DE102022206878A1 - Operating an electrolysis device having a plurality of electrolysis cells - Google Patents

Operating an electrolysis device having a plurality of electrolysis cells Download PDF

Info

Publication number
DE102022206878A1
DE102022206878A1 DE102022206878.5A DE102022206878A DE102022206878A1 DE 102022206878 A1 DE102022206878 A1 DE 102022206878A1 DE 102022206878 A DE102022206878 A DE 102022206878A DE 102022206878 A1 DE102022206878 A1 DE 102022206878A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrolysis
cell
voltage
support device
cells
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102022206878.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Sven Schumann
Marvin Bendig
Markus Engel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority to DE102022206878.5A priority Critical patent/DE102022206878A1/en
Priority to PCT/EP2023/067832 priority patent/WO2024008549A2/en
Publication of DE102022206878A1 publication Critical patent/DE102022206878A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60Constructional parts of cells
    • C25B9/65Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • C25B15/02Process control or regulation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70Assemblies comprising two or more cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04Hydrogen or oxygen by electrolysis of water

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Unterstützungsvorrichtung (90) für eine eine Mehrzahl von Elektrolysezellen (12) aufweisende Elektrolysevorrichtung (10), mit Anschlusskontakten (72) zum elektrischen Koppeln mit jeweiligen Elektroden der Elektrolysezellen (12).Erfindungsgemäß weist die Unterstützungsvorrichtung (90) wenigstens eine Spannungserfassungseinheit zum Erfassen einer Zellenspannung einer jeweiligen der Elektrolysezellen (12) sowie eine mit der wenigstens einen Spannungserfassungseinheit signaltechnisch gekoppelte Auswerteeinheit (18) zum Ermitteln von zumindest einer Zellencharakteristik oder zumindest einem Alterungszustand für eine jeweilige der Elektrolysezellen (12) auf.The invention relates to a support device (90) for an electrolysis device (10) having a plurality of electrolysis cells (12), with connection contacts (72) for electrical coupling to respective electrodes of the electrolysis cells (12). According to the invention, the support device (90) has at least one voltage detection unit for detecting a cell voltage of a respective electrolytic cell (12) and an evaluation unit (18) which is signal-coupled to the at least one voltage detection unit for determining at least one cell characteristic or at least one aging state for a respective one of the electrolytic cells (12).

Description

Die Erfindung betrifft eine Unterstützungsvorrichtung für eine eine Mehrzahl von Elektrolysezellen aufweisende Elektrolysevorrichtung, mit Anschlusskontakten zum elektrischen Koppeln mit jeweiligen Elektroden der Elektrolysezellen. Ferner betrifft die Erfindung eine Elektrolysevorrichtung mit einer Mehrzahl von Elektrolysezellen. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer eine Mehrzahl von Elektrolysezellen aufweisenden Elektrolysevorrichtung, wobei jeweilige Elektroden der Elektrolysezellen zum elektrischen Koppeln mit einer Unterstützungsvorrichtung für die Elektrolysevorrichtung mit Anschlusskontakten der Unterstützungsvorrichtung elektrisch gekoppelt werden.The invention relates to a support device for an electrolysis device having a plurality of electrolysis cells, with connection contacts for electrical coupling to respective electrodes of the electrolysis cells. The invention further relates to an electrolysis device with a plurality of electrolysis cells. Finally, the invention relates to a method for operating an electrolysis device having a plurality of electrolysis cells, wherein respective electrodes of the electrolysis cells are electrically coupled to connection contacts of the support device for electrical coupling with a support device for the electrolysis device.

Elektrolysevorrichtungen, Unterstützungsvorrichtungen hierfür sowie Verfahren zum Betreiben von Elektrolysevorrichtungen sind im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es dem Grunde nach, eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Gattungsgemäße Elektrolysezellen sowie Elektrolysevorrichtungen, insbesondere für die Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff, sind im Stand der Technik umfänglich bekannt, so zum Beispiel aus der DE 197 29 429 C1 . Die grundlegende Funktion der Elektrolyse, insbesondere der Wasserelektrolyse, ist dem Fachmann bekannt, weshalb von detaillierten Erläuterungen hierzu vorliegend abgesehen wird.Electrolysis devices, support devices for them and methods for operating electrolysis devices are extensively known in the prior art, so that there is basically no need for separate printed evidence for this. Generic electrolysis cells and electrolysis devices, in particular for the electrolysis of water to hydrogen and oxygen, are extensively known in the prior art, for example from DE 197 29 429 C1 . The basic function of electrolysis, in particular water electrolysis, is known to those skilled in the art, which is why detailed explanations are not provided here.

Elektrolysevorrichtungen, die eine einzelne, insbesondere jedoch eine Vielzahl von Elektrolysezellen, aufweisen, die in der Regel zumindest teilweise elektrisch in Reihe geschaltet sind, dienen unter anderem dazu, vorzugsweise im industriellen Umfang nutzbare Stoffe, beispielsweise Wasserstoff bei einer Wasserelektrolyse, Kohlenmonoxid bei einer Kohlendioxidelektrolyse oder dergleichen herzustellen. Zu diesem Zweck sind im bestimmungsgemäßen Betrieb wenigstens zwei Elektroden einer jeweiligen Elektrolysezelle mit einer geeigneten kleinen elektrischen Gleichspannung beaufschlagt, die im Bereich von einigen wenigen Volt oder eventuell sogar kleiner als 1 V betragen kann. Entsprechend der durch die Elektrolyse bereitzustellenden Stoffmenge wird von einer Elektrolyseenergiequelle ein entsprechender elektrischer Gleichstrom als Elektrolysestrom bereitgestellt. Bei in Reihe geschalteten Elektrolysezellen durchströmt dieser Gleichstrom sämtliche der in Reihe geschalteten Batteriezellen. Die Reihenschaltung ist elektrisch mit einer Elektrolyseenergiequelle gekoppelt. Dem Grunde nach ist es jedoch auch möglich, Elektrolysezellen nicht nur in Reihe, sondern zumindest teilweise auch parallelzuschalten.Electrolysis devices, which have a single, but in particular a large number of electrolysis cells, which are usually at least partially electrically connected in series, serve, among other things, substances that can preferably be used on an industrial scale, for example hydrogen in water electrolysis, carbon monoxide in carbon dioxide electrolysis or to produce the like. For this purpose, during normal operation, at least two electrodes of a respective electrolytic cell are supplied with a suitable small electrical direct voltage, which can be in the range of a few volts or possibly even less than 1 V. Depending on the amount of material to be provided by the electrolysis, an electrolysis energy source provides a corresponding electrical direct current as electrolysis current. When electrolysis cells are connected in series, this direct current flows through all of the battery cells connected in series. The series connection is electrically coupled to an electrolysis energy source. Basically, however, it is also possible to connect electrolytic cells not only in series, but also at least partially in parallel.

Insbesondere bei wässrigen Elektrolysen, wie zum Beispiel Chlor/Alkali-Elektrolysen, PEM-Elektrolysen oder dergleichen, ist häufig eine Membran vorgesehen, welche jeweilige Reaktionskammern jeweiliger Reaktionsbereiche einer jeweiligen Elektrolysezelle, in denen jeweilige Elektroden angeordnet sind, trennt. Häufig ist auf einer solchen Membran ein Katalysator angeordnet, um den Vorgang der Elektrolyse zu ermöglichen beziehungsweise katalytisch zu beschleunigen. Die Elektrolyse wird in der Regel dadurch bewirkt, dass die Elektroden einer jeweiligen Elektrolysezelle im bestimmungsgemäßen Betrieb mit dem Elektrolysestrom beziehungsweise einer geeigneten elektrischen Gleichspannung, auch Zellenspannung genannt, beaufschlagt sind.In particular in aqueous electrolysis, such as chlorine/alkali electrolysis, PEM electrolysis or the like, a membrane is often provided which separates respective reaction chambers of respective reaction areas of a respective electrolysis cell, in which respective electrodes are arranged. A catalyst is often arranged on such a membrane to enable or catalytically accelerate the electrolysis process. The electrolysis is usually brought about by the fact that the electrodes of a respective electrolysis cell are subjected to the electrolysis current or a suitable electrical direct voltage, also called cell voltage, during normal operation.

Als zumindest teilweise kritisch für eine jeweilige Elektrolysezelle erweist sich unter anderem ein Übergang von oder zu einem vom bestimmungsgemäßen Betriebszustand verschiedenen Betriebszustand. Dies bezieht sich insbesondere auf ein Anfahren der Elektrolysezelle beziehungsweise der Elektrolysevorrichtung sowie auch ein Herunterfahren der Elektrolysezelle beziehungsweise der Elektrolysevorrichtung. Besonders beim Herunterfahren nach dem bestimmungsgemäßen Betrieb können noch Reststoffe, insbesondere gelöste oder gasförmige Restgase, in der Elektrolysezelle vorhanden sein, die unter Umständen dazu führen können, dass die Elektrolysezelle eine Brennstoffzellenfunktionalität zeigen kann. Hierdurch kann die Elektrolysezelle jedoch irreversibel beschädigt werden, weshalb die Brennstoffzellenfunktionalität unbedingt vermieden werden soll. Zu diesem Zweck ist es bekannt, die Elektrolysezelle außerhalb des bestimmungsgemäßen Betriebs mit einer Schutzspannung, auch Polarisationsspannung genannt, zu beaufschlagen, die so gewählt ist, dass die Brennstoffzellenfunktionalität weitgehend vermieden werden kann. Bei einer Elektrolysezelle zum Elektrolysieren von Wasser kann die Schutzspannung zum Beispiel etwa 1,25 V betragen. Sobald die Elektrolysezelle entsprechend abgekühlt und Restgase entfernt sind, kann das Bereitstellen der Schutzspannung deaktiviert werden.What proves to be at least partially critical for a respective electrolysis cell is, among other things, a transition from or to an operating state that is different from the intended operating state. This refers in particular to starting up the electrolysis cell or the electrolysis device as well as shutting down the electrolysis cell or the electrolysis device. Particularly when shutting down after normal operation, residues, in particular dissolved or gaseous residual gases, may still be present in the electrolytic cell, which under certain circumstances can lead to the electrolytic cell being able to display fuel cell functionality. However, this can cause irreversible damage to the electrolytic cell, which is why the fuel cell functionality should be avoided at all costs. For this purpose, it is known to apply a protective voltage, also called polarization voltage, to the electrolytic cell outside of normal operation, which is selected so that the fuel cell functionality can be largely avoided. For example, in an electrolytic cell for electrolyzing water, the protection voltage can be approximately 1.25 V. As soon as the electrolysis cell has cooled down accordingly and residual gases have been removed, the provision of the protective voltage can be deactivated.

Gattungsgemäße Unterstützungsvorrichtungen dienen unter anderem dazu, einen sicheren Betrieb der Elektrolysezellen, insbesondere der Elektrolysevorrichtung, zu unterstützen beziehungsweise erreichen zu können. Hierzu sind die Elektrolysezellen an die Unterstützungsvorrichtung elektrisch angeschlossen, sodass die Elektrolysezellen unabhängig voneinander mit einem Polarisationsstrom beaufschlagt werden können. Eine solche Vorrichtung offenbart zum Beispiel die EP 3 982 501 Al.Generic support devices serve, among other things, to support or be able to achieve safe operation of the electrolysis cells, in particular the electrolysis device. For this purpose, the electrolysis cells are electrically connected to the support device, so that the electrolysis cells can be supplied with a polarization current independently of one another. Such a device discloses, for example, the EP 3 982 501 Al.

Ferner hat es sich gezeigt, dass Elektrolysezellen unterschiedlich voneinander altern und/oder voneinander abweichende Charakteristiken aufweisen können. Besonders bei einer Reihenschaltung von Elektrolysezellen kann sich dies als problematisch erweisen, wenn eine Schutzspannung als Polarisationsspannung durch eine an die Reihenschaltung angelegte Spannung bereitgestellt werden soll. Aufgrund der unterschiedlichen Alterung beziehungsweise Charakteristiken kann nämlich der Fall eintreten, dass sich insbesondere bei einer Reihenschaltung der Elektrolysezellen die an die Reihenschaltung angelegte Spannung nicht gleichmäßig auf alle in Reihe geschalteten Elektrolysezellen aufteilt. Daher ist es dann erforderlich, die elektrische Spannung der Reihenschaltung so groß zu wählen, dass für die ungünstigste Elektrolysezelle die Schutzspannung noch zuverlässig erreicht werden kann. Dies führt jedoch dazu, dass die anderen Zellen mit einer entsprechend hohen Spannung beaufschlagt werden, die deutlich größer als die Schutzspannung sein kann, sodass diese weiterhin im Elektrolysebetrieb betrieben werden. Zur Vermeidung eines explosionsfähigen Gemisches in diesen Elektrolysezellen ist es daher üblich, mit Stickstoff zu spülen.Furthermore, it has been shown that electrolysis cells age differently from one another and/or can have different characteristics. Especially when connected in series of electrolytic cells, this can prove to be problematic if a protective voltage is to be provided as a polarization voltage by a voltage applied to the series connection. Due to the different aging or characteristics, it can happen that, particularly when the electrolytic cells are connected in series, the voltage applied to the series connection is not evenly distributed among all electrolytic cells connected in series. It is therefore necessary to choose the electrical voltage of the series connection so high that the protective voltage can still be reliably achieved for the most unfavorable electrolytic cell. However, this means that the other cells are subjected to a correspondingly high voltage, which can be significantly greater than the protective voltage, so that they continue to be operated in electrolysis mode. To avoid an explosive mixture in these electrolysis cells, it is therefore common practice to flush with nitrogen.

