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WO2025026628A1 - Method for operating a supply unit of an electrolyzer, supply unit, and electrolysis system - Google Patents

Method for operating a supply unit of an electrolyzer, supply unit, and electrolysis system Download PDF

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Publication number
WO2025026628A1
WO2025026628A1 PCT/EP2024/068541 EP2024068541W WO2025026628A1 WO 2025026628 A1 WO2025026628 A1 WO 2025026628A1 EP 2024068541 W EP2024068541 W EP 2024068541W WO 2025026628 A1 WO2025026628 A1 WO 2025026628A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
supply unit
electrolyzer
insulation resistance
power converter
state
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
PCT/EP2024/068541
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alexander UNRU
Paul Robert STANKAT
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.)
SMA Solar Technology AG
Original Assignee
SMA Solar Technology AG
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 SMA Solar Technology AG filed Critical SMA Solar Technology AG
Publication of WO2025026628A1 publication Critical patent/WO2025026628A1/en
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/40Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to ratio of voltage and current
    • 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
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    • C25B1/04Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
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    • C25B15/00Operating or servicing cells
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    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H11/00Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result
    • H02H11/005Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result in case of too low isolation resistance, too high load, short-circuit; earth fault
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    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02Details
    • H02H3/06Details with automatic reconnection

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a supply unit for an electrolyzer.
  • the invention further relates to a supply unit designed for the method and an electrolysis plant with such a supply unit.
  • electrolysis systems In order to produce hydrogen from water using an electrolysis reaction, electrolysis systems are known in which an electrolyzer is supplied with electrical power from a power supply network via a power converter. Such electrolyzers are usually operated as direct current (DC) consumers during the electrolysis reaction and, depending on their size and design, can have nominal outputs of up to several 10 MW.
  • the power converter can be used to specifically set a hydrogen production rate, i.e. the amount of hydrogen produced per unit of time.
  • the power converter can be operated with a current setting at its DC connection connected to the electrolyzer.
  • an electrical DC voltage associated with the current set is applied to the DC connection of the electrolyzer and thus also to the DC connection of the power converter.
  • the DC voltage usually increases with increasing hydrogen production rate and can assume values in the range between a few 100 V and 1500 V.
  • a so-called ISO monitor can be used, for example, which permanently detects an insulation resistance Riso in the DC circuit. If the insulation resistance Riso in the DC circuit falls below a predefined threshold value, this is interpreted as an earth fault.
  • the electrolyzer and the power converter supplying it in a previously unearthed DC circuit would still be functional even if there was a maximum of one earth fault in the DC circuit, and the electrolysis could also take place with the maximum of one existing Earth faults can continue.
  • an earth fault even if it is a maximum of one earth fault in a previously unearthed DC circuit, is normatively classified as a critical fault in which a power flow from the power converter to the electrolyzer must be suppressed, for example by electrically isolating the power converter from the electrolyzer.
  • an earth fault has occurred in the DC circuit, it may be required to specifically prevent the power converter from being reconnected to the electrolyzer and only to allow it to be reconnected when a test, for example an on-site test by a specialist, confirms sufficient insulation in the DC circuit and the fault, in particular its elimination, is explicitly acknowledged.
  • the insulation resistance Riso of the electrolyzer - and thus the insulation resistance of the DC circuit - to earth potential is significantly dependent on its operating point. Factors such as flow rate, water pressure, amount of current supplied and hydrogen production rate play a significant role. For example, it has been observed that the insulation resistance Riso increases with increasing hydrogen production rate and sometimes decreases rapidly when hydrogen production is stopped, for example due to a deliberate stop. Even after a deliberate stop of the electrolysis, the insulation resistance Riso can temporarily drop so low that it falls below a threshold value effective for insulation monitoring, which causes the power converter to be permanently blocked.
  • the publication DE 10 2020 121 593 A1 discloses a device for electrolysis from photovoltaically generated direct current power with an electrolyzer and a direct current converter.
  • the direct current converter is designed to supply the electrolyzer with direct current power generated by a photovoltaic sub-generator via a DC bus.
  • the sub-generator is connected to the direct current converter via a first isolating switch, wherein closing the first isolating switch requires a successful test for sufficient insulation of the sub-generator.
  • the sub-generator has a main string, wherein a second isolating switch is arranged between the main string and the first isolating switch, which is coupled to a monitoring of a fault current of the main string in such a way that if a predeterminable limit value of the fault current is exceeded, the second isolating switch is opened.
  • a method for operating a device for electrolysis from photovoltaically generated direct current power is also disclosed.
  • the invention is based on the object of specifying an improved method for operating a supply unit for an electrolyzer, which eliminates the disadvantages listed above, or at least reduces them. It is also the object of the invention to show a supply unit suitable for carrying out the method, as well as an electrolysis system with such a supply unit.
  • a method for operating a supply unit for an electrolyzer comprises the steps:
  • the feature "if the insulation resistance falls below the first threshold value in a state in which the power converter of the supply unit is electrically separated from the electrolyzer" is to be understood in such a way that at the point in time at which the insulation resistance passes the first threshold value downwards, a state exists in which the Power converter is electrically separated from the electrolyzer, in particular galvanically separated. In concrete terms, this prevents the supply unit from entering the fault state if the insulation resistance only passes through the first threshold value after the power converter has already been electrically separated, in particular galvanically separated, from the electrolyzer. It may be that at the time of the electrical separation of the supply unit from the electrolyzer, the insulation resistance was still greater than or equal to the first threshold value.
  • a supply unit for the electrical supply of an electrolyzer has: an input for connecting a network, in particular an electrical supply network, an output for connecting the electrolyzer, a power converter which can be connected to the output via a separation unit and is designed to convert a power flowing via the input into a power flowing via the output, and a control unit for controlling the supply unit, in particular the power converter and the separation unit, wherein the supply unit comprises or can be connected to a measuring device for determining an insulation resistance of a series connection of electrolysis cells assigned to the electrolyzer, wherein the control unit is designed to operate the supply unit in a state connected to the electrolyzer according to the method according to one of the preceding claims.
  • the method and the supply unit make it possible to ensure that the power converter of the supply unit can be reconnected to the electrolyzer without manual release after being disconnected from the electrolyzer if the insulation resistance of the electrolyzer has only fallen below the first threshold value due to the electrical separation of the power converter from the electrolyzer and the associated stopping or termination of the electrolysis process.
  • the cause of the drop in insulation resistance can be determined by the method and the supply unit, and the supply unit can be prevented from entering the fault state if the insulation resistance is only undercut at a time when the power converter is already disconnected from the electrolyzer.
  • the dependence of the insulation resistance on the operating point of the electrolyzer and/or the supply unit can thus be taken into account when the supply unit enters the fault state.
  • the insulation resistance can fall below the first threshold value even without an actual fault, in particular an actual earth fault, and in particular temporarily, if the supply unit is already in a state in which it is separated from the electrolyzer.
  • operational reliability can continue to be guaranteed because the supply unit continues to be transferred to the fault state if the insulation resistance falls below the first threshold value in other operating states, for example the normal operating state with an electrical connection between the power converter of the supply unit and the electrolyzer, and when the electrolysis process is ongoing.
  • the electrolysis plant has the electrolyzer and the supply unit.
  • Confirmation of an error-free state can be done, for example, by activating a confirmation unit on the supply unit.
  • the supply unit of the electrolyzer can supply the electrolyzer with electrical DC power (DC direct current) from an electrical supply network.
  • the electrical supply network can have a DC network or an AC network (AC alternating current).
  • the supply unit can have a DC circuit on its output side for this purpose.
  • the DC circuit can through the output of the supply unit and its connection to the electrolyzer and the electrolyzer.
  • the insulation resistance of the electrolyzer can therefore correspond to the insulation resistance of the DC circuit, which is formed by the electrical connection of the output side of the supply unit and the electrolyzer.
  • the insulation resistance refers to the electrical resistance of the DC circuit to earth potential.
  • a high insulation resistance is aimed for, which corresponds to the best possible electrical insulation of the electrolyzer and thus of the DC circuit to earth potential.
  • the transfer of the supply unit into the fault state is prevented if an electrolysis process taking place in the electrolyzer is intentionally and not due to a fault ended by separating the electrolyzer from the power converter of the supply unit.
  • This can further improve the method, since only those separations of the electrolyzer from the power converter of the supply unit that were carried out by deliberate action, e.g. by an operator, prevent the fault state from being entered.
  • fault-related separations then continue to lead to the fault state being entered and/or the supply unit being transferred into the fault state.
  • the deliberate and non-error-related termination of the electrolysis process triggers the expiration of a predefined period of time.
  • the assumption of the error state by the supply unit or the transfer of the supply unit to the error state can only be prevented within the predefined period of time.
  • the error state can then be assumed.
  • the assumption of the error state after the expiration of the predefined period of time can then take place automatically or depend on additional conditions.
  • the supply unit is transferred to the fault state if, after the time period has elapsed, the insulation resistance falls below a second threshold value.
  • the supply unit does not enter the fault state if, after the time period has elapsed, the insulation resistance is equal to or greater than the second threshold value.
  • the second threshold value can be identical to the first threshold value or different from the first threshold value.
  • the second threshold value can therefore be equal to, greater than, or smaller than the first threshold value.
  • an error state assumed by the supply unit is communicated by a communication unit and/or signaled visually and/or via an audio signal using a signaling device.
  • the supply unit has a signaling device for signaling the error state and/or a communication unit for communicating the error state. This makes it possible for the state of the supply unit - i.e. its error state or its error-free state - to be recognizable from outside the supply unit.
  • the communication unit can be designed for wired and/or wireless communication, in particular also via the Internet.
  • a third threshold value is provided which is smaller than the first threshold value.
  • the supply unit is transferred to the fault state if the insulation resistance falls below the third threshold value in addition to the first threshold value, even if the power converter of the supply unit and the electrolyzer are in the electrically separated state.
  • This embodiment makes it possible to take into account that a fault state can also exist or occur even if the electrolyzer and supply unit are separated. In this case, however, the insulation resistance drops below the third threshold value if there is an actual fault, in particular an actual ground fault, in the electrolyzer.
  • the method monitors the first threshold value in an electrically connected state between the power converter of the supply unit and the electrolyzer.
  • the method monitors the second threshold value after the time period has elapsed in an electrically separated state between the power converter of the supply unit and the electrolyzer.
  • the method monitors the third threshold value in an electrically separated state between the power converter of the supply unit and the electrolyzer.
  • the third threshold value is therefore preferably selected so that it is also lower than the second threshold value.
  • the first threshold value is selected such that, for a DC voltage that is present between the electrolyzer's DC lines at a nominal power of the electrolyzer, a current that flows from the DC lines to earth potential via an insulation resistance at the level of the first threshold value does not exceed a value of 600 mA.
  • the DC lines are connected to the two DC inputs of the electrolyzer.
  • the electrolyzer is supplied with direct electrical power from the supply unit via the DC inputs.
  • the DC lines are connected to the output of the supply unit.
  • the supply unit its input for connecting a DC network is designed as an electrical supply network and the power converter has a DC/DC converter.
  • its input for connecting an AC network is designed as an electrical supply network and the power converter has an AC/DC converter.
  • the electrolyzer can therefore be supplied with direct electrical power from a DC network or from an AC network.
  • the supply unit can also be designed in such a way that it enables both: supplying the electrolyzer from a DC network and/or supplying the electrolyzer from an AC network.
  • the supply unit has a confirmation unit.
  • a fault-free state of the supply unit and/or of an electrolysis system comprising the supply unit, in particular its DC circuit, which is formed by the output of the supply unit, the electrolyzer and the DC lines, can be confirmed.
  • the actuation unit can also be used by maintenance personnel to confirm the elimination of a previously reported fault, in particular the elimination of a previously reported earth fault in the electrolysis system.
  • the confirmation unit can also be used to confirm that the electrolysis system is in a fault-free state.
  • the measuring device is designed to locate an earth fault within the series connection of electrolysis cells.
  • the measuring device has one or more voltage sensors for this purpose.
  • the measuring device detects an earth fault when it detects that the insulation resistance is below a predeterminable earth fault threshold value.
  • An earth fault corresponds to a very small or too small insulation resistance.
  • Fig. 1 schematically shows an embodiment of an electrolysis plant
  • Fig. 2 schematically shows another embodiment of the electrolysis plant
  • Fig. 3 schematically shows an embodiment of a part of a measuring device
  • Fig. 4 schematically shows a method for operating a supply device for an electrolyzer.
  • Fig. 1 shows an embodiment of an electrolysis system 100.
  • the electrolysis system 100 has an electrolyzer 10 and a supply unit 20.
  • the electrolyzer 10 has a plurality of electrolysis cells 11 connected in series. Within the series connection of all electrolysis cells 11, series connections with a smaller number of electrolysis cells 11 are combined to form a so-called electrolysis stack 12, wherein the plurality of electrolysis stacks 12 are in turn connected in series with one another via DC lines 2c.
  • the electrolysis cells 11 and/or the electrolysis stacks 12 are usually surrounded by nearby housing components which are earthed, for example for protection reasons, i.e. connected to earth potential PE.
  • the series connection of the electrolysis stacks 12 has two external electrolysis stacks 12 and several internal electrolysis stacks 12.
  • the positive pole of one of the two external electrolysis stacks 12 is connected via a positive DC line 2a to the positive pole at the output 21 of the supply unit 20.
  • the negative pole of another of the two external electrolysis stacks 12 is connected via a negative DC line 2b to the negative pole at the output 21 of the supply unit 20.
  • the supply unit 20 has a separation unit 24 and a power converter 25.
  • the separation unit 24 is designed and configured to connect the electrolyzer 10 to the power converter 25 and to separate the electrolyzer 10 from the power converter 25.
  • the power converter 25 converts electrical power provided by a network 30 into direct electrical power.
  • the electrolyzer 10 is supplied with electrical power for the electrolysis process via the power converter 25.
  • the electrolyzer 10 is, for example, a hydrogen electrolyzer.
  • the supply unit 20 further comprises a control unit 27, which in particular controls the power converter 25 and the separation unit 24.
  • the control of the power converter 25 comprises, for example, the control of semiconductor switches of an inverter bridge of the AC/DC converter 25a.
  • the control of the separation unit 24 comprises, for example, opening and closing separation switches of the separation unit 24 in order to connect the power converter 25 to the electrolyzer 10 or to separate it from the electrolyzer 10.
  • the positive DC line 2a has a positive partial insulation resistance R P with respect to earth potential PE.
  • the negative DC line 2a has a negative partial insulation resistance R n with respect to earth potential PE.
  • the DC Connecting lines 2c between two adjacent electrolysis stacks 12 can have a respective partial insulation resistance with respect to ground potential PE (not explicitly shown in Fig. 1).
  • Both the positive DC line 2a and the negative DC line 2b can optionally have a respective fuse 51, which triggers, for example, in the event of a fault when the current is too high.
  • the DC connecting lines 2c between the individual electrolysis stacks 12 can also optionally have a respective fuse 52, which triggers, for example. B. in the event of a fault, it is triggered by excessive currents.
  • the fuses 51, 52 are shown in dashed lines in Fig. 1.
  • the positive partial insulation resistance R P and the negative partial insulation resistance R n can be recorded using a measuring device 40, and the total insulation resistance Riso of the DC circuit can be determined from this.
  • the measuring device 40 can also be used to record the earth voltages U1, U2, U3, U4, i.e. the voltages relative to earth potential PE that are present on the individual DC connecting lines 2c between the electrolysis stacks 12.
  • the measuring device 40 can thus be used to detect an earth fault 60 in one of the electrolysis stacks 12, which is indicated by the insulation resistance Riso of the DC circuit falling below one or more predefined threshold values.
  • the location of the earth fault 60 can also be localized, or at least approximately localized, using the earth voltages U1, U2, U3, U4, using the measuring device 40.
  • An actual earth fault 60 divides the entire series connection of the electrolysis stacks 12 into two substrings 13a, 13b.
  • the DC connecting lines 2c of one substring 13a have predominantly positive earth voltages U1, U2, while the DC connecting lines 2c of the other substring 13b have predominantly negative earth voltages U3, U4.
  • a ground fault 60 in the electrolysis stack 12 can be detected, which would divide the series connection of the electrolysis cells 11 into two substrings 13a, 13b.
  • the location of the earth fault 60 within the series connection of the electrolysis cells can also be determined, or at least approximately determined, via the earth voltages U1, U2, U3, U4 by means of the measuring device 40.
  • the network 30 is connected to an input 22 of the supply unit 20.
  • the electrolyzer 10 is connected to the output 21 of the supply unit 20.
  • the input 22 is designed to connect the AC network 30a.
  • the supply unit 20 also has a signaling device for signaling a fault state and/or a communication unit 28 for communicating a fault state of the supply unit 20 and/or the electrolyzer 10 and/or the electrolysis system 100.
  • the fault state can be triggered, for example, by a ground fault 60.
  • the supply unit 20 also has a confirmation unit 29 for confirming a fault-free state of the supply unit 20 and/or the electrolyzer 10 and/or the electrolysis system 100.
  • the control unit 27 is designed to operate the supply unit 20 in a state connected to the electrolyzer 10.
  • the power converter 25 of the supply unit 20 is connected to the electrolyzer 10 via the separation unit 24.
  • the control unit 27 is designed to set a DC power flowing via the output 21 of the supply unit 20 in the direction of the electrolyzer by controlling semiconductor switches of the power converter 25. It is also designed to control the separation unit 24 of the supply unit 20 in order to electrically connect the power converter 25 of the supply unit 20 to the electrolyzer 10 and/or to electrically separate them from one another.
  • the supply unit 20 is operated in such a way that the insulation resistance Riso of the electrolyzer 10 or the series connection of its electrolysis cells 11 is monitored.
  • the supply unit 20 is then transferred to an error state.
  • a renewed connection of the power converter 25 of the supply unit 20 and the electrolyzer 10 is suppressed and only made possible again after confirmation of an error-free state, which can be checked, for example, by maintenance personnel of the electrolysis system 100. Confirmation of the error-free state can be carried out via the confirmation unit 29. If, however, the insulation resistance Riso falls below the first threshold value RTH when the separation unit 24 is open, i.e. when the power converter 25 is electrically separated from the electrolyzer 10, the transfer of the supply unit 20 to the error state is prevented.
  • the supply unit 20 can, for example, be operated according to the method described with reference to Fig. 4.
  • Fig. 2 shows a further embodiment of the electrolysis system 100.
  • the electrolysis system 100 comprises the electrolyzer 10 and the supply unit 20.
  • the electrolyzer 10 comprises a plurality of series-connected Electrolysis cells 11. Within the series connection of all electrolysis cells 11, series connections with a smaller number of electrolysis cells 11 are combined to form an electrolysis stack 12, with the multiple electrolysis stacks 12 in turn being connected in series with one another via the DC connecting lines 2c.
  • the electrolysis cells 11 and/or the electrolysis stacks 12 are usually surrounded by nearby housing components which are grounded, i.e. connected to earth potential, for example for protection reasons.
  • the series connection of the electrolysis stacks 12 has two external electrolysis stacks 12 and one or more internal electrolysis stacks 12.
  • the positive pole of one of the two external electrolysis stacks 12 is connected via the positive DC line 2a to the positive pole at the output 21 of the supply unit 20.
  • the negative pole of another of the two external electrolysis stacks 12 is connected via the negative DC line 2b to the negative pole at the output 21 of the supply unit.
  • the supply unit 20 has the separation unit 24 and the power converter 25.
  • the separation unit 24 is designed and configured to connect the electrolyzer 10 to the power converter 25 and to separate the electrolyzer 10 from the power converter 25.
  • the network 30 is designed as a DC network 30b.
  • the power converter 25 is designed as a DC/DC converter 25b, which converts electrical power from the DC network 30b into electrical DC power for the electrolyzer 10.
  • the DC/DC converter 25b can be designed for step-up operation in order to convert a DC voltage applied to the input 22 of the supply unit 20 into a higher DC voltage applied to the output 21.
  • the DC/DC converter 25b can be designed for step-down operation in which a DC voltage applied to the input 22 is converted into a smaller DC voltage applied to the output 21.
  • the DC/DC converter is designed for both boost and buck operation.
  • the supply unit 20 further comprises the control unit 27, which in particular controls the power converter 25 and the separation unit 24.
  • the control of the power converter 25 includes, for example, the control of semiconductor switches of a bridge circuit of the DC/DC converter 25b.
  • the control of the separation unit 24 includes, for example, the opening and closing of the separation switches of the separation unit 24 in order to connect the power converter 25 to the electrolyzer 10 or to disconnect it from the electrolyzer 10.
  • Both the positive DC line 2a and the negative DC line 2b can optionally have a respective fuse 51, which e.g. B. triggers in the event of a fault if the current is too high.
  • the DC connecting lines 2c between the individual electrolysis stacks 12 can also optionally have a respective fuse 52, which e.g. triggers in the event of a fault if the current is too high.
  • the fuses 51, 52 are shown in dashed lines in Fig. 2.
  • the supply unit 20 has the measuring device 40 for determining the insulation resistance Riso of the electrolyzer 10 or the series connection of its electrolysis cells 11.
  • the measuring device 40 can be connected to the electrolyzer 10 in order to determine the insulation resistance Riso of the electrolyzer or the series connection of its electrolysis cells 11.
  • the measuring device 40 can thereby determine the insulation resistance Riso using the positive partial insulation resistance R P , the negative partial insulation resistance R n and the earth voltages U1 , U2, U3, U3 of the DC connecting lines 2c between the electrolysis stacks 12.
  • the network 30 is connected to the input 22 of the supply unit 20.
  • the electrolyzer 10 is connected to the output 21 of the supply unit 20.
  • the input 22 is designed to connect the DC network 30b.
  • the supply unit 20 also has a signaling device for signaling an error state and/or a communication unit 28 for communicating the error state of the supply unit 20 and/or the electrolyzer 10 and/or the electrolysis system 100.
  • the error state can be triggered, for example, by a ground fault 60.
  • the supply unit 20 also has a confirmation unit 29 for confirming an error-free state of the supply unit 20 and/or the electrolyzer 10 and/or the electrolysis system 100.
  • the control unit 27 is designed to operate the supply unit 20 in a state connected to the electrolyzer 10.
  • the power converter 25 of the supply unit 20 is connected to the electrolyzer 10 via the separation unit 24.
  • the control unit 27 is designed to set a DC power flowing via the output 21 of the supply unit 20 in the direction of the electrolyzer 10 by controlling semiconductor switches of the power converter 25. It is also designed to control the separation unit 24 of the supply unit 20 in order to electrically connect the power converter 25 of the supply unit 20 to the electrolyzer 10 and/or to electrically separate them from one another.
  • the supply unit 20 is operated in such a way that the insulation resistance Riso of the electrolyzer 10 or the series connection of its electrolysis cells 11 is monitored. If the insulation resistance Riso falls below the first threshold value RTH when the isolating unit 24 is closed, i.e. when the power converter 25 is electrically connected to the electrolyzer 10, the isolating switches of the Separating unit 24 is opened and the electrical connection between the power converter 25 of the supply unit 20 and the electrolyzer 10 is severed. This can occur, for example, if an earth fault 60 occurs in the electrolyzer during the electrolysis process. By opening the separating unit 24, the further supply of power from the supply unit 20 to the electrolyzer 10 is safely prevented.
  • the supply unit 20 is then transferred to the error state.
  • the error state a renewed connection of the power converter 25 of the supply unit 20 and the electrolyzer 10 is suppressed and only enabled again after confirmation of the error-free state, which can be checked, for example, by maintenance personnel of the electrolysis system 100. Confirmation of the error-free state can be carried out via the confirmation unit 29.
  • the insulation resistance Riso falls below the first threshold value RTH when the separation unit 24 is open, i.e. when the power converter 25 is electrically separated from the electrolyzer 10, the transfer of the supply unit 20 to the fault state is prevented.
  • This can occur, for example, in a case in which an electrolysis process is deliberately stopped or ended and, as a result, the first threshold value RTH is only briefly undershot, before rising again to a value that is greater than or equal to the first threshold value RTH. In this case, no explicit confirmation of the fault-free state via the confirmation unit 29 is required for a renewed connection of the power converter 25 of the supply unit 20 to the electrolyzer 10.
  • the supply unit 20 can, for example, be operated according to the method described with reference to Fig. 4.
  • the part of the measuring device 40 shown in Fig. 3 has one or more connections 41.1 - 41.4 for the respective connection of a DC connecting line 2c and a connection 43 for the connection to earth potential PE.
  • the part of the measuring device 40 shown in Fig. 3 also has one or more voltage sensors 42.1 - 42.4, by means of which the voltage between the respective DC connecting lines 2c and earth potential PE can be determined.
  • the respective voltage sensors 42.1 - 42-4 are arranged to measure the voltage between the respective connections 41.1 - 41.4 and the connection 43 assigned to the earth potential PE.
  • the respective earth voltages U1, U2, U3, U4 can be detected via the voltage sensors 42.1 - 42.4.
  • the ground fault 60 can be localized or approximately localized within the series connection of the electrolysis cells 11. Specifically, the ground fault 60 is usually located near the DC connecting line 2c that has the lowest absolute value of the ground voltage. By determining the lowest absolute value of the ground potentials U1 - U4 and the DC connecting line assigned to this absolute value, it can therefore be determined between which electrolysis cells 11 and/or between which electrolysis stacks 12 the ground fault 60 is located.
  • Fig. 4 shows schematically an embodiment of a method for operating the supply device 20.
  • the process is started in S1.
  • the starting point is a state of the electrolysis system 100 in which the separation unit 24 is in the open state and therefore the power converter 25 of the supply unit 20 is electrically separated from the electrolyzer 10.
  • the insulation resistance Riso of the electrolyzer 10 is monitored.
  • the electrolyzer 10 can comprise the series connection of electrolysis cells 11.
  • the insulation resistance Riso detected in S11 is less than a third threshold value RTH,3 and/or if it is determined in S12 that the insulation resistance Riso detected in S11 is less than a second threshold value RTH,2 after a time period At has elapsed after leaving S6, branch "yes", it is concluded that an earth fault 60 is actually present and the supply unit 20 is transferred to the fault state in S13.
  • the third threshold value RTH,3 can be less than the first threshold value RTH,I . In this case, the insulation resistance Riso detected in S11 is so small, even when the electrolysis process is deliberately terminated, that the fault state is assumed regardless of the state of the electrical connection between the electrolyzer 10 and the power converter 25 of the supply unit 20.
  • S14 the system waits for a start command. Without a start command, branch "no", the system jumps from S14 to S10. In S10, the power converter 25 of the supply unit 20 is separated from the electrolyzer 10 or such a separation is maintained. If a start command is present, branch "yes", the system jumps to S4.
  • the error state assumed by the supply unit 20 in S13 can be communicated by the communication unit 28 and/or signaled visually and/or via an audio signal by means of a signaling device.
  • the first threshold value RTH can be selected such that it depends on the nominal power of the electrolyzer 10.
  • the first threshold value RTH can be selected such that, at a voltage that is present between the positive and negative DC lines 2a, 2b of the electrolyzer 10 at a nominal power, a current that flows from the DC lines 2a, 2b via an insulation resistance Riso at the level of the first threshold value RTH against earth potential PE does not exceed a value of 600 mA.
  • the flow chart in Fig. 4 shows that the detection of the insulation resistance within the resulting loop runs takes place at successive points in time.
  • the time intervals between two successive detections or between two successive determinations of the insulation resistance Riso can be so short that this is equivalent to continuous monitoring of the insulation resistance.
  • the method according to the invention also includes continuous monitoring of the insulation resistance Riso.

