welches annähernd gleich einem Maximalwert ist, der die Beziehung: Ta ≥ Tm erfüllt, wobei Ta ein zulässiges Drehmoment des Motors bezeichnet und Tm ein Maximaldrehmoment bezeichnet, für welches eine Anfoderung an den Motor zu erfolgen hat.
  • Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft eine Pumpe, welche in einem Gas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus, der reaktionsfähige Gase für eine elektrochemische Reaktion in einer Brennstoffzelle bereitstellt, und/oder einem Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus, der ein Kühlmittel zum Kühlen der Brennstoffzelle zirkuliert, eingesetzt wird. Die Pumpe ist mit einem Motor ausgerüstet, welcher einen im Wesentlichen kreisförmigen, zylindrischen Rotor besitzt. Der Rotor besitzt ein Verhältnis L/D der axialen Länge L des Rotors zu dessen Durchmesser D, welches annähernd gleich einem Maximalwert ist, der die Beziehung: Ta ≥ Tm erfüllt, wobei Ta ein zulässiges Drehmoment des Motors bezeichnet und Tm ein Maximaldrehmoment bezeichnet, für welches eine Anfoderung an den Motor zu erfolgen hat.
  • Ein sechster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gestalten eines Motors, welcher in einem Gas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus, der reaktionsfähige Gase für eine elektrochemische Reaktion in einer Brennstoffzelle bereitstellt, und/oder einem Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus, der ein Kühlmittel zum Kühlen der Brennstoffzelle zirkuliert, eingesetzt wird. Das Verfahren zum Gestalten des Motors enthält Einstellen eines Verhältnisses L/D der axialen Länge L des Rotors zu dessen Durchmesser D, welches annähernd gleich einem Maximalwert ist, der die Beziehung: Ta ≥ Tm erfüllt, wobei Ta ein zulässiges Drehmoment des Motors bezeichnet und Tm ein Maximaldrehmoment bezeichnet, für welches eine Anfoderung an den Motor zu erfolgen hat.
  • Kurze Beschreibung der Abbildungen
  • Merkmale, Vorteile und technische und industrielle Bedeutung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Abbildungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und in welchen:
  • 1 die Konfiguration eines brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform der Erfindung schematisch zeigt;
  • 2 die Konfiguration eines Motors für einen Luftkompressor, welcher in einem Brennstoffzellensystem eingesetzt wird, gemäß der Ausführungsform der Erfindung schematisch zeigt;
  • 3 eine Ansicht der Außendimension eines Rotors gemäß der Ausführungsform der Erfindung ist, welcher in dem Motor verwendet wird; und
  • 4 ein Verfahren zum Einstellen des Verhältnisses L/D des Rotors gemäß der Ausführungsform der Erfindung darstellt.
  • Detaillierte Beschreibung einer Ausführungsform
  • 1 zeigt schematisch die Konfiguration eines brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs 20, welches mit einem Brennstoffzellensystem 30 gemäß der Ausführungsform der Erfindung ausgerüstet ist. Das Brennstoffzellensystem 30 des brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs 20 stellt Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs 20 bereit. Wie in 1 gezeigt, ist das brennstoffzellenbetriebene Fahrzeug 20 mit dem Brennstoffzellensystem 30, einem elektrischen Leistungs-Zuführmechanismus 80, einer Steuerungseinheit 90 und dergleichen ausgerüstet.
  • Das Brennstoffzellensystem 30 erzeugt Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion, um das brennstoffzellenbetriebene Fahrzeug 20 anzutreiben. Wie in 1 gezeigt ist, enthält das Brennstoffzellensystem 30 einen Brennstoffzellenstapel 40, einen Brenngas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus 50, einen Oxidationsgas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus 60 und einen Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus 70.
  • Der Brennstoffzellenstapel 40 wird durch Laminieren einer Mehrzahl von Einheitszellen 41 aufeinander und dazwischen Aufnehmen bzw. Zusammenpressen jedes Endes des laminierten Stapels von Einheitszellen 41 mit Anschlüssen, welcher mit Ausgangs-Anschlüssen, Isolatoren bzw. Endplatten ausgerüstet sind, gebildet. Jede Einheitszelle 41 ist aus einer Anode, einer Kathode, einem Elektrolyten, einem Separator aufgebaut und bildet eine minimale Einheit der Erzeugung von elektrischer Leistung. Obwohl für jede der Einheitszellen 41 in dieser Ausführungsform der Erfindung eine Protonen-Austauschmembran-Brennstoffzelle eingesetzt wird, können auch andere Brennstoffzellen eingesetzt werden.
