CN108780260A - 用于控制电致变色装置的方法以及电致变色装置 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种用于控制电致变色装置的方法，其包括获得(210)目标着色水平以及初始着色水平的度量。获得(220)所述电致变色装置的各电极之间的初始开路电压的度量。使施加在所述电极之间的电压发生校准斜变(230)。在所述电压的所述校准斜变期间测量(232)校准充电电流。间歇地且暂时地中断(236)所述电压的所述校准斜变，并且测量(238)校准开路电压。当校准条件被满足时，停止(240)所述校准斜变。在所述电致变色装置的所述电极之间施加(250)恒定的主充电/放电电压。根据停止时的斜变电压来选择所述电压。当达到目标着色水平时，去除(270)在所述电极之间的电压施加。公开了一种能够执行这种程序的电致变色装置。

Description

用于控制电致变色装置的方法以及电致变色装置
发明领域
本文件总体涉及对电致变色装置的控制，并且具体来说涉及用于控制电致变色装置的方法和装置。
背景技术
能够控制电致变色装置的透光率的电致变色装置已经用于许多不同的应用中。一些示例是车辆镜、建筑窗户、眼镜或不同类型的成像装置。通常通过使电致变色装置充电或放电来控制透射率。典型的电致变色装置包括电致变色层状结构，电致变色层和对电极层由电解质层分开。通过改变电致变色层与对电极层之间的电势，致使离子或电子通过电解质层，并且结果是电致变色层状结构发生变化或放电，从而导致电致变色层和/或对电极层的着色或脱色。
当要求透射率变化时，将要改变电致变色层状结构的电荷。通常要求此变化尽可能快地执行，这是通过跨电致变色装置施加高电压而受惠的。然而，当施加过高电压时，电致变色装置可能被损坏，或者至少电致变色装置的使用寿命可能显著降低。因此有必要在渡越时间与施加电压之间找到适当的折衷。
电致变色装置的最佳充电/放电条件还可以取决于周围条件(主要是温度)而变化。电致变色装置的最佳充电/放电条件也可以取决于例如与电致变色层的连接而从一种应用变化到另一种应用。连接电阻的差异将例如影响充电/放电条件的最佳选择。此外，对于同一个装置，随着装置变旧，对施加电压的响应将随着时间推移而改变。对于大面积装置来说，这些影响通常也更加明显。
在现有技术中，存在用于改善透射率控制的许多不同方法。为了优化充电，通常使用某种透射率传感器和/或温度传感器。充电行为随后可以适应于所测量的透射率水平/温度。利用透射率和/或温度的实际测量值的一些方法见于例如美国专利US 5,822,107中，所述专利中公开了一种将时间控制与物理特性如窗玻璃的电压、电流或透光率的测量相结合的方法。优选地，也用例如热电偶来测量温度。在公布的欧洲专利申请EP 2 161 615 A1中公开了用于切换大面积电致变色装置的方法和设备。所提出的充电/放电条件呈现为与温度相关，这隐含地要求温度传感器可用。
然而，包含传感器增加了复杂性和成本，并且增加了在电致变色膜被磨损之前某一辅助部件可能出现故障的风险。涉及的部件越多，则某些部分将发生故障的概率就越高。此外，传感器通常提供在窗户本身的一部分处，从外部可见或者隐藏在某种类型的框架下。透射率传感器通常将占据有源区的一部分，并且温度传感器也优选地附接在有源区附近，由此缩小了可用面积。此外，传感器的安装会增加安装操作过程中的复杂性和损伤敏感度。
用于控制电致变色装置的充电/放电的其它方法利用电量。在公布的美国专利申请US 2004/0001056 A1中说明了一个示例。在公布的美国专利US 7,277,215 B2中，公开了用于电致变色装置的控制系统。所述文件主要针对具有固态电解质的电致变色装置，在所述电致变色装置中漏电流是一个问题。测量开路电压和充电电流。借助于此类测量，可以估计温度或滞后曲线。然而，其没有描述如何或甚至是否可从此类信息导出最佳充电条件。在公布的美国专利申请US 2015/0070745 A1中还公开了类似的控制方法，所述控制方法也是针对其中存在漏电流的具有固态电解质的电致变色装置。
现有技术存在的问题是想要避免使用外部传感器，并且仍然找到针对不同老化、配置和周围条件的合适的充电/放电条件。
发明内容
本技术的一般目的是提供用于在不依赖于温度或透射率传感器的情况下，改进对电致变色装置的充电/放电的控制的装置和方法。
此目的通过根据所附独立专利权利要求的装置和方法来实现。优选实施方案在从属权利要求中限定。一般而言，在第一方面，提出了用于控制电致变色装置的方法，所述电致变色装置呈现依赖于电致变色装置的电荷的透射率。所述方法包括获得目标着色水平和初始着色水平的度量。获得电致变色装置的各电极之间的初始开路电压的度量。施加在电致变色装置的各电极之间的电压是校准斜变的。测量校准充电电流，在电压的校准斜变期间通过电致变色装置的各电极对所述电致变色装置充电。间歇性且暂时地中断电压的校准斜变。在校准斜变的中断期间测量电致变色装置的各电极之间的校准开路电压。当基于校准充电电流和/或校准开路电压的校准条件被满足时，停止电压的校准斜变。在电致变色装置的各电极之间施加恒定的主充电/放电电压。根据停止时的斜变电压来选择所述主充电/放电电压。当达到目标着色水平时，去除在电致变色装置的各电极之间的任何电压施加。