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Abstract

The invention relates to a method for operating a supply unit (20) for an electrolyzer (10), having the steps of: - monitoring the insulation resistance (RIso) in a series connection of electrolysis cells (11) associated with the electrolyzer (10), wherein - if the insulation resistance (RIso) falls below a first threshold (RTH,1) in a state in which a power converter (25) of the supply unit (20) is electrically connected to the electrolyzer (10), the power converter (25) of the supply unit (20) and the electrolyzer (10) are electrically disconnected in order to prevent a supply of power to the electrolyzer (10), and the supply unit (20) is converted to a fault state in which reconnection of the power converter (25) of the supply unit (20) and the electrolyzer (10) is suppressed and only enabled again after a fault-free state is confirmed, and - the supply unit (20) is prevented from being converted to the fault state if the insulation resistance (RIso) falls below the first threshold (RTH,1) in a state in which the power converter (25) of the supply unit (20) is electrically disconnected from the electrolyzer (10). The invention also relates to a supply unit (20) for electrically supplying an electrolyzer (10) and to an electrolysis system (100).

Description

VERFAHREN ZUM BETRIEB EINER VERSORGUNGSEINHEIT EINES ELEKTROLYSEURS, VERSORGUNGSEINHEIT UND ELEKTROLYSEANLAGE METHOD FOR OPERATING A SUPPLY UNIT OF AN ELECTROLYSER, SUPPLY UNIT AND ELECTROLYSIS SYSTEM

Technisches Gebiet technical field

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Versorgungseinheit für einen Elektrolyseur. Die Erfindung betrifft ferner eine für das Verfahren ausgelegte Versorgungseinheit und eine Elektrolyseanlage mit einer derartigen Versorgungseinheit. The invention relates to a method for operating a supply unit for an electrolyzer. The invention further relates to a supply unit designed for the method and an electrolysis plant with such a supply unit.

Stand der Technik State of the art

Um Wasserstoff mittels einer Elektrolysereaktion aus Wasser herzustellen, sind Elektrolyseanlagen bekannt, bei denen ein Elektrolyseur über einen Leistungswandler aus einem Energieversorgungsnetz mit elektrischer Leistung versorgt wird. Derartige Elektrolyseure werden während der Elektrolysereaktion üblicherweise als Gleichstrom- (DC-) Verbraucher betrieben und können je nach Größe und Bauart Nominalleistungen bis zu einigen 10 MW aufweisen. Mittels des Leistungswandlers kann eine Wasserstoff-Produktionsrate, also die pro Zeiteinheit produzierte Menge an Wasserstoff, gezielt eingestellt werden. Hierzu kann der Leistungswandler an seinem mit dem Elektrolyseur verbundenen DC-Anschluss stromstellend betrieben werden. Je nach Bauart des Elektrolyseurs stellt sich dabei eine dem gestellten Strom zugeordnete elektrische DC-Spannung an den DC-Anschluss des Elektrolyseurs und somit auch an dem DC-Anschluss des Leistungswandlers ein. Die DC-Spannung steigt üblicherweise mit zunehmender Wasserstoff-Produktionsrate an und kann Werte im Bereich zwischen einigen 100 V und 1500 V annehmen. In order to produce hydrogen from water using an electrolysis reaction, electrolysis systems are known in which an electrolyzer is supplied with electrical power from a power supply network via a power converter. Such electrolyzers are usually operated as direct current (DC) consumers during the electrolysis reaction and, depending on their size and design, can have nominal outputs of up to several 10 MW. The power converter can be used to specifically set a hydrogen production rate, i.e. the amount of hydrogen produced per unit of time. For this purpose, the power converter can be operated with a current setting at its DC connection connected to the electrolyzer. Depending on the design of the electrolyzer, an electrical DC voltage associated with the current set is applied to the DC connection of the electrolyzer and thus also to the DC connection of the power converter. The DC voltage usually increases with increasing hydrogen production rate and can assume values in the range between a few 100 V and 1500 V.

Aus Sicherheitsgründen kann es erforderlich sein, teilweise auch normativ vorgeschrieben sein, einen den Elektrolyseur und den DC-Anschluss des Leistungswandlers umfassenden DC-Kreis auf einen möglichen Erdfehler hin zu überwachen. Hierzu kann beispielsweise ein sogenannter ISO-Wächter verwendet werden, der permanent einen Isolationswiderstand Riso in dem DC-Kreis detektiert. Sinkt der Isolationswiderstand Riso in dem DC-Kreis unter einen vordefinierten Schwellenwert, so wird dies als ein Erdfehler interpretiert. Prinzipiell wäre zwar der Elektrolyseur und der ihn versorgende Leistungswandler in einem zuvor ungeerdeten DC-Kreis auch bei maximal einem in dem DC-Kreis vorhandenen Erdfehler noch funktionsfähig und die Elektrolyse könnte auch bei dem maximal einen vorhandenen Erdfehler weitergeführt werden. Allerdings könnten dabei in dem DC-Kreis gefährliche DC-Spannungen gegenüber Erdpotential auftreten, so dass eine Berührung von spannungsbehafteten Komponenten der Elektrolyseanlage einen Personenschaden zur Folge haben kann. Aufgrund dieses Risikos wird ein Erdfehler, auch wenn es sich um maximal einen Erdfehler in einem zuvor ungeerdeten DC-Kreis handelt, normativ als ein kritischer Fehler eingestuft, bei dem ein Leistungsfluss von dem Leistungswandler in den Elektrolyseur zu unterdrücken ist, beispielsweise indem der Leistungswandler elektrisch von dem Elektrolyseur getrennt wird. Zusätzlich kann gefordert sein, bei einem aufgetretenen Erdfehler in dem DC-Kreis ein erneutes Wiederverbinden des Leistungswandlers mit dem Elektrolyseur gezielt zu verhindern und erst dann wieder freizugeben, wenn über eine Prüfung, beispielsweise eine vor- Ort-Prüfung durch eine Fachkraft, eine ausreichende Isolation in dem DC-Kreis bestätigt wird und der Fehler, insbesondere dessen Beseitigung, explizit quittiert wird. For safety reasons, it may be necessary, and in some cases even required by standards, to monitor a DC circuit comprising the electrolyzer and the DC connection of the power converter for a possible earth fault. For this purpose, a so-called ISO monitor can be used, for example, which permanently detects an insulation resistance Riso in the DC circuit. If the insulation resistance Riso in the DC circuit falls below a predefined threshold value, this is interpreted as an earth fault. In principle, the electrolyzer and the power converter supplying it in a previously unearthed DC circuit would still be functional even if there was a maximum of one earth fault in the DC circuit, and the electrolysis could also take place with the maximum of one existing Earth faults can continue. However, dangerous DC voltages compared to earth potential could occur in the DC circuit, so that contact with live components of the electrolysis system could result in personal injury. Due to this risk, an earth fault, even if it is a maximum of one earth fault in a previously unearthed DC circuit, is normatively classified as a critical fault in which a power flow from the power converter to the electrolyzer must be suppressed, for example by electrically isolating the power converter from the electrolyzer. In addition, if an earth fault has occurred in the DC circuit, it may be required to specifically prevent the power converter from being reconnected to the electrolyzer and only to allow it to be reconnected when a test, for example an on-site test by a specialist, confirms sufficient insulation in the DC circuit and the fault, in particular its elimination, is explicitly acknowledged.

