KR20230007173A - System and method for controlling water electrolysis apparatus, and recording medium recording a computer readable program for executing the method - Google Patents

System and method for controlling water electrolysis apparatus, and recording medium recording a computer readable program for executing the method Download PDF

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KR20230007173A
KR20230007173A KR1020210088078A KR20210088078A KR20230007173A KR 20230007173 A KR20230007173 A KR 20230007173A KR 1020210088078 A KR1020210088078 A KR 1020210088078A KR 20210088078 A KR20210088078 A KR 20210088078A KR 20230007173 A KR20230007173 A KR 20230007173A
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오창열
이상중
이종필
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Abstract

Disclosed are a water electrolysis device control system, a method, and a recording medium with a recorded computer-readable program for executing the method. The water electrolysis device control system includes: a voltage application unit; a current measuring unit; a time measuring unit; and a frequency limit setting unit. The voltage application unit applies a pulse voltage to the water electrolysis device, the current measuring unit measures a current generated in the water electrolysis device, the time measuring unit measures time until a current reaches a preset steady state, and the frequency limit setting unit sets the reciprocal of the measured time as the frequency limit of a pulse voltage.

Description

수전해 장치 제어 시스템, 방법, 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체 {SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING WATER ELECTROLYSIS APPARATUS, AND RECORDING MEDIUM RECORDING A COMPUTER READABLE PROGRAM FOR EXECUTING THE METHOD}Water electrolysis device control system, method, and recording medium recording a computer readable program for executing the method

본 발명은 수전해 관련 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 그린수소 수전해 장치에서 수소 발생 성능을 높이기 위한 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to water electrolysis-related technologies, and more particularly, to a control system and method for improving hydrogen generation performance in a green hydrogen water electrolysis device.

수소는 생산하는 방식에 따라 그레이, 블루, 그린 수소와 같이 3가지로 구분할 수 있으며, 그린수소는 신재생에너지 및 잉여에너지에서 생산된 전기로 물을 직접 전기분해하여 얻은 수소를 말한다. Hydrogen can be classified into three types such as gray, blue, and green hydrogen according to the production method. Green hydrogen refers to hydrogen obtained by direct electrolysis of water with electricity generated from renewable energy and surplus energy.

이러한 수전해 기술에서는 수소와 산소만 생산되고 이산화탄소가 전혀 배출되지 않기 때문에, 그린수소 관련기술은 가장 친환경적인 에너지 기술이라고 할 수 있다. 현재 세계는 탈탄소화를 위한 움직임을 보이고 있으며, 이러한 배경으로 친환경적인 특징을 가지는 수소가 미래의 연료로 널리 간주되고 있다. Since only hydrogen and oxygen are produced in this water electrolysis technology and no carbon dioxide is emitted, green hydrogen-related technology can be said to be the most environmentally friendly energy technology. Currently, the world is showing a movement for decarbonization, and against this background, hydrogen with environmentally friendly characteristics is widely regarded as the fuel of the future.

한편, 물의 전기분해에 있어서, 수전해 장치(특히, 셀)가 필요로 하는 최소 조건의 전압보다 큰 전압을 수전해 장치에 인가해 주어, 셀에 전류가 흐르도록 하여 수소를 발생시킨다. 일반적으로, 이때 셀에는 직류 성분의 전류가 흐른다.On the other hand, in water electrolysis, a voltage higher than the minimum voltage required by the water electrolysis device (particularly, the cell) is applied to the water electrolysis device so that current flows through the cell to generate hydrogen. In general, at this time, a DC component current flows through the cell.

이와 같이, 종래에는 직류 성분의 전압을 인가하여 셀에 직류 성분의 전류가 흐르도록 하여 수소를 발생시키는 방법을 고수해 왔으나, 이러한 방법에서는 생성되는 전류가 확산전류 제한치(=셀의 허용전류)보다 작아 수소 발생량의 정도가 떨어지는 문제점이 있었다.In this way, conventionally, a method of generating hydrogen by applying a voltage of a DC component and allowing a current of a DC component to flow through the cell has been adhered to, but in this method, the generated current is smaller than the diffusion current limit (= allowable current of the cell) There was a problem that the degree of hydrogen generation was lowered.

KRKR 101347317 101347317 B1B1

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 수전해 장치에서 생성되는 전류를 셀의 허용전류에 가깝도록 제어하여 수소 발생량을 증가시킬 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a system and method capable of increasing the amount of hydrogen generated by controlling the current generated in the water electrolysis device to be close to the allowable current of the cell. .