在第二方面，电致变色装置包括电致变色膜和电荷控制布置。电致变色膜包括两个电极。电致变色膜呈现依赖于电致变色膜的电荷的透射率。电荷控制布置被配置来控制施加在各电极之间的电压。电荷控制布置具有被配置用于获得目标着色水平的输入端；被配置用于测量所述电极之间的开路电压的电压表；以及被配置用于测量充电电流的电流表，通过各电极对电致变色膜充电。电荷控制布置被配置用于获得初始着色水平的度量并且用于获得电致变色装置的各电极之间的初始开路电压的度量。电荷控制布置被配置用于引起施加在电致变色装置的各电极之间的电压的校准斜变。电荷控制布置被配置用于测量在电压的校准斜变期间的校准充电电流。电荷控制布置被配置用于间歇地且暂时地中断电压的校准斜变。电荷控制布置被配置用于测量在校准斜变中断期间各电极之间的校准开路电压。电荷控制布置被配置用于当基于校准充电电流和/或校准开路电压的校准条件被满足时停止电压的校准斜变。电荷控制布置被配置用于在电致变色装置的各电极之间施加恒定的主充电/放电电压。由此根据在停止时的斜变电压来选择充电/放电电压。电荷控制布置被配置用于当达到目标着色水平时去除在电致变色装置的各电极之间的任何电压施加。
目前提出的技术的一个优点是，通过仅使用通过充电/放电设备可获得的电气度量，可以容易地获得针对电致变色装置的各种大小、老化、温度和/或配置的非常合适的主充电/放电电压。
附图说明
通过结合附图参考以下描述，可以最好地理解本发明及其其它目的和优点，在附图中：
图1是用于控制电致变色装置的方法的实施方案的步骤的流程图；
图2是用于控制电致变色装置的方法的另一个实施方案的步骤的流程图；
图3是用于控制电致变色装置的方法的又一实施方案的步骤的流程图；
图4是用于控制电致变色装置的方法的又一实施方案的步骤的流程图；
图5是电致变色装置的实施方案的各部分的示意性框图；以及
图6是电致变色膜的实施方案的各部分的示意性框图。
具体实施方式
在整个附图中，相同的参考符号用于相似或对应的元件。
所提出的技术主要基于以下见解：有益的是根本不必依赖于任何外部传感器，而是仅仅依赖于电致变色膜的电气行为和电源布置。电量的测量相对易于以稳健的方式实施。通过仅监测电致变色膜的电荷密度(其例如可以通过对充电电流的测量值进行积分来计算)和开路电压，有可能以独立于老化或温度变化的有利方式来控制充电操作。开路电压在本公开中被限定为当不施加外部电压时电致变色装置的两侧之间的电压。除了选定的测量电量之外，为了使理念易于应用于不同的应用，控制算法仅使用非常少的装置参数。此类控制因此可以可适用于基本上所有类型的窗户。配置参数优选地是窗户的几何大小(高度和宽度)、最大电荷以及被限定为分别对应于“最亮”和“最暗”的电压。
本技术可适用于大多数现有技术的电致变色膜，在现有技术中电致变色膜呈现依赖于电致变色膜的电荷的透射率。通常，电致变色膜包括用于控制电致变色膜的充电和放电的两个电极。优选地，电致变色膜具有低程度的漏电流，以确保即使不执行对充电状态的监视，充电程度也能在较长时间段期间基本上恒定。
在下面的描述中，使用模型系统来说明本技术的理念。然而，如上所述，理念也可以适用于其它类型的电致变色装置。在所述模型系统中，电致变色装置包括电致变色层状结构，所述电致变色层状结构具有第一衬底片；第二衬底片；至少部分覆盖所述第一衬底片的第一电子传导层；至少部分覆盖所述第二衬底片的第二电子传导层；至少部分覆盖所述第一电子传导层的电致变色层；至少部分覆盖所述第二电子传导层的对电极层；以及层压在所述第一电致变色层与所述对电极层之间并至少部分覆盖所述第一电致变色层和所述对电极层的电解质层。在此模型系统中，各电极分别构成或直接电连接到第一电子传导层和第二电子传导层。
呈现本技术的一种方式是利用电致变色装置的不同状态的视图。当电致变色膜保持在不变的条件下时，此状态被表示为空闲状态。在此状态下，控制机构仅检查到开路电压不改变。如果存在电压漂移，则控制机构仅通过微小的充电或放电操作来校正此漂移。当请求改变透明度时，电致变色装置变成充电状态。此充电状态继而可以包括多个子状态。根据在此呈现的基本技术，可以限定至少两个子状态。在第一子状态(校准状态)下，执行相对和缓的充电，同时监测电荷和开路电压对不同充电电压的响应。根据此监测，导出用于主充电操作的合适条件。由于根据本技术的主充电是以恒定的充电电压来执行的，因此在此将主充电表示为处于静态。在优选实施方案中，涓流状态被限定为充电状态的子状态，在所述涓流状态中进行充电操作的最终调节。还可以限定初始状态。然后将电致变色膜置于明确限定的条件下，通常是完全放电的。然后将电致变色膜的总电荷的度量设定为预限定值，通常为零。
应注意，一般而言，如果未明确提及，则此处所提及的理念可适用于充电和放电两者。本领域的技术人员很容易认识到，在大多数情况下，词“充电”应理解为“充电/放电”，即在正或负方向上充电。具体地，在充电状态期间可能发生电致变色装置的放电。
图1示出了用于控制电致变色装置的方法的实施方案的的步骤的流程图。电致变色装置是呈现依赖于电致变色装置的电荷的透射率的装置。所述方法以步骤200开始。在步骤210中，获得目标着色水平和初始着色水平的度量。目标着色水平是所要求的着色水平的表示。这种要求可以随时输入，即当电致变色装置处于任何状态下时输入。因此如果电致变色装置以空闲状态存在以及如果电致变色装置处于充电状态的任何子状态下，或者处于初始状态下，则可命令对新的目标透射率的要求。因此，如果先前的充电/放电已经完成，则初始着色水平通常是先前的充电或放电事件的结果或将电致变色装置置于初始状态下的操作的结果。然而，初始着色水平也可以是正在进行的充电/放电过程的当前着色水平。