Insbesondere bei der Wasserelektrolyse zeigt sich jedoch, dass der Isolationswiderstand Riso des Elektrolyseurs - und damit der Isolationswiderstand des DC-Kreises - gegen Erdpotential signifikant von dessen Betriebspunkt abhängig ist. Dabei spielen Faktoren wie Durchflussmenge, Wasserdruck, zugeführte Strommenge und Wasserstoff-Produktionsrate eine signifikante Rolle. Beispielsweise wird beobachtet, dass der Isolationswiderstand Riso mit steigender Wasserstoff- Produktionsrate zunimmt und teils rapide abnimmt, wenn die Wasserstoff-Produktion, beispielsweise aufgrund eines bewusst herbeigeführten Stopps, angehalten wird. Dabei kann der Isolationswiderstand Riso auch nach einem bewusst herbeigeführten Stopp der Elektrolyse temporär sogar so tief einbrechen, dass er einen für die Isolationsüberwachung wirksamen Schwellwert unterschreitet, wodurch der Leistungswandler in eine dauerhafte Betriebshemmung überführt wird. Eine Wiederverbindung des Leistungswandlers mit dem Elektrolyseur ist dann aus Sicherheitsgründen erst nach erfolgter Prüfung und Bestätigung eines fehlerfreien Systems, z. B. nach Quittierung des Fehlers, möglich. Dabei sinkt der Isolationswiderstandes Riso insbesondere bei einem bewusst herbeigeführten Stopp der Elektrolyse nur vorübergehend ab, um danach wieder anzusteigen. Eine nachgehende Überprüfung des Systems mit einer Quittierung des Fehlers, die herkömmlicherweise erfolgen muss, um das System wieder zu starten, gestaltet sich aufwändig. Die Druckschrift DE 10 2020 121 593 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Elektrolyse aus photovoltaisch erzeugter Gleichstrom leistung mit einem Elektrolyseur und einem Gleichspannungswandler. Der Gleichspannungswandler ist eingerichtet, dem Elektrolyseur über einen DC-Bus eine Gleichstrom leistung zuzuführen, die durch einen photovoltaischen Teilgenerator erzeugt wird. Der Teilgenerator ist über einen ersten Trennschalter an den Gleichspannungswandler angeschlossen, wobei ein Schließen des ersten Trennschalters eine erfolgreiche Prüfung auf ausreichende Isolation des Teilgenerators voraussetzt. Der Teilgenerator weist einen Hauptstring auf, wobei zwischen dem Hauptstring und dem ersten Trennschalter ein zweiter Trennschalter angeordnet ist, der mit einer Überwachung eines Fehlerstroms des Hauptstrings derart gekoppelt ist, dass im Falle einer Überschreitung eines vorgebbaren Grenzwerts des Fehlerstroms der zweite T rennschalter geöffnet wird. Offenbart ist weiter ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Elektrolyse aus photovoltaisch erzeugter Gleichstromleistung. However, particularly in the case of water electrolysis, it is apparent that the insulation resistance Riso of the electrolyzer - and thus the insulation resistance of the DC circuit - to earth potential is significantly dependent on its operating point. Factors such as flow rate, water pressure, amount of current supplied and hydrogen production rate play a significant role. For example, it has been observed that the insulation resistance Riso increases with increasing hydrogen production rate and sometimes decreases rapidly when hydrogen production is stopped, for example due to a deliberate stop. Even after a deliberate stop of the electrolysis, the insulation resistance Riso can temporarily drop so low that it falls below a threshold value effective for insulation monitoring, which causes the power converter to be permanently blocked. For safety reasons, the power converter can then only be reconnected to the electrolyzer after testing and confirmation that the system is error-free, e.g. after acknowledging the error. The insulation resistance Riso only drops temporarily, especially when the electrolysis is deliberately stopped, before rising again. A subsequent check of the system with an acknowledgement of the error, which must usually be done in order to restart the system, is complex. The publication DE 10 2020 121 593 A1 discloses a device for electrolysis from photovoltaically generated direct current power with an electrolyzer and a direct current converter. The direct current converter is designed to supply the electrolyzer with direct current power generated by a photovoltaic sub-generator via a DC bus. The sub-generator is connected to the direct current converter via a first isolating switch, wherein closing the first isolating switch requires a successful test for sufficient insulation of the sub-generator. The sub-generator has a main string, wherein a second isolating switch is arranged between the main string and the first isolating switch, which is coupled to a monitoring of a fault current of the main string in such a way that if a predeterminable limit value of the fault current is exceeded, the second isolating switch is opened. A method for operating a device for electrolysis from photovoltaically generated direct current power is also disclosed.

Aufgabe der Erfindung task of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Versorgungseinheit für einen Elektrolyseur anzugeben, die die oben aufgeführten Nachteile beseitigt, zumindest jedoch reduziert. Es ist zudem Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Versorgungseinheit, sowie eine Elektrolyseanlage mit einer derartigen Versorgungseinheit aufzuzeigen. The invention is based on the object of specifying an improved method for operating a supply unit for an electrolyzer, which eliminates the disadvantages listed above, or at least reduces them. It is also the object of the invention to show a supply unit suitable for carrying out the method, as well as an electrolysis system with such a supply unit.

Lösung Solution

Die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Versorgungseinheit für einen Elektrolyseur aufzuzeigen, wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe, eine für das Verfahren geeignete Versorgungseinheit aufzuzeigen, wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 8 gelöst. Die Aufgabe, eine Elektrolyseanlage mit einer derartigen Versorgungseinheit aufzuzeigen, wird durch den Gegenstand des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 7 wiedergegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen der Versorgungseinheit sind in den Ansprüchen 9 bis 13 aufgeführt. Beschreibung The object of demonstrating an improved method for operating a supply unit for an electrolyzer is solved by the subject matter of independent patent claim 1. The object of demonstrating a supply unit suitable for the method is solved by the subject matter of independent claim 8. The object of demonstrating an electrolysis system with such a supply unit is solved by the subject matter of claim 14. Advantageous embodiments of the method are given in claims 2 to 7. Advantageous embodiments of the supply unit are listed in claims 9 to 13. Description

Ein Verfahren zum Betrieb einer Versorgungseinheit für einen Elektrolyseur weist die Schritte auf: A method for operating a supply unit for an electrolyzer comprises the steps:

Überwachung eines Isolationswiderstandes einer dem Elektrolyseur zugeordneten Reihenschaltung von Elektrolysezellen, wobei dann, wenn der Isolationswiderstand einen ersten Schwellwert in einem Zustand unterschreitet, bei dem ein Leistungswandler der Versorgungseinheit elektrisch mit dem Elektrolyseur verbunden ist, die elektrische Verbindung zwischen dem Leistungswandler der Versorgungseinheit und dem Elektrolyseur getrennt wird, um eine Leistungszufuhr in den Elektrolyseur zu verhindern, und die Versorgungseinheit in einen Fehlerzustand überführt wird, bei dem eine erneute Verbindung des Leistungswandlers der Versorgungseinheit und des Elektrolyseurs unterdrückt und erst nach Bestätigung eines fehlerfreien Zustandes wieder freigegeben wird, und wobei die Überführung der Versorgungseinheit in den Fehlerzustand verhindert wird, wenn der Isolationswiderstand den ersten Schwellwert in einem Zustand unterschreitet, bei dem der Leistungswandler der Versorgungseinheit elektrisch von dem Elektrolyseur getrennt ist. Monitoring an insulation resistance of a series connection of electrolysis cells assigned to the electrolyzer, wherein, if the insulation resistance falls below a first threshold value in a state in which a power converter of the supply unit is electrically connected to the electrolyzer, the electrical connection between the power converter of the supply unit and the electrolyzer is severed in order to prevent power from being supplied to the electrolyzer, and the supply unit is transferred to a fault state in which a renewed connection of the power converter of the supply unit and the electrolyzer is suppressed and only released again after confirmation of a fault-free state, and wherein the transfer of the supply unit to the fault state is prevented if the insulation resistance falls below the first threshold value in a state in which the power converter of the supply unit is electrically separated from the electrolyzer.

Dabei charakterisiert der Begriff „unterschreiten“ insbesondere den Akt der Grenzwertunterschreitung, also eine Änderung des Isolationswiderstand von einem Wert oberhalb oder in Höhe des ersten Schwellwertes hin zu einem Wert unmittelbar unterhalb des ersten Schwellwertes und nicht den gegebenenfalls länger andauernden Zustand, während dessen der Isolationswiderstand kleiner als der erste Schwellwert ist. Dementsprechend wird über das Merkmal, „wenn der Isolationswiderstand den ersten Schwellwert unterschreitet“ auch insbesondere derjenige Zeitpunkt charakterisiert, bei dem die Unterschreitung des ersten Schwellwertes erfolgt, und nicht diejenige Zeitdauer charakterisiert, während der der Isolationswiderstand kleiner als der erste Schwellwert ist. Daher ist auch das Merkmal „wenn der Isolationswiderstand den ersten Sch well wert in einem Zustand unterschreitet, bei dem der Leistungswandler der Versorgungseinheit elektrisch von dem Elektrolyseur getrennt ist“ so zu verstehen, dass zu dem Zeitpunkt, bei dem der Isolationswiderstand den ersten Schwellwert nach unten hin passiert, ein Zustand vorliegt, in dem der Leistungswandler von dem Elektrolyseur elektrisch getrennt, insbesondere galvanisch getrennt, ist. Konkret wird somit also die Überführung der Versorgungseinheit in den Fehlerzustand verhindert, wenn der Isolationswiderstand den ersten Schwellwert erst nach bereits erfolgter elektrischer Trennung, insbesondere galvanischer Trennung, des Leistungswandlers von dem Elektrolyseur nach unten hin durchläuft. Dabei kann es sein, dass zum Zeitpunkt der elektrischen Trennung der Versorgungseinheit von dem Elektrolyseur der Isolationswiderstand noch größer oder gleich dem ersten Schwellwert war. The term "fall below" particularly characterizes the act of falling below the limit value, i.e. a change in the insulation resistance from a value above or at the level of the first threshold value to a value immediately below the first threshold value, and not the possibly longer-lasting state during which the insulation resistance is less than the first threshold value. Accordingly, the feature "if the insulation resistance falls below the first threshold value" also particularly characterizes the point in time at which the first threshold value is fallen below, and not the period of time during which the insulation resistance is less than the first threshold value. Therefore, the feature "if the insulation resistance falls below the first threshold value in a state in which the power converter of the supply unit is electrically separated from the electrolyzer" is to be understood in such a way that at the point in time at which the insulation resistance passes the first threshold value downwards, a state exists in which the Power converter is electrically separated from the electrolyzer, in particular galvanically separated. In concrete terms, this prevents the supply unit from entering the fault state if the insulation resistance only passes through the first threshold value after the power converter has already been electrically separated, in particular galvanically separated, from the electrolyzer. It may be that at the time of the electrical separation of the supply unit from the electrolyzer, the insulation resistance was still greater than or equal to the first threshold value.

In entsprechender Weise ist das Merkmal „wenn der Isolationswiderstand einen ersten Sch well wert in einem Zustand unterschreitet, bei dem der Leistungswandler der Versorgungseinheit elektrisch mit dem Elektrolyseur verbunden ist' so zu verstehen, dass zu dem Zeitpunkt, bei dem der Isolationswiderstand den ersten Schwellwert nach unten hin passiert, ein Zustand vorliegt, in dem der Leistungswandler elektrisch mit dem Elektrolyseur verbunden, insbesondere galvanisch und niederimpedant verbunden, ist. In a corresponding manner, the feature "if the insulation resistance falls below a first threshold value in a state in which the power converter of the supply unit is electrically connected to the electrolyzer" is to be understood as meaning that at the time at which the insulation resistance passes the first threshold value downwards, a state exists in which the power converter is electrically connected to the electrolyzer, in particular galvanically and low-impedance connected.

Eine Versorgungseinheit zur elektrischen Versorgung eines Elektrolyseurs weist auf: einen Eingang zum Anschluss eines Netzes, insbesondere eines elektrischen Versorgungsnetzes, einen Ausgang zum Anschluss des Elektrolyseurs, einen Leistungswandler, der über eine Trenneinheit mit dem Ausgang verbindbar ist und zur Wandlung einer über den Eingang fließenden Leistung in eine über den Ausgang fließende Leistung ausgelegt ist, und eine Steuerungseinheit zur Steuerung der Versorgungseinheit, insbesondere des Leistungswandlers und der Trenneinheit, wobei die Versorgungseinheit eine Messeinrichtung zur Ermittlung eines Isolationswiderstandes einer dem Elektrolyseur zugeordneten Reihenschaltung von Elektrolysezellen umfasst oder mit dieser verbindbar ist, wobei die Steuerungseinheit ausgelegt ist, die Versorgungseinheit in einem mit dem Elektrolyseur verbundenen Zustand gemäß dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche zu betreiben. Durch das Verfahren und die Versorgungseinheit lässt sich erreichen, dass der Leistungswandier der Versorgungseinheit nach einer Trennung von dem Elektrolyseur wieder ohne manuelle Freigabe mit dem Elektrolyseur verbunden werden kann, wenn der Isolationswiderstand des Elektrolyseurs erst aufgrund der elektrischen Trennung des Leistungswandlers von dem Elektrolyseur und einem damit verbundenen Anhalten oder Beenden des Elektrolyseprozesses unter den ersten Schwellwert abgesunken ist. Die Ursache des Absinkens des Isolationswiderstandes kann durch das Verfahren und die Versorgungseinheit festgestellt werden und die Überführung der Versorgungseinheit in den Fehlerzustand kann vermieden werden, wenn der Isolationswiderstand erst zu einem Zeitpunkt unterschritten wird, bei dem der Leistungswandler bereits von dem Elektrolyseur getrennt ist. Die Abhängigkeit des Isolationswiderstandes vom Betriebspunkt des Elektrolyseurs und/oder der Versorgungseinheit kann somit bei der Überführung der Versorgungseinheit in den Fehlerzustand berücksichtigt werden. Insbesondere kann berücksichtigt werden, dass der Isolationswiderstand auch ohne tatsächlich vorliegenden Fehler, insbesondere einem tatsächlich vorliegenden Erdfehler und insbesondere temporär unter den ersten Schwellwert fallen kann, wenn die Versorgungseinheit sich bereits in einem Zustand befindet, in dem sie von dem Elektrolyseur getrennt ist. Zugleich kann die Betriebssicherheit weiterhin gewährleistet werden, da die Versorgungseinheit bei Abfallen des Isolationswiderstandes unter den ersten Schwellwert in anderen Betriebszuständen, beispielsweise dem normalen Betriebszustand bei elektrischer Verbindung zwischen dem Leistungswandler der Versorgungseinheit und dem Elektrolyseur, sowie bei laufendem Elektrolyseprozess weiterhin in den Fehlerzustand überführt wird. A supply unit for the electrical supply of an electrolyzer has: an input for connecting a network, in particular an electrical supply network, an output for connecting the electrolyzer, a power converter which can be connected to the output via a separation unit and is designed to convert a power flowing via the input into a power flowing via the output, and a control unit for controlling the supply unit, in particular the power converter and the separation unit, wherein the supply unit comprises or can be connected to a measuring device for determining an insulation resistance of a series connection of electrolysis cells assigned to the electrolyzer, wherein the control unit is designed to operate the supply unit in a state connected to the electrolyzer according to the method according to one of the preceding claims. The method and the supply unit make it possible to ensure that the power converter of the supply unit can be reconnected to the electrolyzer without manual release after being disconnected from the electrolyzer if the insulation resistance of the electrolyzer has only fallen below the first threshold value due to the electrical separation of the power converter from the electrolyzer and the associated stopping or termination of the electrolysis process. The cause of the drop in insulation resistance can be determined by the method and the supply unit, and the supply unit can be prevented from entering the fault state if the insulation resistance is only undercut at a time when the power converter is already disconnected from the electrolyzer. The dependence of the insulation resistance on the operating point of the electrolyzer and/or the supply unit can thus be taken into account when the supply unit enters the fault state. In particular, it can be taken into account that the insulation resistance can fall below the first threshold value even without an actual fault, in particular an actual earth fault, and in particular temporarily, if the supply unit is already in a state in which it is separated from the electrolyzer. At the same time, operational reliability can continue to be guaranteed because the supply unit continues to be transferred to the fault state if the insulation resistance falls below the first threshold value in other operating states, for example the normal operating state with an electrical connection between the power converter of the supply unit and the electrolyzer, and when the electrolysis process is ongoing.