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 수전해 장치 제어 시스템은, 전압 인가부, 전류 측정부, 시간 측정부, 및 주파수 제한치 설정부를 포함한다. 전압 인가부는 수전해 장치에 펄스 전압을 인가하고, 전류 측정부는 수전해 장치에서 발생하는 전류를 측정하고, 시간 측정부는 전류가 미리 설정된 정상 상태에 이르기까지의 시간을 측정하며, 주파수 제한치 설정부는 측정된 시간의 역수를 펄스 전압의 주파수 제한치로 설정한다. In order to achieve the above object, the water electrolysis device control system according to the present invention includes a voltage application unit, a current measurement unit, a time measurement unit, and a frequency limit value setting unit. The voltage application unit applies a pulse voltage to the water electrolysis device, the current measurement unit measures the current generated in the water electrolysis unit, the time measurement unit measures the time until the current reaches a preset steady state, and the frequency limit setting unit measures the current. The reciprocal of the time is set as the frequency limit of the pulse voltage.

이와 같은 구성에 의하면, 펄스 전압의 인가 주파수를 높이면서도 전기 이중층에 이온들이 배열될 수 있는 충분한 시간을 확보할 수 있어, 수전해 장치에서 생성되는 전류를 셀의 허용전류에 가깝도록 제어하여 수소 발생량을 증가시킬 수 있게 된다.According to this configuration, it is possible to secure sufficient time for ions to be arranged in the electric double layer while increasing the application frequency of the pulse voltage, and control the current generated in the water electrolysis device to be close to the allowable current of the cell, thereby increasing the amount of hydrogen generated. can increase.

이때, 서로 병렬 연결된 전기 이중층 커패시터와 활성화 저항에 직렬 연결된 이온 저항을 포함하는 수전해 장치의 등가 회로와 펄스 전압 인가시 측정되는 순간 충전 전류 및 정상 상태에서 측정되는 정상 상태 전류를 이용하여, 상기 이온 저항, 활성화 저항, 및 전기 이중층 커패시터의 값을 산출하는 소자값 산출부를 더 포함할 수 있다.At this time, using an equivalent circuit of a water electrolysis device including an electric double layer capacitor connected in parallel and an ion resistor connected in series to an activation resistor and an instantaneous charging current measured when a pulse voltage is applied and a steady state current measured in a steady state, the ion The device may further include a device value calculation unit that calculates values of resistance, activation resistance, and electric double layer capacitor.

이와 같은 구성에 의하면, 수전해 장치의 등가 회로에 포함되는 소자의 소자값을 산출함으로써, 수전해 장치의 제어에 필요한 다양한 정보들을 산출할 수 있게 된다.According to this configuration, it is possible to calculate various pieces of information necessary for controlling the water electrolysis device by calculating element values of elements included in an equivalent circuit of the water electrolysis device.

또한, 전기 이중층 커패시터의 값은 사전 측정된 상기 시간과 등가 회로의 등가 저항을 이용하여 산출될 수 있다.Also, the value of the electric double layer capacitor can be calculated using the previously measured time and the equivalent resistance of the equivalent circuit.

또한, 전압 인가부에 의해 인가된 전압과 수전해 장치에서 발생하는 전류를 이용하여 수전해 장치의 전압 전류 특성을 산출하는 전압 전류 특성 산출부를 더 포함할 수 있다.The water electrolysis device may further include a voltage/current characteristic calculation unit configured to calculate voltage/current characteristics of the water electrolysis device using the voltage applied by the voltage application unit and the current generated in the water electrolysis device.

이와 같은 구성에 의하면, 수전해 장치의 특성은 장치 및 시험시마다 달라질 수 있으므로, 미리 설정된 전압 전류 특성을 이용하여 보다 효과적으로 수전해 장치의 제어를 수행할 수 있게 된다.According to this configuration, since the characteristics of the water electrolysis device may vary for each device and each test, it is possible to more effectively control the water electrolysis device using preset voltage and current characteristics.

또한, 펄스 전압의 주파수를 주파수 제한치 이내로 제어하도록 전압 인가부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.In addition, a control unit for controlling the voltage application unit to control the frequency of the pulse voltage within a frequency limit may be further included.