  • Der Brenngas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus 50 enthält einen Wasserstofftank 51, einen Regler 52 und eine Wasserstoff-Zirkulationspumpe 53. Das Wasserstoffgas ist in dem Wasserstofftank 51 gespeichert und wird der Anode jeder Einheitszelle 41 zugeführt, nachdem der Druck und die Zuführmenge des Wasserstoffgases durch den Regler 52 reguliert sind. Abgas von der Anode (nachfolgend als Anoden-Abgas bezeichnet), wird zur jeder der Einheitszellen 41 mittels der Wasserstoff-Zirkulationspumpe 53 zurückgeführt. Die Wasserstoff-Zirkulationspumpe 53 enthält einen Motor 54, welcher die Wasserstoff-Zirkulationspumpe 53 antreibt. Es ist anzumerken, dass das Anoden-Abgas nach außerhalb des Systems abgegeben werden kann, ohne zurückgeführt zu werden, oder während einer Rückführung intermittierend nach außerhalb des Systems abgegeben werden kann.
  • Der Oxidationsgas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus 60 enthält einen Luftreiniger 61, einen Luftkompressor 62 und einen Befeuchter 64. Luft, welche von dem Luftreiniger 61 zugeführt wird, wird durch den Luftkompressor 62 komprimiert, dann durch den Befeuchter 64 befeuchtet und zu der Kathode jeder Einheitszelle 41 geführt. Der Luftkompressor 62 enthält einen Motor 63, welcher den Luftkompressor 62 antreibt. Abgas von der Kathode (nachfolgend als Kathoden-Abgas bezeichnet) wird mittels des Befeuchter 64 nach außerhalb des Systems abgegeben. In dieser Ausführungsform der Erfindung enthält der Befeuchter 64 eine wasserdampfdurchlässige Membran und ist derart konstruiert, um die Luft, welche zu jeder Einheitszelle 41 geführt wird, unter Verwendung von Wasserdampf von dem Kathoden-Abgas, welches die wasserdampfdurchlässige Membran durchdrungen hat, zu befeuchten. Es ist anzumerken, dass das Anoden-Abgas, wenn das Anoden-Abgas nach außerhalb des Systems abgegeben wird, mit dem Kathoden-Abgas vermischt werden kann, bevor dieses abgegeben wird.
  • Der Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus 70 enthält einen Kühler 71 und eine Kühlmittel-Zirkulationspumpe 72. Die Kühlmittel-Zirkulationspumpe 72 enthält einen Motor 73, welcher die Kühlmittel-Zirkulationspumpe 72 antreibt. Der Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus 70 zirkuliert Kühlmittel zwischen dem Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus 70 und jeder Einheitszelle 41 bzw. wälzt dieses um, und wiederholt die Absorption von Wärme in jeder der Einheitszellen 41 und das Abgeben von Wärme von dem Kühler 71, um die Betriebstemperatur jeder Einheitszelle 41 anzupassen.
  • Der elektrische Leistungs-Zuführmechanismus 80 führt die elektrische Leistung zu verschiedenen Komponenten des brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs 20 und enthält einen DC-DC-Wandler 81, eine Batterie 82 und Wechselrichter 83 und 84. Der DC-DC-Wandler 81 passt die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 40 und die Ausgangsspannung der Batterie 82 auf eine vorbestimmte Spannung an. Die Batterie 82 ist als eine elektrische Hilfs-Leistungszuführung vorgesehen. Jeglicher Überschuss an erzeugter elektrischer Leistung durch das Brennstoffzellensystem 30 wird in der Batterie 82 gespeichert. Es ist ebenso geeignet eine Konfiguration anzuwenden, bei welcher durch einen Antriebsmotor 93 erzeugte elektrische Leistung während regenerativem Bremsen mittels des DC-DC-Wandlers 81 in der Batterie 82 gespeichert wird. Es ist anzumerken, dass die elektrische Hilfs-Leistungszuführung nicht auf die Batterie beschränkt ist, sondern ein Kondensator oder dergleichen sein kann. Ferner kann die Batterie als die elektrische Leistungs-Speichervorrichtung der Erfindung dienen.