Aus der EP 3 982 501 A1 ist es ferner bekannt, jede Elektrolysezelle einzeln mit der Schutzspannung zu beaufschlagen. Die Bereitstellung der jeweiligen Schutzspannungen für die Elektrolysezellen erweist sich jedoch als vergleichsweise aufwendig. Darüber hinaus wird hier kein Alterungszustand sowie auch keine Charakteristiken der Elektrolysezellen berücksichtigt, sodass weiterhin unerwünschte Zustände auftreten können.From the EP 3 982 501 A1 It is also known to apply the protective voltage to each electrolytic cell individually. However, providing the respective protective voltages for the electrolytic cells proves to be comparatively complex. In addition, no aging condition or characteristics of the electrolytic cells are taken into account here, so undesirable conditions can still occur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Betrieb der Elektrolysezellen sowie der Elektrolysevorrichtung zu ermöglichen und ein entsprechendes Verfahren anzugeben.The invention is based on the object of enabling improved operation of the electrolysis cells and the electrolysis device and of specifying a corresponding method.

Mit der Erfindung wird in Bezug auf eine gattungsgemäße Unterstützungsvorrichtung insbesondere vorgeschlagen, dass die Unterstützungsvorrichtung wenigstens eine Spannungserfassungseinheit zum Erfassen einer Zellenspannung einer jeweiligen der Elektrolysezellen, sowie eine mit der wenigstens einen Spannungserfassungseinheit signaltechnisch gekoppelte Auswerteeinheit zum Ermitteln von zumindest einer Zellencharakteristik oder zumindest einem Alterungszustand für eine jeweilige der Elektrolysezellen aufweist.With regard to a generic support device, the invention in particular proposes that the support device has at least one voltage detection unit for detecting a cell voltage of a respective electrolytic cell, as well as an evaluation unit, which is coupled in terms of signals to the at least one voltage detection unit, for determining at least one cell characteristic or at least one aging state for one each of the electrolysis cells has.

In Bezug auf eine gattungsgemäße Elektrolysevorrichtung wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass die Elektrolysevorrichtung eine Unterstützungsvorrichtung gemäß der Erfindung aufweist.With regard to a generic electrolysis device, the invention particularly proposes that the electrolysis device has a support device according to the invention.

In Bezug auf ein gattungsgemäßes Verfahren wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass Zellenspannungen der Elektrolysezellen mittels wenigstens einer mit den Anschlusskontakten elektrisch gekoppelten Spannungserfassungseinheit der Unterstützungsvorrichtung erfasst werden, wobei die Spannungserfassungseinheit abhängig von der jeweils erfassten elektrischen Spannung ein jeweiliges Spannungssignal bereitstellt, wobei die Spannungssignale mittels einer Auswerteeinheit ausgewertet werden, um für eine jeweilige Elektrolysezelle zumindest eine Zellencharakteristik oder zumindest einen Alterungszustand zu ermitteln.With regard to a generic method, the invention in particular proposes that cell voltages of the electrolytic cells be detected by means of at least one voltage detection unit of the support device which is electrically coupled to the connection contacts, the voltage detection unit providing a respective voltage signal depending on the electrical voltage detected in each case, the voltage signals being transmitted by means of be evaluated by an evaluation unit in order to determine at least one cell characteristic or at least one aging state for a respective electrolytic cell.

Die Erfindung basiert unter anderem auf dem Gedanken, die Zellenspannungen der einzelnen Elektrolysezellen, insbesondere wenn die Elektrolysezellen in Reihe geschaltet sind, zu erfassen und mittels der Auswerteeinheit auszuwerten. Die Auswerteeinheit kann dann basierend auf diesen Daten zumindest eine Zellencharakteristik oder zumindest einen Alterungszustand ermitteln. Zu diesem Zweck kann zum Beispiel berücksichtigt werden, mit welchem jeweiligen Zellenstrom die jeweilige der Elektrolysezellen beaufschlagt sind beziehungsweise waren. Natürlich kann auch sowohl die Zellencharakteristik als auch der Alterungszustand der jeweiligen Elektrolysezelle ermittelt werden. Diese Daten können dazu genutzt werden, die Elektrolysezellen individuell, beispielsweise durch individuelle Einstellung eines Zellenstroms, besser zu betreiben, damit die Elektrolysezellen individuell möglichst in ihrem günstigsten Betriebszustand betrieben werden können. Dies kann insbesondere für den bestimmungsgemäßen Elektrolysebetrieb, das Anfahren der Elektrolysevorrichtung und/oder für das Herunterfahren der Elektrolysevorrichtung vorgesehen sein. Darüber hinaus kann erreicht werden, dass beispielsweise für eine übergeordnete Elektrolysesteuerung der Elektrolysevorrichtung, Daten bereitgestellt werden, die es erlauben, die Belastbarkeit der jeweiligen Elektrolysezelle erkennen zu können. Diese Belastbarkeit, die auch den Alterungszustand umfassen kann, kann dazu herangezogen werden, innerhalb eines vorgegebenen Betriebsbereichs eine Leistung der Elektrolysezelle einstellen zu können. Dies kann zum Beispiel dazu genutzt werden, eine Elektrolyseleistung der Elektrolysevorrichtung zu variieren, einzustellen oder dergleichen.The invention is based, among other things, on the idea of detecting the cell voltages of the individual electrolytic cells, especially when the electrolytic cells are connected in series, and evaluating them using the evaluation unit. The evaluation unit can then determine at least one cell characteristic or at least one aging state based on this data. For this purpose, it can be taken into account, for example, which cell current is or was applied to each of the electrolysis cells. Of course, both the cell characteristics and the aging condition of the respective electrolytic cell can also be determined. This data can be used to operate the electrolytic cells better individually, for example by individually setting a cell current, so that the electrolytic cells can be operated individually as best as possible in their most favorable operating state. This can be provided in particular for the intended electrolysis operation, the startup of the electrolysis device and/or for the shutdown of the electrolysis device. In addition, it can be achieved that, for example, for a higher-level electrolysis control of the electrolysis device, data is provided that allows the load capacity of the respective electrolysis cell to be recognized. This resilience, which can also include the aging condition, can be used to be able to adjust the performance of the electrolytic cell within a predetermined operating range. This can be used, for example, to vary or adjust an electrolysis output of the electrolysis device or the like.

Soll zum Beispiel eine geringe Elektrolyseleistung aktiviert werden, ist es vorteilhaft, möglichst die Elektrolysezellen mit einem ungünstigen Alterungszustand zu betreiben, wohingegen, wenn eine hohe Elektrolyseleistung gewünscht ist, vorzugsweise Elektrolysezellen mit einem geringen Alterungszustand, das heißt, vorzugsweise im Wesentlichen neuwertige Elektrolysezellen, zu aktivieren. Natürlich kann auch vorgesehen sein, dass durch den bestimmungsgemäßen Betrieb der Elektrolysezellen und jeweilige Aktivierung beziehungsweise Deaktivierung der Elektrolysezellen erreicht werden kann, dass sich unterschiedliche Alterungszustände der Elektrolysezellen angleichen können. Dabei wird unter anderem die Erkenntnis genutzt, dass sich eine Zellenspannung bei einem vorgegebenen Zellenstrom abhängig vom Alterungszustand einstellen kann. Bei einem vorgegebenen Zellenstrom wird die Zellenspannung in der Regel mit zunehmender Alterung größer. Der Alterungszustand der Elektrolysezelle kann daher zum Beispiel anhand von Betriebsparametern der Elektrolysezelle ermittelt werden. Betriebsparameter können zum Beispiel die Zellenspannung, ein Zellenstrom, eine Temperatur der Elektrolysezelle, Werte von Fluidströmungen wie Flüssigkeiten und /oder Gase oder dergleichen sein.For example, if a low electrolysis output is to be activated, it is advantageous to operate the electrolysis cells with an unfavorable aging condition, if possible, whereas if a high electrolysis output is desired, it is preferable to activate electrolysis cells with a low aging condition, that is, preferably essentially new electrolysis cells . Of course, it can also be provided that through the intended operation of the electrolytic cells and respective activation or deactivation of the electrolytic cells it can be achieved that different aging states of the electrolytic cells can equalize. This will Among other things, the knowledge used is that a cell voltage can arise at a given cell current depending on the aging condition. For a given cell current, the cell voltage generally increases as the cell ages. The aging state of the electrolytic cell can therefore be determined, for example, based on the operating parameters of the electrolytic cell. Operating parameters can be, for example, the cell voltage, a cell current, a temperature of the electrolytic cell, values of fluid flows such as liquids and/or gases or the like.

Darüber hinaus kann berücksichtigt werden, dass die Zellenspannung unter anderem auch von einer Aktivierung von in den jeweiligen Elektrolysezellen eingesetzten Katalysatoren und dergleichen abhängig sein kann. Vorzugsweise kann unter Mitwirkung der Unterstützungsvorrichtung somit ein verbesserter Betrieb der Elektrolysezellen der Elektrolysevorrichtung und somit auch der Elektrolysevorrichtung insgesamt erreicht werden.In addition, it can be taken into account that the cell voltage can also depend, among other things, on the activation of catalysts and the like used in the respective electrolysis cells. Preferably, with the cooperation of the support device, improved operation of the electrolysis cells of the electrolysis device and thus also of the electrolysis device as a whole can be achieved.

Zugleich ermöglicht es die Unterstützungsvorrichtung der Erfindung, dass auch ein Anfahren beziehungsweise Herunterfahren der Elektrolysevorrichtung insgesamt sicherer und zuverlässiger realisiert werden kann. Dies kann unter anderem dadurch erreicht werden, dass während des bestimmungsgemäßen Betriebs und/oder während des Anfahrens beziehungsweise des Herunterfahrens die jeweiligen Zellenspannungen der Elektrolysezellen erfasst und für die Einstellung eines jeweiligen Zellenstroms berücksichtigt werden. Vorzugsweise kann auch der jeweilige Zellenstrom berücksichtigt werden. Dies erfolgt vorzugsweise abhängig von der ermittelten Zellencharakteristik beziehungsweise dem ermittelten Alterungszustand. Die Zellencharakteristik kann zum Beispiel eine individuelle Kennlinie, gegebenenfalls weitere Zellenparameter und/oder dergleichen einer jeweiligen der Elektrolysezellen umfassen.At the same time, the support device of the invention makes it possible to start up or shut down the electrolysis device in a safer and more reliable manner overall. This can be achieved, among other things, by detecting the respective cell voltages of the electrolytic cells during normal operation and/or during startup or shutdown and taking them into account for setting a respective cell current. The respective cell current can preferably also be taken into account. This is preferably done depending on the determined cell characteristics or the determined aging state. The cell characteristics can include, for example, an individual characteristic curve, possibly further cell parameters and/or the like of a respective electrolysis cell.

Die Unterstützungsvorrichtung weist zum Verbinden mit der Elektrolysevorrichtung, insbesondere zum Verbinden mit den Elektrolysezellen in Form eines elektrischen Koppelns, jeweilige Anschlusskontakte auf, sodass die gewünschte elektrische Verbindung mit den Elektroden der Elektrolysezellen hergestellt werden kann. Die Unterstützungsvorrichtung weist ferner die Spannungserfassungseinheit auf, die dem Erfassen der Zellenspannungen der Elektrolysezellen dient. Zu diesem Zweck ist die Spannungserfassungseinheit vorzugsweise mit den Anschlusskontakten der Unterstützungsvorrichtung elektrisch gekoppelt. Die Spannungserfassungseinheit kann beispielsweise die jeweiligen Zellenspannungen einzeln oder auch im Zeitmultiplex erfassen. Die Spannungserfassungseinheit stellt entsprechende Spannungssignale bereit, die an die signaltechnisch gekoppelte Auswerteeinheit übermittelt werden. Somit stehen die entsprechenden Spannungssignale in der Auswerteeinheit zur Verfügung, sodass diese zumindest die Zellencharakteristik oder zumindest den Alterungszustand der jeweiligen Elektrolysezelle ermitteln kann. Die Unterstützungsvorrichtung, insbesondere die Spannungserfassungseinheit sowie gegebenenfalls auch die Auswerteeinheit, können als elektronische Hardwareschaltung ausgebildet sein. Sie können aber auch zumindest teilweise durch eine programmgesteuerte Rechnereinheit gebildet sein. Natürlich können auch Kombinationen hiervon vorgesehen sein.The support device has respective connection contacts for connecting to the electrolysis device, in particular for connecting to the electrolysis cells in the form of electrical coupling, so that the desired electrical connection can be established with the electrodes of the electrolysis cells. The support device also has the voltage detection unit, which is used to detect the cell voltages of the electrolytic cells. For this purpose, the voltage detection unit is preferably electrically coupled to the connection contacts of the support device. The voltage detection unit can, for example, detect the respective cell voltages individually or in time division multiplex. The voltage detection unit provides corresponding voltage signals that are transmitted to the signal-coupled evaluation unit. The corresponding voltage signals are therefore available in the evaluation unit, so that it can determine at least the cell characteristics or at least the aging state of the respective electrolytic cell. The support device, in particular the voltage detection unit and possibly also the evaluation unit, can be designed as an electronic hardware circuit. However, they can also be formed at least partially by a program-controlled computer unit. Of course, combinations of these can also be provided.