이때, 제어부는 전압 인가부가 주파수 제한치 이내에서 미리 설정된 파라미터를 변경하여 펄스 전압을 인가하도록 제어하며, 상기 파라미터에 대응하는 수전해 장치의 수소 생산량 정보에 따라 파라미터의 설정치를 산출하는 파라미터 설정치 산출부를 더 포함할 수 있다.At this time, the control unit controls the voltage application unit to apply a pulse voltage by changing a preset parameter within a frequency limit, and further a parameter set value calculation unit that calculates the set value of the parameter according to the hydrogen production information of the water electrolysis device corresponding to the parameter. can include

이와 같은 구성에 의하면, 펄스 전압의 주파수를 주파수 제한치로 유지하면서, 수소 생산량 증가를 위한 추가적인 다양한 파라미터의 산출이 가능해 진다.According to this configuration, it is possible to calculate additional various parameters for increasing hydrogen production while maintaining the frequency of the pulse voltage at the frequency limit.

이때, 파라미터는 펄스 전압의 온(on) 시간에 대한 파라미터, 펄스 전압의 진폭에 대한 파라미터, 펄스 전압의 옵셋 오프셋에 대한 파라미터 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In this case, the parameter may include one or more of a parameter for an on-time of the pulse voltage, a parameter for an amplitude of the pulse voltage, and a parameter for an offset offset of the pulse voltage.

아울러, 상기 시스템을 방법의 형태로 구현한 발명과 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체가 함께 개시된다.In addition, an invention in which the system is implemented in the form of a method and a recording medium recording a computer readable program for executing the method are disclosed together.

본 발명에 의하면, 펄스 전압의 인가 주파수를 높이면서도 전기 이중층에 이온들이 배열될 수 있는 충분한 시간을 확보할 수 있어, 수전해 장치에서 생성되는 전류를 셀의 허용전류에 가깝도록 제어하여 수소 발생량을 증가시킬 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to secure enough time for ions to be arranged in the electric double layer while increasing the frequency of applying the pulse voltage, thereby controlling the current generated in the water electrolysis device to be close to the allowable current of the cell, thereby increasing the amount of hydrogen generated. be able to increase

또한, 수전해 장치의 등가 회로에 포함되는 소자의 소자값을 산출함으로써, 수전해 장치의 제어에 필요한 다양한 정보들을 산출할 수 있게 된다.In addition, by calculating device values of elements included in an equivalent circuit of the water electrolysis device, it is possible to calculate various pieces of information necessary for controlling the water electrolysis device.

또한, 수전해 장치의 특성은 장치 및 시험시마다 달라질 수 있으므로, 미리 설정된 전압 전류 특성을 이용하여 보다 효과적으로 수전해 장치의 제어를 수행할 수 있게 된다.In addition, since the characteristics of the water electrolysis device may vary for each device and each test, it is possible to more effectively control the water electrolysis device using preset voltage and current characteristics.

또한, 펄스 전압의 주파수를 주파수 제한치로 유지하면서 수소 생산량 증가를 위한 추가적인 다양한 파라미터의 산출이 가능해 진다.In addition, it is possible to calculate additional various parameters for increasing hydrogen production while maintaining the frequency of the pulse voltage at the frequency limit.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해 장치 제어 시스템의 개략적인 블록도.
도 2 및 도 3은 수전해 셀의 교번 전계에 의한 전기 분극의 경향성을 설명하기 위한 도면.
도 4는 수전해 장치의 등가 회로의 예를 도시한 도면.
도 5는 수전해 장치의 전압 전류 특성의 예를 도시한 그래프.
도 6 내지 도 8은 제어부의 제어에 따라 다양한 형태로 인가되는 펄스 전압의 파형을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해 장치 제어 방법의 개략적인 흐름도.
도 10은 미리 설정된 입력 전압까지 입력 전압을 계속적으로 증가시키는 예가 도시된 도면.
도 11 및 도 12는 각각 초기 순간 충전전류 및 정상 상태 전류를 취득하는 개념을 도시한 도면. 1 is a schematic block diagram of a water electrolysis device control system according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are diagrams for explaining the electric polarization tendency due to the alternating electric field of the water electrolysis cell.
4 is a diagram showing an example of an equivalent circuit of a water electrolysis device;
5 is a graph showing an example of voltage current characteristics of a water electrolysis device.
6 to 8 are diagrams showing waveforms of pulse voltages applied in various forms under the control of a controller.
9 is a schematic flowchart of a method for controlling a water electrolysis device according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram showing an example of continuously increasing an input voltage up to a preset input voltage;
11 and 12 are diagrams illustrating the concept of obtaining an initial instantaneous charging current and a steady state current, respectively.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해 장치 제어 시스템의 개략적인 블록도이고, 수전해 장치 제어 시스템은 전압 인가부(110), 전류 측정부(120), 시간 측정부(130), 주파수 제한치 설정부(140), 소자값 산출부(150), 전압 특성 산출부(160), 제어부(170), 및 파라미터 설정치 산출부(180)를 포함한다.1 is a schematic block diagram of a water electrolysis device control system according to an embodiment of the present invention, and the water electrolysis device control system includes a voltage application unit 110, a current measurement unit 120, a time measurement unit 130, It includes a frequency limiting value setting unit 140, a device value calculating unit 150, a voltage characteristic calculating unit 160, a control unit 170, and a parameter setting value calculating unit 180.