  • Der Wechselrichter 83 wandelt Gleichstrom-Elektrizität von dem Brennstoffzellenstapel 40 und der Batterie 82, deren Spannung durch den DC-DC-Wandler 81 erhöht wurde, in Dreiphasen-Wechselstrom-Elektrizität und versorgt den Antriebsmotor 93 bei einer vorbestimmten Frequenz mit Elektrizität, welche variabel gesteuert wird. Der Antriebsmotor 93 treibt die Antriebsräder 96 mittels eines Untersetzungsgetriebes bzw. Differentialgetriebes 95 an. Der Wechselrichter 84 wandelt Gleichstrom-Elektrizität, welche durch die Batterie 82 ausgegeben wird, und Gleichstrom-Elektrizität, welche durch den Brennstoffzellenstapel 40 ausgegeben wird, deren Spannung durch den DC-DC-Wandler 81 gesenkt wurde, in Dreiphasen-Wechselstrom-Elektrizität und versorgt die Hilfsmotoren, zum Beispiel Motoren 54, 63 und 73, bei einer vorherbestimmten Frequenz mit Elektrizität, welche variabel gesteuert wird. Für jeden Hilfsmotor ist ein Wechselrichter 84 vorgesehen.
  • Die vorstehend beschriebenen Komponenten des brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs 20 werden durch eine Steuerungseinheit 90 gesteuert/betätigt. Die Steuerungseinheit 90 kann eine elektrische Steuerungseinheit (eine ECU) sein, welche eine CPU, einen RAM und einen ROM aufweist. Auf das Empfangen eines erforderlichen Ausgangs RO mittels eines Gaspedals (nicht gezeigt), gibt die Steuerungseinheit 90 an Komponenten des Brennstoffzellensystems 30 (zum Beispiel der Regler 52 und die Motoren 54, 63 und 73), Komponenten des elektrischen Leistungs-Zuführmechanismus 80 (zum Beispiel der DC-DC-Wandler 81 und die Wechselrichter 83 und 84) ein Antriebssignal aus, um den Gesamtbetrieb des brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs 20 zu steuern. Obwohl die Steuerungseinheit 90 in dieser Ausführungsform der Erfindung eine Steuerungseinheit enthält, welche das Brennstoffzellensystem 30 steuert, das mit einer Steuerungseinheit integriert ist, welche den Betrieb des brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs 20 steuert, können diese Steuerungseinheiten separat vorgesehen sein.
  • Bei dieser Ausführungsform der Erfindung steuert die Steuerungseinheit 90 den Ausgang des Brennstoffzellensystems 30 gemäß dem erforderlichen Ausgang RO. Wenn ein Fahrer ein Gaspedal niederdrückt, um das Fahrzeug 20 zu beschleunigen, nimmt die Steuerungseinheit 90 den entsprechenden erforderlichen Ausgang RO auf und führt Steuerungen aus, um den Betrag von durch das Brennstoffzellensystem 30 erzeugter elektrischer Leistung zu erhöhen. Die Steuerungseinheit 90 sendet insbesondere ein Signal an den Wechselrichter 84, um die Drehzahl der Motoren 54 und 63 durch eine VVVF-Steuerung zu erhöhen. Dadurch steigt der Betrag von zugeführtem Brenngas und Oxidationsgas an, was den Betrag von erzeugter elektrischer Leistung erhöht. In diesem Fall reguliert die Steuerungseinheit 90 den Öffnungsgrad des Reglers 52 bedarfsgerecht, um das Brenngas von dem Wasserstofftank 51 zuzuführen. Die Steuerungseinheit 90 erhöht die Drehzahl des Motors 73, um die Zirkulationsgeschwindigkeit des Kühlmittels zu erhöhen, welches durch den Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus 70 in Zirkulation versetzt wird. Die Steuerung wird ausgeführt, um einen übermäßigen Temperaturanstieg des Brennstoffzellenstapels 40, während der Betrag von erzeugte elektrische Leistung ansteigt, zu vermeiden.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, wird, um die Drehzahlen der Motoren 54, 63 und 73 zu erhöhen, die durch das brennstoffzellenbetriebene Fahrzeug 20 erforderliche elektrische Leistung durch einen Anstieg des Verbrauchs von elektrischer Leistung erhöht, was aus dem Anstieg der Drehzahlen der Motoren 54, 63 und 73 resultiert. Elektrizität von der Batterie 82 wird dazu verwendet, um die zusätzliche elektrische Leistung zuzuführen.