Besonders vorteilhaft erweist sich die Erfindung dann, wenn die Elektrolysezellen der Elektrolysevorrichtung zumindest teilweise in Reihe geschaltet sind. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Die Unterstützungsvorrichtung kann also auch dafür vorgesehen sein, bei einer Elektrolysevorrichtung zum Einsatz zu kommen, die zumindest teilweise parallelgeschaltete Elektrolysezellen aufweist. Natürlich können auch Kombinationen von Reihenschaltungen und Parallelschaltungen von Elektrolysezellen vorgesehen sein.The invention proves to be particularly advantageous when the electrolysis cells of the electrolysis device are at least partially connected in series. However, the invention is not limited to this. The support device can therefore also be intended to be used in an electrolysis device which has electrolysis cells at least partially connected in parallel. Of course, combinations of series connections and parallel connections of electrolytic cells can also be provided.

Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Spannungserfassungseinheit eine der Mehrzahl der Elektrolysezellen entsprechende Anzahl an Spannungssensoren aufweist, wobei ein jeweiliger der Spannungssensoren mit Elektroden einer jeweiligen der Elektrolysezellen elektrisch gekoppelt ist und ausgebildet ist, eine Zellenspannung der jeweiligen Elektrolysezelle zu erfassen und abhängig von der erfassten Zellenspannung ein jeweiliges Spannungssignal abzugeben. Die Spannungserfassungseinheit kann daher zeitgleich die Zellenspannungen der Mehrzahl der Elektrolysezellen erfassen und entsprechende Spannungssignale abgeben. Dadurch kann eine sehr schnelle Signalverarbeitung erreicht werden. Insgesamt kann dadurch die Unterstützungsvorrichtung verbessert und gegebenenfalls auch die Funktion verbessert werden.According to a further development, it is proposed that the voltage detection unit has a number of voltage sensors corresponding to the plurality of electrolytic cells, each of the voltage sensors being electrically coupled to electrodes of a respective electrolytic cell and being designed to detect a cell voltage of the respective electrolytic cell and depending on the detected Cell voltage to emit a respective voltage signal. The voltage detection unit can therefore simultaneously detect the cell voltages of the majority of electrolysis cells and emit corresponding voltage signals. This allows very fast signal processing to be achieved. Overall, the support device can be improved and, if necessary, the function can also be improved.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Unterstützungsvorrichtung wenigstens einen Stromsensor zum Erfassen eines Zellenstroms von wenigstens einer der Elektrolysezellen und zum Abgeben eines Stromsignals abhängig vom erfassten Zellenstrom aufweist. Sind die Elektrolysezellen in Reihe geschaltet, kann in der Regel ein einziger Stromsensor ausreichen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass vorzugsweise für jede der Elektrolysezellen ein jeweiliger eigener individueller Stromsensor zum Erfassen des Zellenstroms vorgesehen ist. In addition, it is proposed that the support device has at least one current sensor for detecting a cell current of at least one of the electrolysis cells and for emitting a current signal depending on the detected cell current. If the electrolysis cells are connected in series, a single current sensor can usually be sufficient. However, it can also be provided that a respective individual current sensor for detecting the cell current is preferably provided for each of the electrolysis cells.

Mittels des Stromsensors kann der Zellenstrom vorzugsweise zumindest während des bestimmungsgemäßen Elektrolysebetriebs oder außerhalb des bestimmungsgemäßen Elektrolysebetriebs erfasst werden, also beispielsweise auch der Polarisationsstrom beim Herunterfahren der Elektrolysevorrichtung. Der Stromsensor ist vorzugsweise ebenfalls mit der Auswerteeinheit signaltechnisch gekoppelt, sodass die Stromsignale an die Auswerteeinheit übermittelt werden können. Die Auswerteeinheit kann beim Auswerten dann auch das wenigstens eine Stromsignal ergänzend berücksichtigen.By means of the current sensor, the cell current can preferably be measured at least during the determined proper electrolysis operation or outside of the intended electrolysis operation, for example also the polarization current when shutting down the electrolysis device. The current sensor is preferably also signal-coupled to the evaluation unit, so that the current signals can be transmitted to the evaluation unit. The evaluation unit can then also take the at least one current signal into account when evaluating.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Unterstützungsvorrichtung eine der Mehrzahl der Elektrolysezellen entsprechende Anzahl von steuerbaren elektronischen Stromquellenschaltungen aufweist, wobei eine jeweilige der Stromquellenschaltungen mit Elektroden einer jeweiligen der Elektrolysezellen elektrisch gekoppelt ist und ausgebildet ist, die jeweilige Elektrolysezelle individuell mit einem Gleichstrom zu beaufschlagen, der abhängig von einem Stromquellensteuersignal einstellbar ist. Dadurch kann erreicht werden, dass jede der Mehrzahl der Elektrolysezellen individuell mit einem entsprechenden jeweiligen Gleichstrom beaufschlagt werden kann. Besonders vorteilhaft erweist sich dies, wenn die Elektrolysevorrichtung beziehungsweise die Elektrolysezellen außerhalb des bestimmungsgemäßen Elektrolysebetriebs betrieben werden, indem die Elektrolysezellen vorzugsweise mit einem Schutzstrom beziehungsweise Polarisationsstrom beaufschlagt sind, um zum Beispiel die unerwünschte Brennstoffzellenfunktionalität zu unterdrücken beziehungsweise zu vermeiden. Dies ist besonders der Fall bei einem Anfahren der Elektrolysevorrichtung beziehungsweise bei einem Herunterfahren der Elektrolysevorrichtung, bei der besonders in Reihe geschaltete Elektrolysezellen ansonsten ungleichmäßig elektrisch beaufschlagt sein können. Mit den individuell vorgesehenen Stromquellenschaltungen kann eine jeweilige der Elektrolysezellen individuell mit dem elektrischen Zellenstrom beaufschlagt werden. Dieser Zellenstrom kann beispielsweise der Schutzstrom zur Vermeidung der Brennstoffzellenfunktionalität sein. Der Schutzstrom ist vorzugsweise abhängig von der ermittelten Zellencharakteristik und/oder dem ermittelten Alterungszustand.It is further proposed that the support device has a number of controllable electronic power source circuits corresponding to the plurality of electrolytic cells, wherein each of the current source circuits is electrically coupled to electrodes of a respective electrolytic cell and is designed to individually apply a direct current to the respective electrolytic cell can be adjusted depending on a power source control signal. This makes it possible for each of the majority of electrolysis cells to be individually supplied with a corresponding direct current. This proves to be particularly advantageous if the electrolysis device or the electrolysis cells are operated outside of the intended electrolysis operation, in that the electrolysis cells are preferably supplied with a protective current or polarization current, for example to suppress or avoid the undesirable fuel cell functionality. This is particularly the case when starting up the electrolysis device or when shutting down the electrolysis device, in which electrolysis cells particularly connected in series can otherwise be electrically applied unevenly. With the individually provided power source circuits, each of the electrolysis cells can be individually supplied with the electrical cell current. This cell current can, for example, be the protective current to prevent fuel cell functionality. The protective current is preferably dependent on the determined cell characteristics and/or the determined aging condition.

Jede der Stromquellenschaltungen ist mittels des Stromquellensteuersignals einstellbar. Das Stromquellensteuersignal kann für eine oder mehrere der Stromquellenschaltungen zum Beispiel von der Auswerteeinheit aber auch von der übergeordneten Elektrolysesteuerung der Elektrolysevorrichtung bereitgestellt sein. Dadurch ist es möglich, jede der Elektrolysezellen möglichst in einem optimalen jeweiligen Betriebszustand zu betreiben.Each of the power source circuits is adjustable using the power source control signal. The power source control signal can be provided for one or more of the power source circuits, for example by the evaluation unit but also by the higher-level electrolysis control of the electrolysis device. This makes it possible to operate each of the electrolysis cells in an optimal operating state.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Auswerteeinheit ausgebildet ist, die Zellenspannung und den Zellenstrom über einen vorgebbaren Zeitraum zu erfassen und abhängig hiervon die Zellencharakteristik und/oder den Alterungszustand der Elektrolysezelle zu ermitteln. Der Zellenstrom kann vorzugsweise zumindest während des bestimmungsgemäßen Elektrolysebetriebs oder zumindest außerhalb des bestimmungsgemäßen Elektrolysebetriebs erfasst werden. Besonders vorteilhaft kann der Zellenstrom jedoch im Wesentlichen auch permanent erfasst werden. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit über Daten einer neuwertigen Elektrolysezelle als Referenz- oder Startwerte verfügt, oder diese als Datensatz über eine Kommunikationsverbindung von einem externen Datenspeicher abruft. Mittels der jeweiligen Stromquellenschaltung ist es dadurch sogar möglich, für jede der Elektrolysezellen eine individuelle Kennlinie aktuell zu erfassen und zu speichern. Auf diese Weise kann zum Beispiel auch für eine unbekannte Elektrolysezelle die Zellencharakteristik ermittelt werden. Diese Daten können herangezogen werden, um im weiteren Verlauf eine Änderung der jeweiligen Zellencharakteristik, insbesondere des betrieblich bedingten Alterungszustands, der jeweiligen Elektrolysezelle bestimmen zu können. Unter anderem kann die Zellencharakteristik auch Betriebszustände, Betriebszustandsänderungen, Betriebsparameter und/oder Betriebsparameteränderungen umfassen, die für die Elektrolysezellen ermittelt werden können. Natürlich kann auch vorgesehen sein, dass Daten in Bezug auf einen Zustand in Bezug auf ein Gebrauchsende der Elektrolysezellen abrufbar gespeichert sind, wobei die Auswerteeinheit bestimmen kann, ob eine jeweilige der Elektrolysezellen das Gebrauchsende erreicht hat. Ist das Gebrauchsende erreicht, kann die Auswerteeinheit zum Beispiel ein Signal abgeben, dass die jeweilige Elektrolysezelle gewartet beziehungsweise ausgetauscht werden sollte. Dadurch kann die Funktion der Elektrolysevorrichtung insgesamt weiter verbessert werden. Zugleich können die ermittelten Alterungszustände der Elektrolysezellen dazu herangezogen werden, individuelle Stromquellensteuersignale abhängig hiervon bereitzustellen, sodass die Elektrolysezellen mit dem Zellenstrom vorzugsweise abhängig von ihrem jeweils ermittelten Alterungszustand beaufschlagt werden können. Auch dies ermöglicht eine weitere Verbesserung des Betriebs der Elektrolysevorrichtung insgesamt.Furthermore, it is proposed that the evaluation unit is designed to record the cell voltage and the cell current over a predeterminable period of time and, depending on this, to determine the cell characteristics and/or the aging state of the electrolytic cell. The cell current can preferably be recorded at least during the intended electrolysis operation or at least outside of the intended electrolysis operation. However, the cell current can also be recorded essentially permanently, particularly advantageously. For this purpose, it can be provided that the evaluation unit has data from a new electrolytic cell as reference or starting values, or retrieves these as a data record from an external data memory via a communication connection. Using the respective power source circuit, it is even possible to currently record and save an individual characteristic curve for each of the electrolysis cells. In this way, for example, the cell characteristics can also be determined for an unknown electrolysis cell. This data can be used in order to be able to determine a change in the respective cell characteristics, in particular the operational aging state, of the respective electrolytic cell in the further course. Among other things, the cell characteristics can also include operating states, operating state changes, operating parameters and/or operating parameter changes that can be determined for the electrolysis cells. Of course, it can also be provided that data relating to a state in relation to an end of use of the electrolytic cells is stored in a retrievable manner, with the evaluation unit being able to determine whether a respective one of the electrolytic cells has reached the end of use. Once the end of use has been reached, the evaluation unit can, for example, emit a signal that the respective electrolytic cell should be serviced or replaced. As a result, the function of the electrolysis device as a whole can be further improved. At the same time, the determined aging states of the electrolytic cells can be used to provide individual power source control signals depending thereon, so that the electrolytic cells can be supplied with the cell current, preferably depending on their respective determined aging state. This also enables a further improvement in the operation of the electrolysis device overall.

Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Auswerteeinheit ausgebildet ist, Zellencharakteristiken und/oder Alterungszustände aller mit der Unterstützungsvorrichtung gekoppelten Elektrolysezellen zu ermitteln und abhängig von den ermittelten Alterungszuständen Steuerdaten für einen Betriebszustand im Elektrolysebetrieb, ein Anfahren und/oder ein Herunterfahren der Elektrolysevorrichtung zu ermitteln. Diese Steuerdaten können unter anderem auch Daten in Bezug auf die Stromquellensteuersignale aufweisen, sodass besonders beim Anfahren oder Herunterfahren der Elektrolysevorrichtung ein möglichst optimaler Betrieb der Elektrolysezellen erreicht werden kann, besonders wenn sie in Reihe geschaltet sind.It proves to be particularly advantageous if the evaluation unit is designed to determine cell characteristics and/or aging states of all electrolysis cells coupled to the support device and, depending on the determined aging states, to determine control data for an operating state in electrolysis operation, starting up and/or shutting down the electrolysis device. This control data can, among other things, also include data relating to the power source have expensive signals, so that the optimal possible operation of the electrolysis cells can be achieved, especially when starting up or shutting down the electrolysis device, especially if they are connected in series.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Unterstützungsvorrichtung ein separat handhabbares Gehäuse aufweist, welches einen Steckverbinder zum elektrischen Verbinden der Unterstützungsvorrichtung mit den Elektrolysezellen aufweist. Dadurch ist es möglich, die Unterstützungsvorrichtung auf einfache Weise mit den Elektrolysezellen, insbesondere mit der Elektrolysevorrichtung, zu verbinden und einen zuverlässigen elektrischen Kontakt herzustellen. Das separat handhabbare Gehäuse kann ein geschlossenes Gehäuse sein, sodass die Unterstützungsvorrichtung vor äußeren Einwirkungen zuverlässig geschützt ist. Besonders vorteilhaft ist dies, wenn in der Umgebung der Unterstützungsvorrichtung gefährliche Stoffe auftreten können, beispielsweise ein explosives Gasgemisch, eine aggressive Atmosphäre und/oder dergleichen. Am Gehäuse sind vorzugsweise auch die Anschlusskontakte elektrisch kontaktierbar angeordnet.It is further proposed that the support device has a separately manageable housing which has a plug connector for electrically connecting the support device to the electrolytic cells. This makes it possible to easily connect the support device to the electrolysis cells, in particular to the electrolysis device, and to establish reliable electrical contact. The separately handleable housing can be a closed housing, so that the support device is reliably protected from external influences. This is particularly advantageous if dangerous substances can occur in the environment of the support device, for example an explosive gas mixture, an aggressive atmosphere and/or the like. The connection contacts are preferably also arranged on the housing so that they can be contacted electrically.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Auswerteeinheit ausgebildet ist, Betriebszustände aller mit der Auswerteeinheit gekoppelten Elektrolysezellen zu ermitteln und abhängig von den ermittelten Betriebszuständen ein Zustandssignal für eine übergeordnete Elektrolysesteuerung bereitzustellen, um den Zellenstrom abhängig vom Zustandssignal zu steuern. Das Zustandssignal kann dazu genutzt werden, die individuellen Stromquellensteuersignale einzustellen. Es kann aber auch dazu genutzt werden, im bestimmungsgemäßen Elektrolysebetrieb den Zellenstrom, der durch die übergeordnete Elektrolysesteuerung bereitgestellt werden soll, zu steuern. Dadurch kann insbesondere eine Überlastung einzelner Elektrolysezellen, besonders stark gealterter Elektrolysezellen, vermieden werden. Somit kann zum Beispiel erreicht werden, dass der Zellenstrom zumindest während des bestimmungsgemäßen Elektrolysebetriebs oder zumindest außerhalb des bestimmungsgemäßen Elektrolysebetriebs während des Schutzbetriebs in geeigneter Weise gesteuert werden kann. Ferner kann auch ein Betrieb der Elektrolysezellen abseits eines zulässigen bestimmungsgemäßen Elektrolysebetriebs, der beispielsweise durch eine Zellenkonstruktion und/oder Bemessungsparameter bestimmt sein kann, vermieden werden. Insgesamt kann die Zuverlässigkeit des Betriebs der Elektrolysevorrichtung und die betriebliche Lebensdauer weiter verbessert werden bzw. erhöht.According to a further embodiment, it is proposed that the evaluation unit is designed to determine operating states of all electrolysis cells coupled to the evaluation unit and, depending on the determined operating states, to provide a status signal for a higher-level electrolysis control in order to control the cell current depending on the status signal. The status signal can be used to adjust the individual power source control signals. However, it can also be used to control the cell current that is to be provided by the higher-level electrolysis control during normal electrolysis operation. In this way, overloading of individual electrolytic cells, particularly severely aged electrolytic cells, can be avoided. It can thus be achieved, for example, that the cell current can be controlled in a suitable manner at least during the intended electrolysis operation or at least outside the intended electrolysis operation during the protective operation. Furthermore, operation of the electrolysis cells outside of a permissible intended electrolysis operation, which can be determined, for example, by a cell construction and/or design parameters, can also be avoided. Overall, the reliability of the operation of the electrolysis device and the operational lifespan can be further improved or increased.

Die Unterstützungsvorrichtung weist vorzugsweise eine Kommunikationsschnittstelle auf, mit der sie mit der übergeordneten Elektrolysesteuerung der Elektrolysevorrichtung in Kommunikationsverbindung steht. Die Kommunikationsschnittstelle kann für eine drahtlose oder auch für eine leitungsgebundene Kommunikation ausgebildet sein.The support device preferably has a communication interface with which it is in communication connection with the higher-level electrolysis control of the electrolysis device. The communication interface can be designed for wireless or wired communication.

Die Unterstützungsvorrichtung kann darüber hinaus dazu ausgebildet sein, weitere Betriebsparameter der Elektrolysezellen, vorzugsweise zellenindividuell, zu erfassen. Zu diesem Zweck kann die Unterstützungsvorrichtung geeignete Parametersensoren aufweisen, die zumindest teilweise in der Unterstützungsvorrichtung oder auch in den jeweiligen Elektrolysezellen integriert angeordnet sein können. Derartige Parametersensoren können beispielsweise dazu dienen, eine Temperatur in den Elektrolysezellen oder deren Zellmembranen oder Prozessfluiden und -Gasen zu erfassen, eine Strömungsgeschwindigkeit von Prozessfluiden in der jeweiligen Elektrolysezelle zu erfassen, insbesondere in Bezug auf Elektrolysezellen für die Elektrolyse von Wasser, eine Wasserdampfmessung, eine Gaszusammensetzung, beispielsweise um zu ermitteln, ob eine Gaszusammensetzung ein zündfähiges Gemisch enthält, eine Druckmessung und/oder dergleichen zu erfassen. Vorzugsweise können diese Parametersensoren ebenfalls mit der Auswerteeinheit signaltechnisch gekoppelt sein, sodass die Auswerteeinheit das Auswerten ergänzend abhängig von diesen Signalen vornehmen kann. Auch hier kann eine weitere Verbesserung des Betriebs der Elektrolysevorrichtung erreicht werden.The support device can also be designed to record further operating parameters of the electrolysis cells, preferably on a cell-specific basis. For this purpose, the support device can have suitable parameter sensors, which can be arranged at least partially integrated in the support device or also in the respective electrolysis cells. Such parameter sensors can be used, for example, to detect a temperature in the electrolysis cells or their cell membranes or process fluids and gases, to detect a flow rate of process fluids in the respective electrolysis cell, in particular with regard to electrolysis cells for the electrolysis of water, a water vapor measurement, a gas composition , for example to determine whether a gas composition contains an ignitable mixture, to record a pressure measurement and / or the like. Preferably, these parameter sensors can also be coupled to the evaluation unit in terms of signals, so that the evaluation unit can carry out the evaluation additionally depending on these signals. Here too, a further improvement in the operation of the electrolysis device can be achieved.

Die für die erfindungsgemäße Unterstützungsvorrichtung angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten natürlich gleichermaßen auch für die erfindungsgemäße Elektrolysevorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt. Insofern können Vorrichtungsmerkmale auch als Verfahrensmerkmale und umgekehrt formuliert sein.The advantages and effects specified for the support device according to the invention naturally also apply equally to the electrolysis device according to the invention and the method according to the invention and vice versa. In this respect, device features can also be formulated as process features and vice versa.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention.

Die vorhergehend in der Beschreibung angegebenen Merkmale, Merkmalskombinationen sowie auch die in der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung umfasst beziehungsweise als offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen und erzeugbar sind. Die anhand der Ausführungsbeispiele dargestellten Merkmale, Funktionen und/oder Wirkungen können für sich genommen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale, Funktionen und/oder Wirkungen der Erfindung darstellen, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher sollen die Ausführungsbeispiele auch andere Kombinationen als die in den erläuterten Ausführungsformen umfassen. Darüber hinaus können die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale, Funktionen und/oder Wirkungen der Erfindung ergänzt sein.The features, combinations of features specified previously in the description as well as the features and combinations of features mentioned in the following description of exemplary embodiments and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations. The invention therefore also includes or is to be regarded as disclosed embodiments which are not explicitly shown and explained in the figures, but which emerge and can be generated from the explained embodiments through separate combinations of features. The features, functions and/or effects shown using the exemplary embodiments can each be taken individually, independently represent features, functions and/or effects of the invention that are to be considered from one another, each of which further develops the invention independently of one another. Therefore, the exemplary embodiments should also include combinations other than those in the explained embodiments. In addition, the described embodiments can also be supplemented by further features, functions and/or effects of the invention that have already been described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.In the figures, the same reference numbers designate the same features and functions.

Es zeigen:

  • 1 in einer schematischen Schaltbilddarstellung eine Elektrolysevorrichtung mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Elektrolysezellen, die an eine Elektrolyseenergiequelle und eine dazu parallelgeschaltete Hilfsenergiequelle angeschlossen sind;
  • 2 in einer schematischen Diagrammdarstellung eine Polarisationskennlinie für eine Elektrolysezelle der Elektrolysevorrichtung gemäß 1, bei der eine Zellenspannung der Elektrolysezelle abhängig von einem Elektrolysestrom der Elektrolysezelle dargestellt ist;
  • 3 in einer schematischen Schaltbilddarstellung wie 1 eine Elektrolysevorrichtung, bei der zu jeder einzelnen Elektrolysezelle jeweils eine Schutzeinheit parallelgeschaltet ist;
  • 4 eine schematische Diagrammdarstellung, in der mittels jeweiliger Graphen ein getakteter Strom als Schutzstrom für eine Elektrolysezelle gemäß 1 sowie eine Zellenspannung und ein Steuersignal für den Schutzstrom dargestellt sind,
  • 5 eine schematische Diagrammdarstellung eines Oszillogramms eines weiteren Schutzstroms,
  • 6 eine schematische Diagrammdarstellung einer basierend auf Polarisationskennlinien bestimmten Alterung der mit dem Schutzstrom gemäß 5 beaufschlagten Elektrolysezelle,
  • 7 eine schematische Blockschaltbilddarstellung einer Schutzeinheit gemäß 3,
  • 8 in einem schematischen Blockdiagramm einen Aufbau der Elektrolysevorrichtung mit der Unterstützungsvorrichtung,
  • 9 eine schematisch perspektivische Ansicht einer ersten Ausgestaltung einer Anordnung der Unterstützungsvorrichtung an einer als Modul ausgebildeten Elektrolysevorrichtung, und
  • 10 in einer schematischen Darstellung wie 9 eine zweite Ausgestaltung einer Anordnung der Unterstützungsvorrichtung an einer als Modul ausgebildeten Elektrolysevorrichtung.
Show it:
  • 1 in a schematic circuit diagram an electrolysis device with a plurality of electrolysis cells connected in series, which are connected to an electrolysis energy source and an auxiliary energy source connected in parallel thereto;
  • 2 in a schematic diagram representation a polarization characteristic for an electrolysis cell of the electrolysis device according to 1 , in which a cell voltage of the electrolysis cell is shown as a function of an electrolysis current of the electrolysis cell;
  • 3 in a schematic diagram representation like 1 an electrolysis device in which a protective unit is connected in parallel to each individual electrolysis cell;
  • 4 a schematic diagram representation in which, using respective graphs, a clocked current as a protective current for an electrolytic cell according to 1 as well as a cell voltage and a control signal for the protective current are shown,
  • 5 a schematic diagram representation of an oscillogram of a further protective current,
  • 6 a schematic diagram representation of aging determined based on polarization characteristics with the protective current 5 charged electrolytic cell,
  • 7 a schematic block diagram representation of a protection unit according to 3 ,
  • 8th in a schematic block diagram a structure of the electrolysis device with the support device,
  • 9 a schematic perspective view of a first embodiment of an arrangement of the support device on an electrolysis device designed as a module, and
  • 10 in a schematic representation like 9 a second embodiment of an arrangement of the support device on an electrolysis device designed as a module.

1 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung eine Elektrolysevorrichtung 52 mit einer Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Elektrolysezellen 12. Die Elektrolysezellen 12 dienen vorliegend der Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff in einem nicht weiter dargestellten Reaktionsraum, der zwischen jeweiligen Elektroden der jeweiligen Elektrolysezelle 12 ausgebildet ist. In alternativen Ausgestaltungen kann hier natürlich auch ein anderer Stoff als Edukt der Elektrolyse unterzogen werden, um diesen in entsprechende andere Stoffe als Produkt umzuwandeln. 1 shows, in a schematic circuit diagram, an electrolysis device 52 with a plurality of electrolysis cells 12 connected electrically in series. In the present case, the electrolysis cells 12 are used for the electrolysis of water to hydrogen and oxygen in a reaction space, not shown, which is formed between respective electrodes of the respective electrolysis cell 12. In alternative embodiments, another substance can of course also be subjected to electrolysis as a starting material in order to convert it into corresponding other substances as a product.

Die in Reihe geschalteten Elektrolysezellen 12 sind an einen Hauptgleichrichter 14 als Elektrolyseenergiequelle angeschlossen. Der Hauptgleichrichter 14 stellt eine Betriebsspannung 50 bereit, mit der die Reihenschaltung der Elektrolysezellen 12 beaufschlagt wird, sodass im bestimmungsgemäßen Betrieb, und zwar dem Elektrolysebetrieb, ein Elektrolysestrom 48 die Elektrolysezellen 12 durchströmt.The series-connected electrolysis cells 12 are connected to a main rectifier 14 as an electrolysis energy source. The main rectifier 14 provides an operating voltage 50 with which the series connection of the electrolysis cells 12 is applied, so that in normal operation, namely electrolysis operation, an electrolysis current 48 flows through the electrolysis cells 12.