전압 인가부(110)는 수전해 장치에 펄스 전압을 인가한다. 펄스를 이용한 수전해는 순간적으로 전류를 증가시키고, 전극표면에서의 기포의 이동과 전해질의 물질 전달 속도를 가속화하여, 확산층의 전기화학적 분극을 낮추어 수소 생산효율을 증가시킬 수 있기 때문이다.The voltage application unit 110 applies a pulse voltage to the water electrolysis device. This is because water electrolysis using a pulse instantaneously increases the current, accelerates the movement of bubbles on the electrode surface and the mass transfer rate of the electrolyte, and lowers the electrochemical polarization of the diffusion layer, thereby increasing the hydrogen production efficiency.

도 2 및 도 3은 수전해 셀의 교번 전계에 의한 전기 분극의 경향성을 설명하기 위한 도면이다. 수소 생산 효율을 높이기 위해서는 전기 분극을 낮추어야 가능한데, 도 1에 도시된 전기분극을 푸리에 변환을 통해 주파수 의존성을 확인해보면, 전계의 주파수가 높아지면 분극치가 작아지는 것을 확인할 수 있다. 이때, 전기 분극 식은

Figure pat00001
이고, 푸리에 변환식은
Figure pat00002
이다.2 and 3 are views for explaining the electric polarization tendency due to the alternating electric field of the water electrolysis cell. In order to increase the hydrogen production efficiency, it is possible to lower the electric polarization. When checking the frequency dependence of the electric polarization shown in FIG. 1 through Fourier transform, it can be seen that the polarization value decreases as the frequency of the electric field increases. At this time, the electric polarization equation is
Figure pat00001
, and the Fourier transform is
Figure pat00002
to be.

확산전류 제한치(Id)에 의해서도, 수소 발생의 주파수 의존성을 판단할 수 있는데,

Figure pat00003
,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
,
Figure pat00006
의 수학식에서 수소 생산 효율은 확산층의 두께가 작을수록 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이때, δ는 확산층 두께(m)이다.The frequency dependence of hydrogen generation can also be determined by the diffusion current limit (I d ),
Figure pat00003
,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
,
Figure pat00006
In the equation of , it can be seen that the hydrogen production efficiency increases as the thickness of the diffusion layer decreases. At this time, δ is the diffusion layer thickness (m).

하지만, 주파수를 무한정 올릴 수는 없는데, 이것은 셀의 전극표면에서 나타나는 전기 이중층의 비패러데이 프로세스에 의해 발생하는 충전 및 방전의 시간으로 인해 주입되는 주파수는 전기 이중층이 완전히 충전되는 시간보다 빠를 수 없기 때문이다. However, the frequency cannot be increased indefinitely. This is because the injected frequency cannot be faster than the time when the electric double layer is fully charged due to the charging and discharging time caused by the non-Faraday process of the electric double layer appearing on the electrode surface of the cell. to be.

전류 측정부(120)는 수전해 장치에서 발생하는 전류를 측정하고, 시간 측정부(130)는 전류가 미리 설정된 정상 상태에 이르기 까지의 시간을 측정하며, 주파수 제한치 설정부(140)는 측정된 시간의 역수를 펄스 전압의 주파수 제한치로 설정한다. The current measurement unit 120 measures the current generated in the water electrolysis device, the time measurement unit 130 measures the time until the current reaches a preset steady state, and the frequency limit setting unit 140 measures the measured Set the reciprocal of the time as the frequency limit of the pulse voltage.

이와 같은 구성에 의하면, 펄스 전압의 인가 주파수를 높이면서도 전기 이중층에 이온들이 배열될 수 있는 충분한 시간을 확보할 수 있어, 수전해 장치에서 생성되는 전류를 셀의 허용전류에 가깝도록 제어하여 수소 발생량을 증가시킬 수 있게 된다.According to this configuration, it is possible to secure sufficient time for ions to be arranged in the electric double layer while increasing the application frequency of the pulse voltage, and control the current generated in the water electrolysis device to be close to the allowable current of the cell, thereby increasing the amount of hydrogen generated. can increase.