  • 2 zeigt die schematische Konfiguration des Motors 63 für den Luftkompressor 62. 2 zeigt den Querschnitt des Motors 63. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Motor 63 ein Permanentmagnet-Synchronmotor. Der Motor 63 ist jedoch nicht auf einen bestimmten beschränkt, sondern kann als ein Wechselstrommotor aus vielen gestaltet sein. Das heißt, in dem Fall, bei dem eine elektrische Gleichstrom-Leistung eingegeben wird, kann ein Gleichstrommotor eingesetzt werden. Wie in 2 gezeigt ist, enthält der Motor 63 einen Rotor 110, einen Stator 120, eine Welle 130 und einen Drehmelder 140.
  • Der Rotor 110 wird durch Ausbilden eines Durchgangslochs in einem im Wesentlichen kreisförmigen, zylindrischen Rotorkern, welcher aus einer Mehrzahl von aufeinander laminierten Stahlplatten aufgebaut ist, und Einführen eines Permanentmagneten 115 in das Durchgangsloch gestaltet. Der Stator 120 ist radial außerhalb des Rotors 110 angeordnet. Der Stator 120 wird durch Wickeln von Erregerspulenwicklungen um einen Statorkern, welcher aus einer Mehrzahl von aufeinander laminierten Stahlplatten aufgebaut ist, gebildet. An beiden Enden des Statorkerns, in der Richtung einer Rotationswelle davon, bilden die Erregerspulenwicklungen ein Spulenende 125, welches durch Druckaufbringung ausgebildet wird. Es ist anzumerken, dass der Motor 63 einen Innenrotor besitzt, wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, jedoch auch einen Außenrotor besitzen kann. Wenn der Wechselrichter 84 auf die Erregerspulenwicklungen des Stators 120 eine Wechselstrom-Spannung aufbringt, wird ein umlaufendes magnetisches Feld entsprechend der Wechselstrom-Spannung erzeugt und der Rotor 110 rotiert. Die Welle 130 ist mit dem Stator 120 gekoppelt und rotiert, um eine Luftkompressions-Antriebskraft in dem Luftkompressor 62 zu erzeugen. Der Drehmelder 140 erfasst den Drehwinkel, bei welchem ein Drehmelder-Rotor, welcher an der Welle 130 angebracht ist, in der gleichen Phase wie der Rotor 110 rotiert, basierend auf der in den Spulenwicklungen induzierten Spannung.
  • 3 zeigt eine äußere Dimension des Rotors 110, welcher bei diesem Motor 63 eingesetzt wird. Wie in 3 gezeigt ist, besitzt der Rotor 110 eine im Wesentlichen kreisförmige, zylindrische Gestalt. Der Rotor 110 besitzt eine axiale Länge L entlang dessen Rotationswelle bzw. -achse und einen Durchmesser D, und das Verhältnis von L zu D (nachfolgend „Verhältnis L/D”) ist im Wesentlichen gleich einem vorbestimmten Wert. Insbesondere bezeichnet Ta ein zulässiges Drehmoment des Motors 63 und Tm bezeichnet ein Maximaldrehmoment, für welches eine Anforderung an den Motor 63 zu erfolgen hat, und das Verhältnis L/D wird auf einen Maximalwert eingestellt, welcher die Beziehung: Ta ≥ Tm erfüllt. Es ist anzumerken, dass, obwohl nicht detailliert beschrieben, das Verhältnis L/D des Rotors bei den Motoren 54 und 73 ebenso in gleicher Art und Weise eingestellt ist. Es ist anzumerken, dass das zulässige Drehmoment Ta eine obere Grenze eines Drehmoments sein kann, welches ausgegeben werden kann. Ferner kann das Maximaldrehmoment Tm, für welches die Anforderung zu erfolgen hat, das Maximaldrehmoment einer Lastanforderung sein, welche an das Brennstoffzellensystem zu erfolgen hat. Zusätzlich können sowohl das zulässige Drehmoment Ta als auch das Maximaldrehmoment Tm, für welches die Anforderung zu erfolgen hat, Werte sein, welche in Bezug auf die Gestaltung eingestellt sind. Das heißt, das zulässige Drehmoment Ta kann die obere Grenze eines eingestellten Drehmoments sein, welches in Bezug auf die Gestaltung ausgegeben werden kann, und das Maximaldrehmoment Tm, für welches die Anforderung zu erfolgen hat, kann ein Maximaldrehmoment einer Lastanforderung beim Gestalten einer eingesetzten Brennstoffzelle sein.