Parallel zum Hauptgleichrichter 14 ist an die Reihenschaltung der Elektrolysezellen 12 eine Reihenschaltung aus einem Polarisationsgleichrichter 54 und einer Schutzinduktivität 58 als Hilfsenergiequelle geschaltet. Der Polarisationsgleichrichter 54 und die Schutzinduktivität 58 dienen dazu, die Elektrolysezellen 12 außerhalb des bestimmungsgemäßen Elektrolysebetriebs mit einer Gleichrichterspannung 68 zu beaufschlagen, die so gewählt ist, dass sich ein Schutzstrom 56 einstellt, der seinerseits so gewählt ist, dass sämtliche Elektrolysezellen 12 zumindest mit einer Polarisationsspannung U0 ( 2) als Schutzspannung beaufschlagt sind. Dadurch sollen unerwünschte Prozesse in den Elektrolysezellen 12 außerhalb des bestimmungsgemäßen Elektrolysebetriebs vermieden werden.In parallel to the main rectifier 14, a series circuit consisting of a polarization rectifier 54 and a protective inductor 58 as an auxiliary energy source is connected to the series circuit of the electrolytic cells 12. The polarization rectifier 54 and the protective inductance 58 serve to apply a rectifier voltage 68 to the electrolysis cells 12 outside of the intended electrolysis operation, which is selected so that a protective current 56 is established, which in turn is selected so that all electrolysis cells 12 are at least with a polarization voltage U0 ( 2 ) are applied as protective voltage. This is intended to avoid undesirable processes in the electrolysis cells 12 outside of the intended electrolysis operation.

2 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung ein Diagramm 60, bei dem eine Ordinate 62 einer Zellenspannung an jeweiligen Zellenanschlüssen 28 einer einzelnen der Elektrolysezellen 12 zugeordnet ist. Eine Abszisse 64 ist dem entsprechenden Zellenstrom dieser Elektrolysezelle 12 zugeordnet. Mit einem Graphen 66 ist als Polarisationskennlinie die Abhängigkeit der Zellenspannung vom Zellenstrom dargestellt. UN bezeichnet eine Elektrolysespannung, die sich an der Elektrolysezelle 12 im bestimmungsgemäßen Elektrolysebetrieb einstellt, wenn die Elektrolysezelle 12 mit dem Elektrolysestrom In 48 beaufschlagt ist. Ein Schnittpunkt des Graphen 66 mit der Ordinate 62 definiert die Polarisationsspannung U0, deren Unterschreitung einen Polarisationswechsel des Zellenstroms zur Folge haben kann. 2 shows a diagram 60 in a schematic diagram representation, in which an ordinate 62 of a cell voltage at respective cell connections 28 is assigned to an individual electrolytic cell 12. An abscissa 64 is assigned to the corresponding cell current of this electrolysis cell 12. The dependence of the cell voltage on the cell current is shown as a polarization characteristic curve with a graph 66. U N denotes an electrolysis voltage that occurs at the electrolysis cell 12 in normal electrolysis operation when the electrolysis cell 12 is subjected to the electrolysis current I n 48. An intersection of the graph 66 with the ordinate 62 defines the polarization voltage U 0 , falling below which can result in a polarization change of the cell current.

In der vorliegenden Ausgestaltung der Elektrolysezelle 12 für die Elektrolyse von Wasser beträgt die Elektrolysespannung UN etwa 1,8 bis 1,9 V. Die Polarisationsspannung U0 kann in der vorliegenden Ausgestaltung etwa 1,48 V betragen. Abhängig von einer Konstruktion der Elektrolysezellen 12 kann die Polarisationsspannung U0 auch in einem Bereich von etwa 1,25 V bis etwa 1,45 V liegen. Bei einer Zellenspannung, die größer als etwa 1,48 V ist, beginnt bei der Elektrolysezelle 12 die Elektrolysefunktionalität, indem Wasserstoff sowie Sauerstoff erzeugt wird.In the present embodiment of the electrolysis cell 12 for the electrolysis of water, the electrolysis voltage U N is approximately 1.8 to 1.9 V. The polarization voltage U 0 can be approximately 1.48 V in the present embodiment. Depending on a design of the electrolysis cells 12, the polarization voltage U 0 can also be in a range from approximately 1.25 V to approximately 1.45 V. At a cell voltage that is greater than approximately 1.48 V, electrolysis functionality begins in the electrolysis cell 12 by producing hydrogen and oxygen.

Die Elektrolysevorrichtung 52 gemäß 1 erweist sich insofern als nachteilig, als dass es außerhalb des eigentlichen Elektrolyseprozesses beziehungsweise des bestimmungsgemäßen Elektrolysebetriebs weiterhin zu einer Gasproduktion kommen kann. Dabei kann es zu undefinierten Zuständen in der Elektrolysevorrichtung 52 kommen, die im ungünstigsten Fall sogar ein Entstehen eines zündfähigen Gasgemisches zur Folge haben kann. Um hier die Sicherheit zu gewährleisten, sind ergänzende umfangreiche Schutzmaßnahmen erforderlich.The electrolysis device 52 according to 1 proves to be disadvantageous in that gas production can continue to occur outside of the actual electrolysis process or the intended electrolysis operation. This can lead to undefined conditions in the electrolysis device 52, which in the worst case can even result in the creation of an ignitable gas mixture. To ensure safety here, additional extensive protective measures are required.

Darüber hinaus kann insbesondere beim Anfahren der Elektrolysevorrichtung 52 oder auch beim Herunterfahren der Elektrolysevorrichtung 52 der Fall auftreten, dass sich aufgrund einer ungleichmäßigen Aufteilung der Schutzspannung über die in Reihe geschalteten Elektrolysezellen 12 bei einer oder mehreren der Elektrolysezellen 12 ein Unterschreiten der Polarisationsspannung U0 auftreten kann. Dies Problem kann unter anderem deshalb auftreten, weil die Elektrolysezellen 12 nicht sämtlich identisch sind und/oder einen unterschiedlichen Alterungszustand aufweisen, das heißt, eine voneinander unterschiedliche Zellencharakteristik und/oder einen voneinander unterschiedlichen Alterungszustand aufweisen. Dadurch kann ein unerwünschter Brennstoffzellenbetrieb auftreten, wodurch die jeweiligen Elektrolysezellen 12 beschädigt werden können.In addition, particularly when starting up the electrolysis device 52 or also when shutting down the electrolysis device 52, the case can occur that one or more of the electrolysis cells 12 may fall below the polarization voltage U 0 due to an uneven distribution of the protective voltage across the series-connected electrolysis cells 12 . This problem can occur, among other things, because the electrolytic cells 12 are not all identical and/or have a different aging state, that is to say, have different cell characteristics and/or a different aging state. As a result, undesirable fuel cell operation can occur, which can cause the respective electrolysis cells 12 to be damaged.

3 zeigt nun eine Elektrolysevorrichtung 10, bei der die vorgenannten Probleme reduziert, wenn nicht sogar vollständig vermieden werden können. Die Elektrolysevorrichtung 10 basiert auf der Elektrolysevorrichtung 52 gemäß 1, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Auch hier ist eine Reihenschaltung aus einer Mehrzahl von Elektrolysezellen 12 vorgesehen, die parallel an den Hauptgleichrichter 14 angeschlossen ist, um im bestimmungsgemäßen Elektrolysebetrieb mit elektrischer Energie versorgt zu werden. Insoweit entspricht die Elektrolysevorrichtung 10 der Elektrolysevorrichtung 52, weshalb auf die entsprechenden Ausführungen zu den 1 und 2 verwiesen wird. 3 now shows an electrolysis device 10 in which the aforementioned problems can be reduced, if not completely avoided. The electrolysis device 10 is based on the electrolysis device 52 according to 1 , which is why additional reference is made to the relevant comments. Here too, a series connection consisting of a plurality of electrolysis cells 12 is provided, which is connected in parallel to the main rectifier 14 in order to be supplied with electrical energy in the intended electrolysis operation. In this respect, the electrolysis device 10 corresponds to the electrolysis device 52, which is why please refer to the corresponding comments 1 and 2 is referred.

Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 1 ist bei der Elektrolysevorrichtung 10 gemäß 3 vorgesehen, dass diese eine Unterstützungsvorrichtung 90 mit einem Schutzgerät 16 und eine Steuereinheit 18 aufweist, das dem Bereitstellen eines individuellen Schutzstroms 74 (4) für jede der in Reihe geschalteten Elektrolysezellen 12 dient. Das Schutzgerät 16 ist an die Elektrolysezellen 12, und zwar an deren Zellenanschlüsse 28, angeschlossen. Das Schutzgerät 16 weist eine elektrische Hilfsspannungsquelle 22 als elektrische Energiequelle auf, die dem Bereitstellen einer elektrischen Hilfsgleichspannung 24 dient. Ferner weist das Schutzgerät 16 Kontaktanschlüsse 26 zum elektrischen Verbinden mit den Zellenanschlüssen 28 der Elektrolysezellen 12 der Reihenschaltung auf. In der vorliegenden Ausgestaltung ist also vorgesehen, dass sämtliche Zellenanschlüsse 28 elektrisch mit dem Schutzgerät 16 gekoppelt sind.In contrast to the design according to 1 is in the electrolysis device 10 according to 3 provided that this has a support device 90 with a protective device 16 and a control unit 18 that is responsible for providing an individual protective current 74 ( 4 ) for each of the electrolysis cells 12 connected in series. The protective device 16 is connected to the electrolytic cells 12, namely to their cell connections 28. The protective device 16 has an auxiliary electrical voltage source 22 as an electrical energy source, which serves to provide an auxiliary electrical direct voltage 24. Furthermore, the protective device 16 has contact connections 26 for electrically connecting to the cell connections 28 of the electrolysis cells 12 of the series circuit. In the present embodiment it is therefore provided that all cell connections 28 are electrically coupled to the protective device 16.

Das Schutzgerät 16 weist ferner jeweilige Schutzeinheiten 40 mit Anschlusskontakten 72 auf, die jeweils über die Kontaktanschlüsse 26 und die Zellenanschlüsse 28 mit einer jeweiligen der Elektrolysezellen 12, und zwar deren Elektroden, elektrisch gekoppelt sind. Weiterhin weisen die Schutzeinheiten 40 jeweils zwei Verbindungsanschlüsse 34 auf, mittels denen sie mit der Hilfsspannungsquelle 22 elektrisch gekoppelt werden können. Dadurch ist es möglich, jede der Elektrolysezellen 12 individuell mit einem Schutzstrom 74 zu beaufschlagen, um auch unabhängig vom bestimmungsgemäßen Betrieb eine größere Zellenspannung als die Polarisationsspannung U0 zuverlässig erreichen zu können.The protective device 16 also has respective protection units 40 with connection contacts 72, which are each electrically coupled via the contact connections 26 and the cell connections 28 to a respective one of the electrolysis cells 12, namely their electrodes. Furthermore, the protection units 40 each have two connection connections 34, by means of which they can be electrically coupled to the auxiliary voltage source 22. This makes it possible to apply a protective current 74 to each of the electrolysis cells 12 individually in order to be able to reliably achieve a cell voltage greater than the polarization voltage U 0 , even independently of intended operation.

Die elektrische Hilfsspannungsquelle 22 kann zum Beispiel mit einem öffentlichen Energieversorgungsnetz oder dergleichen elektrisch gekoppelt sein. Jede Schutzeinheit 40 stellt für die jeweilige der Elektrolysezellen 12 einen individuellen Schutzstrom 74 bereit, sodass eine individuelle Schutzspannung US erreicht werden kann.The auxiliary electrical voltage source 22 can be electrically coupled, for example, to a public power grid or the like. Each protection unit 40 provides an individual protective current 74 for each of the electrolytic cells 12, so that an individual protective voltage U S can be achieved.

Die Schutzspannung US (2) ist so gewählt, dass an keiner der Elektrolysezellen 12 eine Brennstoffzellenwirkung entsteht, das heißt, es ist vermieden, dass Gasreste in einer jeweiligen Elektrolysezelle 12 nach dem Brennstoffzellenprinzip zu Wasser reagieren und damit Energie freisetzen. Dies kann zu einer erheblichen Alterung und Schädigung einer jeweiligen Elektrolysezelle 12 führen.The protection voltage U S ( 2 ) is chosen so that no fuel cell effect occurs on any of the electrolysis cells 12, that is, it is avoided that gas residues in a respective electrolysis cell 12 react to water according to the fuel cell principle and thus release energy. This can lead to significant aging and damage to a respective electrolytic cell 12.

Vorliegend ist ferner eine Schalteinheit 36 vorgesehen, die an die Anschlusskontakte 72 der Schutzeinheiten 40 der Unterstützungsvorrichtung 90 und an die Kontaktanschlüsse 26 der Elektrolysevorrichtung 10 beziehungsweise der Elektrolysezellen 12 angeschlossen ist. Die Schalteinheit 36 ist für die Erfindung nicht zwingend erforderlich und kann - je nach Bedarf - auch entfallen oder modifiziert ausgebildet sein. Die Schalteinheit 36 ist in der vorliegenden Ausgestaltung ausgebildet, die Schutzeinheiten 40 zum Bereitstellen des Schutzstroms 74 an den Anschlusskontakten 72 abhängig von einem Schaltzustand der Schalteinheit 36 mit den Kontaktanschlüssen 26 elektrisch zu koppeln. Dadurch ist die Möglichkeit geschaffen, dass die Schutzeinheiten 40 nur dann mit den Elektrolysezellen 12 elektrisch verbunden zu sein brauchen, wenn dies aufgrund der Betriebssituation der Elektrolysevorrichtung 10 erforderlich beziehungsweise gewünscht ist. So können die Schutzeinheiten 40 mittels der Schalteinheit 36 gegenüber den Elektrolysezellen 12 deaktiviert werden, wenn die Elektrolysezellen 12 bestimmungsgemäß im Elektrolysebetrieb betrieben werden. Darüber hinaus kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass die Spannungssensoren 44 (siehe 7) der Schutzeinheiten 40 für eine Erfassung der Zellenspannungen unmittelbar an die Kontaktanschlüsse 26 angeschlossen sind, wenn gewünscht ist, dass die Zellenspannungen unabhängig vom Schaltzustand der Schalteinheit 36 erfasst werden können sollen.In the present case, a switching unit 36 is also provided, which is connected to the connection contacts 72 of the protection units 40 of the support device 90 and to the contact connections 26 of the electrolysis device 10 or the electrolysis cells 12. The switching unit 36 is not absolutely necessary for the invention and can - depending on requirements - be omitted or modified be educated. In the present embodiment, the switching unit 36 is designed to electrically couple the protection units 40 to the contact connections 26 in order to provide the protective current 74 at the connection contacts 72 depending on a switching state of the switching unit 36. This creates the possibility that the protection units 40 only need to be electrically connected to the electrolysis cells 12 if this is necessary or desired due to the operating situation of the electrolysis device 10. The protection units 40 can thus be deactivated relative to the electrolysis cells 12 by means of the switching unit 36 if the electrolysis cells 12 are operated in electrolysis mode as intended. In addition, it can be provided, for example, that the voltage sensors 44 (see 7 ) of the protection units 40 for detecting the cell voltages are connected directly to the contact connections 26 if it is desired that the cell voltages should be able to be detected independently of the switching state of the switching unit 36.