소자값 산출부(150)는 서로 병렬 연결된 전기 이중층 커패시터와 활성화 저항에 직렬 연결된 이온 저항을 포함하는 수전해 장치의 등가 회로와 펄스 전압 인가시 측정되는 순간 충전 전류 및 정상 상태에서 측정되는 정상 상태 전류를 이용하여, 이온 저항, 활성화 저항, 및 전기 이중층 커패시터의 값을 산출한다. The device value calculation unit 150 is an equivalent circuit of a water electrolysis device including an electric double layer capacitor connected in parallel and an ion resistor connected in series to an activation resistor, and an instantaneous charging current measured when a pulse voltage is applied and a steady state current measured in a steady state. Calculate the values of the ionic resistance, activation resistance, and electric double layer capacitor using

이와 같은 구성에 의하면, 수전해 장치의 등가 회로에 포함되는 소자의 소자값을 산출함으로써, 수전해 장치의 제어에 필요한 다양한 정보들을 산출할 수 있게 된다.According to this configuration, it is possible to calculate various pieces of information necessary for controlling the water electrolysis device by calculating element values of elements included in an equivalent circuit of the water electrolysis device.

이때, 전기 이중층 커패시터의 값은 산출된 시간과 등가 회로의 등가 저항을 이용하여 산출되며, 이를 위해, 전류가 미리 설정된 정상 상태에 이르기 까지의 시간을 5τ로 설정하고, 산출된 수전해 장치의 등가 저항과 커패시터 값을 이용하여 산출된 시정수를 τ로 설정하여 이중층 커패시터의 값을 산출할 수 있다.At this time, the value of the electric double layer capacitor is calculated using the calculated time and the equivalent resistance of the equivalent circuit. For this purpose, the time until the current reaches a preset steady state is set to 5τ, and the calculated equivalent The value of the double-layer capacitor can be calculated by setting the calculated time constant to τ using the resistor and capacitor values.

도 4는 수전해 장치의 등가 회로의 예를 도시한 도면이다. 도 4는 테브난 등가 회로로서 수전해 부하 등가회로의 일반적인 형태를 도시하며, 전기적 모델링을 통해 수전해 시스템의 수소발생량의 발생정도를 파악할 수 있게 된다.4 is a diagram showing an example of an equivalent circuit of a water electrolysis device. 4 shows a general form of a water electrolysis load equivalent circuit as a Thevenin equivalent circuit, and the degree of hydrogen generation in the water electrolysis system can be grasped through electrical modeling.

보다 구체적으로, 도 4에 도시된 등가회로에서, 이온 저항(Rohm) (

Figure pat00007
의미적인 값일 뿐 계산에 크게 기여하지 않음)의 값은
Figure pat00008
의 수학식에 의해 산출되며, 이때,
Figure pat00009
이다. More specifically, in the equivalent circuit shown in FIG. 4, the ion resistance (R ohm ) (
Figure pat00007
It is only a semantic value and does not contribute significantly to the calculation)
Figure pat00008
It is calculated by the equation of, At this time,
Figure pat00009
to be.

이어서,

Figure pat00010
의 수학식을 이용하여, 활성화 저항(Ract)
Figure pat00011
의미적인 값일 뿐 계산에 크게 기여하지 않음)의 값을 산출한다. 이때,
Figure pat00012
Figure pat00013
,
Figure pat00014
이다.next,
Figure pat00010
Using the equation of , activation resistance (R act )
Figure pat00011
It is only a semantic value and does not significantly contribute to the calculation). At this time,
Figure pat00012
Figure pat00013
,
Figure pat00014
to be.

이어서,

Figure pat00015
의 수학식에 의해 전기 이중층 커패시터(Cdl)의 값이 산출된다. 이때, τ는 실험적으로 취득된 값이다. 또한, 이에 따라, 펄스 전압의 주파수 제한치는
Figure pat00016
의 수학식으로 표현될 수 있다.next,
Figure pat00015
The value of the electric double layer capacitor (C dl ) is calculated by the equation of At this time, τ is an experimentally obtained value. In addition, according to this, the frequency limit of the pulse voltage
Figure pat00016
It can be expressed as an equation of

전압 특성 산출부(160)는 전압 인가부(110)에 의해 인가된 전압과 수전해 장치에서 발생하는 전류를 이용하여 수전해 장치의 전압 전류 특성을 산출한다. 수전해 장치의 특성은 장치 및 시험시마다 달라질 수 있으므로, 이와 같은 구성에 의하면, 미리 설정된 전압 전류 특성을 이용하여 보다 효과적으로 수전해 장치의 제어를 수행할 수 있게 된다. The voltage characteristic calculation unit 160 calculates voltage and current characteristics of the water electrolysis device using the voltage applied by the voltage application unit 110 and the current generated in the water electrolysis device. Since characteristics of the water electrolysis device may vary for each device and each test, according to this configuration, it is possible to more effectively control the water electrolysis device using preset voltage and current characteristics.