通常，目标着色水平由百分值表示，其中100％对应于完全充电条件并且0％对应于完全放电条件，这两个百分值继而通常分别对应于电致变色装置的最大着色和完全脱色。这种度量将随后表示某种颜色百分比。换句话说，获得210目标着色水平的步骤优选地包括获得目标颜色百分比。目标颜色百分比表示为目标着色水平与最亮条件之间的差与最暗条件与最亮条件之间的差的百分比。
然而，如本领域的技术人员认识到的，目标着色水平可以以任何种类的比例来表示。例如，也可以利用实际透射率。因为电致变色装置的着色和脱色不会分别完全达到透射率0或1，因此此类透射率值也可以与颜色百分比相关联，例如通过数学函数或表格相关联。
在步骤220中，获得电致变色装置的各电极之间的初始开路电压的度量。因此，这种初始开路电压通常是开路电压的最新先前测量的结果，通常是在先前的充电/放电已经完成之后。然而，初始开路电压也可以是正在进行的充电/放电过程的当前开路电压。
电致变色装置现在准备好进入充电状态229，并且初始是校准子状态239。在步骤230中，执行校准斜变，使施加在电致变色装置的各电极之间的电压发生斜变。电压的斜变从已知对电致变色装置没有损伤的起始电压值朝向预期接近最佳或至少合适的充电电压的电压变化。对于充电动作，电压连续增大，从而导致电致变色装置的电荷不断增加。对于放电，电压连续降低，从而导致电致变色装置的电荷不断减少。
在特定实施方案中，校准斜变从初始开路电压开始或从预定电压开始。初始开路电压通常是斜变起始值的最“安全”选择，因为它已经存在于电致变色装置处，并且施加损伤性量值电压的风险几乎为零。然而，如果所要求的着色变化很大，则这种起点可能导致校准程序花费不必要的长时间。在这种情况下，预定电压是有吸引力的替代方案。在优选实施方案中，根据目标着色水平与初始着色水平之间的关系，将校准斜变选择为从初始开路电压开始或从预定电压开始。换句话说，起始值适应于特定的情况。如果要求透射率的小变化，则初始开路电压作为起始值良好地操作。如果要求透射率的大变化，则标准起始值可能反而是更好的选择。斜变打算穿过的透射率的特定范围可能是重要的。如果要求相对较大的变化，但初始开路电压比预定电压更接近预期最终值，则无论如何，初始开路电压都将是更好的选择。在特定实施方案中，还可以存在可以根据目标着色水平与初始着色水平之间的关系选择的一组预定电压。
在步骤232中，测量校准充电电流。校准充电电流在电压的校准斜变期间通过电致变色装置的各电极对电致变色装置充电。充电电流对应于电致变色装置的电荷变化。
在步骤236中，间歇地且暂时地中断电压的校准斜变。在校准斜变的中断236期间，如步骤238所示，测量电致变色装置的各电极之间的校准开路电压。
充电电流或由此可推断的量(诸如电致变色装置的电荷)的演变和开路电压的演变揭露了电致变色装置的充电条件的细节。如上所述，例如温度或老化的差异可能会改变充电行为。然而，根据校准充电电流和/或校准开路电压与电压斜变之间的关系，可以补偿这种差异。此外，如果电致变色装置的电致变色层以不同方式连接以用于单元的不同应用，则例如连接电缆的长度差异，即内部电阻的差异可能影响充电条件。然而，通过监测校准斜变期间的行为，无论如何都可以找到合适的充电条件，而不需要对每个单独的单元进行任何单独的预校准。
当预定校准条件被满足时，确定合适的充电电压存在。因此，在步骤240中，当基于校准充电电流和/或校准开路电压的校准条件被满足时，停止电压的校准斜变。
电致变色装置现在准备好进入充电状态229的稳定子状态。在步骤250中，在电致变色装置的各电极之间施加恒定的主充电/放电电压。由此根据停止时的斜变电压来选择主充电/放电电压。由于在校准斜变期间获得的信息，现在可以设置现在选择的主充电/放电电压来补偿配置、温度、老化等的变化。在特定实施方案中，主充电/放电电压被选择为等于停止时的斜变电压。
在步骤270中，当达到目标着色水平时，去除在电致变色装置的各电极之间的任何电压施加。该过程以步骤299结束
如上所述，在电致变色装置的系统中可直接测量的量是充电电流。然而，出于讨论透射率的目的的更相关的度量是装置电荷。幸运的是，装置电荷很容易通过积分操作从充电电流获得。从已知电荷条件开始，电致变色装置的当前电荷通过以下步骤获得：将充电电流积分为校准电荷变化，并将所述校准电荷变化加到已知的装置电荷条件。已知的电荷条件可以例如是完全放电条件，通常是与最大透射率相对应的全光照条件。这种条件可以通过以下方式确定：允许电致变色装置放电足够长的时间以确保去除任何剩余的装置电荷。然后启动积分程序，从而保持跟踪添加到装置的任何电荷。获得完全放电条件的过程是耗时的，并且对于要求透射率变化时的每种情况执行所述过程是不实际的。对于改变透射率的典型程序，将已知的电荷条件替代地设定为先前的透射率变化程序的结束电荷条件。然后可以不定期地执行获得完全放电条件的过程，以确保未测得的漏电流不影响估计的电荷条件。
图2示出了用于控制电致变色装置的方法的另一个实施方案的步骤的流程图。大部分步骤与图1中所呈现的步骤相同，因此将不再次进行一般性讨论。在步骤212中，获得初始装置电荷的度量。如上所述，此初始装置电荷通常是先前的透射率变化程序的结束电荷条件，但也可以是当前的装置电荷的任何其它度量。