Die Schalteinheit 36 weist für jeden der Kontaktanschlüsse 26 jeweils ein individuelles Schaltelement 38 auf, welches vorliegend durch ein Reed-Relais beziehungsweise Reed-Kontakt gebildet ist. In alternativen Ausgestaltungen kann hier natürlich auch ein entsprechendes Relais beziehungsweise ein Schütz oder auch ein elektronisches Schaltelement vorgesehen sein.The switching unit 36 has an individual switching element 38 for each of the contact connections 26, which in the present case is formed by a reed relay or reed contact. In alternative embodiments, a corresponding relay or a contactor or an electronic switching element can of course also be provided here.

Die Schaltelemente 38 werden hinsichtlich ihres jeweiligen Schaltzustands von der Steuereinheit 18 der Unterstützungsvorrichtung 90 gemeinsam gesteuert, sodass sämtliche der Schaltelemente 38 im Wesentlichen jeweils den gleichen Schaltzustand einnehmen. Die Steuereinheit 18 kann zu diesem Zweck eine Steuerschaltung umfassen, die unter anderem auch der Steuerung des Schutzgeräts 16 dient. Steuereinheit 18 stellt vorliegend - wie im Folgenden noch weiter erläutert werden wird - eine Auswertefunktionalität zur Verfügung, sodass sie auch eine Funktion einer Auswerteeinheit übernimmt. The switching elements 38 are jointly controlled with regard to their respective switching state by the control unit 18 of the support device 90, so that all of the switching elements 38 essentially assume the same switching state. For this purpose, the control unit 18 can include a control circuit which, among other things, also serves to control the protective device 16. In the present case - as will be explained further below - control unit 18 provides an evaluation functionality so that it also takes on a function of an evaluation unit.

Zum Steuern der Schalteinheit 36 ist in der vorliegenden Ausgestaltung vorgesehen, dass ein Zellenstrom der Reihenschaltung der Elektrolysezellen 12 mittels eines nicht näher dargestellten Stromsensors als Sensoreinheit erfasst wird. Der Stromsensor liefert ein entsprechendes Sensorsignal an die Steuereinheit 18, die dieses Signal auswertet. Sobald das Sensorsignal kleiner als ein vorgegebener Vergleichswert ist, wird die Schalteinheit 36 vom ausgeschalteten Schaltzustand in den eingeschalteten Schaltzustand umgeschaltet. Das bedeutet, dass durch das Schutzgerät 16, das hierdurch nun aktiviert ist, jede Elektrolysezelle 12 mit dem entsprechenden individuellen Schutzstrom 74 beaufschlagt ist.To control the switching unit 36, it is provided in the present embodiment that a cell current of the series connection of the electrolysis cells 12 is detected by means of a current sensor (not shown in detail) as a sensor unit. The current sensor supplies a corresponding sensor signal to the control unit 18, which evaluates this signal. As soon as the sensor signal is smaller than a predetermined comparison value, the switching unit 36 is switched from the switched-off switching state to the switched-on switching state. This means that each electrolytic cell 12 is supplied with the corresponding individual protective current 74 by the protective device 16, which is now activated.

Die Schutzeinheiten 40 sind vorliegend identisch ausgebildet. Bei Bedarf kann dies jedoch auch anders sein. Eine der Schutzeinheiten 40 ist exemplarisch anhand einer schematischen Blockschaltbilddarstellung gemäß 7 erläutert. Die Schutzeinheit 40 weist zum Bereitstellen des Schutzstroms 74 einen mit der elektrischen Hilfsspannungsquelle 22 gekoppelten elektronischen Wandler 42 auf, der vorliegend als stromsteuerbarer, galvanisch trennender DC/DC-Wandler nach Art einer Stromquellenschaltung ausgebildet ist. Zugleich ist der Wandler 42 ausgebildet, abhängig von einem Stromquellensteuersignal den vorgebbaren Schutzstrom 74 abzugeben. Die Stromquellenschaltung zeichnet sich unter anderem im Allgemeinen insbesondere dadurch aus, dass die Stromquellenschaltung für einen durch Bemessung vorgegeben Betriebsbereich, beispielsweise einen Spannungsbereich oder dergleichen, einen elektrischen Strom abgibt, dessen Wert im Wesentlichen nur vom Stromquellensteuersignal abhängig ist. Zu diesem Zweck ist der Wandler 42 über einen Schnittstellenanschluss 70 an die Steuereinheit 18 der Unterstützungsvorrichtung 90 angeschlossen. Die Steuereinheit 18 stellt unter anderem das entsprechende Stromquellensteuersignal bereit, sodass die mit der Schutzeinheit 40 gekoppelte Elektrolysezelle 12 mit dem individuellen Schutzstrom 74 beaufschlagt werden kann.The protection units 40 are designed identically in the present case. However, this can be different if necessary. One of the protection units 40 is exemplary using a schematic block diagram representation 7 explained. To provide the protective current 74, the protection unit 40 has an electronic converter 42 coupled to the electrical auxiliary voltage source 22, which in the present case is designed as a current-controllable, galvanically isolating DC/DC converter in the manner of a current source circuit. At the same time, the converter 42 is designed to output the predeterminable protective current 74 depending on a power source control signal. The current source circuit is generally characterized, among other things, in that the current source circuit emits an electrical current for an operating range specified by the design, for example a voltage range or the like, the value of which is essentially dependent only on the current source control signal. For this purpose, the converter 42 is connected to the control unit 18 of the support device 90 via an interface connection 70. The control unit 18 provides, among other things, the corresponding power source control signal, so that the electrolytic cell 12 coupled to the protection unit 40 can be supplied with the individual protective current 74.

Darüber hinaus weist die Schutzeinheit 40 einen an die Anschlusskontakte 72 angeschlossenen Spannungssensor 44 auf, mit dem die Zellenspannung der Elektrolysezelle 12 erfasst werden kann. Ein entsprechendes Spannungssignal wird von dem Spannungssensor 44 über den Schnittstellenanschluss 70 an die Steuereinheit 18 übermittelt. Die Steuereinheit 18 wertet unter anderem das Spannungssignal aus und ermittelt abhängig hiervon den für die jeweilige Elektrolysezelle 12 einzustellenden Schutzstrom 74. Abhängig vom ermittelten Schutzstrom 74 wird das Stromquellensteuersignal an den Wandler 42 übermittelt. Auch wenn der Schutzstrom ein konstanter Gleichstrom sein kann, braucht der Schutzstrom - wie sich im Folgenden zeigt - kein konstanter Gleichstrom zu sein.In addition, the protection unit 40 has a voltage sensor 44 connected to the connection contacts 72, with which the cell voltage of the electrolytic cell 12 can be detected. A corresponding voltage signal is transmitted from the voltage sensor 44 to the control unit 18 via the interface connection 70. The control unit 18 evaluates, among other things, the voltage signal and, depending on this, determines the protective current 74 to be set for the respective electrolytic cell 12. Depending on the protective current 74 determined, the current source control signal is transmitted to the converter 42. Even if the protective current can be a constant direct current, the protective current - as shown below - does not have to be a constant direct current.

Vorliegend ist vorgesehen, dass die Schutzeinheiten 40 des Schutzgeräts 16 alle gleich ausgebildet sind und mittels der Steuereinheit 18 gesteuert werden können.In the present case it is provided that the protection units 40 of the protection device 16 are all designed the same and can be controlled by means of the control unit 18.

4 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung für eine der Elektrolysezellen 12 gemäß 3 exemplarisch einen Schutzstrom 74 für die mit der jeweiligen Elektrolysezelle 12 gekoppelte Schutzeinheit 40. In dem in 4 dargestellten Diagramm 80 ist eine linke Ordinate der elektrischen Spannung in V und eine rechte Ordinate dem elektrischen Strom in A zugeordnet. Eine Abszisse ist einer Zeitachse in ms zugeordnet. Mit einem Graphen 76 ist ein wandlerinternes Wandlersteuersignal des Wandlers 42 dargestellt, welches die Abgabe des Schutzstroms steuert. Vorliegend handelt es sich bei dem Wandlersteuersignal um ein Rechtecksignal, sodass der Wandler 42 einen getakteten Gleichstrom bereitzustellen vermag. Der getaktete Gleichstrom, der den Schutzstrom darstellt, ist mittels eines Graphen 76 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der Schutzstrom 74 synchron zum Wandlersteuersignal gemäß dem Graphen 76 ein- beziehungsweise ausgeschaltet wird. 4 shows in a schematic diagram representation for one of the electrolysis cells 12 according to 3 exemplarily a protective current 74 for the protection unit 40 coupled to the respective electrolytic cell 12. In the in 4 Diagram 80 shown is a left ordinate of the electrical Voltage in V and a right ordinate assigned to the electric current in A. An abscissa is assigned to a time axis in ms. A graph 76 shows a converter-internal converter control signal of the converter 42, which controls the delivery of the protective current. In the present case, the converter control signal is a square-wave signal, so that the converter 42 is able to provide a clocked direct current. The clocked direct current, which represents the protective current, is shown by means of a graph 76. It can be seen that the protective current 74 is switched on or off synchronously with the converter control signal according to the graph 76.

Während dieses Betriebs wird die Zellenspannung der Elektrolysezelle 12 mittels des Spannungssensors 44 (siehe 7) erfasst. Hierfür brauchen vorliegend keine separaten Leitungen vorgesehen zu werden, wie dies anhand von 7 bereits erläutert worden ist. Zu erkennen ist, dass die Elektrolysezelle 12 aufgrund des getakteten Gleichstroms als Schutzstrom 76 eine um einen geringfügigen Betrag schwankende Gleichspannung 78 als Zellenspannung zeigt. Die Spannungsschwankung liegt vorliegend in einem Bereich von etwa 1,25 V bis etwa 1,35 V. Der Spannungsverlauf gemäß dem Graphen 78 ergibt sich aufgrund der kapazitiven Wirkung der Elektrolysezelle 12. Dies erklärt im Übrigen auch, weshalb gemäß dem Graphen 76 während einer jeweiligen Dauer eines jeweiligen Gleichstromimpulses die Amplitude nicht konstant ist, sondern geringfügig abfällt. Dies ist ebenfalls eine Reaktion aufgrund der kapazitiven Eigenschaft der Elektrolysezelle 12.During this operation, the cell voltage of the electrolytic cell 12 is measured using the voltage sensor 44 (see 7 ) recorded. No separate lines need to be provided for this purpose, as is the case with 7 has already been explained. It can be seen that the electrolytic cell 12 shows a DC voltage 78 that fluctuates by a small amount as the cell voltage due to the clocked direct current as protective current 76. In the present case, the voltage fluctuation is in a range from approximately 1.25 V to approximately 1.35 V. The voltage curve according to graph 78 results from the capacitive effect of the electrolytic cell 12. This also explains why, according to graph 76, during a respective Duration of a respective direct current pulse the amplitude is not constant, but drops slightly. This is also a reaction due to the capacitive property of the electrolytic cell 12.

Mit dem Steuersignal der Steuereinheit 18 kann je nach Bedarf eine Amplitude des getakteten Gleichstroms sowie auch ein Tastverhältnis des getakteten Gleichstroms eingestellt werden. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit 18 eine entsprechende Auswertung des Sensorsignals des Spannungssensors 44 vornehmen. Auf jeden Fall werden die Amplitude und das Tastverhältnis des getakteten Gleichstroms derart bestimmt, dass die erfasste elektrische Zellenspannung der Elektrolysezelle 12 größer als die entsprechend zugehörige Schutzspannung ist. Darüber hinaus kann unter Berücksichtigung der Zellenspannung sowie des durch den getakteten Gleichstrom als Schutzstrom 74 bewirkten Zellenstrom der Elektrolysezelle 12 abhängig von einem Auswerten durch die Steuereinheit 18 ein Alterungszustand der Elektrolysezelle 12 ermittelt werden. Das Tastverhältnis und/oder die Amplitude des getakteten Gleichstroms können dann ergänzend abhängig vom ermittelten Alterungszustand der Elektrolysezelle 12 eingestellt werden.With the control signal from the control unit 18, an amplitude of the clocked direct current as well as a duty cycle of the clocked direct current can be adjusted as required. For this purpose, the control unit 18 can carry out a corresponding evaluation of the sensor signal from the voltage sensor 44. In any case, the amplitude and the duty cycle of the clocked direct current are determined such that the detected electrical cell voltage of the electrolytic cell 12 is greater than the corresponding associated protective voltage. In addition, taking into account the cell voltage and the cell current of the electrolytic cell 12 caused by the clocked direct current as protective current 74, an aging state of the electrolytic cell 12 can be determined depending on an evaluation by the control unit 18. The duty cycle and/or the amplitude of the clocked direct current can then be additionally adjusted depending on the determined aging state of the electrolytic cell 12.