Die Elektrolyseanlage weist den Elektrolyseur und die Versorgungseinheit auf. The electrolysis plant has the electrolyzer and the supply unit.

Die Bestätigung eines fehlerfreien Zustandes kann z. B. durch Betätigen einer Bestätigungseinheit der Versorgungseinheit erfolgen. Confirmation of an error-free state can be done, for example, by activating a confirmation unit on the supply unit.

Die Versorgungseinheit des Elektrolyseurs kann den Elektrolyseur aus einem elektrischen Versorgungsnetz mit elektrischer DC-Leistung (DC engl. direct current: Gleichstrom/Gleichspannung) versorgen. Dabei kann das elektrische Versorgungsnetz ein DC-Netz oder ein AC-Netz aufweisen (AC engl. alternating current: Wechselstrom/Wechselspannung). Die Versorgungseinheit kann hierfür auf ihrer Ausgangsseite einen DC-Kreis aufweisen. Insbesondere kann der DC-Kreis durch den Ausgang der Versorgungseinheit und dessen Verbindung mit dem Elektrolyseur und den Elektrolyseur ausgebildet werden. Der Isolationswiderstand des Elektrolyseurs kann damit dem Isolationswiderstand des DC-Kreises entsprechen, der durch die elektrische Verbindung der Ausgangsseite der Versorgungseinheit und des Elektrolyseurs ausgebildet wird. Der Isolationswiderstand bezeichnet den elektrischen Widerstand des DC-Kreises gegen Erdpotential. Für eine Elektrolyseanlage wird ein hoher Isolationswiderstand angestrebt, der einer möglichst guten elektrischen Isolation des Elektrolyseurs und damit des DC-Kreises gegen Erdpotential entspricht. The supply unit of the electrolyzer can supply the electrolyzer with electrical DC power (DC direct current) from an electrical supply network. The electrical supply network can have a DC network or an AC network (AC alternating current). The supply unit can have a DC circuit on its output side for this purpose. In particular, the DC circuit can through the output of the supply unit and its connection to the electrolyzer and the electrolyzer. The insulation resistance of the electrolyzer can therefore correspond to the insulation resistance of the DC circuit, which is formed by the electrical connection of the output side of the supply unit and the electrolyzer. The insulation resistance refers to the electrical resistance of the DC circuit to earth potential. For an electrolysis system, a high insulation resistance is aimed for, which corresponds to the best possible electrical insulation of the electrolyzer and thus of the DC circuit to earth potential.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen angegeben, deren Merkmale einzeln und in beliebiger Kombination miteinander angewendet werden können. Advantageous embodiments are specified in the following description and the subclaims, the features of which can be used individually and in any combination with one another.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Überführung der Versorgungseinheit in den Fehlerzustand verhindert, wenn ein in dem Elektrolyseur ablaufender Elektrolyseprozess bewusst und nicht fehlerbedingt durch Trennung des Elektrolyseurs von dem Leistungswandler der Versorgungseinheit beendet wird. Hierdurch kann das Verfahren weiter verbessert werden, da nur diejenigen Trennungen des Elektrolyseurs von dem Leistungswandler der Versorgungseinheit die Einnahme des Fehlerzustandes verhindern, die durch bewusste Einwirkung, z. B. eines Bedieners, vorgenommen wurden. Fehlerbedingte Trennungen führen in dieser Ausführungsform dann weiterhin zur Einnahme des Fehlerzustandes und/oder Überführung der Versorgungseinheit in den Fehlerzustand. In one embodiment of the method, the transfer of the supply unit into the fault state is prevented if an electrolysis process taking place in the electrolyzer is intentionally and not due to a fault ended by separating the electrolyzer from the power converter of the supply unit. This can further improve the method, since only those separations of the electrolyzer from the power converter of the supply unit that were carried out by deliberate action, e.g. by an operator, prevent the fault state from being entered. In this embodiment, fault-related separations then continue to lead to the fault state being entered and/or the supply unit being transferred into the fault state.

In Ausführungsformen des Verfahrens löst das bewusste und nicht fehlerbedingte Beenden des Elektrolyseprozesses den Ablauf einer vordefinierbaren Zeitdauer aus. Dabei kann die Einnahme des Fehlerzustandes durch die Versorgungseinheit oder die Überführung der Versorgungseinheit in den Fehlerzustand lediglich innerhalb der vordefinierbaren Zeitdauer verhindert werden. Nach Ablauf der vordefinierbaren Zeitdauer kann dann der Fehlerzustand eingenommen werden. Die Einnahme des Fehlerzustandes nach Ablauf der vordefinierbaren Zeitdauer kann dann automatisch erfolgen oder von zusätzlichen Bedingungen abhängen. In embodiments of the method, the deliberate and non-error-related termination of the electrolysis process triggers the expiration of a predefined period of time. The assumption of the error state by the supply unit or the transfer of the supply unit to the error state can only be prevented within the predefined period of time. After the expiration of the predefined period of time, the error state can then be assumed. The assumption of the error state after the expiration of the predefined period of time can then take place automatically or depend on additional conditions.

In dieser Ausführungsform kann z. B. ermöglicht werden, ein nur kurzfristiges, also temporäres Absinken des Insolationswiderstandes zu überbrücken, ohne dass die Versorgungseinheit den Fehlerzustand einnimmt oder in diesen überführt wird. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Versorgungseinheit in den Fehlerzustand überführt, wenn nach Ablauf der Zeitdauer der Isolationswiderstand einen zweiten Schwellwert unterschreitet. Die Einnahme des Fehlerzustandes durch die Versorgungseinheit unterbleibt dabei, wenn der Isolationswiderstand nach Ablauf der Zeitdauer gleich groß oder größer als der zweite Schwellwert ist. Der zweite Schwellwert kann dabei identisch mit dem ersten Schwellwert sein oder unterschiedlich von dem ersten Schwellwert sein. Der zweite Schwellwert kann also gleich groß, größer oder kleiner als der erste Schwellwert sein. Durch diese Ausführungsform lässt sich die Einnahme des Fehlerzustandes noch genauer steuern. Insbesondere lässt sich berücksichtigen, dass bei einem bewusst herbeigeführten und nicht fehlerbedingten Anhalten des Elektrolyseprozesses der Isolationswiderstand lediglich kurzzeitig absinkt, um danach wieder anzusteigen. In this embodiment, it is possible, for example, to bridge a short-term, i.e. temporary, drop in the insulation resistance without the supply unit assuming the fault state or being transferred to it. In one embodiment of the method, the supply unit is transferred to the fault state if, after the time period has elapsed, the insulation resistance falls below a second threshold value. The supply unit does not enter the fault state if, after the time period has elapsed, the insulation resistance is equal to or greater than the second threshold value. The second threshold value can be identical to the first threshold value or different from the first threshold value. The second threshold value can therefore be equal to, greater than, or smaller than the first threshold value. This embodiment allows the entry into the fault state to be controlled even more precisely. In particular, it can be taken into account that if the electrolysis process is deliberately stopped and not due to a fault, the insulation resistance only drops briefly and then increases again.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein von der Versorgungseinheit eingenommener Fehlerzustand durch eine Kommunikationseinheit kommuniziert und/oder mittels einer Signaleinrichtung visuell und/oder über ein Tonsignal signalisiert. In Ausführungsformen weist die Versorgungseinheit hierfür eine Signaleinrichtung zur Signalisierung des Fehlerzustandes und/oder eine Kommunikationseinheit zur Kommunikation des Fehlerzustandes auf. Hierdurch kann ermöglicht werden, dass auch von außerhalb der Versorgungseinheit deren Zustand - d.h. deren Fehlerzustand oder deren fehlerfreier Zustand - erkennbar sind. Die Kommunikationseinheit kann zur drahtgebunden und/oder drahtlosen Kommunikation ausgebildet sein, insbesondere auch über das Internet. In one embodiment of the method, an error state assumed by the supply unit is communicated by a communication unit and/or signaled visually and/or via an audio signal using a signaling device. In embodiments, the supply unit has a signaling device for signaling the error state and/or a communication unit for communicating the error state. This makes it possible for the state of the supply unit - i.e. its error state or its error-free state - to be recognizable from outside the supply unit. The communication unit can be designed for wired and/or wireless communication, in particular also via the Internet.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist ein dritter Schwellwert vorgesehen, welcher kleiner als der erste Schwellwert ist. Dabei wird die Versorgungseinheit in den Fehlerzustand überführt, wenn der Isolationswiderstand zusätzlich zu dem ersten Schwellwert auch den dritten Schwellwert unterschreitet, auch wenn der Leistungswandler der Versorgungseinheit und der Elektrolyseur in dem elektrisch getrennten Zustand vorliegen. Durch diese Ausführungsform kann berücksichtigt werden, dass ein Fehlerzustand auch dann vorliegen oder eintreten kann, auch wenn Elektrolyseur und Versorgungseinheit getrennt sind. In diesem Fall sinkt der Isolationswiderstand jedoch unter den dritten Schwellwert ab, wenn ein tatsächlicher Fehler, insbesondere ein tatsächlicher Erdfehler in dem Elektrolyseur vorliegt. Durch das Verfahren wird in einem elektrisch verbundenen Zustand zwischen dem Leistungswandler der Versorgungseinheit und dem Elektrolyseur der erste Schwellwert überwacht. Durch das Verfahren wird in einem elektrisch getrennten Zustand zwischen dem Leistungswandler der Versorgungseinheit und dem Elektrolyseur der zweite Schwellwert nach Ablauf der Zeitdauer überwacht. Durch das Verfahren wird in einem elektrisch getrennten Zustand zwischen dem Leistungswandler der Versorgungseinheit und dem Elektrolyseur der dritte Schwellwert überwacht. Der dritte Schwellwert ist also bevorzugt so gewählt, dass er ebenfalls niedriger als der zweite Schwellwert ist. In one embodiment of the method, a third threshold value is provided which is smaller than the first threshold value. The supply unit is transferred to the fault state if the insulation resistance falls below the third threshold value in addition to the first threshold value, even if the power converter of the supply unit and the electrolyzer are in the electrically separated state. This embodiment makes it possible to take into account that a fault state can also exist or occur even if the electrolyzer and supply unit are separated. In this case, however, the insulation resistance drops below the third threshold value if there is an actual fault, in particular an actual ground fault, in the electrolyzer. The method monitors the first threshold value in an electrically connected state between the power converter of the supply unit and the electrolyzer. The method monitors the second threshold value after the time period has elapsed in an electrically separated state between the power converter of the supply unit and the electrolyzer. The method monitors the third threshold value in an electrically separated state between the power converter of the supply unit and the electrolyzer. The third threshold value is therefore preferably selected so that it is also lower than the second threshold value.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist der erste Schwellwert so gewählt, dass bei einer DC-Spannung, die bei einer Nominalleistung des Elektrolyseurs zwischen dessen DC-Leitungen anliegt, ein Strom, der von den DC-Leitungen über einen Isolationswiderstand in Höhe des ersten Schwellwertes gegen Erdpotential fließt, einen Wert von 600 mA nicht überschreitet. Die DC-Leitungen sind dabei an den beiden DC-Eingängen des Elektrolyseurs angeschlossen. Über die DC-Eingänge wird der Elektrolyseur mit elektrischer Gleichleistung aus der Versorgungseinheit versorgt. Die DC-Leitungen sind an den Ausgang der Versorgungseinheit angeschlossen. In one embodiment of the method, the first threshold value is selected such that, for a DC voltage that is present between the electrolyzer's DC lines at a nominal power of the electrolyzer, a current that flows from the DC lines to earth potential via an insulation resistance at the level of the first threshold value does not exceed a value of 600 mA. The DC lines are connected to the two DC inputs of the electrolyzer. The electrolyzer is supplied with direct electrical power from the supply unit via the DC inputs. The DC lines are connected to the output of the supply unit.

In einer Ausführungsform der Versorgungseinheit ist deren Eingang zum Anschluss eines DC-Netzes als elektrisches Versorgungsnetz ausgelegt und der Leistungswandler weist einen DC/DC-Wandler auf. In einerweiteren Ausführungsform der Versorgungseinheit ist deren Eingang zum Anschluss eines AC-Netzes als elektrisches Versorgungsnetz ausgelegt und der Leistungswandler weist einen AC/DC-Wandler auf. Je nach Ausführung der Versorgungseinheit kann der Elektrolyseur also aus einem DC-Netz oder aus einem AC-Netz mit elektrischer Gleichleistung versorgt werden. In Ausführungsformen kann die Versorgungseinheit auch so ausgelegt sein, dass Sie beides ermöglicht: Eine Versorgung des Elektrolyseurs aus einem DC-Netz und/oder eine Versorgung des Elektrolyseurs aus einem AC-Netz. In one embodiment of the supply unit, its input for connecting a DC network is designed as an electrical supply network and the power converter has a DC/DC converter. In another embodiment of the supply unit, its input for connecting an AC network is designed as an electrical supply network and the power converter has an AC/DC converter. Depending on the design of the supply unit, the electrolyzer can therefore be supplied with direct electrical power from a DC network or from an AC network. In embodiments, the supply unit can also be designed in such a way that it enables both: supplying the electrolyzer from a DC network and/or supplying the electrolyzer from an AC network.

In einer Ausführungsform weist die Versorgungseinheit eine Bestätigungseinheit auf. Durch Betätigen der Bestätigungseinheit kann ein fehlerfreier Zustand der Versorgungseinheit und/oder einer die Versorgungseinheit umfassenden Elektrolyseanlage, insbesondere deren DC-Kreis bestätigt werden, der durch den Ausgang der Versorgungseinheit, den Elektrolyseur und die DC-Leitungen ausgebildet wird. Mit der Betätigungseinheit kann Wartungspersonal auch die Beseitigung eines zuvor gemeldeten Fehlers, insbesondere die Beseitigung eines zuvor gemeldeten Erdfehlers in der Elektrolyseanlage quittieren. Die Bestätigungseinheit kann auch dazu dienen, einen fehlerfreien Zustand der Elektrolyseanlage zu bestätigen. In one embodiment, the supply unit has a confirmation unit. By actuating the confirmation unit, a fault-free state of the supply unit and/or of an electrolysis system comprising the supply unit, in particular its DC circuit, which is formed by the output of the supply unit, the electrolyzer and the DC lines, can be confirmed. The actuation unit can also be used by maintenance personnel to confirm the elimination of a previously reported fault, in particular the elimination of a previously reported earth fault in the electrolysis system. The confirmation unit can also be used to confirm that the electrolysis system is in a fault-free state.

In einer Ausführungsform der Versorgungseinheit ist die Messeinrichtung zur Lokalisierung eines Erdfehlers innerhalb der Reihenschaltung von Elektrolysezellen ausgelegt. Die Messeinrichtung weist hierfür einen oder mehrere Spannungssensoren auf. Die Messeinrichtung erkennt dabei einen Erdfehler, wenn erkannt wird, dass der Isolationswiderstand unter einem vorgebbaren Erdfehlerschwellwert liegt. Ein Erdfehler entspricht dabei einem sehr kleinen oder zu kleinen Isolationswiderstand. In one embodiment of the supply unit, the measuring device is designed to locate an earth fault within the series connection of electrolysis cells. The measuring device has one or more voltage sensors for this purpose. The measuring device detects an earth fault when it detects that the insulation resistance is below a predeterminable earth fault threshold value. An earth fault corresponds to a very small or too small insulation resistance.

Kurzbeschreibung der Figuren Short description of the characters

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele dieser Anmeldung anhand von Figuren weiter erläutert und beschrieben. Es zeigen In the following, embodiments of this application are further explained and described using figures. They show

Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform einer Elektrolyseanlage; Fig. 1 schematically shows an embodiment of an electrolysis plant;

Fig. 2 schematisch eine weitere Ausführungsform der Elektrolyseanlage; Fig. 2 schematically shows another embodiment of the electrolysis plant;

Fig. 3 schematisch eine Ausführungsform eines Teils einer Messeinrichtung Fig. 3 schematically shows an embodiment of a part of a measuring device

Fig. 4 schematisch ein Verfahren zum Betrieb einer Versorgungseinrichtung für einen Elektrolyseur. Fig. 4 schematically shows a method for operating a supply device for an electrolyzer.