在步骤234中，正在将所测量的校准充电电流积分成校准电荷变化，并且将所述校准电荷变化加至初始装置电荷，此举给出了当前的装置电荷。然后在步骤240中使用的校准条件可以基于当前的装置电荷。换句话说，校准条件优选地是校准开路电压和/或当前的装置电荷与斜变阈值之间的比较。
换句话说，当要求改变透射率时，目标着色水平由操作者或外部监视系统给出。这种改变要求可以在任何时候发生。如果要执行充电，则控制算法随后开始使所施加的电压斜升。测量充电电流并将其积分成电荷密度变化，将电荷密度变化与初始装置电荷结合。在很短的时间内间歇地中断充电，例如每秒一次，并测量开路电压。当获得某些校准条件时，基于所测量的电荷密度和/或开路电压，认为找到了最佳或至少充分良好的充电条件。
然而，校准条件取决于要控制的实际装置。获得透射率的某种变化所需的电流取决于例如电致变色装置的大小。幸运的是，对于找到可操作的校准条件而言重要的参数是已知或容易测量的装置参数。因此，在步骤240中使用的阈值由此优选地仅根据装置参数和初始装置电荷的度量、初始开路电压以及初始着色水平来确定。
在优选实施方案中，装置参数是电致变色有源区的大小、最大电荷以及被限定为分别对应于最亮和最暗的电压。在替代实施方案中，装置参数是可从电致变色有源区的大小、最大电荷以及被限定为分别对应于最亮和最暗的电压导出的参数。在又一个实施方案中，装置参数是可从其导出电致变色有源区的大小、最大电荷以及被限定为分别对应于最亮和最暗的电压的参数。在其它实施方案中，使用这三种方法的组合。
由于充电条件可能随着装置的温度和/或老化和/或配置而改变，因此最佳充电条件的施加电压设置可以变化。在典型的情况下，如果静态的预期充电电压相对较大，则是有益的，因为这通常会增加充电速度。然而，静态的充电电压不能太高以避免损伤装置。类似地，如果通过较低电压获得了合理的快速充电，则充电电压的降低将通常总是改善电致变色装置的总寿命。
在一个特定实施方案中，校准条件被分成三个部分。如果以下三个部分条件中的任何一个为真，则就据称充电校准条件被满足。第一部分条件是校准开路电压是否大于第一斜变阈值k1。第二部分条件是当前的装置电荷是否大于第二斜变阈值k2。第三部分条件是在当前的装置电荷大于第四斜变阈值k4的同时，校准开路电压是否大于第三斜变阈值k3。因此k1-k4是斜变阈值并且k1>k3且k2>k4。常数k1-k4通常仅根据装置参数和根据初始装置电荷、初始开路电压和初始着色水平的度量来确定。
类似地，对于放电操作，如果以下三个部分条件中的任何一个为真，则就据称放电校准条件被满足。第一部分条件是校准开路电压是否小于第五斜变阈值k5。第二部分条件是当前的装置电荷是否小于第六斜变阈值k6。第三部分条件是在当前的装置电荷小于第八斜变阈值k8的同时，校准开路电压是否小于第七斜变阈值k7。因此k5-k8是斜变阈值并且k7>k5且k8>k6。
换句话说，典型的情况是，在充电过程中，施加的电压应该高于某一水平，同时装置电荷也高于某一水平。然而，如果条件或配置使得这些数值中的任何一个都不能通过合理的设置来实现，则对于单独的参数存在安全水平，即电压变得太高或装置电荷变得太高。当满足校准条件时，控制算法转换至“静态”。以下子状态下的程序取决于校准状态下的程序执行得很好。在较高的温度下，充电过程更容易，并且充足的充电速率所需的静电压相对较低。对于较低的温度，充电过程变慢，并且可以使用较高的静电压。在如此低的温度下，过热的风险较小。此外，当装置老化时，充电可能变得更难以执行，并且可能需要更高的静电压。执行初始斜变，且从而测试或校准充电的“容易性”。根据此校准选择合适的静电压，此电压将适应于当前的温度/老化，而无对直接的温度或透射率测量的任何需要。
当校准子状态已经结束时，存在优选的静电压，主充电打算使用此静电压执行。存在用于达到预期的透射率水平的许多可能的程序。图3中所示的用于控制电致变色装置的方法的一个实施方案在静态259下使用充电电流和开路电压的度量以达到所要求的最终条件。在步骤252中，测量主充电电流。在施加恒定的主充电/放电电压的时间期间，主充电电流通过电致变色装置的各电极对电致变色装置充电。在步骤256中，间歇地且暂时地中断恒定的主充电/放电电压的施加。在步骤258中，在恒定的主充电/放电电压的施加中断期间，测量电致变色装置的各电极之间的主开路电压。在步骤272中，当基于主充电电流和/或主开路电压的主停止条件被满足时，停止恒定的主充电/放电电压的施加。
类似于上述不同实施方案，在特定实施方案中，方法包括又一步骤。在步骤254中，将所测量的主充电电流积分成主电荷变化，并且通过所述主电荷变化更新当前的装置电荷。步骤272的主停止条件然后优选地包括主开路电压和/或当前的装置电荷与主阈值之间的比较。这些阈值优选仅根据装置参数以及初始装置电荷、初始开路电压和初始着色水平的度量来确定。
进一步类似于上述充电子状态，也可以以类似的方式配置主静态子状态的阈值。因此，在特定实施方案中，如果以下三个条件中的任何一个为真，则主充电停止条件被满足。第一部分条件是主开路电压是否大于第一主阈值k9。第二部分条件是当前的装置电荷是否大于第二主阈值k10。第三部分条件是在当前的装置电荷大于第四主阈值k12的同时，校准开路电压是否大于第三主阈值k11。因此，k9-k12是主阈值并且k9>k11且k10>k12。