  • Ein Grund dafür, warum der Wert L/D derart eingestellt wird, ist unter Verwendung von 4 beschrieben. Wenn der erforderliche Ausgang RO ansteigt, schwankt die elektrische Leistung, welche benötigt wird, um die Drehzahl des Motors 63 zu erhöhen (nachfolgend auch als eine Beschleunigungs-Entsprechende-Elektrische-Leistung bezeichnet), gemäß den Trägheiten des Motors 63 und des Luftkompressors 62, einer eingestellten Ansprechzeit und der durch den Luftkompressor 62 durchgeführten Arbeit. Die Trägheit des Rotors 110 des Motors 63 kann beispielsweise unter Verwendung der Gleichungen (1) und (2) berechnet werden, wobei W die Masse des Rotors 110 darstellt und d den Innendurchmesser des Rotors 110 darstellt.
    • Trägheit einer kreisförmigen Platte J = 1/8·WD2 (1)
    • Trägheit des hohlen kreisförmigen Zylinders J = 1/12·W(D2 + d2) (2)
  • Wie auch aus den Gleichungen (1) und (2) ersichtlich ist, ist die Trägheit des Rotors 110 unabhängig von dem Wert L und nimmt zu, während der Wert D zunimmt. Das heißt, die Trägheit des Rotors 110 nimmt ab, während der Wert, auf welchen das Verhältnis L/D eingestellt ist, zunimmt, und zwar, während die im Wesentlichen kreisförmige, zylindrische Gestalt des Rotors 110 relativ länglich wird. Aus diesem Grund kann, wie in 4 gezeigt ist, die Beschleunigungs-Entsprechende-Elektrische-Leistung reduziert sein, während der Wert, auf welchem das Verhältnis L/D eingestellt ist, erhöht ist. Es ist anzumerken, dass gestrichelte Linien in 4 das Maximaldrehmoment Tm angeben, für welches die Anforderung an den Motor 63 zu erfolgen hat, und dass Kettenlinien bzw. strichpunktierte Linien in 4 das zulässige Drehmoment Ta des Motors 63 angeben.
  • Falls das Verhältnis L/D jedoch erhöht ist, nimmt die Anzahl von Schlitzen, welche von dem Stator 120 sichergestellt werden kann, ab, was den Betrag von Drehmoment, welches erzeugt werden kann, reduziert. Entsprechend nimmt das zulässige Drehmoment Ta ab, während das Verhältnis L/D ansteigt, wie in 4 gezeigt ist. Daher wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung das Verhältnis L/D auf den Maximalwert eingestellt, welcher der Beziehung: Ta ≥ Tm genügt, und zwar, das Verhältnis L/D entsprechend einer Beziehung: Ta = Tm. Durch derartiges Einstellen des Verhältnisses L/D innerhalb solch eines Bereichs, dass das Maximaldrehmoment Tm ausgegeben werden kann, kann die Beschleunigungs-Entsprechende-Elektrische-Leistung in einer Beziehung zwischen dem Verhältnis L/D und der Beschleunigungs-Entsprechenden-Elektrischen-Leistung minimiert werden. Mit anderen Worten, das Verhältnis L/D wird innerhalb solch eines Bereichs eingestellt, dass die von dem Luftkompressor 62 geforderte Leistungsfähigkeit nicht verschlechtert ist. Es ist anzumerken, dass bei herkömmlichen Verfahren zum Gestalten eines Motors der Effekt des Verhältnisses L/D auf die Beschleunigungs-Entsprechende-Elektrische-Leistung im Allgemeinen nicht betrachtet wird. Der geeignete Wert des Verhältnisses L/D kann in Abhängigkeit der Gestaltungsspezifikation und dergleichen des Motors variieren, ist im Allgemeinen jedoch zwischen 0,5 und 6,0. Obwohl das Verhältnis L/D auf den Wert entsprechend des Verhältnisses: Ta = Tm eingestellt werden kann, kann dieses ebenso auf einen Wert nahe dem Maximalwert eingestellt sein, welcher der Beziehung: Ta ≥ Tm genügt, solange eine gewünschte Reaktionsfähigkeit realisiert werden kann. Beispielsweise kann das L/D-Verhältnis gleich 90% des maximalen Wertes sein, welcher der Beziehung: Ta ≥ Tm genügt.