In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass unter Nutzung des Sensorsignals des Spannungssensors 44 eine Regelung realisiert werden kann. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass zum Einstellen des Tastverhältnisses des getakteten Gleichstroms die Zellenspannung mit einer individuellen Schutzspannung der Elektrolysezelle 12 verglichen wird, und ein jeweiliger Stromimpuls des getakteten Gleichstroms abhängig von diesem Vergleich ausgelöst wird. Sodann kann die Zellenspannung mit einem vorgegebenen Spannungsvergleichswert verglichen werden, der größer als die individuelle Schutzspannung ist, und der Stromimpuls des getakteten Gleichstroms kann abhängig von diesem Vergleich beendet werden. Durch Wahl des vorgegebenen Spannungsvergleichswerts kann somit ein Tastverhältnis und/oder auch eine Frequenz des getakteten Gleichstroms eingestellt werden.In an alternative embodiment, it can be provided that regulation can be implemented using the sensor signal from the voltage sensor 44. For this purpose, it can be provided that in order to set the duty cycle of the clocked direct current, the cell voltage is compared with an individual protective voltage of the electrolytic cell 12, and a respective current pulse of the clocked direct current is triggered depending on this comparison. The cell voltage can then be compared with a predetermined voltage comparison value that is greater than the individual protection voltage, and the current pulse of the clocked direct current can be terminated depending on this comparison. By selecting the predetermined voltage comparison value, a duty cycle and/or a frequency of the clocked direct current can be set.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass dem getakteten Gleichstrom in einer alternativen Ausgestaltung zusätzlich noch ein konstanter Gleichstrom überlagert wird. Dadurch kann zum Beispiel erreicht werden, dass der Schutzstrom 74 den Wert null nicht erreicht. Dies kann die Zuverlässigkeit und Sicherheit verbessern.In addition, it can be provided that in an alternative embodiment a constant direct current is also superimposed on the clocked direct current. This can ensure, for example, that the protective current 74 does not reach the value zero. This can improve reliability and security.

5 zeigt in einer weiteren schematischen Diagrammdarstellung ein Oszillogramm 88 eines weiteren Schutzstroms. Der Schutzstrom ist wieder mit einem Graphen 76 dargestellt. Eine Abszisse ist der Zeit in ms zugeordnet, wohingegen eine Ordinate einem Strom in A zugeordnet ist. Zu erkennen ist, dass der getaktete Gleichstrom bei dieser Ausgestaltung Stromimpulse in einem Bereich zwischen 0,5 und 1,5 A aufweist. Die Stromimpulse sind vorliegend über einen jeweiligen Zeitraum beabstandet, der etwa 145 ms beträgt. 5 shows an oscillogram 88 of another protective current in a further schematic diagram representation. The protective current is again shown with a graph 76. An abscissa is associated with time in ms, whereas an ordinate is associated with a current in A. It can be seen that the clocked direct current in this embodiment has current pulses in a range between 0.5 and 1.5 A. In the present case, the current pulses are spaced apart over a respective period of time, which is approximately 145 ms.

6 zeigt in einer weiteren schematischen Diagrammdarstellung ein Diagramm 86, anhand dessen erkannt werden kann, wie sich der getaktete Schutzstrom auf eine Alterung der Elektrolysezelle 12 auswirkt. Eine Abszisse ist dem elektrischen Strom in A zugeordnet, wohingegen eine Ordinate der elektrischen Spannung in V zugeordnet ist. Mit einem Graphen 84 ist eine Polarisationskurve einer Elektrolysezelle zu Beginn der Beaufschlagung mit einem Schutzstrom gemäß 5 dargestellt. Mit einem Graphen 82 ist eine weitere Polarisationskurve am Ende eines Untersuchungszeitraums dargestellt. Die Untersuchung wurde an einer Elektrolysezelle 12 mit einer Elektrodenfläche von etwa 10 cm2 mit einer Bestromung über einen Zeitraum von 166 Stunden als Untersuchungszeitraum mit einem Schutzstrom von maximal etwa 1,3 A durchgeführt. Anhand der Graphen 84 und 82 ist ersichtlich, dass es keine signifikanten Unterschiede in Bezug auf die Polarisationskurve gegeben hat. Daraus leitet sich ab, dass keine messbare Alterung der Elektrolysezelle 12 erfolgt ist. 6 shows a further schematic diagram representation of a diagram 86, which can be used to identify how the clocked protective current affects the aging of the electrolytic cell 12. An abscissa is associated with the electrical current in A, whereas an ordinate is associated with the electrical voltage in V. A graph 84 shows a polarization curve of an electrolytic cell at the start of exposure to a protective current 5 shown. A graph 82 shows another polarization curve at the end of an examination period. The investigation was carried out on an electrolysis cell 12 with an electrode area of approximately 10 cm 2 with a current supply over a period of 166 hours as the examination period with a maximum protective current of approximately 1.3 A. From graphs 84 and 82 it can be seen that there were no significant differences in terms of the polarization curve. This is derived from that no measurable aging of the electrolytic cell 12 has occurred.

Die Frequenz des getakteten Gleichstroms kann in einem Bereich von etwa 10 Hz bis etwa 100 Hz gewählt sein. Vorzugsweise liegt sie in einem Bereich von etwa 30 Hz.The frequency of the clocked direct current can be selected in a range from approximately 10 Hz to approximately 100 Hz. Preferably it is in a range of approximately 30 Hz.

8 zeigt in einem schematischen Blockdiagramm einen Aufbau der Elektrolysevorrichtung 10 mit der Unterstützungsvorrichtung 90. Aus 8 ist ersichtlich, dass vorliegend die Elektrolysezellen 12 als Modul zusammengefasst sind, um einen modulartigen bzw. modularen Aufbau der Elektrolysevorrichtung 10 zu realisieren. An das Modul sind nicht näher dargestellte Fluidanschlüsse 98 angeschlossen, über die elektrolytisch zu zerlegendes Eduktwasser zugeführt sowie Wasserstoff und Sauerstoff, die bei der bestimmungsgemäßen Elektrolyse anfallen, als Produkte abgeführt werden können. Jede der Elektrolysezellen 12 ist mit einer jeweiligen Stromquellenschaltung 42 elektrisch verbunden, um individuell mit einem Zellenstrom beaufschlagt werden zu können. Ferner ist jede der Elektrolysezellen 12 mit einem jeweiligen Spannungssensor 44 elektrisch verbunden. Sowohl die Spannungssensoren 44 als auch die Stromquellenschaltungen 42 sind vorliegend signaltechnisch an die Steuereinheit 18 angeschlossen. Die als Auswerteeinheit dienende Steuereinheit 18 ist ausgebildet, Alterungszustände aller mit der Unterstützungsvorrichtung 90 gekoppelten Elektrolysezellen 12 zu ermitteln und abhängig von den ermittelten Alterungszuständen Steuerdaten für ein Anfahren oder ein Herunterfahren der Elektrolysevorrichtung 10 zu ermitteln. Diese Steuerdaten werden von der Steuereinheit 18 über eine nicht dargestellte Kommunikationsverbindung an die übergeordnete Elektrolysesteuerung 32 übermittelt. Die Elektrolysesteuerung 32 dient der übergeordneten Steuerung der Elektrolysevorrichtung 10. Die Elektrolysesteuerung 32 kann an mehr als eine einzige Elektrolysevorrichtung 10 angeschlossen sein und beispielsweise alle mit ihr in Kommunikationsverbindung stehenden Elektrolysevorrichtungen 10 gemeinsam steuern. Darüber hinaus ist vorliegend vorgesehen, dass die Steuereinheit 18 mit weiteren Steuereinheiten 18 von weiteren Unterstützungsvorrichtungen 90 kommunikationstechnisch gekoppelt ist, die dem Betrieb von weiteren Elektrolysevorrichtungen 10 dienen. 8th shows a schematic block diagram of a structure of the electrolysis device 10 with the support device 90. Out 8th It can be seen that in the present case the electrolysis cells 12 are combined as a module in order to realize a modular or modular structure of the electrolysis device 10. Fluid connections 98 (not shown) are connected to the module, via which educt water to be broken down electrolytically is supplied and hydrogen and oxygen, which are produced during the intended electrolysis, can be removed as products. Each of the electrolysis cells 12 is electrically connected to a respective power source circuit 42 in order to be able to be individually supplied with a cell current. Furthermore, each of the electrolysis cells 12 is electrically connected to a respective voltage sensor 44. In the present case, both the voltage sensors 44 and the current source circuits 42 are connected to the control unit 18 for signaling purposes. The control unit 18 serving as an evaluation unit is designed to determine aging states of all electrolysis cells 12 coupled to the support device 90 and, depending on the determined aging states, to determine control data for starting up or shutting down the electrolysis device 10. This control data is transmitted from the control unit 18 to the higher-level electrolysis control 32 via a communication connection (not shown). The electrolysis control 32 serves for the higher-level control of the electrolysis device 10. The electrolysis control 32 can be connected to more than a single electrolysis device 10 and, for example, can jointly control all electrolysis devices 10 that are in communication with it. In addition, it is provided here that the control unit 18 is coupled in terms of communication technology to further control units 18 of further support devices 90, which serve to operate further electrolysis devices 10.

9 zeigt eine schematisch perspektivische Ansicht einer ersten Ausgestaltung einer Anordnung der Unterstützungsvorrichtung 90 an einer als Modul mit einem Modulgehäuse 96 ausgebildeten Elektrolysevorrichtung 10. Zu erkennen ist, dass die Unterstützungsvorrichtung 90 ein separat handhabbares Gehäuse 94 aufweist, welches einem im Wesentlichen etwa flache quaderförmigen Aufbau aufweist. Die Unterstützungsvorrichtung 90 weist ferner einen Steckverbinder 92 zum elektrischen Verbinden der Unterstützungsvorrichtung 90 mit den Elektrolysezellen 12 auf, der vorliegend über eine elektrische Verbindungsleitung 100 mit dem Gehäuse 94 verbunden ist. Auf diese Weise kann ein einfacher Anschluss der Unterstützungsvorrichtung 90 an die Elektrolysevorrichtung 10 erreicht werden. Der Steckverbinder 92 ist mit dem Modul an einer Stirnseite verbunden und auf diese Weise am Modulgehäuse 96 angebracht. 9 shows a schematic perspective view of a first embodiment of an arrangement of the support device 90 on an electrolysis device 10 designed as a module with a module housing 96. It can be seen that the support device 90 has a separately manageable housing 94, which has a substantially flat cuboid structure. The support device 90 also has a plug connector 92 for electrically connecting the support device 90 to the electrolysis cells 12, which in the present case is connected to the housing 94 via an electrical connecting line 100. In this way, a simple connection of the support device 90 to the electrolysis device 10 can be achieved. The plug connector 92 is connected to the module on one end face and is attached to the module housing 96 in this way.

10 zeigt in einer schematischen Darstellung wie 9 eine zweite Ausgestaltung einer Anordnung der Unterstützungsvorrichtung 90 an einer als Modul mit einem Modulgehäuse 96 ausgebildeten Elektrolysevorrichtung 10. Diese Ausgestaltung basiert auf der Ausgestaltung gemäß 9, weshalb ergänzend auf die Ausführungen zur 9 verwiesen wird. Diese Ausgestaltung unterscheidet sich von der ersten Ausgestaltung dadurch, dass der Steckverbinder 92 einstückig mit dem Gehäuse 94 ausgebildet ist. Die Verbindungsleitung 100 kann dadurch eingespart werden. Der Steckverbinder 92 ist an einem Ende des Gehäuses 94 ausgebildet und ragt aus einer durch das Gehäuse 94 aufgespannten Ebene hervor. Dadurch kann der Steckverbinder 92 mit dem Modul im Wesentlichen etwa wie bei der ersten Ausgestaltung gemäß 9 verbunden werden, insbesondere auf das Modulgehäuse 96 aufgesteckt werden. 10 shows in a schematic representation how 9 a second embodiment of an arrangement of the support device 90 on an electrolysis device 10 designed as a module with a module housing 96. This embodiment is based on the embodiment according to 9 , which is why in addition to the comments on 9 is referred. This embodiment differs from the first embodiment in that the plug connector 92 is formed in one piece with the housing 94. The connecting line 100 can thereby be saved. The plug connector 92 is formed at one end of the housing 94 and protrudes from a plane spanned by the housing 94. As a result, the connector 92 can be connected to the module essentially as in the first embodiment 9 be connected, in particular plugged onto the module housing 96.

Auch wenn vorangehend das Prinzip der Erfindung anhand der Anwendung auf einzelne Elektrolysezellen der Elektrolysevorrichtung erläutert worden ist, ist das Prinzip der Erfindung dennoch gleichermaßen auch bei einer Elektrolysevorrichtung anwendbar, die einen oder mehrere Zellenblöcke aufweist, wobei ein jeweiliger Zellenblock zwei oder mehrere Elektrolysezellen umfassen kann. Die zellenspezifischen Aspekte können folglich - für den Fachmann leicht ersichtlich - im Wesentlichen entsprechend angepasst auch auf einen jeweiligen Zellenblock angewendet werden. Durch eine einfache leichte Anpassung kann somit auch die Behandlung von Zellenblöcken erreicht werden. Natürlich können auch Kombinationen von Zellenblöcken und einzelnen Elektrolysezellen vorgesehen sein.Even if the principle of the invention has been explained above with reference to the application to individual electrolysis cells of the electrolysis device, the principle of the invention is nevertheless equally applicable to an electrolysis device which has one or more cell blocks, whereby a respective cell block can comprise two or more electrolysis cells. The cell-specific aspects can therefore - easily apparent to the person skilled in the art - also be applied to a respective cell block in an essentially appropriate manner. The treatment of cell blocks can also be achieved through a simple, slight adjustment. Of course, combinations of cell blocks and individual electrolysis cells can also be provided.