类似地对于放电操作，如果以下三个部分条件中的任何一个为真，则就据称主放电停止条件被满足。第一部分条件是主开路电压是否小于第五主阈值k13。第二部分条件是当前的装置电荷是否小于第六主阈值k14。第三部分条件是在当前的装置电荷小于第八主阈值k16的同时，校准开路电压是否小于第七主阈值k15。因此k13-k16是主阈值并且k15>k13且k16>k14。
在要求完全放电的电致变色装置的情况下，可以使用附加或替代条件。由于完全放电的电致变色装置被限定为不具有剩余电荷的装置，因此如果主电荷变化小于预定阈值，则可据称用于放电至完全放电状态的主停止条件被满足。换句话说，当没有电流流入或流出各电极时，电致变色装置不带电荷。
当正在接近预期的最终透射率条件时，静态操作可能会体现为稍微粗糙的充电方法。在图4所示的特定实施方案中，在充电状态下引入附加的涓流子状态269。当基于主充电电流和/或主开路电压的主停止条件被满足时，在步骤260中停止恒定的主充电/放电电压的施加。该步骤对应于图3中的步骤272。然而，恒定的主充电/放电电压的停止在此替代地继之以涓流子状态269。在步骤268中，当停止恒定的主充电/放电电压的施加时运行涓流充电。涓流充电一直持续直到达到目标着色水平。当达到如此的目标着色水平时，执行步骤270的电压去除。
涓流具有允许小部分物质通过的一般含义。在涓流状态下，电致变色装置的电荷在需要充电时以小量增加，或者在需要放电时以小量减少，以缓慢接近最终透射率。在此子状态期间，也可以继续对导致当前的装置电荷的电荷进行测量，以及对开路电压进行测量。换句话说，当接近最终透射率时允许充电/放电过程减缓。如果要求极低的透射率，对应于跨电致变色装置的相对较高电压，则此种允许是特别有利的。
施加至电致变色装置的实际电压可以以许多不同方式找到，因为当透射率几乎处于其最终值时，时间方面的重要性较低。在一个优选实施方案中，基于装置参数以及初始装置电荷、初始开路电压和初始着色水平的度量来直接或间接地确定在涓流充电期间施加在电致变色装置的各电极之间的电压。
在以上呈现的实施方案中，使用阈值k1-k16，阈值k1-k16可以以不同方式确定。一种直接的选项是试错法，其中通过评估测试充电/放电来连续调整最初估计的阈值。另一种直接的方式是基于操作经验简单地手动确定阈值。
确定合适阈值的更精细方法是执行充电/放电，伴随着对开路电压和充电电流的测量以及对施加的电压和透射率的测量。通过执行对透射率、开路电压和充电电流的同时测量，阈值k1-k16可以被认为是各种透射率行为与开路电压和充电电流的行为的关联。在所述操作程序中没有进行实际透射率测量，而是无论如何通过阈值来间接利用关于透射率的信息。
阈值k1-k16的确定由此将透射率性质转换成与易于测量的电气性质相关的有限数量的参数。这些参数中的大多数在很大程度上与产品的形状和大小无关，或与产品的形状和大小直接成比例。通过对合适的参数进行第一次广泛调查，可以获得大小和/或形状方面的可能相关性。为了以后用于类似类型的装置上，通常仅执行有限的调适。如果引入更多的根本变化，诸如透明导电性、接触电阻、导电引线的定位和不同电致变色材料方面的大变化，则可能会推荐新的初始测试。另外，对于较小的修改，可能仅稍微调适一些更突出的参数，诸如最大开路电压、最大装置电荷和/或最小开路电压。
第一次进行此确定时，优选对可以用于最终产品的各种大小和形状执行确定。以这种方式，与例如传导路径之间的距离的任何相关性或任何形状相关性可间接地并入阈值中。在至少一个位置处测量透射率。优选地，这些透射率测量中的至少一个是在假定透射变化最快的位置处执行的，即通常接近于导体路径。
在一个特定实施方案中，在不同的环境温度下执行测试充电/放电。优选地，在最低TL和最高TH预期操作温度下和在中间温度TM下执行测试充电/放电。首先针对所述三个不同的温度执行充电过程的电压斜变，直至斜升至预定的静态充电电压。此静态充电电压通常根据经验设定为合理的理想静电压，所述合理的理想静电压对装置无害，但无论如何提供在不同温度的“正常”条件下足够快速的充电。当斜变达到此预定的静态充电电压时，针对每个温度记录开路电压和从所测量的充电电流导出的装置电荷的测量值。将所测量的温度TL下的开路电压用作k1阈值，并且将装置电荷用作k4阈值。将所测量的温度TM下的开路电压用作k3阈值。最后，将温度TH下的装置电荷用作k2阈值。
然后在所述三个温度下使用预定的静态充电电压执行持续的静电压充电。当达到预定的透射率时，停止此静电压充电。此预定的透射率通常设定为比最小的可获得透射率高几个百分点，在特定实施方案中比最小的可获得透射率高4％。在此静电压充电断开时，针对每个温度记录开路电压和从所测量的充电电流导出的装置电荷的测量值。将所测量的温度TL下的开路电压用作k9阈值，并且将装置电荷用作k12阈值。将所测量的温度TM下的开路电压用作k11阈值。最后，将温度TH下的装置电荷用作k10阈值。
然后应用“涓流”程序以达到最小透射。在优选实施方案中，涓流程序在温度TH下在2小时内运行。当在温度TH下达到最小透射时，将量值u100设定为测得的开路电压，并且将量值q100设定为测得的装置电荷。
在优选实施方案中，阈值k9-12是分别关于最大装置电荷和最大开路电压来表示的。下面进一步描述如何优选地确定这些值。为此，可以将k9阈值设定为k9＝k9’+u100，其中u100是最大的开路电压。类似地，可以将k10阈值设定为k10＝k10’*q100，其中q100是最大的装置电荷。可以将k11阈值设定为k11＝k11’+u100，并且可以将k12阈值设定为k12＝k12’*q100。如果随后需要对阈值进行任何更新或确定不同材质的阈值，则只需测量最大的装置电荷和最大的开路电压，并且可以使用因子/项k9’-k12’来计算新的阈值k9-k12。