Es werden in den Figuren die gleichen Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Elemente verwendet. Darstellungen in den Figuren können nicht maßstäblich sein. The same reference symbols are used in the figures for identical or similar elements. Representations in the figures may not be to scale.

Figurenbeschreibung character description

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Elektrolyseanlage 100 dargestellt. Die Elektrolyseanlage 100 weist einen Elektrolyseur 10 und eine Versorgungseinheit 20 auf. Der Elektrolyseur 10 weist eine Vielzahl von in Reihe miteinander verschalteten Elektrolysezellen 11 auf. Innerhalb der Reihenschaltung aller Elektrolysezellen 11 sind jeweils Reihenschaltungen mit einer kleineren Anzahl von Elektrolysezellen 11 zu einem sogenannten Elektrolysestack 12 zusammengefasst, wobei die mehreren Elektrolysestacks 12 wiederum über DC-Leitungen 2c miteinander in Reihe geschaltet sind. Die Elektrolysezellen 11 und/oder die Elektrolysestacks 12 sind üblicherweise von naheliegenden Gehäusebauteilen umgeben, die beispielsweise aus Schutzgründen geerdet, also mit Erdpotential PE verbunden sind. Fig. 1 shows an embodiment of an electrolysis system 100. The electrolysis system 100 has an electrolyzer 10 and a supply unit 20. The electrolyzer 10 has a plurality of electrolysis cells 11 connected in series. Within the series connection of all electrolysis cells 11, series connections with a smaller number of electrolysis cells 11 are combined to form a so-called electrolysis stack 12, wherein the plurality of electrolysis stacks 12 are in turn connected in series with one another via DC lines 2c. The electrolysis cells 11 and/or the electrolysis stacks 12 are usually surrounded by nearby housing components which are earthed, for example for protection reasons, i.e. connected to earth potential PE.

Die Reihenschaltung der Elektrolysestacks 12 weist zwei außenliegende Elektrolysestacks 12 und mehrere innenliegende Elektrolysestacks 12 auf. Dabei ist der positive Pol eines der beiden außenliegenden Elektrolysestacks 12 über eine positive DC-Leitung 2a mit dem positiven Pol am Ausgang 21 der Versorgungseinheit 20 verbunden. Der negative Pol eines anderen der beiden außenliegenden Elektrolysestacks 12 ist über eine negative DC-Leitung 2b mit dem negativen Pol am Ausgang 21 der Versorgungseinheit 20 verbunden. Die Versorgungseinheit 20 weist eine Trenneinheit 24 und einen Leistungswandler 25 auf. Die Trenneinheit 24 ist ausgelegt und eingerichtet, den Elektrolyseur 10 mit dem Leistungswandler 25 zu verbinden und den Elektrolyseur 10 von dem Leistungswandler 25 zu trennen. The series connection of the electrolysis stacks 12 has two external electrolysis stacks 12 and several internal electrolysis stacks 12. The positive pole of one of the two external electrolysis stacks 12 is connected via a positive DC line 2a to the positive pole at the output 21 of the supply unit 20. The negative pole of another of the two external electrolysis stacks 12 is connected via a negative DC line 2b to the negative pole at the output 21 of the supply unit 20. The supply unit 20 has a separation unit 24 and a power converter 25. The separation unit 24 is designed and configured to connect the electrolyzer 10 to the power converter 25 and to separate the electrolyzer 10 from the power converter 25.

Der Leistungswandler 25 wandelt von einem Netz 30 zur Verfügung gestellte elektrische Leistung in elektrische Gleichleistung. Über den Leistungswandler 25 wird der Elektrolyseur 10 mit elektrischer Leistung für den Elektrolysevorgang versorgt. Bei dem Elektrolyseur 10 handelt es sich zum Beispiel um einen Wasserstoff- Elektrolyseur. The power converter 25 converts electrical power provided by a network 30 into direct electrical power. The electrolyzer 10 is supplied with electrical power for the electrolysis process via the power converter 25. The electrolyzer 10 is, for example, a hydrogen electrolyzer.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Netz 30 als AC-Netz 30a ausgebildet. Der Leistungswandler 25 ist als AC/DC-Wandler 25a ausgebildet, der elektrische AC-Leistung aus dem AC-Netz 30a in elektrische DC-Leistung für den Elektrolyseur 10 wandelt. In the embodiment shown in Fig. 1, the network 30 is designed as an AC network 30a. The power converter 25 is designed as an AC/DC converter 25a, which converts electrical AC power from the AC network 30a into electrical DC power for the electrolyzer 10.

Die Versorgungseinheit 20 weist weiter eine Steuerungseinheit 27 auf, welche insbesondere den Leistungswandler 25 und die Trenneinheit 24 ansteuert. Die Ansteuerung des Leistungswandlers 25 umfasst zum Beispiel die Ansteuerung von Halbleiterschaltern einer Wechselrichterbrücke des AC/DC-Wandlers 25a. Die Ansteuerung der Trenneinheit 24 umfasst zum Beispiel ein Öffnen und Schließen von Trennschaltern der Trenneinheit 24, um den Leistungswandler 25 mit dem Elektrolyseur 10 zu verbinden oder von dem Elektrolyseur 10 zu trennen. The supply unit 20 further comprises a control unit 27, which in particular controls the power converter 25 and the separation unit 24. The control of the power converter 25 comprises, for example, the control of semiconductor switches of an inverter bridge of the AC/DC converter 25a. The control of the separation unit 24 comprises, for example, opening and closing separation switches of the separation unit 24 in order to connect the power converter 25 to the electrolyzer 10 or to separate it from the electrolyzer 10.

Die positive DC-Leitung 2a weist einen positiven Teil-Isolationswiderstand RP gegenüber Erdpotential PE auf. Die negative DC-Leitung 2a weist einen negativen Teil-Isolationswiderstand Rn gegenüber Erdpotential PE auf. Auch die DC- Verbindungsleitungen 2c zwischen zwei benachbarten Elektrolysestacks 12 können einen jeweiligen Teil-Isolationswiderstand gegenüber Erdpotential PE aufweisen (in Fig. 1 nicht explizit dargestellt). Der gesamte Isolationswiderstand Riso des DC- Kreises, der durch den Elektrolyseur 10, die DC-Leitungen 2a, 2b, die DC- Verbindungsleitungen 2c und den Ausgang 21 der Versorgungseinheit 20 ausgebildet wird, also der Isolationswiderstand Riso der dem Elektrolyseur 10 zugeordneten Reihenschaltung der Elektrolysezellen 11 , ergibt sich als Parallelschaltung aller Teil- Isolationswiderstände RP, Rn. Sowohl die positive DC-Leitung 2a als auch die negative DC-Leitung 2b können optional eine jeweilige Sicherung 51 aufweisen, welche z. B. im Fehlerfall bei zu hohen Strömen auslöst. Auch die DC-Verbindungsleitungen 2c zwischen den einzelnen Elektrolysestacks 12 können optional eine jeweilige Sicherung 52 aufweisen, welche z. B. im Fehlerfall bei zu hohen Strömen auslöst. Um zu kennzeichnen, dass es sich bei den Sicherungen 51 , 52 jeweils um optionale Bauteile handelt, sind die Sicherungen 51 , 52 in Fig. 1 gestrichelt dargestellt. The positive DC line 2a has a positive partial insulation resistance R P with respect to earth potential PE. The negative DC line 2a has a negative partial insulation resistance R n with respect to earth potential PE. The DC Connecting lines 2c between two adjacent electrolysis stacks 12 can have a respective partial insulation resistance with respect to ground potential PE (not explicitly shown in Fig. 1). The total insulation resistance Riso of the DC circuit, which is formed by the electrolyzer 10, the DC lines 2a, 2b, the DC connecting lines 2c and the output 21 of the supply unit 20, in other words the insulation resistance Riso of the series connection of the electrolysis cells 11 assigned to the electrolyzer 10, results from a parallel connection of all partial insulation resistances R P , R n . Both the positive DC line 2a and the negative DC line 2b can optionally have a respective fuse 51, which triggers, for example, in the event of a fault when the current is too high. The DC connecting lines 2c between the individual electrolysis stacks 12 can also optionally have a respective fuse 52, which triggers, for example. B. in the event of a fault, it is triggered by excessive currents. To indicate that the fuses 51, 52 are optional components, the fuses 51, 52 are shown in dashed lines in Fig. 1.

Über eine Messeinrichtung 40 können der positive Teil-Isolationswiderstand RP, der negative Teil-Isolationswiderstand Rn erfasst und daraus der gesamte Isolationswiderstand Riso des DC-Kreises ermittelt werden. Weiterhin können über die Messeinrichtung 40 die Erdspannungen U1 , U2, U3, U4, also die Spannungen gegenüber Erdpotential PE, die an den einzelnen DC-Verbindungsleitungen 2c zwischen den Elektrolysestacks 12 anliegen, erfasst werden. Mittels der Messeinrichtung 40 kann so einerseits ein Erdfehler 60 in einem der Elektrolysestacks 12 erkannt werden, der dadurch indiziert wird, dass der Isolationswiderstand Riso des DC-Kreises einen oder mehrere vordefinierte Schwellwerte unterschreitet. Über die Erdspannungen U1 , U2, U3, U4 kann mittels der Messeinrichtung 40 auch der Ort des Erdfehlers 60 lokalisiert, zumindest jedoch näherungsweise lokalisiert werden. Ein tatsächlich vorhandener Erdfehler 60 teilt nämlich die gesamte Reihenschaltung der Elektrolysestacks 12 in zwei Teilstrings 13a, 13b auf. Dabei weisen die DC- Verbindungsleitungen 2c eines Teilstrings 13a vorwiegend positive Erdspannungen U1 , U2 auf, während die DC-Verbindungsleitungen 2c des anderen Teilstrings 13b vorwiegend negative Erdspannungen U3, U4 aufweisen. The positive partial insulation resistance R P and the negative partial insulation resistance R n can be recorded using a measuring device 40, and the total insulation resistance Riso of the DC circuit can be determined from this. The measuring device 40 can also be used to record the earth voltages U1, U2, U3, U4, i.e. the voltages relative to earth potential PE that are present on the individual DC connecting lines 2c between the electrolysis stacks 12. The measuring device 40 can thus be used to detect an earth fault 60 in one of the electrolysis stacks 12, which is indicated by the insulation resistance Riso of the DC circuit falling below one or more predefined threshold values. The location of the earth fault 60 can also be localized, or at least approximately localized, using the earth voltages U1, U2, U3, U4, using the measuring device 40. An actual earth fault 60 divides the entire series connection of the electrolysis stacks 12 into two substrings 13a, 13b. The DC connecting lines 2c of one substring 13a have predominantly positive earth voltages U1, U2, while the DC connecting lines 2c of the other substring 13b have predominantly negative earth voltages U3, U4.

Bei der Ausführungsform der Elektrolyseanlage 100 in Fig. 1 weist die Versorgungseinheit 20 die Messeinrichtung 40 zur Ermittlung des Isolationswiderstandes Riso des Elektrolyseurs 10 bzw. der Reihenschaltung seiner Elektrolysezellen 11 auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Messeinrichtung 40 mit dem Elektrolyseur 10 verbindbar sein, um den Isolationswiderstand Riso des Elektrolyseurs 10 bzw. der Reihenschaltung seiner Elektrolysezellen 11 zu ermitteln. Die Messeinrichtung 40 kann dabei den Isolationswiderstand Riso unter Verwendung des positiven Teil-Isolationswiderstandes RP, des negativen Teil- Isolationswiderstandes Rn sowie von Erdspannungen U1 , U2, U3, U3 der DC- Verbindungsleitungen 2c zwischen den Elektrolysestacks 12 ermitteln. Mittels der Messeinrichtung 40 kann z. B. ein Erdfehler 60 in dem Elektrolysestack 12 erkannt werden, welcher die Reihenschaltung der Elektrolysezellen 11 in zwei Teilstrings 13a, 13b teilen würde. Über die Erdspannungen U1 , U2, U3, U4 kann mittels der Messeinrichtung 40 auch der Ort des Erdfehlers 60 innerhalb der Reihenschaltung der Elektrolysezellen ermittelt werden, zumindest jedoch näherungsweise ermittelt werden. In the embodiment of the electrolysis system 100 in Fig. 1, the supply unit 20 has the measuring device 40 for determining the insulation resistance Riso of the electrolyzer 10 or the series connection of its Electrolysis cells 11. Alternatively or additionally, the measuring device 40 can be connected to the electrolyzer 10 in order to determine the insulation resistance Riso of the electrolyzer 10 or the series connection of its electrolysis cells 11. The measuring device 40 can determine the insulation resistance Riso using the positive partial insulation resistance R P , the negative partial insulation resistance R n and ground voltages U1 , U2 , U3 , U3 of the DC connecting lines 2c between the electrolysis stacks 12. By means of the measuring device 40, for example, a ground fault 60 in the electrolysis stack 12 can be detected, which would divide the series connection of the electrolysis cells 11 into two substrings 13a, 13b. The location of the earth fault 60 within the series connection of the electrolysis cells can also be determined, or at least approximately determined, via the earth voltages U1, U2, U3, U4 by means of the measuring device 40.

Das Netz 30 ist an einen Eingang 22 der Versorgungseinheit 20 angeschlossen. Der Elektrolyseur 10 ist an den Ausgang 21 der Versorgungseinheit 20 angeschlossen. Der Eingang 22 ist zum Anschluss des AC-Netzes 30a ausgelegt. Die Versorgungseinheit 20 weist weiter eine Signaleinrichtung zur Signalisierung eines Fehlerzustandes und/oder eine Kommunikationseinheit 28 zur Kommunikation eines Fehlerzustandes der Versorgungseinheit 20 und/oder des Elektrolyseurs 10 und/oder der Elektrolyseanlage 100 auf. Dabei kann der Fehlerzustand beispielsweise durch einen Erdfehler 60 ausgelöst werden. Die Versorgungseinheit 20 weist weiter eine Bestätigungseinheit 29 zur Bestätigung eines fehlerfreien Zustandes der Versorgungseinheit 20 und/oder des Elektrolyseurs 10 und/oder der Elektrolyseanlage 100 auf. The network 30 is connected to an input 22 of the supply unit 20. The electrolyzer 10 is connected to the output 21 of the supply unit 20. The input 22 is designed to connect the AC network 30a. The supply unit 20 also has a signaling device for signaling a fault state and/or a communication unit 28 for communicating a fault state of the supply unit 20 and/or the electrolyzer 10 and/or the electrolysis system 100. The fault state can be triggered, for example, by a ground fault 60. The supply unit 20 also has a confirmation unit 29 for confirming a fault-free state of the supply unit 20 and/or the electrolyzer 10 and/or the electrolysis system 100.

Die Steuerungseinheit 27 ist ausgelegt, die Versorgungseinheit 20 in einem mit dem Elektrolyseur 10 verbundenen Zustand zu betreiben. Dabei erfolgt die Verbindung des Leistungswandlers 25 der Versorgungseinheit 20 mit dem Elektrolyseur 10 über die Trenneinheit 24. Die Steuereinheit 27 ist ausgelegt, über eine Steuerung von Halbleiterschaltern des Leistungswandlers 25 eine über den Ausgang 21 der Versorgungseinheit 20 in Richtung des Elektrolyseurs fließende DC-Leistung einzustellen. Sie ist zudem zur Steuerung der Trenneinheit 24 der Versorgungseinheit 20 ausgelegt, um den Leistungswandler 25 der Versorgungseinheit 20 mit dem Elektrolyseur 10 elektrisch zu verbinden und/oder elektrisch voneinander zu trennen. Die Versorgungseinheit 20 wird dabei so betrieben, dass der Isolationswiderstand Riso des Elektrolyseurs 10 bzw. der Reihenschaltung seiner Elektrolysezellen 11 überwacht wird. Wenn der Isolationswiderstand Riso bei geschlossener Trenneinheit 24, also bei bestehender elektrischer Verbindung des Leistungswandlers 25 mit dem Elektrolyseur 10, einen ersten Schwellwert RTH unterschreitet werden die Trennschalter der Trenneinheit 24 geöffnet und die elektrische Verbindung zwischen dem Leistungswandler 25 der Versorgungseinheit 20 und dem Elektrolyseur 10 wird getrennt. Dies kann beispielsweise dann auftreten, wenn bei laufendem Elektrolyseprozess ein Erdfehler 60 in dem Elektrolyseur auftritt. Durch das Öffnen der T renneinheit 24 wird die weitere Leistungszufuhr von der Versorgungseinheit 20 in den Elektrolyseur 10 sicher verhindert. The control unit 27 is designed to operate the supply unit 20 in a state connected to the electrolyzer 10. The power converter 25 of the supply unit 20 is connected to the electrolyzer 10 via the separation unit 24. The control unit 27 is designed to set a DC power flowing via the output 21 of the supply unit 20 in the direction of the electrolyzer by controlling semiconductor switches of the power converter 25. It is also designed to control the separation unit 24 of the supply unit 20 in order to electrically connect the power converter 25 of the supply unit 20 to the electrolyzer 10 and/or to electrically separate them from one another. The supply unit 20 is operated in such a way that the insulation resistance Riso of the electrolyzer 10 or the series connection of its electrolysis cells 11 is monitored. If the insulation resistance Riso falls below a first threshold value RTH when the separation unit 24 is closed, i.e. when the power converter 25 is electrically connected to the electrolyzer 10, the isolating switches of the separation unit 24 are opened and the electrical connection between the power converter 25 of the supply unit 20 and the electrolyzer 10 is severed. This can occur, for example, if an earth fault 60 occurs in the electrolyzer during the electrolysis process. By opening the separation unit 24, further power supply from the supply unit 20 to the electrolyzer 10 is reliably prevented.