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem 30 wird das Verhältnis L/D des Rotors 110 des Motors 63, welcher bei dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus eingesetzt wird, auf den Maximalwert eingestellt, welcher der Beziehung: Ta ≥ Tm genügt. Die Trägheit des Rotors 110 nimmt ab, während das Verhältnis L/D zunimmt. Dadurch wird weniger elektrische Leistung benötigt, um die Drehzahl des Motors 63 in dem maximal möglichen Ausmaß in Bezug auf das Verhältnis L/D zu erhöhen. Folglich kann, wenn die von dem Brennstoffzellensystem geforderte Last ansteigt, die Beschleunigungs-Entsprechende-Elektrische-Leistung, welche beim Durchführen der Steuerung zum Erhöhen der ausgegebenen elektrischen Leistung des Brennstoffzellensystems 30 erforderlich ist, reduziert sein. Ferner können, da das Verhältnis L/D des Rotors bei den beiden Motoren 54 und 73, welche in dem Brenngas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus 50 bzw. dem Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus 70 eingesetzt werden, in gleicher Art und Weise eingestellt wird, ähnliche Effekte erhalten werden. Da die Kapazität der Batterie 82 beschränkt ist, kann die Beschleunigungs-Entsprechende-Elektrische-Leistung von der Batterie 82 lediglich innerhalb eines dementsprechenden Bereichs zugeführt werden. Gemäß der Konfiguration dieser Ausführungsform der Erfindung kann jedoch die Reaktionsfähigkeit auf ein Ansteigen des erforderlichen Ausgangs RO durch Reduzieren der erforderlichen Beschleunigungs-Entsprechenden-Elektrischen-Leistung erhöht sein. Ferner, falls keine Notwendigkeit besteht, die Reaktionsfähigkeit durch Senken der Beschleunigungs-Entsprechenden-Elektrischen-Leistung zu erhöhen, nimmt der Verbrauch an elektrischer Leistung ab. Dadurch kann die Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit des Brennstoffzellensystems 30 verbessert werden.
  • Ferner führt das Brennstoffzellensystem 30 die Beschleunigungs-Entsprechende-Elektrische-Leistung von der Batterie 82 zu. Dadurch besteht keine Notwendigkeit das Brennstoffzellensystem 30 bei einem Ausgang zu betreiben, bei welchem die Beschleunigungs-Entsprechende-Elektrische-Leistung hinzugefügt ist. Entsprechend ist die Effizienz im Verwenden des Ausgangs des Brennstoffzellensystems 30 erhöht und infolgedessen ist die Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit des Brennstoffzellensystems 30 verbessert.
  • Modifizierte Beispiele der vorstehenden Ausführungsform werden beschrieben. Bei der vorstehenden Ausführungsform ist das Verhältnis L/D des Rotors 110 auf den Maximalwert eingestellt, welcher der Beziehung: Ta ≥ Tm genügt. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die Einzelheiten dieser Konfiguration beschränkt. Das Verhältnis L/D kann derart eingestellt sein, dass die Beziehung: Ta ≥ Tm erfüllt ist, und dass der Soll-Maximalwert des Betrages der elektrischen Leistung, welche benötigt wird, um Drehzahlschwankungen des Motors 63 gemäß Schwankungen der Last, welche von dem Brennstoffzellensystem 30 gefordert wird, zu steuern, innerhalb eines Bereichs einer maximalen Kapazität der Batterie 82 begrenzt ist. Gleiches gilt für die Motoren 54 und 73. Daher kann in gleicher Art und Weise die Reaktionsfähigkeit auf Zunahmen des erforderlichen Ausganges RO innerhalb eines Bereichs der Abnahme der Beschleunigungs-Entsprechenden-Elektrischen-Leistung erhöht werden.
  • Bei der Ausführungsform der Erfindung, welche wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, enthält jeder Motor 54, 63 und 73, welche in dem Brenngas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus 50, dem Oxidationsgas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus 60 bzw. dem Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus 70 eingesetzt werden, einen Rotor mit dem vorstehend angegebenen Verhältnis L/D. Jedoch kann zumindest einer der in dem Brenngas-Zirkulationsmechanismus 50, dem Oxidationsgas-Zirkulationsmechanismus 60 und dem Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus 70 vorgesehenen Motoren den vorstehend beschriebenen Rotor enthalten. In diesem Fall kann der vorstehend beschriebene Effekt zu einem vorbestimmten Grad in gleicher Weise erhalten werden. Jedoch ist es selbstverständlich wünschenswert, die Erfindung auf alle Motoren anzuwenden, da der Effekt der Erfindung in größtmöglichem Ausmaß erhalten wird.
