CN106940508A - 一种电致变色器件控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电致变色器件的控制方法，该方法在起始驱动时，输入脉冲探测信号，判断器件起始状态，确定使用对应的驱动起始电压U+，核心是驱动电压是逐步增加到限定值Uset1，而不是直接导通，避免了启动瞬间由于锂离子和电子在电场作用下剧烈迁移导致大电流，损害器件内部结构，定时、短暂停止驱动，开路读取器件内电压，调整驱动电压值U稳态+。通过本发明的控制方法，电致变色器件可实现多种实用效果，透明、不透明、随意可调的中间透明状态，同时保证了电致变色器的使用寿命。

Description

一种电致变色器件控制方法
技术领域
本发明属于电致变色器件控制技术领域，具体是涉及一种电致变色器件的控制方法。
背景技术
电致变色是指材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化，用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。
如图3所示，电致变色器件一般具有五层结构，分别是透明基底300，下透明导电层301，电致变色层，离子传导层(电解质层)，离子存储层302，上透明导电层303。根据功能材料的选择不同分为有机电致变色器件和无机电子变色器件；根据离子传导层的状态不同，可分为全固态电致变色器件和非全固态电致变色器件，均可以应用在幕墙玻璃、后视镜、汽车天窗、电子名片、防盗卡片、防炫目眼镜等不同领域。
电致变色的原理是电致变色材料在外加电场作用下离子通过离子传导层到达电致变色层，引起电致变色层中发生电化学氧化还原反应，通过得失电子使材料的颜色发生变化。电致变色器件膜层制备完成需通过激光划线，电极汇流条，接线端子等工序从上透明电极与下透明电极引出两根导线，根据电致变色层材料的不同，由上透明导电层与下透明导电层引出的导线有正负之分。驱动电源将电通过导线、汇流条、上下透明导电层，在电致变色功能层上形成外加电场，而这种电场必须是直流电源产生的电场。
传统的控制方法主要是直接通直流稳压电源直接施加到电致变色器件汇流条上，这种方法简单，但导致缺乏有效的回馈测试手段，无法了解器件变色的电化学反应进程，长时间使器件过充，损坏电致变色器件膜层结构，且不能考虑外界情况，特别是当环境温度发生较大改变时，使用这种低电压驱动，器件极有可能不被驱动，如图2所示。
也有专利文献采用通过施加一定不同频率的直流脉冲信号，例如公开号为CN101707892A的专利文献中介绍了三种控制方法中，使用电压脉冲控制电路，一定时间后检查器件开路内电压，与设定值比对，调节电压脉冲频率或者电压幅值；检查控制电路占空比与标准值对比，调节电压脉冲占空比。WO97/28484专利文献中介绍，使用恒定控制，施加预设的恒定电流，并规定不能超过的电压极限，与锂电池充电类似，会有低转换速率的问题。专利文献US8864321缓慢增加驱动电压，实时测量器件电流，并与电流设定值比对，回馈调整输入电压的控制方法，但器件电流容易受到温度的影响。
发明内容
本发明提供了一种电致变色器件的控制方法，通过自动读取电致变色器件的起始内电压，确定驱动起始电压，并采用逐步增加驱动起始电压，降低了对器件的损害，延长了电致变色器件的使用循环寿命。
一种电致变色器件的控制方法，包括如下步骤：
(1)向电致变色器件发出电压脉冲信号，检测电致变色器件起始状态，确定驱动起始电压U+；
(2)逐步将驱动起始电压U+增加至设定的驱动电压限定值Uset1；
(3)以驱动电压限定值Uset1对电致变色器件施加电压至设定间隔时间t1；
(4)开路状态下检测电致变色器件的内电压U测试，针对U测试判定如下：
若U测试小于设定的阈值范围，则返回步骤(3)；
若U测试大于设定的阈值范围，则进入步骤(5)；
若U测试在设定的阈值范围内，则开始对电致变色器件进行稳态驱动；
(5)对电致变色器件进行反向驱动，步骤为：
(5-1)确定反向驱动电压；
(5-2)对电致变色器件施加反向电压至设定间隔时间t2，并返回步骤(4)；
可选择的，进行反向驱动，实现电致变色器件的褪色过程。
步骤(1)中，可通过控制器控制驱动电源向电致变色器件发出电压脉冲信号，可通过电压计检测电致变色器件起始状态，确定驱动起始电压U+。
作为优选，步骤(1)中，通过判断电致变色器件起始状态，得到其起始状态的内电压U内，所述驱动起始电压U+与电致变色器件起始状态的内电压U内的关系为：U+＝︱1-U内︱，其中“| |”为取绝对值(下文同)。
作为优选，步骤(1)中，所述的施加的电压脉冲信号时间为1～100ms。施加电压脉冲信号时间的时间极短，对器件状态影响极小，可以忽略不计，进一步保证了本发明控制方法的安全性，延长了电致变色器件寿命。