Weiterhin wird die Versorgungseinheit 20 daraufhin in einen Fehlerzustand überführt. In dem Fehlerzustand wird eine erneute Verbindung des Leistungswandlers 25 der Versorgungseinheit 20 und des Elektrolyseurs 10 unterdrückt und erst nach Bestätigung eines fehlerfreien Zustandes, der beispielsweise über Wartungspersonal der Elektrolyseanlage 100 gegengeprüft werden kann, wieder ermöglicht. Die Bestätigung des fehlerfreien Zustandes kann über die Bestätigungseinheit 29 erfolgen. Wenn hingegen der Isolationswiderstand Riso bei geöffneter Trenneinheit 24, also bei bestehender elektrischer Trennung des Leistungswandlers 25 von dem Elektrolyseur 10, den ersten Schwellwert RTH unterschreitet, wird die Überführung der Versorgungseinheit 20 in den Fehlerzustand verhindert. Dies kann beispielsweise in einem Fall auftreten, bei dem ein Elektrolyseprozess bewusst angehalten oder beendet wird, und als Folge dessen der erste Schwellwert RTH lediglich kurzzeitig unterschritten wird, um danach wieder auf einen Wert größer oder gleich dem ersten Schwellwert RTH anzusteigen. In diesem Fall ist für eine erneute Verbindung des Leistungswandlers 25 der Versorgungseinheit 20 mit dem Elektrolyseur 10 keine explizite Bestätigung des fehlerfreien Zustandes über die Bestätigungseinheit 29 erforderlich. Furthermore, the supply unit 20 is then transferred to an error state. In the error state, a renewed connection of the power converter 25 of the supply unit 20 and the electrolyzer 10 is suppressed and only made possible again after confirmation of an error-free state, which can be checked, for example, by maintenance personnel of the electrolysis system 100. Confirmation of the error-free state can be carried out via the confirmation unit 29. If, however, the insulation resistance Riso falls below the first threshold value RTH when the separation unit 24 is open, i.e. when the power converter 25 is electrically separated from the electrolyzer 10, the transfer of the supply unit 20 to the error state is prevented. This can occur, for example, in a case in which an electrolysis process is deliberately stopped or ended, and as a result the first threshold value RTH is only briefly undershot, before rising again to a value greater than or equal to the first threshold value RTH. In this case, no explicit confirmation of the error-free state via the confirmation unit 29 is required for a renewed connection of the power converter 25 of the supply unit 20 to the electrolyzer 10.

Die Versorgungseinheit 20 kann zum Beispiel gemäß des anhand von Fig. 4 beschriebenen Verfahrens betrieben werden. The supply unit 20 can, for example, be operated according to the method described with reference to Fig. 4.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Elektrolyseanlage 100 dargestellt. Die Elektrolyseanlage 100 weist den Elektrolyseur 10 und die Versorgungseinheit 20 auf. Der Elektrolyseur 10 weist eine Vielzahl von in Reihe miteinander verschalteten Elektrolysezellen 11 auf. Innerhalb der Reihenschaltung aller Elektrolysezellen 11 sind jeweils Reihenschaltungen mit einer kleineren Anzahl von Elektrolysezellen 11 zu einem Elektrolysestack 12 zusammengefasst, wobei die mehreren Elektrolysestacks 12 wiederum über die DC-Verbindungsleitungen 2c miteinander in Reihe geschaltet sind. Die Elektrolysezellen 11 und/oder die Elektrolysestacks 12 sind üblicherweise von naheliegenden Gehäusebauteilen umgeben, die beispielsweise aus Schutzgründen geerdet, also mit Erdpotential verbunden sind. Fig. 2 shows a further embodiment of the electrolysis system 100. The electrolysis system 100 comprises the electrolyzer 10 and the supply unit 20. The electrolyzer 10 comprises a plurality of series-connected Electrolysis cells 11. Within the series connection of all electrolysis cells 11, series connections with a smaller number of electrolysis cells 11 are combined to form an electrolysis stack 12, with the multiple electrolysis stacks 12 in turn being connected in series with one another via the DC connecting lines 2c. The electrolysis cells 11 and/or the electrolysis stacks 12 are usually surrounded by nearby housing components which are grounded, i.e. connected to earth potential, for example for protection reasons.

Die Reihenschaltung der Elektrolysestacks 12 weist zwei außenliegende Elektrolysestacks 12 und einen oder mehrere innenliegende Elektrolysestacks 12 auf. Dabei ist der positive Pol eines der beiden außenliegenden Elektrolysestacks 12 über die positive DC-Leitung 2a mit dem positiven Pol am Ausgang 21 der Versorgungseinheit 20 verbunden. Der negative Pol eines anderen der beiden außenliegenden Elektrolysestacks 12 ist über die negative DC-Leitung 2b mit dem negativen Pol am Ausgang 21 der Versorgungseinheit verbunden. Die Versorgungseinheit 20 weist die Trenneinheit 24 und den Leistungswandler 25 auf. Die Trenneinheit 24 ist ausgelegt und eingerichtet, den Elektrolyseur 10 mit dem Leistungswandler 25 zu verbinden und den Elektrolyseur 10 von dem Leistungswandler 25 zu trennen. The series connection of the electrolysis stacks 12 has two external electrolysis stacks 12 and one or more internal electrolysis stacks 12. The positive pole of one of the two external electrolysis stacks 12 is connected via the positive DC line 2a to the positive pole at the output 21 of the supply unit 20. The negative pole of another of the two external electrolysis stacks 12 is connected via the negative DC line 2b to the negative pole at the output 21 of the supply unit. The supply unit 20 has the separation unit 24 and the power converter 25. The separation unit 24 is designed and configured to connect the electrolyzer 10 to the power converter 25 and to separate the electrolyzer 10 from the power converter 25.

Der Leistungswandler 25 wandelt von dem Netz 30 zur Verfügung gestellte elektrische Leistung in elektrische Gleichleistung. Über den Leistungswandler 25 wird der Elektrolyseur 10 mit elektrischer Leistung für den Elektrolysevorgang versorgt. Bei dem Elektrolyseur 10 handelt es sich zum Beispiel um einen Wasserstoff- Elektrolyseur. The power converter 25 converts electrical power provided by the network 30 into direct electrical power. The electrolyzer 10 is supplied with electrical power for the electrolysis process via the power converter 25. The electrolyzer 10 is, for example, a hydrogen electrolyzer.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Netz 30 als DC-Netz 30b ausgebildet. Der Leistungswandler 25 ist als DC/DC-Wandler 25b ausgebildet, der elektrische Leistung aus dem DC-Netz 30b in elektrische DC-Leistung für den Elektrolyseur 10 wandelt. Der DC/DC-Wandler 25b kann für einen hochsetzenden Betrieb ausgelegt sein, um eine an dem Eingang 22 der Versorgungseinheit 20 anliegende DC-Spannung in eine höhere an dem Ausgang 21 anliegende DC- Spannung zu wandeln. Alternativ dazu kann der DC/DC-Wandler 25b für einen tiefsetzenden Betrieb ausgelegt sein, bei dem eine an dem Eingang 22 anliegende DC-Spannung in eine kleinere an dem Ausgang 21 anliegende DC-Spannung gewandelt wird. Alternativ ist es auch möglich, dass der DC/DC-Wandler sowohl für einen hochsetzenden als auch einen tiefsetzenden Betrieb ausgelegt ist. In the embodiment shown in Fig. 2, the network 30 is designed as a DC network 30b. The power converter 25 is designed as a DC/DC converter 25b, which converts electrical power from the DC network 30b into electrical DC power for the electrolyzer 10. The DC/DC converter 25b can be designed for step-up operation in order to convert a DC voltage applied to the input 22 of the supply unit 20 into a higher DC voltage applied to the output 21. Alternatively, the DC/DC converter 25b can be designed for step-down operation in which a DC voltage applied to the input 22 is converted into a smaller DC voltage applied to the output 21. Alternatively, it is also possible that the DC/DC converter is designed for both boost and buck operation.

Die Versorgungseinheit 20 weist weiter die Steuerungseinheit 27 auf, welche insbesondere den Leistungswandler 25 und die Trenneinheit 24 ansteuert. Die Ansteuerung es Leistungswandlers 25 umfasst zum Beispiel die Ansteuerung von Halbleiterschaltern einer Brückenschaltung des DC/DC-Wandlers 25b. Die Ansteuerung der Trenneinheit 24 umfasst zum Beispiel das Öffnen und Schließen der Trennschalter der Trenneinheit 24, um den Leistungswandler 25 mit dem Elektrolyseur 10 zu verbinden oder von dem Elektrolyseur 10 zu trennen. The supply unit 20 further comprises the control unit 27, which in particular controls the power converter 25 and the separation unit 24. The control of the power converter 25 includes, for example, the control of semiconductor switches of a bridge circuit of the DC/DC converter 25b. The control of the separation unit 24 includes, for example, the opening and closing of the separation switches of the separation unit 24 in order to connect the power converter 25 to the electrolyzer 10 or to disconnect it from the electrolyzer 10.

Die positive DC-Leitung 2a weist den positiven Teil-Isolationswiderstand RP gegenüber Erdpotential PE auf. Die negative DC-Leitung 2a weist den negativen Teil- Isolationswiderstand Rn gegenüber Erdpotential PE auf. Auch die DC- Verbindungsleitungen 2c zwischen zwei benachbarten Elektrolysestacks 12 können einen jeweiligen Teil-Isolationswiderstand gegenüber Erdpotential PE aufweisen (in Fig. 2 nicht explizit dargestellt). Der gesamte Isolationswiderstand Riso des DC- Kreises, der durch den Elektrolyseur 10, die DC-Leitungen 2a, 2b, die DC- Verbindungsleitungen 2c und den Ausgang 21 der Versorgungseinheit 20 ausgebildet wird, also der Isolationswiderstand Riso der dem Elektrolyseur 10 zugeordneten Reihenschaltung der Elektrolysezellen 11 , ergibt sich als Parallelschaltung aller Teil- Isolationswiderstände RP, Rn. Sowohl die positive DC-Leitung 2a als auch die negative DC-Leitung 2b können optional eine jeweilige Sicherung 51 aufweisen, welche z. B. im Fehlerfall bei zu hohen Strömen auslöst. Auch die DC-Verbindungsleitungen 2c zwischen den einzelnen Elektrolysestacks 12 können optional eine jeweilige Sicherung 52 aufweisen, welche z. B. im Fehlerfall bei zu hohen Strömen auslöst. Um zu kennzeichnen, dass es sich bei den Sicherungen 51 , 52 jeweils um optionale Bauteile handelt, sind die Sicherungen 51 , 52 in Fig. 2 gestrichelt dargestellt. The positive DC line 2a has the positive partial insulation resistance R P with respect to ground potential PE. The negative DC line 2a has the negative partial insulation resistance R n with respect to ground potential PE. The DC connecting lines 2c between two adjacent electrolysis stacks 12 can also have a respective partial insulation resistance with respect to ground potential PE (not explicitly shown in Fig. 2). The total insulation resistance Riso of the DC circuit, which is formed by the electrolyzer 10, the DC lines 2a, 2b, the DC connecting lines 2c and the output 21 of the supply unit 20, i.e. the insulation resistance Riso of the series connection of the electrolysis cells 11 assigned to the electrolyzer 10, results from a parallel connection of all partial insulation resistances R P , R n . Both the positive DC line 2a and the negative DC line 2b can optionally have a respective fuse 51, which e.g. B. triggers in the event of a fault if the current is too high. The DC connecting lines 2c between the individual electrolysis stacks 12 can also optionally have a respective fuse 52, which e.g. triggers in the event of a fault if the current is too high. To indicate that the fuses 51, 52 are optional components, the fuses 51, 52 are shown in dashed lines in Fig. 2.

Bei der Ausführungsform der Elektrolyseanlage 100 in Fig. 2 weist die Versorgungseinheit 20 die Messeinrichtung 40 zur Ermittlung des Isolationswiderstandes Riso des Elektrolyseurs 10 bzw. der Reihenschaltung seiner Elektrolysezellen 11 auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Messeinrichtung 40 mit dem Elektrolyseur 10 verbindbar sein, um den Isolationswiderstand Riso des Elektrolyseurs bzw. der Reigenschaltung seiner Elektrolysezellen 11 zu ermitteln. Die Messeinrichtung 40 kann dabei den Isolationswiderstand Riso unter Verwendung des positiven Teil-Isolationswiderstandes RP, des negativen Teil-Isolationswiderstandes Rn sowie der Erdspannungen U1 , U2, U3, U3 der DC-Verbindungsleitungen 2c zwischen den Elektrolysestacks 12 ermitteln. Mittels der Messeinrichtung 40 kann z. B. ein Erdfehler 60 in einem der Elektrolysestacks 12 erkannt werden, welcher die Reihenschaltung der Elektrolysezellen 11 in zwei Teilstrings 13a, 13b teilen würde. Über die Erdspannungen U1 , U2, U3, U4 kann mittels der Messeinrichtung 40 auch der Ort des Erdfehlers 60 innerhalb der Reihenschaltung der Elektrolysezellen 11 ermittelt werden, zumindest jedoch näherungsweise ermittelt werden. In the embodiment of the electrolysis system 100 in Fig. 2, the supply unit 20 has the measuring device 40 for determining the insulation resistance Riso of the electrolyzer 10 or the series connection of its electrolysis cells 11. Alternatively or additionally, the measuring device 40 can be connected to the electrolyzer 10 in order to determine the insulation resistance Riso of the electrolyzer or the series connection of its electrolysis cells 11. The measuring device 40 can thereby determine the insulation resistance Riso using the positive partial insulation resistance R P , the negative partial insulation resistance R n and the earth voltages U1 , U2, U3, U3 of the DC connecting lines 2c between the electrolysis stacks 12. Using the measuring device 40, for example, an earth fault 60 in one of the electrolysis stacks 12 can be detected, which would divide the series connection of the electrolysis cells 11 into two substrings 13a, 13b. Using the earth voltages U1 , U2, U3, U4, the location of the earth fault 60 within the series connection of the electrolysis cells 11 can also be determined, or at least approximately determined, using the measuring device 40.

Das Netz 30 ist an den Eingang 22 der Versorgungseinheit 20 angeschlossen. Der Elektrolyseur 10 ist an den Ausgang 21 der Versorgungseinheit 20 angeschlossen. Der Eingang 22 ist zum Anschluss des DC-Netzes 30b ausgelegt. Die Versorgungseinheit 20 weist weiter eine Signaleinrichtung zur Signalisierung eines Fehlerzustandes und/oder eine Kommunikationseinheit 28 zur Kommunikation des Fehlerzustandes der Versorgungseinheit 20 und/oder des Elektrolyseurs 10 und/oder der Elektrolyseanlage 100 auf. Dabei kann der Fehlerzustand beispielsweise durch einen Erdfehler 60 ausgelöst werden. Die Versorgungseinheit 20 weist weiter eine Bestätigungseinheit 29 zur Bestätigung eines fehlerfreien Zustandes der Versorgungseinheit 20 und/oder des Elektrolyseurs 10 und/oder der Elektrolyseanlage 100 auf. The network 30 is connected to the input 22 of the supply unit 20. The electrolyzer 10 is connected to the output 21 of the supply unit 20. The input 22 is designed to connect the DC network 30b. The supply unit 20 also has a signaling device for signaling an error state and/or a communication unit 28 for communicating the error state of the supply unit 20 and/or the electrolyzer 10 and/or the electrolysis system 100. The error state can be triggered, for example, by a ground fault 60. The supply unit 20 also has a confirmation unit 29 for confirming an error-free state of the supply unit 20 and/or the electrolyzer 10 and/or the electrolysis system 100.