도 5는 수전해 장치의 전압 전류 특성의 예를 도시한 그래프이다. 수전해 시스템의 셀마다 전류-전압 특성 곡선이 상이하기에 도 5에 도시된 바와 같은 전압 전류 특성의 선행적인 조사가 필요한 것이다. 5 is a graph showing an example of voltage current characteristics of a water electrolysis device. Since the current-voltage characteristic curve is different for each cell of the water electrolysis system, a preliminary investigation of the voltage-current characteristic as shown in FIG. 5 is required.

제어부(170)는 펄스 전압의 주파수를 주파수 제한치 이내로 제어하도록 전압 인가부(110)를 제어한다. 이때, 제어부(170)는 전압 인가부(110)가 주파수 제한치 이내에서 미리 설정된 파라미터를 변경하여 펄스 전압을 인가하도록 제어할 수 있다. The control unit 170 controls the voltage application unit 110 to control the frequency of the pulse voltage within a frequency limit. In this case, the control unit 170 may control the voltage application unit 110 to apply the pulse voltage by changing a preset parameter within a frequency limit.

파라미터 설정치 산출부(180)는 상기 파라미터에 대응하는 수전해 장치의 수소 생산량 정보에 따라 파라미터의 설정치를 산출한다. 이와 같은 구성에 의하면, 펄스 전압의 주파수를 주파수 제한치로 유지하면서, 수소 생산량 증가를 위한 추가적인 다양한 파라미터의 산출이 가능해 진다.The parameter setting value calculation unit 180 calculates the setting value of the parameter according to the hydrogen production amount information of the water electrolyzer corresponding to the parameter. According to this configuration, it is possible to calculate additional various parameters for increasing hydrogen production while maintaining the frequency of the pulse voltage at the frequency limit.

이때, 파라미터는 펄스 전압의 온(on) 시간에 대한 파라미터, 펄스 전압의 진폭에 대한 파라미터, 펄스 전압의 옵셋 오프셋에 대한 파라미터 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In this case, the parameter may include one or more of a parameter for an on-time of the pulse voltage, a parameter for an amplitude of the pulse voltage, and a parameter for an offset offset of the pulse voltage.

도 6 내지 도 8은 제어부의 제어에 따라 다양한 형태로 인가되는 펄스 전압의 파형을 도시한 도면이다. 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 제어부(170)는 주파수 제한에 따라 스위칭 on 시간 및 off 시간 설정할 수 있으며, 주파수 제한 범위 내에서의 펄스 전원 인가 시 스위칭 on 시간(Ton) 및 off 시간(Toff) 외에도 진폭(Iamp)과 옵셋(Ioff)의 가변을 통하여 수소발생량에 기여할 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 변수의 가변에 따라 펄스의 형태가 대칭이 될 수도 비대칭이 될수도 있다. 6 to 8 are diagrams illustrating waveforms of pulse voltages applied in various forms under the control of a controller. As shown in FIGS. 6 to 8 , the controller 170 may set the switching on time and off time according to the frequency limit, and the switching on time (T on ) and off time when pulse power is applied within the frequency limit range. In addition to (T off ), it is possible to contribute to the amount of hydrogen generation by varying the amplitude (I amp ) and the offset (I off ). For example, as shown in FIGS. 7 and 8 , the shape of the pulse may be symmetrical or asymmetrical depending on the variable.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해 장치 제어 방법의 개략적인 흐름도이다. 도 9에 도시된 수전해 장치 제어 방법에 의하면, 입력전압을 기본 값(스위칭 off 전압)에서 피크값(스위칭 on 전압)으로 변경하며, 이 스위칭의 on 시간 및 off 시간은 본 발명에서 따라 설정된 주파수 범위내에서 동작하도록 한다.9 is a schematic flowchart of a method for controlling a water electrolysis device according to an embodiment of the present invention. According to the method for controlling the water electrolysis device shown in FIG. 9, the input voltage is changed from a basic value (switching off voltage) to a peak value (switching on voltage), and the on time and off time of this switching are set according to the present invention. to operate within the range.

또한, 스위칭의 on 및 off 시간을 대칭 및 비대칭으로 변경하는 것과 같이, 입력전압의 형태를 조절하여 그린수소 발생량의 정도가 확산전류 제한치(=셀의 허용전류)에 가깝도록 제어할 수도 있다.In addition, the amount of green hydrogen generated may be controlled to be close to the diffusion current limit (= allowable current of the cell) by adjusting the shape of the input voltage, such as changing the switching on and off times symmetrically and asymmetrically.