优选地，也针对在温度TH、TM和TL下放电进行类似的测试运行。放电电压的斜变以类似方式给出阈值k5-k8。然后通过恒定电压放电以给出阈值k13-k16。最后，在放电很长一段时间之后，假定达到最大透射率，并且将量值u0设定为等于所测得的开路电压。类似于上述，阈值k13-16可以表示为k13＝k13’+u0，k14＝k14’*q100，k15＝k15’+u0，并且k16＝k16’*q100。
如果此类测试运行是针对装置的材料、形状和大小的选择进行的，则可以容易地推断出阈值的一般程度。在大多数情况下，将可以对相同的材质使用相同的阈值，且然后基于不同测量值之间的折衷来选择阈值。如果所测得的阈值例如取决于形状而差别过大，则不同的阈值可以用于不同组的形状。材质通常影响量值u0、u100和q100，而不影响关系，即k9’-k16’与阈值k9-k16的关系，这意味着变得仅需要测量最大和最小透射率。
图5示意性示出了电致变色装置1的实施方案的框图。电致变色装置1包括电致变色膜10，所述电致变色膜包括两个电极20、30。电致变色膜10呈现依赖于电致变色膜的电荷的透射率。电致变色装置1还包括电荷控制布置40。电荷控制布置40被配置来控制施加在各电极之间的电压。电荷控制布置40具有被配置用于获得目标着色水平的输入端45。此目标着色水平可以手动提供，例如通过转动旋钮或通过用键盘和/或屏幕提供所需的透射率水平。目标着色水平可以在其它实施方案中自动提供，例如作为对不同类型的传感器的响应。
电荷控制布置40能够测量如电压表41所指示的电压，并测量如电流表42所指示的电流。电压表41被配置用于测量电极20、30之间的开路电压。电流表42被配置用于测量充电电流。充电电流通过所述电极20、30对电致变色膜10充电。在优选实施方案中，电荷控制布置40还能够如参考标记43所示对测得电流进行积分，并且如参考标记44所示将积分电流加入电荷中。
电荷控制布置40通常被配置用于控制电致变色膜10的充电和放电。这些控制能力可以使用任何常规技术来进行硬件实施，诸如分立电路或集成电路技术，包括通用电子电路和专用电路。具体的示例包括一个或多个适当配置的数字信号处理器和其它已知的电子电路，例如经互连以执行专门功能的分立逻辑门，或专用集成电路(ASIC)。
或者，本文描述的程序中的至少一些可以以软件如计算机程序实施，以由合适的处理电路(诸如一个或多个处理器或处理单元)执行。因此在此呈现的一个或多个流程图可以在由一个或多个处理器执行时被视为一个或多个计算机流程图。处理电路的示例包括但不限于数字信号处理器、中央处理单元、视频加速硬件和/或任何合适的可编程逻辑电路，诸如现场可编程门阵列或可编程逻辑控制器。对应的设备可以被限定为一组功能模块，其中由处理器执行的每个步骤对应于一个功能模块。在这种情况下，所述功能模块被实施为在处理器上运行的计算机程序。
还应理解，有可能重新使用在其中实施所提出的技术的任何常规装置或单元的通用处理能力。也有可能重新使用现有的软件，例如通过重新编程现有软件或通过添加新的软件部件。
电荷控制布置40由此被进一步配置用于获得初始着色水平的度量并且用于获得电致变色装置1的电极20、30之间的初始开路电压的度量。电荷控制布置40还被配置用于引起施加在电致变色装置1的电极20、30之间的电压的校准斜变。电荷控制布置40，以及特别是电流表42，被配置用于测量在电压的校准斜变期间的校准充电电流。电荷控制布置40还被配置用于间歇地且暂时地中断电压的校准斜变。电荷控制布置40，以及特别是电压表41，被配置用于测量在校准斜变中断期间电极20、30之间的校准开路电压。
电荷控制布置40被配置用于当基于校准充电电流和/或校准开路电压的校准条件被满足时停止电压的校准斜变。电荷控制布置40被配置用于在电致变色装置1的电极20、30之间施加恒定的主充电/放电电压。根据停止时的斜变电压来选择所述充电/放电电压。电荷控制布置40还被配置用于当达到目标着色水平时去除电致变色装置1的电极20、30之间的任何电压施加。
图6示出了根据本文所提出的技术的电致变色膜10的实施方案的示意图，其优点在于可以用于电致变色装置中。然而，也可以使用其它类型的电致变色膜10。通常，能够保持由两个电极连接供应的电荷的电致变色层状结构是候选者。在图6的实施方案中，在中心部分提供离子导体，即电解质层50。电解质层50在一侧上与电致变色层26接触，能够传导电子以及离子。在离子导体50的另一侧上是传导电子和离子的对电极层36，所述对电极层用作离子存储层。此对电极膜36可以全部或部分地由第二电致变色膜构成。中心三层结构26、36、50位于电子传导层24、34之间。电子传导层24、34布置为抵靠外衬底，外衬底在本实施方案中为第一衬底22和第二衬底32，通常是塑料衬底。衬底22、32与中央五层24、26、50、36、34的堆叠形成电致变色层状结构11。
应注意，本公开内容中的不同附图中的各层的相对厚度不代表真正的尺寸关系。通常，衬底比其它层要厚得多。这些附图只是为了说明连接原理的目的，而不是为了提供任何尺寸信息。