作为优选，步骤(1)中，通过控制器收集处理电压脉冲信号，控制器处理电压脉冲信号的时间为1～1000ms，能快速响应反馈信号。所述的控制器可选择单片机。
作为优选，步骤(1)中，同时根据电致变色器件起始状态确定电压跃变速度Δv，步骤(2)中按照确定的电压跃变速度Δv逐步将驱动起始电压U+增加至设定的驱动电压限定值Uset1，其中△v为0.1～0.5V/s。
作为优选，步骤(4)中对电致变色器件进行稳态驱动时，实时检测电致变色器件内的内电压以及漏电流，通过漏电流进行驱动电压的反馈控制，保证电致变色器件的内电压在设定范围。
作为优选，所述驱动电压限定值Uset1为2.0～4.0V；所述间隔时间t1为5～300s。
作为优选，所述阈值范围为U标准±δ，U标准为0.8～2.0V，δ为0.05～0.1V。当选择不同档位时，对应唯一的一个电压值，δ设置的大小可根据实际需要控制的精度确定。
作为优选，本发明中，稳态电压值U稳态+为1.0～2.5V，当选择不同档位时，对应唯一的一个电压值。
作为优选，步骤(5-1)中，所述反向驱动电压为-︱1+U测试︱，间隔时间t2为1～50s。
作为优选，所述电致变色器件为300mm*300mm～900mm*900mm的全固态电致变色器件。比如常见的电致变色器件有370*470mm、620*840mm等等。
作为优选，所述实现电致变色器件的褪色过程为：以反向驱动电压Uset2对所述电致变色器件施加反向驱动电压t3时间；所述反向驱动电压Uset2为-︱0.5+U稳态+︱，施加时间t3为10～600s。作为进一步优选，反向驱动过程中，首先读取电致变色器件开路电压，选择适合的反向驱动起始电压U-，逐渐增加至限定值Uset2，然后施加t3时间的反向驱动电压，然后与设定电压阈值进行对比，当符合设定要求时，进行反向稳压驱动。
本发明中，上色和褪色过程可通过控制按钮进行切换。
与普通的控制方法相比，本发明设计能提高用户使用体验，经济实惠且能延长电致变色器件的使用循环寿命。此类控制方法通过直流可程序设计电源驱动为主，在起始驱动时，输入脉冲探测信号，脉冲信号在收集情况的过程中尽可能的短暂，不能对器件起始状态产生影响。
本发明中，控制电路自动读取驱动电源上次使用记录，同时通过单片机收集处理脉冲探测信号，判断器件起始状态，确定使用对应的驱动起始电压U+，核心是驱动电压是逐步增加到限定值Uset1，而不是直接导通，避免了启动瞬间由于锂离子和电子在电场作用下剧烈迁移导致大电流，损害器件内部结构，定时、短暂停止驱动，开路读取器件内电压，调整驱动电压值U稳态+，如图1所示。反向褪色驱动时，控制电路通过单片机等读取电致变色器件开路电压，选择适合的反向驱动起始电压U-，逐渐增加至限定值Uset2，定时、短暂停止驱动，开路读取器件内电压，调整驱动电压值U稳态-。
当切换电致变色不同档位呈现不同光密度OD值时，理论上需要测试不同的透过率等光学信息回馈回控制电路，但这样需要增加光传感器，不仅提高成本且有碍于视野观察，本发明通过实验了解到器件透过率T(％)与器件的内电压U内电压有关，透过率越小，器件内电压越大；通过短暂开路测试U内电压判断电致变色器件的透过程度，改变驱动电压及时间。控制系统开路读取器件内电压判断起始状态，开始施加驱动电压，施加的时间有起始状态判定界限，直到内电压达到固定值，为增加驱动效率可自动读取系统设定电压。
为了解决电致变色器件在透明与不透明之间的调节，并实现不同程度光密度的变化的驱动技术难题，本发明提出一种全新的驱动模式，方便地解决了电致变色器件透明与不透明之间的转换问题，而且可以根据需要随意调节至不同程度光密度状态。采用本发明的控制方法，在不明显影响电致变色器件的驱动速度的同时，提高电致变色器件的驱动稳定性。
本发明涉及电致变色器件的控制方法，与普通的控制方法相比，本发明设计简单，经济实惠且能延长电致变色器件的使用循环寿命。本发明可实现电致变色器件多种实用效果，透明、不透明、随意可调的中间透明状态。
附图说明
图1是本发明的驱动方法示意图；
图2是传统的驱动方法；
图3是电致变色器件的示意图；
图4为器件中电压随电流的变化情况图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：电致变色器件(参见附图3)，透明基体300，下透明导电层301，电致变色层、离子传导层、离子存储层膜系302，上透明导电层303，P1激光划线310，P2激光划线312，P3激光划线313，P4激光划线314，汇流条321，汇流条322。器件尺寸为370*470mm。
本发明以正向驱动上色为例，本实施例的过程如图1所示：
一种电致变色器件的控制方法，包括如下步骤：
(1)向电致变色器件发出电压脉冲信号，检测电致变色器件起始内电压U内，确定驱动起始电压U+，U+＝︱1-U内︱；
(2)逐步将驱动起始电压U+增加至设定的驱动电压限定值Uset1，Uset1为2.0～4.0V；电压跃变速度Δv(V/s)为0.1～0.5V/s；Uset1为2.0～4.0V；
(3)以驱动电压限定值Uset1对电致变色器件施加电压至设定间隔时间t1；t1为5～300s；
(4)开路状态下检测电致变色器件的内电压U测试，针对U测试判定如下：
若U测试小于设定的阈值范围，则返回步骤(3)；
若U测试大于设定的阈值范围，则进入步骤(5)；
若U测试在设定的阈值范围内，则开始对电致变色器件进行稳态驱动；
所述阈值范围为U标准±δ，U标准为0.8～2.0V，δ为0.05～0.1V；
(5)对电致变色器件进行反向驱动，步骤为：
(5-1)确定反向驱动电压U-；U-＝-︱1+U测试︱；
(5-2)对电致变色器件施加反向电压至设定间隔时间t2，并返回步骤(4)；t2为1～50s。
一组典型使用的驱动参数(本实施例中，需要控制的电致变色器件共三档，可通过手动控制需要选择的档位，以变色至第2档为例，器件内电压为1.2V，透过率T(％)＝23％(550nm处))：
电致变色器件起始内电压U内(V) 0V
驱动起始电压U+(V) 1.0
电压跃变速度Δv(V/s) 0.3
电压限定值Uset1(V) 3.0
间隔时间t1(s) 100
反向施加电压U-(V) -2.1
间隔时间t2(s) 20
稳态电压值U稳态+(V) 1.5
370*470mm器件(电致变色器件)中电压随电流的变化情况如下表及图4所示：：
由上表和图4的数据可知，采用本发明的控制方法，最大电流为0.327A；而现有的控制方法，最大电流为0.37A。采用本发明的控制方法，可以显著降低器件的电流，从而可以降低对器件的损坏，从而可以延长器件的使用寿命。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种电致变色器件的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)向电致变色器件发出电压脉冲信号，检测电致变色器件起始状态，确定驱动起始电压U+；
(2)逐步将驱动起始电压U+增加至设定的驱动电压限定值Uset1；
(3)以驱动电压限定值Uset1对电致变色器件施加电压至设定间隔时间t1；
(4)开路状态下检测电致变色器件的内电压U测试，针对U测试判定如下：
若U测试小于设定的阈值范围，则返回步骤(3)；
若U测试大于设定的阈值范围，则进入步骤(5)；
若U测试在设定的阈值范围内，则开始对电致变色器件进行稳态驱动；
(5)对电致变色器件进行反向驱动，步骤为：
(5-1)确定反向驱动电压；
(5-2)对电致变色器件施加反向电压至设定间隔时间t2，并返回步骤(4)；
可选择的，进行反向驱动，实现电致变色器件的褪色过程。
2.根据权利要求1所述的电致变色器件的控制方法，其特征在于，步骤(4)中对电致变色器件进行稳态驱动时，实时开路检测电致变色器件内的内电压以及漏电流，通过漏电流进行驱动电压的反馈控制，保证电致变色器件的内电压在设定范围。
3.根据权利要求1所述的电致变色器件的控制方法，其特征在于，所述的施加的电压脉冲信号时间为1～100ms。
4.根据权利要求1所述的电致变色器件的控制方法，其特征在于，步骤(1)中，通过控制器收集处理电压脉冲信号，控制器处理电压脉冲信号的时间为1～1000ms。
5.根据权利要求1所述的电致变色器件的控制方法，其特征在于，步骤(1)中，通过判断电致变色器件起始状态，得到其起始状态的内电压U内，所述驱动起始电压U+与电致变色器件起始状态的内电压U内的关系为：U+＝︱1-U内︱，其中“||”为取绝对值。
6.根据权利要求1所述的电致变色器件的控制方法，其特征在于，步骤(1)中，同时根据电致变色器件起始状态确定电压跃变速度Δv，步骤(2)中按照确定的电压跃变速度Δv逐步将驱动起始电压U+增加至设定的驱动电压限定值Uset1，其中△v为0.1～0.5V/s。
7.根据权利要求1所述的电致变色器件的控制方法，其特征在于，所述驱动电压限定值Uset1为2.0～4.0V；所述间隔时间t1为5～300s。
8.根据权利要求1所述的电致变色器件的控制方法，其特征在于，所述阈值范围为U标准±δ，U标准为0.8～2.0V，δ为0.05～0.1V。
9.根据权利要求1所述的电致变色器件的控制方法，其特征在于，步骤(5-1)中，所述反向驱动电压为-︱1+U测试︱，间隔时间t2为1～50s。
10.根据权利要求1所述的电致变色器件的控制方法，其特征在于，所述实现电致变色器件的褪色过程为：以反向驱动电压Uset2对所述电致变色器件施加反向驱动电压t3时间；所述反向驱动电压Uset2为-︱0.5+U稳态+︱，施加时间t3为10～600s。
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