  • Bei der Konfiguration der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird die Beschleunigungs-Entsprechende-Elektrische-Leistung von dem Ausgang von der Batterie 82 zugeführt. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Beispielsweise kann eine Konfiguration angewendet werden, bei der das Brennstoffzellensystem 30 kontinuierlich betrieben wird, um die Beschleunigungs-Entsprechende-Elektrische-Leistung von dem Brennstoffzellensystem 30 zuzuführen, so dass der Ausgang, zu welchem die angenommene Beschleunigungs-Entsprechende-Elektrische-Leistung hinzugefügt ist, zusätzlich zu dem erforderlichen Ausgang RO erhalten wird. Auch bei dieser Konfiguration kann die Beschleunigungs-Entsprechende-Elektrische-Leistung im Vergleich dazu, wenn ein herkömmlicher Motor verwendet wird, reduziert werden, was die Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit des brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs 20 erhöht. Selbstverständlich kann ein Teil der Beschleunigungs-Entsprechenden-Elektrischen-Leistung durch die Batterie 82 zugeführt werden und der Rest kann von der elektrischen Leistung, welche dem Ausgang des Brennstoffzellensystems 30 hinzugefügt wird, zugeführt werden.
  • Das Brennstoffzellensystem 30 gemäß der vorstehenden Ausführungsform wird in Zusammenhang mit einem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug 20 beschrieben. Jedoch kann das Brennstoffzellensystem 30 in einem anderen beweglichen Körper, beispielsweise einem Zweirad-Motorfahrzeug oder dergleichen, vorgesehen sein. Das heißt, das Brennstoffzellensystem 30 soll nicht notwendigerweise auf einem beweglichen Körper montiert sein, sondern die Erfindung kann auf verschiedene elektrische leistungsverbrauchende Vorrichtungen angewandt werden, welche mit dem Brennstoffzellensystem 30 ausgerüstet sind, ohne dass diese eine handelsübliche elektrische Leistungszuführung benötigen.
  • Obwohl eine Ausführungsform der Erfindung vorstehend beschrieben wurde, sind die Komponenten der Erfindung in der beschriebenen Ausführungsform, welche in den unabhängigen Ansprüchen nicht genannt sind, ergänzende Elemente, welche entsprechend weggelassen werden können oder miteinander kombiniert werden können. Zusätzlich ist es ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsform beschränkt ist und geeignet modifiziert werden kann, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise ist die Erfindung nicht auf die Protonen-Austauschmembran-Brennstoffzelle, wie in der Ausführungsform beschrieben, beschränkt, sondern kann in verschiedenen Brennstoffzellen, wie einer Direkt-Methanol-Brennstoffzelle, einer Phosphorsäure-Brennstoffzelle und dergleichen eingesetzt werden. Ferner kann die Erfindung ebenso als ein Verfahren zum Gestalten eines Motors durchgeführt werden, welcher in einem Brennstoffzellensystem verwendet wird.

Claims (9)

  1. Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine Brennstoffzelle; einen Gas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus, der reaktionsfähige Gase für eine elektrochemische Reaktion in der Brennstoffzelle bereitstellt; und einen Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus, der ein Kühlmittel zum Kühlen der Brennstoffzelle zirkuliert, wobei der Gas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus und/oder der Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus einen Motor einsetzen, welcher einen im Wesentlichen zylindrischen Rotor enthält, und der Rotor ein Verhältnis L/D der axialen Länge L des Rotors zu dessen Durchmesser D besitzt, welches annähernd gleich einem Maximalwert ist, der die Beziehung: Ta ≥ Tm erfüllt, wobei Ta ein zulässiges Drehmoment des Motors bezeichnet und Tm ein Maximaldrehmoment bezeichnet, für welches eine Anfoderung an den Motor zu erfolgen hat.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine elektrische Leistungs-Speichervorrichtung, wobei die elektrische Leistungs-Speichervorrichtung elektrische Leistung zuführt, welche benötigt wird, um Drehzahlschwankungen des Motors gemäß Schwankungen einer Last auf das Brennstoffzellensystem zu steuern.