또한, 이를 위해, 스위칭 동작을 통해 입력전압을 시스템에 기설정된 주파수 범위 내에서 동작하는 스위칭의 on 및 off 시간을 통하여 제어하며, 상기 입력전압의 형태에 기초하여, 그린수소 발생량의 정도를 증가시키기 위한 프로세서를 포함할 수 있다.In addition, to this end, the input voltage is controlled through the switching operation through the on and off times of the switching operating within the frequency range preset in the system, and based on the form of the input voltage, to increase the degree of green hydrogen generation. It may include a processor for

보다 구체적으로, 도 9는 주파수 제한에 따른 스위칭 on 시간 및 off 시간 설정을 보여주고 있다. 먼저, 기실험에서 얻은 전류-전압 특성곡선으로부터 얻을 수 있는 정보(Ecell, 셀이 전류를 흘리기 위한 최소 전압)를 취득하고, 이 최소전압을 기초하여, 수전해 시스템의 전압을 인가한다. 도 10은 미리 설정된 입력 전압까지 입력 전압을 계속적으로 증가시키는 예가 도시된 도면이다.More specifically, FIG. 9 shows switching on time and off time settings according to frequency limitations. First, information (E cell , minimum voltage for the cell to flow current) obtained from the current-voltage characteristic curve obtained in the previous experiment is obtained, and based on this minimum voltage, the voltage of the water electrolysis system is applied. 10 is a diagram illustrating an example of continuously increasing an input voltage up to a preset input voltage.

이때, 상기 전압이 최소 전압보다 크게 되며, 특정 동작지점에서 전류의 기울기가 0이 되게 하는 시간(5τ)을 가지게 하는 간헐적인 펄스를 인가하여, 초기 순간 충전전류(Idc(t0), 정상 상태 전류(Idc(t1) 등을 취득한다. 도 11 및 도 12는 각각 초기 순간 충전전류 및 정상 상태 전류를 취득하는 개념을 도시한 도면이다. At this time, the voltage is greater than the minimum voltage, and an intermittent pulse is applied to have a time (5τ) for the slope of the current to become 0 at a specific operating point, the initial instantaneous charging current (I dc (t 0 ), normal The state current I dc (t 1 ), etc. are acquired. FIGS. 11 and 12 are diagrams illustrating the concept of acquiring the initial instantaneous charging current and the steady state current, respectively.

이후, 취득된 데이터들을 이용하여 전기적 모델 파라미터 및 주파수 제한치를 계산한다. 또한, 기설정된 주파수 제한치 범위 내에서 여러가지 파라미터를 조정하여 수소발생량의 발생정도를 파악할 수 있다. Then, the electrical model parameters and frequency limits are calculated using the acquired data. In addition, it is possible to determine the degree of hydrogen generation by adjusting various parameters within a preset frequency limit range.

그리고, 상기 얻은 전기적 모델의 파라미터는 향후 수소 발생량의 정도를 파악하기 위해 사용될 수 있으며, 예를 들어, 상기 파라미터를 이용하여 펄스 전원 인가와 직류 전원 인가의 경우를 비교할 수 있다.In addition, the parameters of the obtained electrical model can be used to determine the amount of hydrogen generation in the future. For example, pulse power application and direct current power application can be compared using the parameters.

본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야할 것이다.Although the present invention has been described by some preferred embodiments, the scope of the present invention should not be limited thereto, but should also extend to modifications or improvements of the above embodiments supported by the claims.

110: 전압 인가부
120: 전류 측정부
130: 시간 측정부
140: 주파수 제한치 설정부
150: 소자값 산출부
160: 전압 특성 산출부
170: 제어부
180: 파라미터 설정치 산출부110: voltage application unit
120: current measuring unit
130: time measuring unit
140: frequency limit setting unit
150: element value calculation unit
160: voltage characteristic calculator
170: control unit
180: parameter setting value calculation unit

Claims (9)