Die Ausführungsbeispiele dienen ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.The exemplary embodiments serve exclusively to explain the invention and are not intended to limit it.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19729429 C1 [0002]DE 19729429 C1 [0002]
  • EP 3982501 [0006]EP 3982501 [0006]
  • EP 3982501 A1 [0008]EP 3982501 A1 [0008]

Claims (10)

Unterstützungsvorrichtung (90) für eine eine Mehrzahl von Elektrolysezellen (12) aufweisende Elektrolysevorrichtung (10), mit: - Anschlusskontakten (72) zum elektrischen Koppeln mit jeweiligen Elektroden der Elektrolysezellen (12), gekennzeichnet durch - wenigstens eine Spannungserfassungseinheit zum Erfassen einer Zellenspannung einer jeweiligen der Elektrolysezellen (12), sowie - eine mit der wenigstens einen Spannungserfassungseinheit signaltechnisch gekoppelte Auswerteeinheit (18) zum Ermitteln von zumindest einer Zellencharakteristik oder zumindest einem Alterungszustand für eine jeweilige der Elektrolysezellen (12) .Support device (90) for an electrolysis device (10) having a plurality of electrolysis cells (12), with: - connection contacts (72) for electrical coupling to respective electrodes of the electrolysis cells (12), characterized by - at least one voltage detection unit for detecting a cell voltage of a respective one the electrolysis cells (12), and - an evaluation unit (18) which is signal-coupled to the at least one voltage detection unit for determining at least one cell characteristic or at least one aging state for a respective one of the electrolysis cells (12). Unterstützungsvorrichtung (90) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungserfassungseinheit eine der Mehrzahl der Elektrolysezellen (12) entsprechende Anzahl an Spannungssensoren (44) aufweist, wobei ein jeweiliger der Spannungssensoren (44) mit Elektroden einer jeweiligen der Elektrolysezellen (12) elektrisch gekoppelt ist und ausgebildet ist, eine Zellenspannung der jeweiligen Elektrolysezelle (12) zu erfassen und abhängig von der erfassten Zellenspannung ein jeweiliges Spannungssignal abzugeben.Support device (90). Claim 1 , characterized in that the voltage detection unit has a number of voltage sensors (44) corresponding to the plurality of electrolysis cells (12), wherein a respective one of the voltage sensors (44) is electrically coupled to electrodes of a respective one of the electrolysis cells (12) and is designed to have a cell voltage of the respective electrolytic cell (12) and to emit a respective voltage signal depending on the detected cell voltage. Unterstützungsvorrichtung (90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen Stromsensor zum Erfassen eines Zellenstroms von wenigstens einer der Elektrolysezellen (12) und zum Abgeben eines Stromsignals abhängig vom erfassten Zellenstrom.Support device (90) according to one of the preceding claims, characterized by at least one current sensor for detecting a cell current of at least one of the electrolysis cells (12) and for emitting a current signal depending on the detected cell current. Unterstützungsvorrichtung (90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine der Mehrzahl der Elektrolysezellen (12) entsprechenden Anzahl von steuerbaren elektronischen Stromquellenschaltungen (42), wobei eine jeweilige der Stromquellenschaltungen (42) mit Elektroden einer jeweiligen der Elektrolysezellen (12) elektrisch gekoppelt ist und ausgebildet ist, die jeweilige Elektrolysezelle (12) individuell mit einem Gleichstrom zu beaufschlagen, der abhängig von einem Stromquellensteuersignal einstellbar ist.Support device (90) according to one of the preceding claims, characterized by a number of controllable electronic power source circuits (42) corresponding to the plurality of electrolysis cells (12), each of the power source circuits (42) being electrically coupled to electrodes of a respective one of the electrolysis cells (12). and is designed to apply a direct current to the respective electrolysis cell (12) individually, which can be adjusted depending on a power source control signal. Unterstützungsvorrichtung (90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (18) ausgebildet ist, die Zellenspannung und den Zellenstrom über einen vorgebbaren Zeitraum zu erfassen und abhängig hiervon die Zellencharakteristik und/oder den Alterungszustand der Elektrolysezelle (12) zu ermitteln.Support device (90) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (18) is designed to record the cell voltage and the cell current over a predetermined period of time and, depending on this, to determine the cell characteristics and / or the aging state of the electrolytic cell (12). . Unterstützungsvorrichtung (90) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (18) ausgebildet ist, Zellencharakteristiken und/oder Alterungszustände aller mit der Unterstützungsvorrichtung (90) gekoppelten Elektrolysezellen (12) zu ermitteln und abhängig von den ermittelten Alterungszuständen Steuerdaten für einen Betriebszustand im Elektrolysebetrieb, ein Anfahren und/oder ein Herunterfahren der Elektrolysevorrichtung (10) zu ermitteln.Support device (90). Claim 5 , characterized in that the evaluation unit (18) is designed to determine cell characteristics and / or aging states of all electrolysis cells (12) coupled to the support device (90) and, depending on the determined aging states, control data for an operating state in electrolysis operation, starting up and / or to determine a shutdown of the electrolysis device (10). Unterstützungsvorrichtung (90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein separat handhabbares Gehäuse (94), welches einen Steckverbinder (92) zum elektrischen Verbinden der Unterstützungsvorrichtung (90) mit den Elektrolysezellen (12) aufweist.Support device (90) according to one of the preceding claims, characterized by a separately manageable housing (94) which has a plug connector (92) for electrically connecting the support device (90) to the electrolysis cells (12). Unterstützungsvorrichtung (90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (18) ausgebildet ist, Betriebszustände aller mit der Auswerteeinheit (18) gekoppelten Elektrolysezellen (12) zu ermitteln und abhängig von den ermittelten Betriebszuständen ein Zustandssignal für eine übergeordnete Elektrolysesteuerung (32) bereitzustellen, um den Zellenstrom abhängig vom Zustandssignal zu steuern.Support device (90) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (18) is designed to determine operating states of all electrolysis cells (12) coupled to the evaluation unit (18) and, depending on the determined operating states, to produce a status signal for a higher-level electrolysis control ( 32) to provide control of the cell current depending on the status signal. Elektrolysevorrichtung (10) mit einer Mehrzahl von Elektrolysezellen (12), gekennzeichnet durch eine Unterstützungsvorrichtung (90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Electrolysis device (10) with a plurality of electrolysis cells (12), characterized by a support device (90) according to one of the preceding claims. Verfahren zum Betreiben einer eine Mehrzahl von Elektrolysezellen (12) aufweisenden Elektrolysevorrichtung (10), wobei jeweilige Elektroden der Elektrolysezellen (12) zum elektrischen Koppeln mit einer Unterstützungsvorrichtung (90) für die Elektrolysevorrichtung (10) mit Anschlusskontakten (72) der Unterstützungsvorrichtung (90) elektrisch gekoppelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass Zellenspannungen der Elektrolysezellen (12) mittels wenigstens einer mit den Anschlusskontakten (72) elektrisch gekoppelten Spannungserfassungseinheit der Unterstützungsvorrichtung (90) erfasst werden, wobei die Spannungserfassungseinheit abhängig von der jeweils erfassten elektrischen Spannung ein jeweiliges Spannungssignal bereitstellt, wobei die Spannungssignale mittels einer Auswerteeinheit (18) ausgewertet werden, um für eine jeweilige Elektrolysezelle (12) zumindest eine Zellencharakteristik oder zumindest einen Alterungszustand zu ermitteln.Method for operating an electrolysis device (10) having a plurality of electrolysis cells (12), wherein respective electrodes of the electrolysis cells (12) for electrical coupling to a support device (90) for the electrolysis device (10) have connection contacts (72) of the support device (90) are electrically coupled, characterized in that cell voltages of the electrolytic cells (12) are detected by means of at least one voltage detection unit of the support device (90) which is electrically coupled to the connection contacts (72), the voltage detection unit providing a respective voltage signal depending on the electrical voltage detected in each case, wherein the voltage signals are evaluated by means of an evaluation unit (18) in order to determine at least one cell characteristic or at least one aging state for a respective electrolytic cell (12).
DE102022206878.5A 2022-07-06 2022-07-06 Operating an electrolysis device having a plurality of electrolysis cells Pending DE102022206878A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022206878.5A DE102022206878A1 (en) 2022-07-06 2022-07-06 Operating an electrolysis device having a plurality of electrolysis cells
PCT/EP2023/067832 WO2024008549A2 (en) 2022-07-06 2023-06-29 Operation of an electrolysis device having a plurality of electrolysis cells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022206878.5A DE102022206878A1 (en) 2022-07-06 2022-07-06 Operating an electrolysis device having a plurality of electrolysis cells

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022206878A1 true DE102022206878A1 (en) 2024-01-11

Family

ID=87074593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022206878.5A Pending DE102022206878A1 (en) 2022-07-06 2022-07-06 Operating an electrolysis device having a plurality of electrolysis cells

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022206878A1 (en)
WO (1) WO2024008549A2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2637232A1 (en) 1975-08-18 1977-03-03 Olin Corp Automatic anode cathode spacing control - is multi-anode mercury cathode cells for electrolysis of alkali chlorides in which current and potential are compared with standards
CH636907A5 (en) 1977-07-01 1983-06-30 Hoechst Ag DEVICE FOR CONTROLLING, MONITORING, OPTIMIZING, OPERATING AND FOR REPRESENTING INFORMATION IN A CHLORAL CALCAL ELECTROLYSIS SYSTEM.
DE19729429C1 (en) 1997-07-09 1999-01-14 Siemens Ag Electrolysis device
DE102013213982A1 (en) 2013-07-17 2015-03-12 Bayer Materialscience Ag Method and system for monitoring the functioning of electrolysis cells
EP3982501A1 (en) 2020-10-12 2022-04-13 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Operation of an electrolysis device

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6897250B2 (en) * 2017-04-07 2021-06-30 富士通株式会社 Electrolysis system, electrolysis control device and control method of electrolysis system
US20220186390A1 (en) * 2020-12-10 2022-06-16 Analog Devices, Inc. Electrolyzers with bypassable bipolar plates

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2637232A1 (en) 1975-08-18 1977-03-03 Olin Corp Automatic anode cathode spacing control - is multi-anode mercury cathode cells for electrolysis of alkali chlorides in which current and potential are compared with standards
CH636907A5 (en) 1977-07-01 1983-06-30 Hoechst Ag DEVICE FOR CONTROLLING, MONITORING, OPTIMIZING, OPERATING AND FOR REPRESENTING INFORMATION IN A CHLORAL CALCAL ELECTROLYSIS SYSTEM.
DE19729429C1 (en) 1997-07-09 1999-01-14 Siemens Ag Electrolysis device
DE102013213982A1 (en) 2013-07-17 2015-03-12 Bayer Materialscience Ag Method and system for monitoring the functioning of electrolysis cells
EP3982501A1 (en) 2020-10-12 2022-04-13 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Operation of an electrolysis device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024008549A2 (en) 2024-01-11
WO2024008549A3 (en) 2024-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2534726B1 (en) High voltage battery system and method for controlling same
EP0914685A1 (en) Process for operating a pem-fuel cell system
DE102010007784A1 (en) Device for electrical circuit monitoring
WO2015032546A1 (en) Multi-functional monitoring of electrical systems
WO2022078652A1 (en) Operating an electrolysis device
WO2011064012A2 (en) Diagnosis of relays in a battery
DE10056429A1 (en) Fuel cell system and method for operating the fuel cell system
AT517714B1 (en) Circuit arrangement for signal injection of an electrical signal into an electrochemical energy delivery device
EP2546852B1 (en) Bi-stable security relay
DE102022206878A1 (en) Operating an electrolysis device having a plurality of electrolysis cells
DE112014006832T5 (en) Power supply device
WO2015144390A1 (en) Method and device for detecting and signalling a contact fault within a photovoltaic module
EP3151321B1 (en) Method and device for monitoring a storage state of a fuel cell or a fuel cell stack
AT522026B1 (en) Operating device, fuel cell system, motor vehicle and method for operating a fuel cell system
DE102022206877A1 (en) Operating an electrolysis cell
EP3314275B1 (en) Measuring arrangement for identifying a malfunction in an energy accumulator arrangement
EP4067890A1 (en) Detection of moisture in an electronic circuit
WO2003096459A1 (en) Method for detecting a gas leak in a pem fuel cell
WO2022161595A1 (en) Method for operating an electrolysis stack
DE29724824U1 (en) Circuit for voltage state detection and indication, e.g. for medium and high voltage switching systems
DE102009018881B3 (en) Control device for determining an actual fuel conversion for a fuel cell assembly, method for determining a fuel conversion of a fuel cell assembly and fuel cell assembly
DE102016008053A1 (en) Precharging a DC link capacitance of a DC intermediate circuit
DE102023122550A1 (en) Device for measuring a battery voltage and method for controlling the same
EP3211700B1 (en) Fuel cell system with leakage detection
DE112021005599T5 (en) VOLTAGE DETECTION CIRCUIT

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified