CN107390446A - 用于多状态窗的多用途控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于多状态窗的多用途控制器。具体来讲，本发明描述了用于具有可控制光学转变的窗的“智能”控制器。具有多个特征的控制器可感测并适应局部环境条件。本文中所描述的控制器可与建筑物管理系统(BMS)集成在一起以极大地增强所述BMS在管理建筑物中的局部环境方面的有效性。所述控制器可具有一个、两个、三个或更多个功能，诸如对智能窗提供电力、测定智能窗的百分比透射率、尺寸和/或温度、在所述控制器与单独通信节点之间提供无线通信等。

Description

用于多状态窗的多用途控制器
分案申请的相关信息
本申请是国际申请号为PCT/US2012/027828、申请日为2012年3月6日、发明名称为“用于多状态窗的多用途控制器”的PCT申请进入中国国家阶段后申请号为201280023631.4的中国发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请案主张2011年3月16日提出申请、标题为“Multipurpose Controller ForMultistate Windows”的美国专利申请号13/049,756的权益并且与以下美国专利申请案相关：标题为“Controlling Transitions In Optically Switchable Devices”并且于2011年3月16日提出申请的美国专利申请号13/049,623、标题为“Controlling Transitions InOptically Switchable Devices”并且于2011年12月2日提出申请的美国专利申请号13/309,990和标题为“Onboard Controller for Multistate Windows”并且于2011年3月16日提出申请的美国专利申请号13/049,750，所有所述专利申请案以全文引用方式并且出于所有目的并入本文中。
领域
本发明总体而言涉及电致变色装置，更具体来说，涉及用于电致变色窗的控制器。
背景
电致变色性是一种材料在被置于不同电子状态(通常是通过使其经受电压改变)时展现出光学性质的可逆电化学介导的改变。光学性质通常是色彩、透射率、吸收率和反射率中的一者或多者。一种众所周知的电致变色材料是氧化钨(WO3)。氧化钨是其中通过电化学还原而发生着色转变(透明至蓝色)的阴极电致变色材料。
例如，电致变色材料可并入到家庭、商业及其它用途的窗中。这些窗的色彩、透射率、吸收率和/或反射率可通过诱发电致变色材料的改变而改变，即，电致变色窗是可电子地调暗或调亮的窗。施加到窗的电致变色装置(EC)的小电压将致使其变暗；反转所述电压致使其变亮。此能力允许控制通过窗的光的量，并且为电致变色窗提供用作节能装置的机会。
虽然在20世纪60年代已发现电致变色性，但是遗憾地是，EC装置和特别是EC窗仍遭受各种问题并且尚未开始实现其全部商业潜力，尽管最近EC技术、设备以及制作和/或使用EC装置的相关方法有了诸多进展。
发明概述
本发明描述了用于EC窗的“智能”控制器。具有多个特征的控制器可感测并适应局部环境条件。本文中所描述的控制器可与建筑物管理系统(BMS)集成在一起以极大地增强BMS在管理建筑物中的局部环境方面的有效性。本文中所描述的控制器可具有提供以下特征中的一者、二者、三者或更多者的功能性：(a)对EC窗的EC装置提供电力；(b)测定EC窗的百分比透射率；(c)测定EC窗的尺寸；(d)测定EC窗的EC装置的温度；(e)测定对EC窗的EC装置的损坏；(f)测定所述EC窗控制器与EC窗之间的导线长度；(g)EC窗控制器与单独通信节点之间的无线通信；(h)经由主动或被动供电的RFID标签存储并传输与EC窗相关的数据；(i)存储由所述EC窗的EC装置的转变产生的电荷和/或将此电荷引导至电力网；(j)修复EC窗的EC装置的短路相关缺陷；和(k)加热EC窗的EC装置的一个或两个电极。
在一个公开方面，用于控制能够经历可逆光学转变的一个或多个窗的窗控制器被配置或设计来至少提供两个功能。在某些实施方案中，可为以下各项中的任何两者：(a)对所述一个或多个窗中的至少一者的可逆光学转变提供电力；(b)测定所述一个或多个窗中的至少一者的透射率；(c)测定所述一个或多个窗中的至少一者的尺寸；(d)测定所述一个或多个窗中的至少一者的温度；(e)测定对所述一个或多个窗中的至少一者的损坏；(f)测定所述窗控制器与所述一个或多个窗中的至少一者之间的导线长度；(g)所述窗控制器与单独通信节点之间的无线通信；(h)经由主动或被动供电的RFID标签存储并传输与所述一个或多个窗中的至少一者相关的数据；(i)存储由所述一个或多个窗中的至少一者的转变产生的电荷和/或将此电荷引导至电力网；(j)修复所述一个或多个窗中的至少一者的短路相关缺陷；和(k)加热所述一个或多个窗中的至少一者的电致变色装置的一个或两个电极。在各种实施方案中，所述控制器被配置或设计来至少提供功能(b)、(c)、(d)和(e)。在其它实施方案中，所述控制器被配置或设计来至少提供功能(a)、(b)、(c)、(d)和(e)。在又其它实施方案中，所述控制器被配置或设计来至少提供功能(a)、(b)、(d)、(g)和(h)。
某些所公开方面涉及如所描述、但是提供为元件系统的较大组合的部分的控制器，诸如含有所描述的窗控制器的建筑物管理系统。在另一个实施例中，设备包括(i)建筑物管理系统(BMS)；(ii)如上文所描述的窗控制器；和(iii)多状态电致变色窗。在又一个实施例中，设备包括(i)如上文所描述的窗控制器，和(ii)电致变色窗。在各种实施方案中，电致变色是完全固态且无机的。
其它所公开方面涉及管理建筑物的系统的方法。这些方法可利用由窗控制器从所述建筑物中的能够经历可逆光学转变的一个或多个窗收集的数据。将此数据作为用于调整所述建筑物的至少一个其它系统的输入，诸如HVAC、照明、安全、电力、灭火和电梯控制。在某些相关方法中，所述控制器将电力提供至一个或多个窗以驱动所述可逆光学转变。在特定实施方案中，所述方法包括以下操作：(a)对所述一个或多个窗中的至少一者的可逆光学转变提供电力；(b)测定所述一个或多个窗中的至少一者的可逆光学转变；(c)测定所述一个或多个窗中的至少一者的温度；(d)所述窗空旷感知器与单独通信节点之间的无线通信；和(e)经由主动或被动供电的RFID标签存储并传输与所述一个或多个窗中的至少一者相关的数据。
在特定实施例中，所述方法进一步涉及收集关于所述一个或多个窗的以下类型的数据中的一者或多者：透射率、尺寸、温度。在不同实施例中，所述方法另外涉及将关于一个或多个窗的数据存储于控制器中。
又其它所公开方面涉及用于控制能够经历可逆光学转变的一个或多个窗的窗控制器，其中窗控制器被配置或设计来提供以下功能：(a)对所述一个或多个窗中的至少一者的可逆光学转变提供电力；(b)测定所述一个或多个窗中的至少一者的透射率；(c)测定所述一个或多个窗中的至少一者的温度；(d)所述窗控制器与单独通信节点之间的通信；和(e)存储并传输与所述一个或多个窗中的至少一者相关的数据。
在这些控制器中，测定所述一个或多个窗中的至少一者的温度的所述功能可通过来自所述至少一个窗上的一个或多个传感器的直接测量来实施。或者，测定所述一个或多个窗中的至少一者的温度的所述功能可通过根据来自所述至少一个窗的电流和/或电压信息在算法上推断温度来实施。
在这些控制器中，对所述可逆光学转变提供电力的所述功能可借助称为h桥或降压转换器的脉宽放大器来实施。另外或可替代地，测定所述一个或多个窗中的至少一者的透射率的所述功能通过来自所述至少一个窗上的一个或多个传感器的直接测量来实施。在某些实施方案中，存储并传输与所述一个或多个窗中的至少一者相关的数据的所述功能可涉及从嵌入于所述至少一个窗中的控制器读取数据。
下文将参考相关联图式进一步详细地描述这些和其它特征与优点。
附图简述
当结合图式考虑时，可更全面地理解以下详细描述，在附图中：
图1绘示与建筑物管理系统对接的EC窗控制器。
图2是本文中所描述的控制器的电荷存储机构的示意性表示。
图3是板上窗控制器的示意图。
图4绘示不同的板上窗控制器和相关联用户接口。
图5是基板上的完全固态且无机EC装置的截面示意图。
详述
常规EC窗控制器具有多个缺陷。例如，其通常需要在工厂处针对特定绝缘玻璃单元(IGU)尺寸和导线长度进行校准，安装时的任何错配均可导致问题。此外，常规窗控制器必须硬接线至建筑物管理系统并且对所述控制器的命令通常是用手在控制器处或经由BMS输入。这些窗控制器上的传感器通常具有用于提供用于窗的控制的数据反馈和用于给BMS供应数据的单独传感器。常规EC窗控制器还在其从EC窗环境收集的数据类型及其如何收集此数据方面受限。本文中所描述的控制器不遭受这些问题。本文中所描述的多用途EC窗控制器包括以下特征：提供较简便安装、改良的用户接口、无线通信和控制、变化条件下的较高并且一致的性能和(例如)在集成至建筑物管理系统中时增强环境条件的能力。
EC装置
本文中所描述的控制器用于控制EC装置，特别是EC窗中的EC装置。几乎任何EC装置将与本文中所描述的多用途控制器合作。另外，还有非电致变色光学可切换装置，如液晶装置和悬浮颗粒装置。对于背景，下文关于完全固态且无机的EC装置(特别是低缺陷率完全固态且无机的EC装置)描述EC装置技术。参见与图5相关联的论述。由于其低缺陷率和稳健性质，这些装置特别适于本文中所描述的多用途控制器。一个实施方案是本文中所描述的任何控制器，其中控制器包括选自本文中所描述的EC装置的一个或多个EC装置。
EC窗
电致变色窗可使用一个或多个EC装置，并且对于使用超过一个EC装置的电致变色窗，可在窗单元(IGU加上框架和/或随附结构支撑件)中使用超过一种类型的EC装置。EC窗通常将具有导线或引线，所述导线或引线从EC装置的汇流条延伸穿过IGU中的密封件。这些引线还可穿过窗框。窗控制器(例如)在EC窗附近或不在EC窗附近接线至引线。在以引用方式并入本文中的专利申请案中描述了EC窗。尽管并不限于此类使用，但本文中所描述的多用途控制器特别适用于多状态EC窗，即，不仅可在着色和褪色的全异状态之间转变，而且还可转变至一个或多个中间着色状态的窗。具有两个或更多个EC窗格的多状态窗的特定实例描述于2010年8月5日提出申请并且标题为“Multipane Electrochromic Windows”的美国专利申请号12/851,514中，所述美国专利申请案出于所有目的以引用方式并入本文中。此类多窗格EC窗的一个优点是EC窗格中的每一者中的缺陷完全对准的可能性并且因此可被终端用户观察到的可能性是相当小。当使用低缺陷率窗格时，此优点得到加强。本文中所描述的控制器适于控制和协调(例如)单个窗中的一个或多个EC装置的功能。
当结合具有卓越性能特性(例如，短转变时间、低缺陷率、长寿命、均匀转变等)的EC窗(例如，完全固态且无机EC窗)一起使用时，本文中所描述的窗控制器显著加强建筑物中的环境控制。当窗控制器与BMS集成在一起时，尤为如此。下文更详细地描述窗性能、微气候感测与环境控制之间的相互关系。
建筑物管理系统
尽管并不限于此背景，但本文中所描述的多用途控制器适于与BMS集成在一起。BMS是安装在建筑物中的基于计算机的控制系统，所述系统监视和控制建筑物的机械和电设备，诸如通风设备、照明、电力系统、电梯、防火系统和包括自动门锁、警报器、十字转门等安全系统。BMS由用于根据居住者和/或建筑物管理员设定的偏好维持建筑物中的条件的硬件和相关联软件组成。例如，软件可基于因特网协议和/或开放标准。
BMS在大建筑物中最常见，并且通常至少用于控制所述建筑物内的环境。例如，BMS可控制建筑物内的温度、二氧化碳水平和湿度。通常，存在由BMS控制的众多机械装置，诸如加热器、空调、吹风机、通风孔等。为了控制建筑物环境，BMS可在界定条件下打开和关闭这些各种装置。典型现代BMS的核心功能是为建筑物的居住者维持舒适环境且同时最小化加热和冷却损失。因此，现代BMS不仅用于监视和控制而且还用于优化各种系统之间的协同作用，例如，以节省能量并且降低建筑物操作成本。一个实施方案是与BMS集成在一起的如本文中所描述的多用途控制器，其中所述多用途控制器被配置来控制一个或多个EC窗。在一个实施方案中，一个或多个EC窗包括至少一个完全固态且无机EC装置。在一个实施方案中，一个或多个EC窗仅包括完全固态且无机窗。在一个实施方案中，EC窗是如2010年8月5日提出申请并且标题为“Multipane Electrochromic Windows”的美国专利申请号12/851,514中所描述的多状态EC窗。
图1是BMS 100的示意图，所述BMS管理建筑物101的多个系统，包括安全系统、加热/通风设备/空调(HVAC)、建筑物的照明、电力系统、电梯、防火系统等。安全系统可包括磁卡进入、十字转门、电磁驱动门锁、监视相机、窃盗警报器、金属检测器等。防火系统可包括火警、包括水管控制的灭火系统。照明系统可包括内部照明、外部照明、紧急警示灯、紧急出口标志和紧急楼层出口照明。电力系统可包括主电源、备用发电机和不间断电源(UPS)网。
此外，BMS 100管理窗控制器102。在此实施例中，将窗控制器102绘示为分布式窗控制器网路，包括主控制器103、中间控制器105和终端或叶控制器110。例如，主控制器103可接近于BMS，并且建筑物101的每一楼层可具有一个或多个中间控制器105，而建筑物的每窗具有其自己的终端控制器110。在此实施例中，控制器110中的每一者控制建筑物101的特定EC窗。
控制器110中的每一者可在与所述控制器所控制的EC窗分离的位置中或集成至所述EC窗中。为简便起见，仅将建筑物101的10个EC窗绘示为受窗控制器102控制。在典型设定中，在建筑物中可存在受窗控制器102控制的极大数目的EC窗。窗控制器102不需要是分布式窗控制器网路，例如，控制单个EC窗的功能的单个终端控制器也归属于本发明的范围内。下文适宜地更详细地并且关于图1描述将如本文中所描述的多用途EC窗控制器与BMS合并的优点和特征。
本发明的一个方面是包括如本文中所描述的多用途EC窗控制器的BMS。通过并入有来自多用途EC窗控制器的反馈，BMS可提供(例如)增强的以下各项：1)环境控制，2)能量节约，3)安全，4)控制选项的灵活性，5)由于对其它系统的较少依靠并且因此对其的较少维护，其它系统的改良的可靠性和可用寿命，6)信息可用性和诊断，7)职员的有效使用，和以上各项的各种组合，这是因为EC窗可被自动控制。下文在(例如)集成至BMS中的背景中更详细地描述此类多用途控制器，然而，本发明并不限于此。本发明的多用途控制器可为独立控制器，例如，所述独立控制器被配置来在不集成至BMS中的情形下控制单个窗或多个EC窗的功能。
用于EC窗的多用途控制器
本文中所描述的窗控制器具有控制EC窗的一个或多个EC装置的一个或多个功能的微处理器。在一个实施例中，控制器调节施加到窗的EC装置的电位并且可任选地控制其它功能(单独或与其它微处理器组合)，诸如给用于运行窗的电池再充电、与远端控制件(诸如，手持机(“遥控器”)和/或BMS)无线通信。
由于电致变色窗不仅提供对进入建筑物内部的光的量的增强控制，而且可通过提供卓越热障而用于(例如)将热保持在建筑物内或外，因此EC窗的益处通过本文中所描述的多用途控制器得到增强。当控制器与(例如)具有众多EC窗的建筑物中的BMS集成在一起时，尤为如此。当多用途控制器不仅集成至BMS中，而且还用于控制多状态EC窗的功能时，益处更倍增。
在一个实施方案中，EC窗控制器是多用途控制器，即，其可控制和/或监视一个或多个EC窗的多个功能和/或特性。增强将EC窗控制器包括至BMS系统中的BMS的能力的一种方式是具有提供反馈至BMS的具有这些增强能力的窗控制器，特别是其中所述反馈包括多个参数并且是在更细粒的逐个窗的基础上。在对EC窗的常规自动控制或不对EC窗的常规自动控制下，这些能力和/或功能允许对(例如)建筑物的能量需求的协作控制，并且因此可节约高于并且超出在建筑物中安装所述窗的资金。这种系统中所采用的EC窗越高效并且多功能，则能量节约和环境控制越大。多状态EC窗是配置有多用途控制器的BMS的示例性选择。
本文中所描述的实施方案包括可控制EC窗的一个或多个EC装置并且还控制相关联窗的每EC装置的一个或多个功能的多用途控制器。本发明的一个方面是包括以下功能中的一者、两者、三者或更多者的EC窗控制器：(a)对EC窗的EC装置提供电力；(b)测定EC窗的百分比透射率；(c)测定EC窗的尺寸；(d)测定EC窗的EC装置的温度；(e)测定对EC窗的EC装置的损坏；(f)测定EC窗控制器与EC窗之间的导线长度；(g)EC窗控制器与单独通信节点之间的无线通信；(h)经由主动或被动供电的RFID标签存储和传输与EC窗相关的数据；(i)存储由EC窗的EC装置的转变产生的电荷和/或将此电荷引导至电力网；(j)修复EC窗的EC装置的短路相关缺陷；和(k)加热EC窗的EC装置的一个或多个电极。下文更详细地描述这些能力和功能中的每一者。
对EC装置提供电力
在某些实施方案中，多用途控制器可对EC窗中的一个或多个EC装置提供电力。通常，控制器的此功能通过下文更详细描述的一个或多个其它功能得到加强。本文中所描述的控制器并不限于具有对EC装置提供电力的功能的控制器，所述控制器出于控制目的而与所述EC装置相关联。即，EC窗的电源可与控制器分离，其中控制器具有其自己的电源并且引导来自窗电源的电力施加到窗。然而，便捷地，将电源包括至控制器并且将所述控制器配置成直接对窗提供电力，这是因为其消除了用于对EC窗提供电力的单独布线的需要。
一个实施方案是具有本文中所描述的一个、两个、三个或更多个能力的窗控制器，其中所述能力中的至少一者是控制EC窗的光学状态。在各种实施方案中，存在其中可个别地限制电流和电压的某些条件，并且存在最优选序列，通过所述最优选序列用电流限制和/或电压限制来控制窗以确保相当快速并且不损坏的光学转变(诸如，将电致变色窗着色和褪色)。这些序列的实例公开于指定Pradhan、Mehtani和Jack为发明人、标题为“Controlling Transitions In Optically Switchable Devices”并且于2011年3月16日提出申请的美国专利申请号13/049,623中，所述美国专利申请案以引用的方式整体并入本文。作为窗控制过程的部分，控制器可接收对窗上的电流和/或电压的测量。一旦进行此类测量，则“控制”功能可强加适当电流和/或电压限制以允许窗可靠地改变状态。
对电致变色窗提供电力的实例涉及使用具有脉宽调制放大器(参见图3)(称为“h桥”)的控制器，所述放大器允许负载浮动、接地或被设定为至控制器的输入电压与接地之间的任何电压或极性。在其它实施方案中，EC控制器是使用“降压转换器”和单独极性开关来实施，其允许将负载设定为至控制器的输入电压与接地之间的任何电压或极性。控制还可包括在从一个状态至另一状态的转变的所有或部分期间的电流限制。
百分比透射率(％T)
电致变色窗具有沉积在玻璃或其它透明基板上的至少一个EC装置并且可具有为窗单元中的IGU的部分的其它涂层和窗格。EC窗的百分比透射率(％T)(通常为EC窗的IGU的横跨可见光谱的积分透射率)是重要参数，这是因为其是对多少光正进入所述窗所安装于其中的房间的度量。当使用具有多状态能力的窗时，即，具有中间状态以及着色和褪色的最终状态，重要地可具有关于％T的反馈以便根据终端用户的期望维持特定转变状态和/或移动至新色彩转变。本文中所描述的控制器可通过使用传感器和/或通过使用电流/电压(I/V)参数以计算％T来测量％T。
测定％T可在算法上推断或使用接线至控制器的模拟输入(AI-透射率)的传感器(例如，光度计传感器，诸如硅光电二极管)直接测量。参见下文所论述的图3和图4。另一可接受传感器是测量横跨较大太阳辐射光谱的太阳辐照度的日射强度计。
在一个实施方案中，控制器包括在建筑物外侧(或在安装时将面向外侧的窗侧)上的传感器(所述传感器服务于一个或多个EC窗并且测量进入所述一个或多个窗的太阳光谱)和测量透射穿过每窗的IGU的窗的太阳辐照度的另一个内部传感器。在控制器内在逻辑上比较这两个能量值以提供对所述窗的％T的测量。当建筑物的外侧(或窗)上的一个传感器用于服务于超过一个窗时，控制器通常将对外部的太阳辐照度取样以供在计算每窗单元的(有效)％T中使用。例如，当现场安装或更换时，根据其相应IGU校准传感器。
在一个实施方案中，所述控制器针对每窗的％T采用外侧和内侧传感器。此实施方案特别适于获得关于％T的更细粒反馈以用于相应地调整个别窗的透射率，或(例如)当窗控制器集成至BMS中时，用于调整建筑物的多个参数，诸如HVAC等。例如，再次参考图1，窗控制器102控制建筑物101的侧A上的5个EC窗和建筑物101的侧B上的5个窗。将这些窗绘示为位于建筑物101的顶楼上。在此实施例中，中间控制器105a控制建筑物101中的一个房间的三个窗，并且中间控制器105b控制另一房间中的7个窗，两个窗在建筑物101的侧A上并且5个窗在建筑物101的侧B上。在此实施例中，在建筑物101的侧B上存在一团云的阴影，这是因为，一团云正遮挡太阳光线的部分。假定所有EC窗是相同尺寸和类型，则受中间控制器105b控制的位于建筑物101的侧A上的两个窗中的每一者将具有相同近似％T，而受中间控制器105b控制的位于建筑物101的侧B上的5个窗中的每一者将具有不同％T值，这是因为每一者具有由来自云朵的阴影覆盖的不同百分比面积。
数据反馈中的此粒度在控制具有这些7个窗的房间中的环境(例如光、热等)方面是高度有价值的。中间控制器105b使用％T反馈来维持具有这些7个窗的房间中的所期望环境。主控制器103使用来自中间控制器105a和105b的数据来控制两个房间的环境。例如，如果具有受中间控制器105b控制的EC窗的房间是具有众多人的会议室，则由于云朵的阴影所致％T的下降将使所述房间更容易冷却，或例如，减少用于在会议室中的幻灯片演示期间使窗变暗的电力需求。
本文中所描述的多用途控制器包括用于使用此类型的反馈来经由BMS调整建筑物的参数以最大化能量节约的逻辑。在此实施例中，会议室中由于阴影的冷却和变暗效应所节约的能量可用于转变房间中受中间窗控制器105a控制的窗，或例如，可存储所述能量以供稍后在会议室中的窗中使用(参见下文的“电荷存储”)。
在一个实施方案中，从IGU的EC装置的I/V特性推断％T。IGU或窗可由穿过所述装置发送的电脉冲与所述脉冲前后所述装置如何表现之间的关系来表征。例如，穿过IGU的EC装置发送直流(DC)脉冲，并且作为结果横跨所述装置的电极(TCO)所测量的DC电压提供所述装置的I/V特性。环境因素(诸如，温度)或装置的材料特性可产生非线性I/V关系(并且导致滞后)。因此，在变化温度下测试EC装置以便形成编程至本发明的控制器的逻辑中以供在测定与所述控制器一起安装的IGU的各种特性时参考的数据。在一个实施方案中，以此方式测量％T。例如，在通电时，控制器将预定信号发送至窗的IGU并且基于IGU对所述信号的响应，通过知晓所述IGU的EC装置的滞后曲线而计算％T。％T还可依据“离子电流”来推断，所述离子电流可通过测量所施加电流并且减去泄漏电流来计算。
在一个实施方案中，测量EC装置的开路电压(Voc)，然后施加电脉冲，之后再次测量Voc。作为电脉冲的结果的Voc的改变允许基于(例如)所述装置的先前特征来计算％T。在一个实施例中，连同Voc测量装置的温度并且基于EC装置在先前特征测试中对这些脉冲的表现计算％T。
IGU的尺寸和温度
电致变色装置的“温度”可在算法上推断或使用传感器直接测量(例如，热电偶、测温电阻器或RTD(电阻性热装置))。在各种实施方案中，此装置接线或以其它方式通信地连接至控制器模拟输入(AI-EC温度)。参见图3和图4。
使用如上文所描述的I/V测量连同IGU的特征数据，可由本文中所描述的控制器测定IGU的尺寸和温度。例如，针对20”×20”窗、40”×40”窗和60”×60”窗中的每一者，基于多个温度下的I/V测量来收集数据。将此数据编程至具有关于这些三个窗尺寸的相异能力和功能的窗控制器中。在现场，在安装期间，安装者将如此编程的窗控制器与EC窗连接。控制器穿过窗的IGU发送电脉冲并且根据电流响应并且与所编程数据相关地，控制器可测定所述窗的尺寸和温度。此信息用于(例如)根据适当窗尺寸来编程控制器的逻辑以使得(例如)在操作期间使用适当电力来转变所述窗。
对EC装置的损坏
在一个实施方案中，本文中所描述的窗控制器使用I/V特性(诸如，上文所描述的I/V特性)来测定对EC的IGU中的EC装置的损坏。例如，假设EC装置的特征泄漏电流被编程至控制器的逻辑中，则当控制器试通IGU以获得I/V反馈时，可比较此数据与来自工厂和/或安装时的那个IGU的数据。如果泄漏电流大于安装时的泄漏电流，则可能发生对IGU的损坏。I/V特性的改变越大，越可能已发生对IGU的EC装置的损坏。例如，如果所述窗被撞击所述窗的物件损坏时，则本文中所描述的控制器将如所描述检测所述损坏(例如，一大电短路)，并且，例如，经由BMS警告适当修复或安全人员。在另一个实施例中，随着时间，在IGU的EC装置中出现多个缺陷，这导致所述窗的I/V特性的改变。将此数据反馈至终端用户和/或BMS以通知适当人员IGU需要更换或修复(参见下文的“现场短路相关缺陷修复”)。
导线长度：测距
本文中所描述的控制器可具有用以测定窗与控制器之间的导线的长度的逻辑和相关联硬件。例如，控制器可将电信号施加到通向其所控制的一个或多个IGU的布线并且然后测量所述信号的线传输中的频率改变。此频率改变用于测定控制器与IGU之间的布线或“路程”的长度。知晓布线的长度可为重要的，这是因为由电源提供的电力量是相依于电力必须穿越的布线的长度，这是因为存在与导线中的电阻相关联的电力降。电源可需要根据导线的不同长度调整其所发送以对与其分离的窗提供电力的电力量。
通常在终端控制器与窗中的相关联IGU之间进行测距。可主动地或被动地进行测距。在主动测距中，IGU的EC装置是主动的并且可回复来自控制器的信号。在被动测距中，在执行测距时，将所述EC装置切换出所述电路。
在某些实施方案中，在导线的IGU端(通常，嵌入于IGU次级密封件中)处提供中继。控制器沿着IGU电力线发送消息(使用，例如，MAXIM的OneWire接口，参见www.maxim- ic.com/products/1-wire/flash/overview/index.cfm(以引用方式并入))，并且IGU然后将其自身切换出所述电路达有限时间段以允许控制器实行测距测试。在某预定义时间间隔处，IGU则将其自身切换回至电路中并且允许恢复对IGU的正常控制。
在某些实施方案中，控制器位于窗框中或极靠近窗框，并且因此测距是不必要的，这是因为所有终端控制器在所述终端控制器与其相应IGU之间具有相同布线长度。
无线或有线通信
在某些实施方案中，本文中所描述的窗控制器包括用于在窗控制器与单独通信节点之间进行有线或无线通信的部件。无线或有线通信可通过直接与窗控制器对接的通信接口来实现。此接口可在微处理器本机上，或是经由实现这些功能的额外电路来提供。
例如，无线通信的单独通信节点可为另一个无线窗控制器、终端、中间或主窗控制器、远端控制装置或BMS。在窗控制器中使用无线通信用于以下操作中的至少一者：编程和/或操作EC窗、根据本文中所描述的各种传感器和协议从EC窗收集数据和使用EC窗作为无线通信的中继点。从EC窗收集的数据还可包括诸如EC装置已被启动的次数的计数数据、EC装置随时间的效率等。下文更详细地描述这些无线通信特征中的每一者。
在一个实施方案中，无线通信用于(例如)经由红外线(IR)和/或射频(Rf)信号来操作相关联EC窗。在某些实施方案中，控制器将包括无线协议芯片，诸如Bluetooth、EnOcean、WiFi、Zigbee等。窗控制器还可具有经由网路的无线通信。至窗控制器的输入可由用户直接或经由无线通信人工输入，或所述输入可为来自所述EC窗为其部件的建筑物的BMS。
在一个实施方案中，当窗控制器是分布式控制器网路的部分时，使用无线通信来经由所述分布式控制器网路将数据传送至多个EC窗中的每一者并且从多个EC窗中的每一者传送数据，每控制器均具有无线通信部件。例如，再次参考图1，主窗控制器103、以无线方式与中间控制器105中的每一者通信，所述中间控制器又以无线方式与终端控制器110通信，每终端控制器与EC窗相关联。主控制器103还可以无线方式与BMS通信。在一个实施方案中，窗控制器中的至少一个层级的通信是以无线方式执行。
在某些实施方案中，在窗控制器分布式网路中使用超过一个无线通信模式。例如，主窗控制器可经由WiFi或Zigbee以无线方式通信至中间控制器，而中间控制器经由Bluetooth、Zigbee、EnOcean或其它协议与终端控制器通信。在另一个实施例中，窗控制器具有冗余无线通信系统以提供终端用户对无线通信的选择的灵活性。
例如，主和/或中间窗控制器与终端窗控制器之间的无线通信提供消除安装硬通信线的优点。对于窗控制器与BMS之间的无线通信也是如此。在一个方面，这些角色中的无线通信可用于至EC窗和从EC窗的数据传送以用于操作窗和提供数据至(例如)BMS从而优化建筑物中的环境和能量节约。使窗位置数据以及来自传感器的反馈协同作用以实现此优化。例如，将细粒级(逐个窗)微气候信息馈送至BMS以便优化建筑物的各种环境。
BMS还可收集关于EC装置被供电多少次等数据以用于至厂商的较高层级反馈，例如，关于安装在建筑物中的窗的品质控制和可靠性的反馈。然而，存在这些无线通信的其它优点。例如，由于EC窗控制和数据传送不需要大量频宽，因此具有以无线方式链接的窗和控制器的分布式网路提供将所述网路用于其它目的的极有用机会。在一个实施方案中，无线窗控制器网路用于中继建筑物内的其它非EC窗相关信息。例如，Zigbee使用窗控制器与也采用Zigbee的其它窗控制器或其它装置(如，可调光镇流器、警报系统等)构建网状网路。由于穿过窗控制器的此网路流量可根本不与窗控制相关，因此窗控制器仅仅改良网可靠性。
射频识别
射频识别(RFID)涉及询问器(或读卡器)和标签(或标记)。RFID标签使用经由电磁波(通常射频)的通信来在终端机与物件之间交换数据(例如)以用于所述物件的识别和追踪目的。可从若干米远并且超出读卡器的瞄准线读取某些RFID标签。
大部分RFID标签含有至少两个部分。一个部分是用于存储和处理信息、调制和解调制射频(Rf)信号以及其它专门功能的集成电路。另一部分是用于接收和传输信号的天线。
存在三种类型的常规RFID标签：被动式RFID标签，其不具有电源并且需要外部电磁场来起始信号传输；主动式RFID标签，其含有电池并且一旦已成功识别读卡器便可传输信号；和电池辅助的被动(BAP)RFID标签，其需要外部源来叫醒但具有明显较高前向链路能力，从而提供较大射程。RFID具有众多应用；例如，其可用在企业供应链管理中以改良EC装置库存追踪和管理的效率。
一个实施方案是如本文中所描述包括RFID标签的窗控制器。在一个实施方案中，所述窗控制器是与特定IGU相关联的终端控制器。在一个实施方案中，RFID标签可在安装窗控制器之前安装在IGU上，即，在IGU和窗控制器接线在一起之后，所述RFID标签被认为是窗控制器的部分。取决于控制器对RFID提供电力的能力，RFID标签可为主动式、被动式或BAP。如本文中所描述的窗控制器中的RFID标签可含有以下数据类型中的至少一种：保修信息、安装信息、厂商信息、批次/库存信息、EC装置/IGU特性、用户信息、制造日期、窗尺寸和针对特定窗所使用的具体参数。
这些RFID标签消除对IGU或窗上具有此类信息的粘胶片的需要，并且某些RFID具有基本的处理能力，诸如追踪相关联EC装置已被启动多少次。不精致BMS可(例如)基于依据使用而已知的EC装置的性能来使用此信息用于环境控制。在另一个实施例中，安装者可使用便携式读卡器来决定将哪个终端控制器安装在特定窗中和/或控制器自身可在接线至IGU之前或之时读取RFID标签并且自身编程。
在相关实施方案中，控制器还可从具有嵌入(例如，为线束的部分或由次级密封件包封等)、但物理分离的RFID标签、EEPROM或FLASH存储器芯片的IGU读取数据，所述RFID标签、EEPROM或FLASH存储器芯片将允许由这些存储装置中的一者存储窗的各种细节。可存储在嵌入于IGU中的标签或存储器装置上的信息的实例包括保修信息、安装信息、厂商信息、批次/库存信息、EC装置/IGU特性、EC装置循环计数、用户信息、制造日期和窗尺寸。
电荷存储
在褪色状态期间保持在对电极层中(并且对应地在着色状态期间保持在EC层中)并且可用于驱动EC转变的离子的量取决于层的组成以及层的厚度和制作方法。EC层和对电极层两者能够供应层表面面积的每平方厘米大约数十个毫库仑的电荷(呈锂离子和电子的形式)。EC膜的电荷容量是通过施加外部电压或电位，所述膜的每单位面积和单位厚度载入并且可逆地卸载的电荷量。在某些实施方案中，窗控制器具有存储在相关联EC装置经历产生电荷的转变时产生的电荷的能力。在其它实施方案中，使通过EC窗转变产生的电荷转向电力网。然后，将所述电荷重新用于(例如)EC窗的其它转变，或例如在BMS与窗控制器集成在一起的情形下，适当地用于建筑物中的其它需要。尽管通过EC窗的反向转变所产生的电荷并不大，但可将所述电荷存储在(例如)电池中或发送至其中将所述电荷共同重新用于(例如)包括转变的其它窗操作的电网。
图2绘示电路200，其中经由源210对包括EC装置的IGU 205提供电力。根据本文中所描述的实施方案，源210可为或不为窗控制器的部分。在此实施例中，当将电力供应至IGU205的EC装置时，如图2的顶部部分中所绘示，EC装置转变成着色状态。电路200还包括电荷存储装置215。例如，装置215可为电容器或电池。如图2的底部处所绘示，当在中止从源210施加电力后EC装置旋即自着色转变成褪色时，例如，使用双极开关重新配置所述电路以将EC装置形成的所得电荷发送至电荷存储装置215中。此所存储电荷可用于对IGU 205中的EC装置的其它转变提供电力，或对窗控制器的其它方面(诸如用于I/V测量的电脉冲、测程脉冲等)提供电力。在一个实施方案中，将来自EC装置的转变的电荷发送至电力网以与来自其它窗的转变的其它电荷组合以供在EC窗系统中使用或用于其它目的。通过重新使用从EC窗的转变形成的电荷，窗的能量效率得到增强，这是因为此电荷并未通过将其排放至地面而简单地浪费。
现场短路相关缺陷修复(“AC Zap”)
如上文所论述，例如，当导电颗粒与两个导电且带电荷的层中的每一者接触时，EC装置可在带相反电荷的导电层之间形成短路缺陷。当发生短路时，电子而非离子在EC层与对电极之间迁移，通常导致在EC装置原本处于着色状态时在电短路处或其周围的亮点或光晕。随着时间推移，某些EC窗可形成众多此类电短路并且因此由于泄漏电流的显著增加和众多此类亮点的出现而在性能上降级。在某些实施方案中，多用途窗控制器具有修复相关联EC装置中的短路相关缺陷的能力。这具有修复IGU而非更换它并且在不将其自窗单元拆卸的情形下修复IGU的极大优点。
在一个实施方案中，窗控制器通过在一段时间内穿过EC装置发送高电压交流(AC)来修复EC装置中的短路相关缺陷。尽管不希望受理论约束，但据信这修复短路相关缺陷，这是因为在AC电流的施加期间，AC电流的频率不允许离子跨越EC堆叠材料移动，但电流确实流动，特别是穿过短路相关缺陷而流动。所述装置在AC电流的施加期间不转变并且因此受保护不被损坏，而高AC电流使短路“超负荷”并且将其烧断，从而有效地密封短路相关缺陷区域以免于进一步电流泄漏。短路相关缺陷的原位修复的此方法描述于指定McMeeking等为发明人并且于2008年5月2日提出申请的美国专利申请号12/336,455中，所述美国专利申请案以引用的方式整体并入本文。
窗(电阻)加热
EC装置的电极层可通过(例如)使电流穿过电极中的一者并且因此使用其作为电阻加热元件而用于电阻加热。在一个实施方案中，窗控制器包括加热EC窗的EC装置的一个或两个电极以用于电阻加热的功能。电阻加热可用于控制IGU的温度以用于热障、解冻IGU和控制EC装置的温度进而帮助转变。在一个实施方案中，本文中所描述的窗控制器可在转变所述装置与加热所述装置以帮助转变之间交替。一个实施方案是包括如本文中所描述的多用途EC窗控制器和EC窗的设备，其中所述EC窗的电致变色装置的至少一个透明导电氧化物层被配置来不相关于EC装置的操作而被加热。
智能控制器的实例
智能控制器的上文所描述特征可单独或彼此结合使用。现在将描述若干特定实施方案。在一个实施方案中，将以下功能组合在单个智能控制器中：(i)对一个或多个智能窗提供电力，(ii)测定一个或多个智能窗的百分比透射率(在任何特定时间瞬间)，(iii)测定一个或多个智能窗的温度(在任何特定时间瞬间)，(iv)提供用于与一个或多个智能窗通信的通信接口，和(v)从嵌入与一个或多个智能窗相关联的IGU中的物理分离的存储器装置或标签读取数据。
在刚刚概述的实施方案中，对智能窗提供电力可使用脉宽调制放大器(例如称为“h桥”)来实现，所述放大器允许窗负载浮动、接地或被设定为至控制器的输入电压与接地之间的任何电压或极性。供电功能还可使用“降压转换器”和单独极性开关来实现，其允许将负载设定为至控制器的输入电压与接地之间的任何电压或极性。控制还可包括在自一个状态至另一状态的转变的所有或部分期间的电流限制。
测定“百分比透射率”可在算法上推断或使用传感器(例如，硅光电二极管)直接测量，所述传感器通过有线或无线接口连通至控制器的模拟输入(AI-透射率)。例如，参见图3和图4。测定“电致变色装置的温度”可在算法上推断或使用传感器(例如，热电偶、测温电阻器或RTD)直接测量，所述传感器通过无线或有线接口连通至控制器的模拟输入(AI-EC温度)。例如，参见图3和图4。无线和/或有线通信可使用通信接口来实现，所述通信接口与智能控制器直接对接。所述通信接口可在控制器的微处理器本机上或可为实现这些功能的额外电路。最后，示例性智能控制器可从智能窗中的嵌入式存储器装置或标签读取数据。此类装置或标签可为线束的部分、由次级密封件包封等，但与智能控制器物理分离。这些装置或标签的实例包括RFID标签、EEPROM或FLASH存储器芯片，其将允许关于所述窗的各种信息的所有存储，所述信息包括温度、循环次数、制造日期等。
在另一个实施方案中，将以下功能组合在单个智能控制器中：(i)对一个或多个智能窗提供电力，(ii)测定一个或多个智能窗的百分比透射率(在任何特定时间瞬间)，(iii)测定一个或多个窗的尺寸，(iv)测量一个或多个智能窗的温度(在任何特定时间瞬间)，(v)确定是否发生对窗的损坏(演进的缺陷)，(vi)提供用于与一个或多个智能窗通信的通信接口，和(vii)从嵌入于与一个或多个智能窗相关联的IGU中的物理分离的存储器装置或标签读取数据。
在刚刚概述的实施方案中，可使用如先前实施方案中所概述、但现在与用以同时测量递送至EC窗的电流和电压的传感器组合的脉宽调制放大器(或h桥或降压转换器)来实现对智能窗提供电力。可使用单个光电传感器、窗转变状态时的即时电压和电流值的知识并且用与EC涂层直接接触的传感器测量实际EC窗温度来在算法上测定透射率。此外，电压和电流曲线的直接知识与EC窗温度的测量一起允许在算法上测定窗尺寸。电压和电流感测能力允许控制器比较当前读数与存储在控制器中或经由与BMS的通信传达和撷取的历史值，以确定是否已发生对EC涂层的损坏。
在又一实施方案中，控制器被设计或配置来执行以下功能：(i)对一个或多个窗的可逆光学转变提供电力；(ii)测定一个或多个窗的透射率；(iii)测定一个或多个窗的温度；和(iv)经由RFID标签或经由存储器存储并传输与一个或多个窗相关的数据。单独实施方案提供被设计或配置来执行以下功能的控制器：(i)对一个或多个窗的可逆光学转变提供电力；(ii)测定一个或多个窗的尺寸；(iii)测定一个或多个窗的温度；(iv)在控制器与单独通信节点之间进行通信；和(v)经由RFID标签或经由存储器存储并传输与一个或多个窗相关的数据。又一个控制器被设计或配置来执行以下功能组合：(i)对一个或多个窗的可逆光学转变提供电力；(ii)测定一个或多个窗的透射率；(iii)测定一个或多个窗的尺寸；(iv)测定一个或多个窗的温度；(v)测定对一个或多个窗的损坏；(vi)测定窗控制器与一个或多个窗之间的导线长度；(vii)在窗控制器与单独通信节点之间进行通信；(viii)经由RFID标签或经由存储器存储并传输与一个或多个窗相关的数据；和(ix)修复一个或多个窗的短路相关缺陷。在这些以及本文中给出的其它实施例中，当控制器与超过一个窗对接时，所陈述功能可适用于所控制窗中的任一者或这些窗的任一组合或所有所述窗。
另一个控制器被设计或配置来执行以下功能：(i)对一个或多个窗的可逆光学转变提供电力；(ii)测定所述一个或多个窗的温度；和(iii)加热一个或多个窗上的装置。被加热装置可为电致变色装置自身或形成于所述窗上的单独装置。当期望包括相对大的窗时，此实施方案尤其适于寒冷天气气候。其准许所述窗在太阳辐射的通量是充分时以相对解除调色状态操作。由功能(iii)准许的额外加热准许在其中通常预期绝缘壁的区域中使用较大窗格而非大窗。
控制器架构的实例
图3是窗控制器配置300的示意性绘示，其包括用于将智能窗集成至(例如)住宅系统或建筑物管理系统中的接口。此控制器可充当本文中所描述类型的智能控制器，或其可用于提供来自由智能控制器间接控制的智能窗的“本地”信息。所公开实施方案可实施于嵌入于IGU(例如)中的控制器中。这些控制器有时称为“板上”控制器并且更详细地描述于标题为“Onboard Controller for Multistate Windows”并且于2011年3月16日提出申请的美国专利申请号13/049,750中，所述美国专利申请案以引用的方式整体并入本文。
在图3的绘示中，电压调节器接受来自标准24v AC/DC源的电力。电压调节器用于对微处理器(μP)以及脉宽调制(PWM)放大器提供电力，所述脉宽调制(PWM)放大器可产生处于高和低输出水平的电流(例如)以对相关联智能窗提供电力。例如，通信接口允许与控制器的微处理器的无线通信。在一个实施方案中，通信接口是基于所建立的接口标准，例如，在一个实施方案中，控制器的通信接口使用串行通信总线，所述串行通信总线可为由Bosch引入并且现今广泛用在汽车和工业应用中的CAN 2.0物理层标准。“CAN”是允许每网路64个节点(窗控制器)的线性总线拓扑，其中数据速率为10kbps至1Mbps并且距离高达2500m。其它硬接线实施方案包括MODBUS、LonWorksTM、经由以太网供电、BACnet MS/TP等。总线还可采用无线技术(例如，Zigbee、Bluetooth等)。
在所绘示实施方案中，控制器包括离散输入/输出(DIO)功能，其中接收多个数字和/或模拟输入，例如，调色级别(tint level)、EC装置的温度、百分比透射率、装置温度(例如，根据热敏电阻)、光强度(例如，根据LUX传感器)等。输出包括EC装置的调色级别。图3中所绘示的配置可特别适用于自动系统，例如，其中高级BMS与具有本文中所描述的EC控制器的EC窗结合使用的自动系统。例如，所述总线可用于在BMS网关与EC窗控制器通信接口之间通信。BMS网关还与BMS服务器通信。
现在将描述离散I/O的功能中的某些功能。
DI-调色级别0位和DI-调色级别1位：这两个输入一起组成一个二进制输入(2位或22＝4组合；00、01、10和11)以允许外部装置(开关或中继触点)针对IGU的每EC窗格选择四个离散调色状态中的一者。换句话说，此实施方案假定窗格上的EC装置具有可被设定的四个单独调色状态。对于含有两个窗格的IGU，每窗格具有其自己的四状态调色级别，可存在八个之多的二进制输入组合。参见于2010年8月5日提出申请并且先前以引用方式并入的美国专利申请号12/851,514。在某些实施方案中，这些输入允许用户超控BMS控制(例如，即使BMS期望窗被调色以减小热增量，仍对窗解除调色以获得更多光)。
AI-EC温度：此模拟输入允许传感器(热电偶、测温电阻器、RTD)出于测定EC涂层的温度的目的直接连接至控制器。因此，可在不测量窗处的电流和/或电压的情形下直接测定温度。这允许控制器将控制器输出的电压和电流参数设定为适于温度。
AI透射率：此模拟输入允许控制器直接测量EC涂层的百分比透射率。这可用于匹配可毗邻于彼此的多个窗以确保一致的可见外观的目的，或当控制算法需要作出校正或状态改变时，其可用于测定窗的实际状态。使用此模拟输入，可在不使用电压和电流反馈推断出透射率的情形下直接测量透射率。
AI温度/光强度：此模拟输入是连接至内部房间或外部(建筑物外部)光水平或温度传感器。此输入可用于以包括以下各项的若干方式控制EC涂层的所期望状态：使用外部光水平，对窗进行调色(例如，外部明亮，对窗进行调色或反之亦然)；使用外部温度传感器，对窗进行调色(例如，Minneapolis白天外部寒冷，对窗解除调色以将热增量诱发至室中或反之亦然，Phoenix白天暖和，对窗进行调色以降低热增量并且减小空调负载)。
AI-％调色：此模拟输入可用于对接至旧型BMS或使用0伏至10伏发信来告知窗控制器其应采用哪个调色级别的其它装置。控制器可选择试图对窗进行连续调色(调色的阴影与0伏至10伏信号成比例，零伏是完全解除调色，10伏是完全调色)或使信号量子化(0伏至0.99伏意指对窗解除调色，1伏至2.99伏意指对窗进行5％调色，3伏至4.99伏等于40％调色并且高于5伏是完全调色)。当信号存在于此接口上时，其仍可由串行通信总线上指示不同值的命令来超控。
DO-调色级别0位和1位：此模拟输入类似于DI-调色级别0位和DI-调色级别1位。上述这些是指示窗处于四个调色状态中的哪一者中或被命令至四个调色状态中的哪一者的数字输出。例如，如果窗是完全调色并且用户走进房屋中并且期望其透明，则用户可按下所提及的开关中的一者并且致使控制器开始对窗解除调色。由于此转变并不是瞬间的，因此这些数字输出将交替地打开和关断发信通知过程的改变并且然后当窗达到其被命令值时保持在固定状态下。
图4绘示具有用户接口的控制器配置402。例如，在不需要自动化时，(例如)如图3中所绘示的EC窗控制器可被提供而不具有PWM部件并且用作终端用户的I/O控制器，其中，例如，所述终端用户可使用小键盘404或其它用户控制的接口来控制EC窗功能。EC窗控制器和任选的I/O控制器可以菊花链连接在一起以形成EC窗网路以用于自动和非自动EC窗应用。
在某些实施方案中，控制器402不直接控制窗，但可间接地控制一个或多个窗。所述控制器可引导或协调一个或多个其它控制器的操作，诸如图1中的控制器103和/或105。
固态且无机的EC装置
针对背景提供对EC装置的说明，这是因为本文中所描述的窗控制器包括使用EC装置的特征(例如)以便测量参数(诸如，温度、窗尺寸、百分比透射率等)以及在非常规意义上使用EC装置(例如，使用EC装置的电极用于电阻加热)的功能。因此，EC装置的结构和功能是在固态且无机EC装置的背景下描述的，尽管本文中所描述的控制器可控制任一种EC装置。此外，如上文所述，这些控制器可与具有非电致变色光学可切换装置一起使用，诸如液晶装置和悬浮颗粒装置。
图5绘示EC装置500的示意性截面图。电致变色装置500包括基板502、导电层(CL)504、EC层(EC)506、离子导电层(IC)508、对电极层(CE)510和导电层(CL)514。层504、506、508、510和514统称为EC堆叠520。可操作以横跨EC堆叠520施加电位的电压源516实现从(例如)褪色状态至着色状态(所绘示)的EC装置的转变。可相对于基板反转层的次序。EC装置500可包括一个或多个额外层(未展示)，诸如一个或多个钝化层。用于改良某些光学特性的钝化层可包括在EC装置500中。用于提供水分或抗刮擦的钝化层也可包括在EC装置500中。例如，导电层可用抗反射或保护性氧化物或氮化物层处理。其它钝化层可用于严密密封EC装置500。
这些完全固态且无机EC装置、制作所述装置的方法和缺陷判据更详细地描述于2009年12月22日提出申请并且指定Mark Kozlowski等为发明人、标题为“Fabrication ofLow-Defectivity Electrochromic Devices”的美国专利申请号12/645,111和2009年12月22日提出申请并且指定Zhongchun Wang等为发明人、标题为“Electrochromic Devices”的美国专利申请号12/645,159中，所述两个美国专利申请案出于所有目的以引用方式并入本文中。根据某些实施方案，其中对电极和EC电极在不单独沉积离子导电层的情形下彼此紧邻(有时直接接触)地形成的EC装置与本文中所描述的控制器一起使用。这些装置和制作这些装置的方法描述于各自在2010年4月30日提出申请的美国专利申请号12/772,055和12/772,075和各自于2010年6月11日提出申请的美国专利申请案号12/814,277和12/814,279中，四个申请案中的每一者标题为“Electrochromic Devices”，各自指定Zhongchun Wang等为发明人，并且各自以引用的方式整体并入本文。这些装置本身不具有IC层，但如同EC层一样起作用。
应了解，对褪色状态与着色状态之间的转变的提及并非限制性并且所述提及仅特别地建议可实施的EC转变的一个实例。术语“褪色”是指光学中性状态，例如，无色、透明或半透明。再进一步，除非本文中另外规定，否则EC转变的“色彩”并不限于任何特定波长或波长范围。在褪色状态中，将电位施加到EC堆叠520以使得堆叠中可致使EC材料506处于着色状态中的可用离子主要驻存在对电极510中。当反转EC堆叠上的电位时，离子横跨离子导电层508传输至EC材料506并且致使所述材料进入着色状态。
在此实施例中，组成EC堆叠520的材料既是无机的又是固态的。由于有机材料往往随着时间降解，因此无机材料提供可在延长的时间周期内起作用的可靠EC堆叠的优点。处于固态的材料还提供不具有容纳和泄漏问题的优点，这是因为处于液态的材料经常具有所述问题。一个实施方案是包括如本文中所描述的控制器和是完全固态且无机的EC装置的设备。
再次参考图5，电压源516通常是低电压电源并且可配置于多用途控制器中以结合其它部件(诸如传感器、RFID标签等)操作。在某些实施方案中，本文中所描述的多用途控制器包括将电力供应至EC装置(例如，如电压源516)的能力。
典型基板502是玻璃。适合玻璃包括透明或经调色的钠钙玻璃，包括钠钙浮法玻璃。通常，在基板502与导电层504之间存在钠扩散阻挡层(未展示)以防止钠离子从玻璃扩散至导电层504中。
在基板502的顶部上是导电层504。导电层504和514可由多种不同材料制成，包括导电氧化物、薄金属涂层、导电金属氮化物和合成导体。通常，导电层504和514至少在其中EC层展现出电致变色性的波长范围中是透明的。透明导电氧化物包括金属氧化物和掺杂有一种或多种金属的金属氧化物。由于氧化物通常用于这些层，因此有时将其称为“透明导电氧化物”(TCO)层。
TCO层的功能是在EC堆叠520的表面上将由电压源516提供的电位散布至所述堆叠的内部区域，其中具有极小欧姆电位降。电位通过至导电层的电连接被传送至导电层。通常，汇流条(一个与导电层504接触并且一个与导电层514接触)在电压源516与导电层504和514之间提供电连接。通常，可采用导电材料的层的各种厚度，只要其提供必要电性质(例如，导电率)和光学性质(例如，透射率)。通常，导电层504和514是尽可能薄的以增加透明性并且减小成本。优选地，每导电层504和514的厚度还是基本上均匀的。
导电层的薄膜电阻(Rs)也是重要的，这是因为所述层在(例如)所述装置为电致变色窗的部分时所横越的相对大面积。导电层504和514的薄膜电阻可在约每平方5欧姆至约每平方30欧姆之间。通常，期望两个导电层中的每一者的薄膜电阻是约相同的。可采用所述导电层用于借助其薄膜电阻来电阻加热所述装置，而非运行所述导电层为其一部分的EC装置。在一个实施方案中，所描述的多用途控制器包括使用EC装置的一个或多个导电层来电阻加热的功能。下文更详细地描述此电阻加热。
上覆导电层504的是EC层506。EC层可含有多种不同EC材料中的任一者或多者，包括金属氧化物。包含金属氧化物的EC层506能够接收从对电极层510传送的离子。EC层506的厚度取决于经选择用于EC层的EC材料。EC层506可为约50nm至2,000nm厚。
离子导电层508上覆EC层506。任何适合材料可用于离子导电层508，只要其允许离子在对电极层510至EC层506之间通过，同时基本上防止电子通过。
在离子导电层508的顶部上是对电极层510。对电极层可包含能够在EC装置处于褪色状态时充当离子储器的多种不同材料中的一者或多者。在通过(例如)施加适当电位而起始的EC转变期间，对电极层经由IC层将其保持的某些或所有离子传送至EC层，从而将EC层改变至着色状态。同时，在氧化镍钨(NiWO)的情况下，对电极层在有离子损失的情形下着色。由于对电极层510含有用于当EC材料处于褪色状态时在EC材料中产生EC现象的离子，因此所述对电极优选地在其保持大量这些离子时具有高透射率和中性色彩。当从由NiWO制成的对电极510移除电荷时(即，离子从对电极510传输至EC层506)，对电极层将从透明状态返回至棕色着色状态。因此，当将电位施加到电致变色装置时，发生光学转变。同样，当EC装置在另一方向上转变时，其表现如同电池，并且借助在相反方向上穿越IC层的离子产生电荷，电流从EC装置流动。本文中所描述的多用途控制器通过捕获和/或将此电荷转向至电力网以供重新使用来利用此现象。
尽管已在某一程度上详细地描述了前述发明以促进理解，但所描述的实施方案被认为是说明性而非限制性。所属领域的技术人员将易知可在随附权利要求书的范围内实践某些改变和修改。

Claims (36)

1.一种绝缘玻璃单元，其包括：
电致变色窗格，其包含其上具有电致变色装置的透明基板和与所述电致变色装置的导电层电连接的汇流条；
第二窗格；
所述窗格之间的次级密封件；以及
存储器，其存储关于所述电致变色窗的信息，其中所述存储器是所述绝缘玻璃单元的线束的部分，所述线束经由连接到所述汇流条且穿过所述绝缘玻璃单元中的所述次级密封件的导线与所述汇流条电连接，且其中所述存储器与控制器物理分离，所述控制器经配置以从所述存储器读取数据且经配置以通过经由所述线束将电力递送到所述汇流条而提供通信接口，所述通信接口用于经由网络与包括所述绝缘玻璃单元的所述电致变色窗格的多个电致变色窗格通信。
2.根据权利要求1所述的绝缘玻璃单元，其中所述存储器是RFID标签、EEPROM或FLASH存储器芯片。
3.根据权利要求1所述的绝缘玻璃单元，其中所述电致变色装置是固态且无机的。
4.根据权利要求1所述的绝缘玻璃单元，其中所述控制器是经配置以与所述多个电致变色窗格通信且控制所述多个电致变色窗格的分布式窗控制器网路的一部分。
5.一种智能窗控制器，其经配置以从存储器读取数据，所述存储器是绝缘玻璃单元的线束的一部分，所述绝缘玻璃单元包括电致变色窗格、第二窗格和所述窗格之间的次级密封件，所述线束经由连接到汇流条且穿过所述绝缘玻璃单元中的所述次级密封件的导线与所述电致变色窗格的汇流条电连接，其中所述存储器与所述智能窗控制器物理分离，所述智能窗控制器进一步经配置以通过经由所述线束将电力递送到所述汇流条而对所述绝缘玻璃单元的所述电致变色窗格的光学转变供电，所述智能窗控制器进一步经配置以提供用于经由网络与多个电致变色窗格通信的通信接口。
6.根据权利要求5所述的智能窗控制器，其中所述存储器是RFID标签、EEPROM或FLASH存储器芯片。
7.根据权利要求5所述的智能窗控制器，其中所述多个电致变色窗格中的每一者均包括固态且无机的电致变色装置。
8.根据权利要求5所述的智能窗控制器，其中所述智能窗控制器经配置以从所述存储器读取信息且一经接线到所述绝缘玻璃单元即基于从所述存储器读取的所述信息进行自身编程。
9.根据权利要求5所述的智能窗控制器，其包括与所述存储器电通信的微处理器，所述微处理器经配置以控制所述电致变色窗。
10.根据权利要求5所述的智能窗控制器，其进一步包括称为H桥或降压转换器的脉宽调制放大器。
11.根据权利要求5所述的智能窗控制器，其中所述智能窗控制器是经配置以与所述多个电致变色窗格通信且控制所述多个电致变色窗格的分布式窗控制器网路的一部分。
12.一种系统，其包括：
a)绝缘玻璃单元，其包括电致变色窗格、第二窗格、所述窗格之间的次级密封件以及存储器，所述存储器存储关于所述电致变色窗的信息，其中所述电致变色窗格包括其上具有电致变色装置的透明基板和与所述电致变色装置的导电层电连接的汇流条，其中所述存储器是所述绝缘玻璃单元的线束的一部分；以及
b)窗控制器，其与所述存储器物理分离且经由导线与所述电致变色窗格的所述汇流条电连接，所述导线经由所述线束连接到所述汇流条且穿过所述绝缘玻璃单元中的所述次级密封件，且其中所述窗控制器经配置以通过将电力递送到所述汇流条而对所述电致变色窗格的可逆光学转变供电，所述窗控制器进一步经配置以从所述物理分离的存储器读取数据且提供用于经由网络与包括所述绝缘玻璃单元的所述电致变色窗格的多个电致变色窗格通信的通信接口。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述存储器是RFID标签、EEPROM或FLASH存储器芯片。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述窗控制器经配置以从所述存储器读取信息且一经接线到所述绝缘玻璃单元即基于从所述存储器读取的所述信息进行自身编程。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述多个电致变色窗格中的每一者均包括固态且无机的电致变色装置。
16.根据权利要求12所述的系统，其中所述窗控制器进一步包括称为H桥或降压转换器的脉宽调制放大器。
17.根据权利要求12所述的系统，其中所述窗控制器包括经配置以与所述多个电致变色窗格通信且控制所述多个电致变色窗格的分布式窗控制器网路。
18.一种用于独立地控制建筑物的多个电致变色窗的调色状态的方法，所述方法包括：
调节所述建筑物的第一窗的归因于在所述第一窗上的阴影作用的调色级别；
调节所述建筑物的第二窗的归因于在所述第二窗上的所述阴影的作用的调色级别，
其中所述阴影在所述第一窗和所述第二窗上具有不同的作用且所述第一窗和所述第二窗的调色级别不同。
19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括使用一或多个传感器确定所述阴影在所述第一窗和所述第二窗上的所述作用。
20.一种用于控制多个电致变色窗的调色级别的控制器，所述控制器包括：
(a)通信接口；以及
(b)控制器逻辑，其经配置以：
调节所述建筑物的第一窗的归因于在所述第一窗上的阴影作用的调色级别；
调节所述建筑物的第二窗的归因于在所述第二窗上的所述阴影的作用的调色级别，
其中所述阴影在所述第一窗和所述第二窗上具有不同的作用且所述第一窗和所述第二窗的调色级别不同。
21.根据权利要求20所述的控制器，其中所述通信接口包括无线通信接口。
22.根据权利要求20所述的控制器，其进一步包括用于对所述多个窗中的至少一者的可逆光学转变供电的电源。
23.根据权利要求22所述的控制器，其中所述电源包括脉宽调制放大器。
24.根据权利要求20所述的控制器，其中所述控制器逻辑进一步经配置以使用一或多个传感器确定所述阴影在所述第一窗和所述第二窗上的所述作用。
25.根据权利要求20所述的控制器，其中所述控制器是系统的一部分，所述系统包括与一或多个网络控制器连接的一或多个窗控制器，所述一或多个网络控制器又与主控制器通信。
26.根据权利要求24所述的控制器，其中所述系统包括HVAC系统、安全系统、建筑物管理系统和/或照明系统。
27.一种用于控制一或多个电致变色窗的方法，所述一或多个电致变色窗中的每一者可经历可逆光学转变，所述方法包括：
a)确定与所述一或多个窗相关联的微气候信息；
b)调节所述一或多个窗的第一窗的调色级别；以及
c)调节所述一或多个窗的第二窗的调色级别；
其中b)和c)中的至少一者作为所述微气候信息的结果而执行。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述微气候信息包括由阴影造成的信息。
29.根据权利要求28所述的方法，其中关于所述阴影的信息是使用一或多个传感器而确定的。
30.根据权利要求28所述的方法，其中作为所述阴影覆盖所述第一窗和所述第二窗的每一者的不同百分比面积的结果，所述第一窗和所述第二窗的调色级别不同。
31.根据权利要求27所述的方法，其中所述微气候是由阴影遮挡在所述第一窗和所述第二窗上的太阳光线的一部分而造成的逐窗微气候。
32.一种用于控制一或多个电致变色窗的调色级别的控制器，所述一或多个窗中的每一者可经历可逆光学转变，所述控制器包括：
(a)通信接口；以及
(b)控制器逻辑，其经配置以：
(i)确定与所述一或多个窗相关联的微气候信息；
(ii)调节所述一或多个窗的第一窗的调色级别；以及
(iii)调节所述一或多个窗的第二窗的调色级别；
其中i)和ii)中的至少一者作为所述微气候信息的结果而执行。
33.根据权利要求32所述的控制器，其中所述通信接口包括无线通信接口。
34.根据权利要求32所述的控制器，其进一步包括用于对所述多个窗中的至少一者的可逆光学转变供电的电源。
35.根据权利要求32所述的控制器，其中所述电源包括脉宽调制放大器。
36.根据权利要求32所述的控制器，其中经配置以确定与所述一或多个窗相关联的微气候信息的所述控制器逻辑包括使用一或多个传感器的逻辑。
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