수전해 장치에 펄스 전압을 인가하는 전압 인가부;
상기 수전해 장치에서 발생하는 전류를 측정하는 전류 측정부;
상기 전류가 미리 설정된 정상 상태에 이르기 까지의 시간을 측정하는 시간 측정부; 및
상기 시간의 역수를 상기 펄스 전압의 주파수 제한치로 설정하는 주파수 제한치 설정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수전해 장치 제어 시스템.
a voltage applicator for applying a pulse voltage to the water electrolysis device;
a current measuring unit measuring a current generated in the water electrolysis device;
a time measurement unit for measuring the time required for the current to reach a preset steady state; and
and a frequency limit setting unit configured to set the reciprocal of the time as a frequency limit of the pulse voltage.
 청구항 1에 있어서,
서로 병렬 연결된 전기 이중층 커패시터와 활성화 저항에 직렬 연결된 이온 저항을 포함하는 상기 수전해 장치의 등가 회로와 상기 펄스 전압 인가시 측정되는 순간 충전 전류 및 상기 정상 상태에서 측정되는 정상 상태 전류를 이용하여, 상기 이온 저항, 상기 활성화 저항, 및 상기 전기 이중층 커패시터의 값을 산출하는 소자값 산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수전해 장치 제어 시스템.
The method of claim 1,
Using an equivalent circuit of the water electrolysis device including an electric double layer capacitor connected in parallel with each other and an ion resistor connected in series to an activation resistor and an instantaneous charging current measured when the pulse voltage is applied and a steady state current measured in the steady state, The water electrolysis device control system of claim 1, further comprising an element value calculation unit that calculates values of the ion resistance, the activation resistance, and the electric double layer capacitor.
 청구항 2에 있어서,
상기 전기 이중층 커패시터의 값은 상기 시간과 상기 등가 회로의 등가 저항을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 수전해 장치 제어 시스템.
The method of claim 2,
The water electrolysis device control system, characterized in that the value of the electric double layer capacitor is calculated using the time and the equivalent resistance of the equivalent circuit.
 청구항 3에 있어서,
상기 전압 인가부에 의해 인가된 전압과 상기 수전해 장치에서 발생하는 전류를 이용하여 상기 수전해 장치의 전압 전류 특성을 산출하는 전압 전류 특성 산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수전해 장치 제어 시스템.
The method of claim 3,
The water electrolysis device control system of claim 1, further comprising a voltage and current characteristic calculation unit for calculating the voltage and current characteristics of the water electrolysis device using the voltage applied by the voltage application unit and the current generated in the water electrolysis device.
 청구항 4에 있어서,
상기 펄스 전압의 주파수를 상기 주파수 제한치 이내로 제어하도록 상기 전압 인가부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수전해 장치 제어 시스템.
The method of claim 4,
The water electrolysis device control system of claim 1, further comprising a control unit controlling the voltage application unit to control the frequency of the pulse voltage within the frequency limit.
 청구항 5에 있어서,
상기 제어부는 상기 전압 인가부가 상기 주파수 제한치 이내에서 미리 설정된 파라미터를 변경하여 상기 펄스 전압을 인가하도록 제어하며,
상기 파라미터에 대응하는 상기 수전해 장치의 수소 생산량 정보에 따라 상기 파라미터의 설정치를 산출하는 파라미터 설정치 산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수전해 장치 제어 시스템.
The method of claim 5,
The control unit controls the voltage application unit to apply the pulse voltage by changing a preset parameter within the frequency limit,
The water electrolysis device control system of claim 1, further comprising a parameter setting value calculating unit that calculates the setting value of the parameter according to the hydrogen production amount information of the water electrolysis device corresponding to the parameter.
 청구항 6에 있어서,
상기 파라미터는 상기 펄스 전압의 온(on) 시간에 대한 파라미터, 상기 펄스 전압의 진폭에 대한 파라미터, 상기 펄스 전압의 옵셋 오프셋에 대한 파라미터 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수전해 장치 제어 시스템.
The method of claim 6,
The water electrolysis device control system of claim 1, wherein the parameter includes at least one of a parameter for an on time of the pulse voltage, a parameter for an amplitude of the pulse voltage, and a parameter for an offset offset of the pulse voltage.
 수전해 장치에 펄스 전압을 인가하는 전압 인가 단계;
상기 수전해 장치에서 발생하는 전류를 측정하는 전류 측정 단계;
상기 전류가 미리 설정된 정상 상태에 이르기 까지의 시간을 측정하는 시간 측정 단계; 및
상기 시간의 역수를 상기 펄스 전압의 주파수 제한치로 설정하는 주파수 제한치 설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수전해 장치 제어 방법.
a voltage application step of applying a pulse voltage to the water electrolysis device;
a current measuring step of measuring a current generated in the water electrolysis device;
a time measurement step of measuring the time required for the current to reach a preset steady state; and
and a frequency limit setting step of setting the reciprocal of the time as the frequency limit of the pulse voltage.
 청구항 8의 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체.
A recording medium recording a computer readable program for executing the method of claim 8.
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