Die Steuerungseinheit 27 ist ausgelegt, die Versorgungseinheit 20 in einem mit dem Elektrolyseur 10 verbundenen Zustand zu betreiben. Dabei erfolgt die Verbindung des Leistungswandlers 25 der Versorgungseinheit 20 mit dem Elektrolyseur 10 über die Trenneinheit 24. Die Steuereinheit 27 ist ausgelegt, über eine Steuerung von Halbleiterschaltern des Leistungswandlers 25 eine über den Ausgang 21 der Versorgungseinheit 20 in Richtung des Elektrolyseurs 10 fließende DC-Leistung einzustellen. Sie ist zudem zur Steuerung der Trenneinheit 24 der Versorgungseinheit 20 ausgelegt, um den Leistungswandler 25 der Versorgungseinheit 20 mit dem Elektrolyseur 10 elektrisch zu verbinden und/oder elektrisch voneinander zu trennen. The control unit 27 is designed to operate the supply unit 20 in a state connected to the electrolyzer 10. The power converter 25 of the supply unit 20 is connected to the electrolyzer 10 via the separation unit 24. The control unit 27 is designed to set a DC power flowing via the output 21 of the supply unit 20 in the direction of the electrolyzer 10 by controlling semiconductor switches of the power converter 25. It is also designed to control the separation unit 24 of the supply unit 20 in order to electrically connect the power converter 25 of the supply unit 20 to the electrolyzer 10 and/or to electrically separate them from one another.

Die Versorgungseinheit 20 wird dabei so betrieben, dass der Isolationswiderstand Riso des Elektrolyseurs 10 bzw. der Reihenschaltung seiner Elektrolysezellen 11 überwacht wird. Wenn der Isolationswiderstand Riso bei geschlossener Trenneinheit 24, also bei bestehender elektrischer Verbindung des Leistungswandlers 25 mit dem Elektrolyseur 10, den ersten Schwellwert RTH unterschreitet, werden die Trennschalter der Trenneinheit 24 geöffnet und die elektrische Verbindung zwischen dem Leistungswandler 25 der Versorgungseinheit 20 und dem Elektrolyseur 10 wird getrennt. Dies kann beispielsweise dann auftreten, wenn bei laufendem Elektrolyseprozess ein Erdfehler 60 in dem Elektrolyseur auftritt. Durch das Öffnen der T renneinheit 24 wird die weitere Leistungszufuhr von der Versorgungseinheit 20 in den Elektrolyseur 10 sicher verhindert. The supply unit 20 is operated in such a way that the insulation resistance Riso of the electrolyzer 10 or the series connection of its electrolysis cells 11 is monitored. If the insulation resistance Riso falls below the first threshold value RTH when the isolating unit 24 is closed, i.e. when the power converter 25 is electrically connected to the electrolyzer 10, the isolating switches of the Separating unit 24 is opened and the electrical connection between the power converter 25 of the supply unit 20 and the electrolyzer 10 is severed. This can occur, for example, if an earth fault 60 occurs in the electrolyzer during the electrolysis process. By opening the separating unit 24, the further supply of power from the supply unit 20 to the electrolyzer 10 is safely prevented.

Weiterhin wird die Versorgungseinheit 20 daraufhin in den Fehlerzustand überführt. In dem Fehlerzustand wird eine erneute Verbindung des Leistungswandlers 25 der Versorgungseinheit 20 und des Elektrolyseurs 10 unterdrückt und erst nach Bestätigung des fehlerfreien Zustandes, der beispielsweise über Wartungspersonal der Elektrolyseanlage 100 gegengeprüft werden kann, wieder ermöglicht. Die Bestätigung des fehlerfreien Zustandes kann über die Bestätigungseinheit 29 erfolgen. Furthermore, the supply unit 20 is then transferred to the error state. In the error state, a renewed connection of the power converter 25 of the supply unit 20 and the electrolyzer 10 is suppressed and only enabled again after confirmation of the error-free state, which can be checked, for example, by maintenance personnel of the electrolysis system 100. Confirmation of the error-free state can be carried out via the confirmation unit 29.

Wenn hingegen der Isolationswiderstand Riso bei geöffneter Trenneinheit 24, also bei bestehender elektrischer Trennung des Leistungswandlers 25 von dem Elektrolyseur 10, den ersten Schwellwert RTH unterschreitet, wird die Überführung der Versorgungseinheit 20 in den Fehlerzustand verhindert. Dies kann beispielsweise in einem Fall auftreten, bei dem ein Elektrolyseprozess bewusst angehalten oder beendet wird, und als Folge dessen der erste Schwellwert RTH lediglich kurzzeitig unterschritten wird, um danach wieder auf einen Wert anzusteigen, der größer oder gleich dem ersten Schwellwert RTH ist. In diesem Fall ist für eine erneute Verbindung des Leistungswandlers 25 der Versorgungseinheit 20 mit dem Elektrolyseur 10 keine explizite Bestätigung des fehlerfreien Zustandes über die Bestätigungseinheit 29 erforderlich. If, however, the insulation resistance Riso falls below the first threshold value RTH when the separation unit 24 is open, i.e. when the power converter 25 is electrically separated from the electrolyzer 10, the transfer of the supply unit 20 to the fault state is prevented. This can occur, for example, in a case in which an electrolysis process is deliberately stopped or ended and, as a result, the first threshold value RTH is only briefly undershot, before rising again to a value that is greater than or equal to the first threshold value RTH. In this case, no explicit confirmation of the fault-free state via the confirmation unit 29 is required for a renewed connection of the power converter 25 of the supply unit 20 to the electrolyzer 10.

Die Versorgungseinheit 20 kann zum Beispiel gemäß des anhand von Fig. 4 beschriebenen Verfahrens betrieben werden. The supply unit 20 can, for example, be operated according to the method described with reference to Fig. 4.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Teils der Messeinrichtung 40. Dabei ist die Messeinrichtung 40 insgesamt sowohl zur Erkennung als auch zur Lokalisierung des Erdfehlers 60 innerhalb des Elektrolyseurs 10 ausgelegt. Konkret wird in Fig. 3 jedoch lediglich derjenige Teil der Messeinrichtung 40 dargestellt, mit dem der Erdfehler 60 lokalisiert oder näherungsweise lokalisiert werden kann. Die Erkennung, ob in dem Elektrolyseur 10 überhaupt ein Erdfehler 60 vorliegt, kann unter Anwendung von an sich bekannten Verfahren erfolgen und ist in Fig.3 nicht explizit dargestellt. Fig. 3 schematically shows an embodiment of a part of the measuring device 40. The measuring device 40 as a whole is designed both for detecting and for locating the earth fault 60 within the electrolyzer 10. In concrete terms, however, Fig. 3 only shows that part of the measuring device 40 with which the earth fault 60 can be located or approximately located. The detection of whether an earth fault 60 is present in the electrolyzer 10 at all can be carried out using Application of known methods and is not explicitly shown in Fig.3.

Der in Fig. 3 dargestellte Teil der Messeinrichtung 40 weist einen oder mehrere Anschlüsse 41.1 - 41. 4 zum jeweiligen Anschluss einer DC-Verbindungsleitung 2c und einen Anschluss 43 zur Verbindung mit Erdpotential PE auf. Der in Fig. 3 dargestellte Teil der Messeinrichtung 40 weist weiterhin einen oder mehrere Spannungssensoren 42.1 - 42.4 auf, mittels welcher die Spannung zwischen den jeweiligen DC-Verbindungsleitungen 2c und Erdpotential PE ermittelt werden kann. Hierfür sind die jeweiligen Spannungssensoren 42.1 - 42-4 zur Spannungsmessung zwischen den jeweiligen Anschlüssen 41.1 - 41.4 und dem dem Erdpotential PE zugeordneten Anschluss 43 angeordnet. Über die Spannungssensoren 42.1 - 42.4 können die jeweiligen Erdspannungen U1 , U2, U3, U4 erfasst werden. Aus einem Vergleich der jeweiligen Erdspannung U1 , U2, U3, U4miteinander kann der Erdfehler 60 innerhalb der Reihenschaltung der Elektrolysezellen 11 lokalisiert oder näherungsweise lokalisiert werden. Konkret ist nämlich der Erdfehler 60 üblicherweise nahe derjenigen DC-Verbindungsleitung 2c lokalisiert, die vom Absolutbetrag den geringsten Wert der Erdspannung aufweist. Durch eine Bestimmung des geringsten Absolutwertes der Erdpotentiale U1 - U4 und der diesem Absolutwert zugeordneten DC-Verbindungsleitung kann daher ermittelt werden, zwischen welchen Elektrolysezellen 11 und/oder zwischen welchen Elektrolysestacks 12 der Erdfehler 60 lokalisiert ist. The part of the measuring device 40 shown in Fig. 3 has one or more connections 41.1 - 41.4 for the respective connection of a DC connecting line 2c and a connection 43 for the connection to earth potential PE. The part of the measuring device 40 shown in Fig. 3 also has one or more voltage sensors 42.1 - 42.4, by means of which the voltage between the respective DC connecting lines 2c and earth potential PE can be determined. For this purpose, the respective voltage sensors 42.1 - 42-4 are arranged to measure the voltage between the respective connections 41.1 - 41.4 and the connection 43 assigned to the earth potential PE. The respective earth voltages U1, U2, U3, U4 can be detected via the voltage sensors 42.1 - 42.4. By comparing the respective ground voltages U1, U2, U3, U4 with one another, the ground fault 60 can be localized or approximately localized within the series connection of the electrolysis cells 11. Specifically, the ground fault 60 is usually located near the DC connecting line 2c that has the lowest absolute value of the ground voltage. By determining the lowest absolute value of the ground potentials U1 - U4 and the DC connecting line assigned to this absolute value, it can therefore be determined between which electrolysis cells 11 and/or between which electrolysis stacks 12 the ground fault 60 is located.

Fig. 4 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Betrieb der Versorgungseinrichtung 20. Fig. 4 shows schematically an embodiment of a method for operating the supply device 20.

In S1 wird das Verfahren gestartet. Ausgangspunkt ist dabei ein Zustand der Elektrolyseanlage 100, bei dem die T renneinheit 24 in geöffnetem Zustand vorliegt und daher der Leistungswandler 25 der Versorgungseinheit 20 von dem Elektrolyseur 10 elektrisch getrennt ist. In S2 wird der Isolationswiderstand Riso des Elektrolyseurs 10 überwacht. Der Elektrolyseur 10 kann dabei die Reihenschaltung von Elektrolysezellen 11 umfassen. The process is started in S1. The starting point is a state of the electrolysis system 100 in which the separation unit 24 is in the open state and therefore the power converter 25 of the supply unit 20 is electrically separated from the electrolyzer 10. In S2, the insulation resistance Riso of the electrolyzer 10 is monitored. The electrolyzer 10 can comprise the series connection of electrolysis cells 11.

Solange in S3 erkannt wird, dass der Isolationswiderstand Riso kleiner als der erste Schwellwert RTH ist, Zweig „ja“, wird die Überwachung fortgeführt. Dabei wird der anfänglich geöffnete Zustand der Trenneinheit 24 und somit die anfängliche elektrische Trennung zwischen dem Leistungswandler 25 und dem Elektrolyseur 10 beibehalten. Wird in S3 erkannt, dass der Isolationswiderstand Riso größer als oder gleich wie der erste Schwellwert RTH ist, Zweig „nein“, so wird in S4 der Elektrolyseur 10 mit dem Leistungswandler 25 der Versorgungseinheit 20 verbunden oder - falls der Elektrolyseur 10 mit dem Leistungswandler 25 schon verbunden sein sollte - es wird die Verbindung zwischen dem Elektrolyseur 10 und der Versorgungseinheit 20 beibehalten. In S5 wird die Leistung für den Elektrolyseur 10 über den Leistungswandler 25 zur Verfügung gestellt, so dass der Elektrolyseprozess in dem Elektrolyseur 10 erfolgen kann. Dabei kann eine zeitliche Rate der Wasserstoffproduktion über eine geeignete Steuerung des Leistungsflusses in den Elektrolyseur 10 durch die Versorgungseinheit 20 vorgegeben werden. As long as it is detected in S3 that the insulation resistance Riso is less than the first threshold value RTH, branch “yes”, the monitoring is continued. The initially open state of the isolating unit 24 and thus the initial electrical separation between the power converter 25 and the electrolyzer 10 is maintained. If it is detected in S3 that the insulation resistance Riso is greater than or equal to the first threshold value RTH, branch "no", in S4 the electrolyzer 10 is connected to the power converter 25 of the supply unit 20 or - if the electrolyzer 10 is already connected to the power converter 25 - the connection between the electrolyzer 10 and the supply unit 20 is maintained. In S5 the power for the electrolyzer 10 is made available via the power converter 25 so that the electrolysis process can take place in the electrolyzer 10. A temporal rate of hydrogen production can be specified via a suitable control of the power flow into the electrolyzer 10 by the supply unit 20.

Ein bewusstes Anhalten oder bewusstes Beenden des Elektrolyseprozesses kann der Elektrolyseanlage 100 über einen Stoppbefehl signalisiert werden. Wird nun in S6 detektiert, dass kein Stoppbefehl für die Elektrolyseanlage 100 vorliegt, Zweig „nein“, so wird der Elektrolyseprozess fortgeführt und es wird in S7 der Isolationswiederstand Riso des Elektrolysestacks 12 weiter überwacht. Wird in S8 erkannt, dass der Isolationswiderstand Riso größer als oder gleich wie der erste Schwellwert RTH ist, Zweig „nein“, so wird zu S4 gesprungen. Die elektrische Verbindung zwischen dem Leistungswandler 25 und dem Elektrolyseur 10 wird beibehalten und der Elektrolyseprozess fortgesetzt. A deliberate stopping or deliberate termination of the electrolysis process can be signaled to the electrolysis system 100 via a stop command. If it is now detected in S6 that there is no stop command for the electrolysis system 100 (branch "no"), the electrolysis process is continued and the insulation resistance Riso of the electrolysis stack 12 is further monitored in S7. If it is detected in S8 that the insulation resistance Riso is greater than or equal to the first threshold value RTH (branch "no"), the system jumps to S4. The electrical connection between the power converter 25 and the electrolyzer 10 is maintained and the electrolysis process is continued.

Wird hingegen in S8 erkannt, dass der Isolationswiderstand Riso kleiner als der erste Schwellwert RTH ist, Zweig „ja“, so wird daraus geschlossen, dass der Isolationswiderstand Riso den ersten Schwellwert RTH ZU einem Zeitpunkt unterschritten hat, bei dem der Leistungswandler 25 mit dem Elektrolyseur 10 verbunden war. Dies wird von der Steuereinheit 27 als ein tatsächlich vorliegender Erdfehler 60 interpretiert. Konsequenterweise wird in S8.1 der Leistungswandler 25 deaktiviert und der Elektrolyseur 10 durch ein Öffnen der Trenneinheit 24 von dem Leistungswandler 25 der Versorgungseinheit getrennt und die Versorgungseinheit 20 wird in S13 in den Fehlerzustand überführt bzw. die Versorgungseinheit 20 nimmt in S13 den Fehlerzustand ein. Konkret wird also der Fehlerzustand eingenommen, wenn bei laufendem Elektrolyseprozess kein Stoppbefehl vorliegt und der Isolationswiderstand Riso den ersten Schwellwert RTH ZU einem Zeitpunkt unterschreitet, bei dem eine elektrische Verbindung zwischen dem Leistungswandler 25 der Versorgungseinheit 20 und dem Elektrolyseur 10 vorliegt. If, however, it is detected in S8 that the insulation resistance Riso is smaller than the first threshold value RTH, branch "yes", it is concluded that the insulation resistance Riso has fallen below the first threshold value RTH AT a time when the power converter 25 was connected to the electrolyzer 10. This is interpreted by the control unit 27 as an actual earth fault 60. Consequently, in S8.1 the power converter 25 is deactivated and the electrolyzer 10 is separated from the power converter 25 of the supply unit by opening the separation unit 24 and the supply unit 20 is transferred to the error state in S13 or the supply unit 20 assumes the error state in S13. In concrete terms, the error state is assumed if there is no stop command during the electrolysis process and the insulation resistance Riso has fallen below the first threshold value RTH AT a time where there is an electrical connection between the power converter 25 of the supply unit 20 and the electrolyzer 10.