  3. Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine Brennstoffzelle; einen Gas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus, der reaktionsfähige Gase für eine elektrochemische Reaktion in der Brennstoffzelle bereitstellt; einen Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus, der ein Kühlmittel zum Kühlen der Brennstoffzelle zirkuliert; und eine elektrische Leistungs-Speichervorrichtung, wobei der Gas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus und/oder der Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus einen Motor einsetzen, welcher mit einem im Wesentlichen kreisförmigen, zylindrischen Rotor ausgerüstet ist, der Rotor ein Verhältnis L/D der axialen Länge L des Rotors zu dessen Durchmesser D besitzt, welches annähernd gleich einem Maximalwert ist, der die Beziehung: Ta ≥ Tm erfüllt, wobei Ta ein zulässiges Drehmoment des Motors bezeichnet und Tm ein Maximaldrehmoment bezeichnet, für welches eine Anfoderung an den Motor zu erfolgen hat, und die elektrische Leistungs-Speichervorrichtung eine maximale Kapazität besitzt, innerhalb welcher ein Soll-Maximalwert eines Betrages einer elektrischen Leistung, welche benötigt wird, um Drehzahlschwankungen des Motors gemäß Schwankungen einer Last, welche von dem Brennstoffzellensystem gefordert wird, zu steuern, derart eingestellt ist, um begrenzt zu sein.
  4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei die elektrische Leistungs-Speichervorrichtung eine Batterie ist.
  5. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verhältnis L/D gleich oder größer als 0,5 und gleich oder kleiner als 6 ist.
  6. Motor, welcher in einem Gas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus, der reaktionsfähige Gase für eine elektrochemische Reaktion in einer Brennstoffzelle bereitstellt, und/oder einem Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus, der ein Kühlmittel zum Kühlen der Brennstoffzelle zirkuliert, eingesetzt wird, wobei der Motor aufweist: einen im Wesentlichen kreisförmigen, zylindrischen Rotor, wobei der Rotor ein Verhältnis L/D der axialen Länge L des Rotors zu dessen Durchmesser D besitzt, welches annähernd gleich einem Maximalwert ist, der die Beziehung: Ta ≥ Tm erfüllt, wobei Ta ein zulässiges Drehmoment des Motors bezeichnet und Tm ein Maximaldrehmoment bezeichnet, für welches eine Anfoderung an den Motor zu erfolgen hat.
  7. Luftkompressor, welcher in einem Gas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus, der reaktionsfähige Gase für eine elektrochemische Reaktion in einer Brennstoffzelle bereitstellt, eingesetzt wird, wobei der Luftkompressor aufweist: einen Motor mit einem im Wesentlichen kreisförmigen, zylindrischen Rotor, wobei der Rotor ein Verhältnis L/D der axialen Länge L des Rotors zu dessen Durchmesser D besitzt, welches annähernd gleich einem Maximalwert ist, der die Beziehung: Ta ≥ Tm erfüllt, wobei Ta ein zulässiges Drehmoment des Motors bezeichnet und Tm ein Maximaldrehmoment bezeichnet, für welches eine Anfoderung an den Motor zu erfolgen hat.
  8. Pumpe, welcher in einem Gas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus, der reaktionsfähige Gase für eine elektrochemische Reaktion in einer Brennstoffzelle bereitstellt, und/oder einem Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus, der ein Kühlmittel zum Kühlen der Brennstoffzelle zirkuliert, eingesetzt wird, wobei die Pumpe aufweist: einen Motor mit einem im Wesentlichen kreisförmigen, zylindrischen Rotor, wobei der Rotor ein Verhältnis L/D der axialen Länge L des Rotors zu dessen Durchmesser D besitzt, welches annähernd gleich einem Maximalwert ist, der die Beziehung: Ta ≥ Tm erfüllt, wobei Ta ein zulässiges Drehmoment des Motors bezeichnet und Tm ein Maximaldrehmoment bezeichnet, für welches eine Anfoderung an den Motor zu erfolgen hat.
  9. Verfahren zum Gestalten eines Motors, welcher in einem Gas-Zuführ-/Abführ-Mechanismus, der reaktionsfähige Gase für eine elektrochemische Reaktion in einer Brennstoffzelle bereitstellt, und/oder einem Kühlmittel-Zirkulationsmechanismus, der ein Kühlmittel zum Kühlen der Brennstoffzelle zirkuliert, eingesetzt wird, wobei das Verfahren aufweist: Einstellen eines Verhältnisses L/D der axialen Länge L des Rotors zu dessen Durchmesser D, welches annähernd gleich einem Maximalwert ist, der die Beziehung: Ta ≥ Tm erfüllt, wobei Ta ein zulässiges Drehmoment des Motors bezeichnet und Tm ein Maximaldrehmoment bezeichnet, für welches eine Anfoderung an den Motor zu erfolgen hat.
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