此类电致变色膜10通过以下方式而被着色/脱色：用在堆叠的两侧上的电极20、30在电子传导层24、34之间施加外部电压脉冲，使电子和离子在电致变色层26与对电极层36之间移动，以及由此对电致变色膜充电。电致变色层26将由此改变其颜色。电致变色层26的非排他性示例为基于钨、钼、铌、钛、铅和/或铋的氧化物的阴极着色薄膜，或基于镍、铱、铁、铬、钴和/或铑的氧化物、氢氧化物和/或氧氢化物(oxy-hydrides)的阳极着色薄膜。
如果使用塑料衬底，则塑料衬底22、32是合成或半合成聚合产品。塑料衬底通常按照其聚合物主链进行分类。可能的塑料衬底的非排他性示例是聚碳酸酯、聚丙烯酸化物、聚氨基甲酸酯、碳酸聚氨酯共聚物、聚砜、聚酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚醚、聚酯、聚乙烯、聚烯烃、聚酰亚胺、聚硫化物、聚乙烯乙酸酯以及纤维素基聚合物。
对可见光透明的电子导体24、34的非排他性示例是氧化铟锡(ITO)、氧化锡、氧化锌、n或p掺杂的氧化锌和氟氧化锌的薄膜。最近也已经研究了基于金属的层如ZnS/Ag/ZnS和碳纳米管层。
如上所述，对电极层36可以包含电致变色材料以及非电致变色材料。对电极层36的非排他性示例为基于钨、钼、铌、钛、铅和/或铋的氧化物的阴极着色电致变色薄膜，基于镍、铱、铁、铬、钴和/或铑的氧化物、氢氧化物和/或氧氢化物的阳极着色电致变色薄膜，或例如基于钒和/或铈的氧化物以及活性炭的非电致变色薄膜。此类材料的组合也可用作对电极层36。
电解质层50包含离子导体材料。电解质层50可以是透明的或不透明的，有色的或无色的，这取决于应用。电解质类型的一些非排他性示例是：固态聚合物电解质(SPE)，诸如具有溶解的锂盐的聚(环氧乙烷)；凝胶聚合物电解质(GPE)，诸如聚(甲基丙烯酸甲酯)与具有锂盐的碳酸丙烯的混合物；复合凝胶聚合物电解质(CGPE)，其类似于GPE但添加了第二种聚合物如聚(环氧乙烷)，和液态电解质(LE)，诸如具有锂盐的碳酸亚乙酯/碳酸二乙酯的溶剂混合物；以及复合有机-无机电解质(CE)，其包含添加有TiO2、二氧化硅或其它氧化物的LE。所使用的锂盐的一些非排他性示例是LiTFSI[双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂]、LiBF4[四氟硼酸锂]、LiAsF6[六氟砷酸锂]、LiCF3SO3[三氟甲烷磺酸锂]以及LiClO4[高氯酸锂]。
上述实施方案应被理解为本发明的一些说明性示例。本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对实施方案进行各种修改、组合和改变。具体地，在技术上可能的情况下，可以在其它配置中将不同实施方案中的不同部分解决方案进行组合。然而，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (15)

1.一种用于控制电致变色装置的方法，所述电致变色装置呈现依赖于所述电致变色装置的电荷的透射率，所述方法包括以下步骤：
-获得(210)目标着色水平和初始着色水平的度量；
-获得(220)所述电致变色装置的所述电极之间的初始开路电压的度量；
-使施加在所述电致变色装置的所述电极之间的电压进行校准斜变(230)；
-测量(232)校准充电电流，在所述电压的所述校准斜变期间通过所述电致变色装置的所述电极对所述电致变色装置充电；
-间歇地且暂时地中断(236)所述电压的所述校准斜变；
-测量(238)在所述校准斜变的所述中断(236)期间所述电致变色装置的所述电极之间的校准开路电压；
-当基于所述校准充电电流和/或所述校准开路电压的校准条件被满足时，停止(240)所述电压的所述校准斜变；
-在所述电致变色装置的各电极之间施加(250)恒定的主充电/放电电压；
由此根据停止时的所述斜变电压来选择所述主充电/放电电压；以及
-当达到所述目标着色水平时，去除(270)所述电致变色装置的所述电极之间的任何电压施加。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述主充电/放电电压被选择为等于停止时的所述斜变电压。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述校准斜变(230)从所述初始开路电压开始或从预定电压开始。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于根据所述目标着色水平与所述初始着色水平之间的关系，将所述校准斜变(230)选择为从所述初始开路电压开始或从预定电压开始。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征是以下进一步的步骤：
-获得(212)初始装置电荷的度量；
-将所述所测量的校准充电电流积分(234)成校准电荷变化，并且将所述校准电荷变化加至所述初始装置电荷，从而给出当前的装置电荷；
其中所述校准条件是所述校准开路电压和所述当前的装置电荷中的至少一个与仅根据装置参数以及所述初始装置电荷、所述初始开路电压和所述初始着色水平的所述度量确定的斜变阈值之间的比较。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于如果以下中的任何一个为真，则用于充电的所述校准条件被满足：
校准开路电压>k1
当前的装置电荷>k2
校准开路电压>k3并且当前的装置电荷>k4