Wird in S6 detektiert, dass bei laufendem Elektrolyseprozess ein Stoppbefehl vorlag, Zweig „ja“, der Elektrolyseur also bewusst gestoppt wurde, so wird in S9 der Leistungswandler 25 deaktiviert und in S10 der Leistungswandler 25 der Versorgungseinheit 20 von dem Elektrolyseur 10 getrennt oder eine solche Trennung, sofern sie bereits bestehen sollte, beibehalten. In S11 wird der Isolationswiderstand Riso des Elektrolysestacks 12 überwacht. If it is detected in S6 that a stop command was present during the electrolysis process, branch "yes", i.e. the electrolyzer was deliberately stopped, the power converter 25 is deactivated in S9 and the power converter 25 of the supply unit 20 is separated from the electrolyzer 10 in S10 or such a separation, if it already exists, is maintained. In S11, the insulation resistance Riso of the electrolysis stack 12 is monitored.

Wird in S12 festgestellt, dass der in S11 detektierte Isolationswiderstand Riso kleiner als ein dritter Schwellwert RTH,3 ist und/oder wird in S12 festgestellt, dass der in S11 detektierte Isolationswiderstand Riso nach Ablauf einer Zeitdauer At nach Verlassen von S6 kleiner als ein zweiter Schwellwert RTH,2 ist, Zweig „ja“, so wird auf einen tatsächlich vorliegenden Erdfehler 60 geschlossen und die Versorgungseinheit 20 wird in S13 in den Fehlerzustand überführt. Der dritte Schwellwert RTH,3 kann dabei kleiner sein als der erste Schwellwert RTH,I . In diesem Fall ist der in S11 detektierte Isolationswiderstand Riso auch bei bewusster Beendigung des Elektrolyseprozesses so klein, dass der Fehlerzustand unabhängig von dem Zustand der elektrischen Verbindung zwischen Elektrolyseur 10 und dem Leistungswandler 25 der Versorgungseinheit 20 eingenommen wird. If it is determined in S12 that the insulation resistance Riso detected in S11 is less than a third threshold value RTH,3 and/or if it is determined in S12 that the insulation resistance Riso detected in S11 is less than a second threshold value RTH,2 after a time period At has elapsed after leaving S6, branch "yes", it is concluded that an earth fault 60 is actually present and the supply unit 20 is transferred to the fault state in S13. The third threshold value RTH,3 can be less than the first threshold value RTH,I . In this case, the insulation resistance Riso detected in S11 is so small, even when the electrolysis process is deliberately terminated, that the fault state is assumed regardless of the state of the electrical connection between the electrolyzer 10 and the power converter 25 of the supply unit 20.

Wird hingegen in S12 festgestellt, dass der Isolationswiderstand Riso größer als oder gleich wie der dritte Schwellwert RTH,3 ist und/oder wird in S12 festgestellt, dass der Isolationswiderstand Riso nach Ablauf der Zeitdauer At nach Verlassen von S6 größer als oder gleich wie der zweite Schwellwert RTH,2 ist, Zweig „nein“, so wird dies als eine lediglich kurzzeitige, temporäre Absenkung des Isolationswiderstandes Riso interpretiert, die von einem Wiederanstieg des Riso begleitet wird und die bei bewusster Beendigung des Elektrolyseprozesses üblicherweise, insbesondere auch ohne tatsächlich vorliegenden Erdfehler 60 auftreten kann. In diesem Fall wird zu S14 gesprungen. If, however, it is determined in S12 that the insulation resistance Riso is greater than or equal to the third threshold value RTH,3 and/or if it is determined in S12 that the insulation resistance Riso is greater than or equal to the second threshold value RTH,2 after the expiry of the time period At after leaving S6, branch "no", this is interpreted as only a short-term, temporary reduction in the insulation resistance Riso, which is accompanied by a renewed increase in the Riso and which can usually occur when the electrolysis process is deliberately terminated, in particular even without an actual earth fault 60. In this case, the system jumps to S14.

In S14 wird auf einen Startbefehl gewartet. Ohne Startbefehl, Zweig „nein“, wird von S14 aus zu S10 gesprungen. In S10 wird der Leistungswandler 25 der Versorgungseinheit 20 von dem Elektrolyseur 10 getrennt oder eine solche Trennung wird beibehalten. Bei vorliegendem Startbefehl, Zweig „ja“, wird zu S4 gesprungen. Der von der Versorgungseinheit 20 in S13 eingenommene Fehlerzustand kann durch die Kommunikationseinheit 28 kommuniziert werden und/oder mittels einer Signaleinrichtung visuell und/oder über ein Tonsignal signalisiert werden. In S14, the system waits for a start command. Without a start command, branch "no", the system jumps from S14 to S10. In S10, the power converter 25 of the supply unit 20 is separated from the electrolyzer 10 or such a separation is maintained. If a start command is present, branch "yes", the system jumps to S4. The error state assumed by the supply unit 20 in S13 can be communicated by the communication unit 28 and/or signaled visually and/or via an audio signal by means of a signaling device.

Der erste Schwellwert RTH kann so gewählt sein, dass er von der Nominalleistung des Elektrolyseurs 10 abhängt. Zum Beispiel kann der erste Schwellwert RTH SO gewählt sein, dass bei einer Spannung, die bei einer Nominalleistung des Elektrolyseurs 10 zwischen dessen positiver und negativer DC-Leitung 2a, 2b anliegt, ein Strom, der von den DC-Leitungen 2a, 2b über einen Isolationswiderstand Riso in Höhe des ersten Schwellwertes RTH gegen Erdpotential PE fließt, einen Wert von 600 mA nicht überschreitet. The first threshold value RTH can be selected such that it depends on the nominal power of the electrolyzer 10. For example, the first threshold value RTH can be selected such that, at a voltage that is present between the positive and negative DC lines 2a, 2b of the electrolyzer 10 at a nominal power, a current that flows from the DC lines 2a, 2b via an insulation resistance Riso at the level of the first threshold value RTH against earth potential PE does not exceed a value of 600 mA.

In dem Flussdiagramm in Fig. 4 ist dargestellt, dass die Detektion des Isolationswiderstandes innerhalb der sich ergebenden Schleifendurchläufe zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten passiert. Dabei können jedoch die Zeitabstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Detektionen oder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ermittlungen des Isolationswiderstandes Riso so kurz sein, dass dies quasi einer kontinuierlichen Überwachung des Isolationswiderstandes gleichkommt. Insofern umfasst das erfindungsgemäße Verfahren auch eine kontinuierliche Überwachung des Isolationswiderstandes Riso. The flow chart in Fig. 4 shows that the detection of the insulation resistance within the resulting loop runs takes place at successive points in time. However, the time intervals between two successive detections or between two successive determinations of the insulation resistance Riso can be so short that this is equivalent to continuous monitoring of the insulation resistance. In this respect, the method according to the invention also includes continuous monitoring of the insulation resistance Riso.

Bezuqszeichenliste

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Claims

Patentansprüche patent claims 1 . Verfahren zum Betrieb einer Versorgungseinheit (20) für einen Elektrolyseur (10) mit den Schritten: 1 . Method for operating a supply unit (20) for an electrolyzer (10) with the steps: Überwachung eines Isolationswiderstandes (Riso) einer dem Elektrolyseur (10) zugeordneten Reihenschaltung von Elektrolysezellen (11 ), wobei dann, wenn der Isolationswiderstand (Riso) einen ersten Schwellwert (RTH ) in einem Zustand unterschreitet, bei dem ein Leistungswandler (25) der Versorgungseinheit (20) elektrisch mit dem Elektrolyseur (10) verbunden ist, die elektrische Verbindung zwischen dem Leistungswandler (25) der Versorgungseinheit (20) und dem Elektrolyseur (10) getrennt wird, um eine Leistungszufuhr in den Elektrolyseur (10) zu verhindern, und die Versorgungseinheit (20) in einen Fehlerzustand überführt wird, bei dem eine erneute Verbindung des Leistungswandlers (25) der Versorgungseinheit (20) und des Elektrolyseurs (10) unterdrückt und erst nach Bestätigung eines fehlerfreien Zustandes wieder freigegeben wird, und wobei die Überführung der Versorgungseinheit (20) in den Fehlerzustand verhindert wird, wenn der Isolationswiderstand (Riso) den ersten Schwellwert (RTH ) in einem Zustand unterschreitet, bei dem der Leistungswandler (25) der Versorgungseinheit (20) elektrisch von dem Elektrolyseur (10) getrennt ist. Monitoring an insulation resistance (Riso) of a series connection of electrolysis cells (11) assigned to the electrolyzer (10), wherein, when the insulation resistance (Riso) falls below a first threshold value (RTH) in a state in which a power converter (25) of the supply unit (20) is electrically connected to the electrolyzer (10), the electrical connection between the power converter (25) of the supply unit (20) and the electrolyzer (10) is separated in order to prevent a power supply to the electrolyzer (10), and the supply unit (20) is transferred to a fault state in which a renewed connection of the power converter (25) of the supply unit (20) and the electrolyzer (10) is suppressed and only released again after confirmation of a fault-free state, and wherein the transfer of the supply unit (20) to the fault state is prevented when the insulation resistance (Riso) falls below the first threshold value (RTH) in a state in which the power converter (25) of the supply unit (20) is electrically separated from the electrolyzer (10). 2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Überführung der Versorgungseinheit (20) in den Fehlerzustand verhindert wird, wenn ein in dem Elektrolyseur (10) ablaufender Elektrolyseprozess bewusst und nicht fehlerbedingt beendet wird.2. Method according to claim 1, wherein the transfer of the supply unit (20) into the fault state is prevented if an electrolysis process running in the electrolyzer (10) is terminated intentionally and not due to a fault. 3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das bewusste und nicht fehlerbedingte Beenden des Elektrolyseprozesses den Ablauf einer vordefinierbaren Zeitdauer (At) auslöst, und wobei eine Einnahme des Fehlerzustandes durch die Versorgungseinheit (20) innerhalb der vordefinierbaren Zeitdauer (At) verhindert wird. 3. Method according to claim 2, wherein the deliberate and non-fault-related termination of the electrolysis process triggers the expiration of a predefinable time period (At), and wherein the supply unit (20) is prevented from entering the fault state within the predefinable time period (At). 4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Versorgungseinheit (20) in den Fehlerzustand überführt wird, wenn nach Ablauf der Zeitdauer (At) der Isolationswiderstand (Riso) einen zweiten Schwellwert (RTH,2) unterschreitet, und wobei die Einnahme des Fehlerzustandes seitens der Versorgungseinheit (20) unterbleibt, wenn der Isolationswiderstand (Riso) nach Ablauf der Zeitdauer (At) gleich groß oder größer als der zweite Schwellwert (RTH,2) ist. 4. Method according to claim 3, wherein the supply unit (20) is transferred to the fault state if, after expiration of the time period (At), the insulation resistance (Riso) falls below a second threshold value (RTH,2), and wherein the assumption of the fault state by the supply unit (20) is omitted if the insulation resistance (Riso) is equal to or greater than the second threshold value (RTH,2) after expiration of the time period (At). 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein von der Versorgungseinheit (20) eingenommener Fehlerzustand durch eine Kommunikationseinheit (28) kommuniziert und/oder mittels einer Signaleinrichtung visuell und/oder über ein Tonsignal signalisiert wird. 5. Method according to one of the preceding claims, wherein an error state assumed by the supply unit (20) is communicated by a communication unit (28) and/or is signaled visually and/or via an audio signal by means of a signaling device. 6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein dritter Schwellwert (RTH,3) vorgesehen ist, welcher kleiner als der erste Schwellwert (RTH ) ist, und wobei die Versorgungseinheit (20) in den Fehlerzustand überführt wird, wenn der Leistungswandler (25) der Versorgungseinheit (20) und der Elektrolyseur (10) in getrenntem Zustand sind und der Isolationswiderstand (Riso) auch den dritten Schwellwert (RTH,3) unterschreitet. 6. Method according to one of the preceding claims, wherein a third threshold value (RTH,3) is provided which is smaller than the first threshold value (RTH ), and wherein the supply unit (20) is transferred to the fault state when the power converter (25) of the supply unit (20) and the electrolyzer (10) are in a separated state and the insulation resistance (Riso) also falls below the third threshold value (RTH,3). 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Schwellwert (RTH ) SO gewählt ist, dass bei einer Spannung, die bei einer Nominalleistung des Elektrolyseurs (10) zwischen dessen DC-Leitungen (2a, 2b) anliegt, ein Strom, der von den DC-Leitungen (2a, 2b) über einen Isolationswiderstand (Riso) in Höhe des ersten Schwellwertes (RTH ) gegen Erdpotential (PE) fließt, einen Wert von 600 mA nicht überschreitet. 7. Method according to one of the preceding claims, wherein the first threshold value (RTH ) is selected such that, at a voltage which is present between the DC lines (2a, 2b) of the electrolyzer (10) at a nominal power, a current which flows from the DC lines (2a, 2b) via an insulation resistance (Riso) at the level of the first threshold value (RTH ) to earth potential (PE) does not exceed a value of 600 mA. 8. Versorgungseinheit (20) zur elektrischen Versorgung eines Elektrolyseurs (10) umfassend: einen Eingang (22) zum Anschluss eines Netzes (30), einen Ausgang (21 ) zum Anschluss des Elektrolyseurs (10), einen Leistungswandler (25), der über eine Trenneinheit (24) mit dem Ausgang (21 ) verbindbar ist und zur Wandlung einer über den Eingang (23) fließenden Leistung in eine über den Ausgang (21 ) fließende Leistung ausgelegt ist, und eine Steuerungseinheit (27) zur Steuerung der Versorgungseinheit (20), insbesondere des Leistungswandlers (25) und der Trenneinheit (24), wobei die Versorgungseinheit (20) eine Messeinrichtung (40) zur Ermittlung eines Isolationswiderstandes (Riso) einer dem Elektrolyseur (10) zugeordneten Reihenschaltung von Elektrolysezellen (11 ) umfasst oder mit dieser verbindbar ist, und wobei die Steuerungseinheit (27) ausgelegt ist, die Versorgungseinheit (20) in einem mit dem Elektrolyseur (10) verbundenen Zustand gemäß dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche zu betreiben. 8. Supply unit (20) for the electrical supply of an electrolyzer (10), comprising: an input (22) for connecting a network (30), an output (21) for connecting the electrolyzer (10), a power converter (25) which can be connected to the output (21) via a separating unit (24) and is designed to convert a power flowing via the input (23) into a power flowing via the output (21), and a control unit (27) for controlling the supply unit (20), in particular the power converter (25) and the separating unit (24), wherein the supply unit (20) comprises a measuring device (40) for determining an insulation resistance (Riso) of a series connection of electrolysis cells (11) assigned to the electrolyzer (10) or is connectable to this, and wherein the control unit (27) is designed to connect the supply unit (20) in a state according to the method of any one of the preceding claims. 9. Versorgungseinheit (20) nach Anspruch 8, wobei der Eingang (22) zum Anschluss eines DC-Netzes (30b) ausgelegt ist und der Leistungswandler (25) einen DC/DC- Wandler (25b) aufweist. 9. Supply unit (20) according to claim 8, wherein the input (22) is designed for connection to a DC network (30b) and the power converter (25) has a DC/DC converter (25b). 10. Versorgungseinheit (1 ) nach Anspruch 8, wobei der Eingang (22) zum Anschluss eines AC-Netzes (30a) ausgelegt ist und der Leistungswandler (25) einen AC/DC- Wandler (25a) aufweist. 10. Supply unit (1) according to claim 8, wherein the input (22) is designed for connection to an AC network (30a) and the power converter (25) has an AC/DC converter (25a). 11. Versorgungseinheit (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, umfassend eine Signaleinrichtung zur Signalisierung eines Fehlerzustandes und/oder eine Kommunikationseinheit (28) zur Kommunikation eines Fehlerzustandes. 11. Supply unit (20) according to one of claims 8 to 10, comprising a signaling device for signaling an error state and/or a communication unit (28) for communicating an error state. 12. Versorgungseinheit (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , weiterhin umfassend eine Bestätigungseinheit (29) zur Bestätigung eines fehlerfreien Zustandes der Versorgungseinheit (20) und/oder der Elektrolyseanlage (100). 12. Supply unit (20) according to one of claims 8 to 11, further comprising a confirmation unit (29) for confirming an error-free state of the supply unit (20) and/or the electrolysis system (100). 13. Versorgungseinheit (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Messeinrichtung (40) zur Lokalisierung eines Erdfehlers (60) innerhalb der Reihenschaltung von Elektrolysezellen (11 ) ausgelegt ist und hierzu einen oder mehrere Spannungssensoren (42.1 - 42.4) aufweist. 13. Supply unit (20) according to one of claims 8 to 12, wherein the measuring device (40) is designed to localize an earth fault (60) within the series connection of electrolysis cells (11) and for this purpose has one or more voltage sensors (42.1 - 42.4). 14. Elektrolyseanlage (100) umfassend einen Elektrolyseur (10) und eine den Elektrolyseur (10) aus einem Netz (30) versorgende Versorgungseinheit (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 13. 14. Electrolysis system (100) comprising an electrolyzer (10) and a supply unit (20) according to one of claims 8 to 13, which supplies the electrolyzer (10) from a network (30).
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