其中k1-k4是所述斜变阈值并且k1>k3且k2>k4，
并且在于如果以下中的任何一个为真，则用于放电的所述校准条件被满足：
校准开路电压<k5
当前的装置电荷<k6
校准开路电压<k7并且当前的装置电荷<k8
其中k5-k8是所述斜变阈值并且k7>k5且k8>k6。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于所述装置参数是电致变色有源区的大小、最大电荷以及被限定为分别对应于最亮和最暗的电压，或者可从电致变色有源区的大小、最大电荷以及被限定为分别对应于最亮和最暗的电压导出的参数，或者参数，可从所述参数导出电致变色有源区的大小、最大电荷以及被限定为分别对应于最亮和最暗的电压，或其组合。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于所述获得(210)目标着色水平的步骤包括获得目标颜色百分比，表示为所述目标着色水平与所述最亮条件之间的差与所述最暗条件与所述最亮条件之间的所述差的百分比。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征是以下进一步的步骤：
-测量(252)主充电电流，在所述施加所述恒定的主充电/放电电压期间通过所述电致变色装置的所述电极对所述电致变色装置充电；
-间歇地且暂时地中断(256)所述恒定的主充电/放电电压的所述施加；
-测量(258)在所述恒定主充电/放电电压的所述施加的所述中断(256)期间所述电致变色装置的所述电极之间的主开路电压；
-当基于所述主充电电流和/或所述主开路电压的主停止条件被满足时，停止(260；272)所述恒定的主充电/放电电压的所述施加。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征是以下进一步的步骤：
-将所述所测量的主充电电流积分(254)成主电荷变化，并且通过所述主电荷变化更新所述当前的装置电荷；
其中所述主停止条件包括所述主开路电压和所述当前的装置电荷中的至少一个与仅根据装置参数以及所述初始装置电荷、所述初始开路电压和所述初始着色水平的所述度量确定的主阈值之间的比较。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于如果以下中的任何一个为真，则用于充电的所述主停止条件被满足：
主开路电压>k9
当前的装置电荷>k10
主开路电压>k11并且当前的装置电荷>k12
其中k9-k12是所述主阈值并且k9>k11且k10>k12，
并且在于如果以下中的任何一个为真，则用于放电的所述主条件被满足：
主开路电压<k13
当前的装置电荷<k14
主开路电压<k15并且当前的装置电荷<k16
其中k13-k16是所述主阈值并且k15>k13且k16>k14。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于如果所述主电荷变化小于预定阈值，则用于放电至完全放电状态的所述主停止条件被满足。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征是以下进一步的步骤：
-当停止所述恒定的主充电/放电电压的所述施加时运行(268)涓流充电，直至达到所述目标着色水平。
14.据权利要求13所述的方法，其特征在于基于装置参数以及所述初始装置电荷、所述初始开路电压和所述初始着色水平的所述度量来直接或间接地确定在所述涓流充电(268)期间施加在所述电致变色装置的所述电极之间的电压。
15.一种电致变色装置(1)，其包括：
-电致变色膜(10)，其包括两个电极(20、30)；
所述电致变色膜(10)呈现依赖于所述电致变色膜(10)的电荷的透射率；以及
-电荷控制布置(40)，其被配置来控制施加在所述电极(20、30)之间的电压；
所述电荷控制布置(40)具有被配置用于获得目标着色水平的输入端(45)、被配置来测量所述电极(20、30)之间的开路电压的电压表(41)以及被配置用于测量充电电流的电流表(42)，通过所述电极(20、30)对所述电致变色膜(10)充电；
所述电荷控制布置(40)被配置用于获得初始着色水平的度量并且用于获得所述电致变色装置(1)的所述电极(20、30)之间的初始开路电压的度量；
所述电荷控制布置(40)被配置用于引起施加在所述电致变色装置(1)的所述电极(20、30)之间的电压的校准斜变；
所述电荷控制布置(40)被配置用于测量在所述电压的所述校准斜变期间的校准充电电流；
所述电荷控制布置(40)被配置用于间歇地且暂时地中断所述电压的所述校准斜变；
所述电荷控制布置(40)被配置用于测量在所述校准斜变的所述中断期间所述电极(20、30)之间的校准开路电压；
所述电荷控制布置(40)被配置用于当基于所述校准充电电流和/或所述校准开路电压的校准条件被满足时，停止所述电压的所述校准斜变；
所述电荷控制布置(40)被配置用于在所述电致变色装置(1)的所述电极(20、30)之间施加恒定的主充电/放电电压；
由此根据停止时的所述斜变电压来选择所述充电/放电电压；以及
所述电荷控制布置(40)被配置用于当达到所述目标着色水平时去除所述电致变色装置(1)的所述电极(20、30)之间的任何电压施加。
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