DE102015109409B4

DE102015109409B4 - Verfahren zum Steuern von elektrochromen Elementen

Info

Publication number: DE102015109409B4
Application number: DE102015109409.6A
Authority: DE
Inventors: Yi-Wen Chung; Lai Chien-He
Original assignee: Tintable Smart Mat Co Ltd; TINTABLE SMART MATERIAL CO Ltd
Current assignee: REDOXLENS CO., LTD., TW
Priority date: 2014-07-02
Filing date: 2015-06-12
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2035-06-13
Also published as: FR3023386B1; TWI480659B; TW201447455A; FR3023386A1; DE102015109409A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung von elektrochromen Elementen, wobei die Einschaltdauer der Pulsweitenmodulation beim Einfärben des elektrochromen Elements unter Zuhilfenahme von durch ein Ermittlungsgerät erfassten Signalen so geändert wird, dass eine Ladungsmenge erzielt wird, die der durch Einfärben einzustellenden Lichtdurchlässigkeit entspricht und durch die Formel

Q = \sum_{t = t 0}^{t 1} (I_{t} \times D 1) + \sum_{t = t 1}^{t 2} (I_{t} \times D 2) + \dots + \sum_{t = t (n - 1)}^{t n} (I_{t} \times D n)

ermittelt wird, wobei Q die
Ladungsmenge (mA*s) ist, die der durch Einfärben einzustellenden Lichtdurchlässigkeit entspricht, I der Strom (mA) ist, t die Zeit (s) ist und D (Duty) die Einschaltdauer (%) der Pulsweitenmodulation (PWM) bezeichnet, woraufhin die Pulsweitenmodulation (PWM) abgeschaltet wird, wodurch die Einfärbezeit und die Lichtdurchlässigkeit des elektrochromen Elements in einem vorbestimmten Bereich gehalten werden können.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von elektrochromen Elementen, insbesondere ein Verfahren, durch das die Einfärbezeit und die Lichtdurchlässigkeit des elektrochromen Elements unabhängig von der Umgebungstemperatur, der Standby-Zeit und der Materialalterung in einem bestimmten Bereich gehalten werden können, wodurch eine einfache Verwendung und eine breite Anwendbarkeit gewährleistet sind.
Stand der Technik
Mit der rasanten Weiterentwicklung der Wissenschaft und Technologie von Tag zu Tag kommt eine Menge von speziellen Materialien auf den Markt. Darunter kann ein elektrochromes Element durch Anlegen einer elektrischen Spannung reversibel umgefärbt werden, indem das elektrochrome Element durch eine Spannung induziert eingefärbt bzw. entfärbt wird, wobei sich das elektrochrome Element durch Einspeisung eines Stroms von einem farblosen zu einem gefärbten Zustand ändert. Das elektrochrome Element ist ein elektrochemisches Mehrschichtsystem. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung erfolgt die Oxidation bzw. Reduktion der Stoffe im elektrochromen Element, wodurch das elektrochrome Element gefärbt bzw. entfärbt wird. Solche elektrochromen Elemente finden breite Anwendungen in unserem alltäglichen Leben. Beim starken Sonnenschein oder zum Schutz der Privatsphäre in Innenräumen werden meistens elektrochrome Elemente eingesetzt, um die Lichtdurchlässigkeit eines Glases zu verändern.
Durch Einspeisung eines Vorwärtsstroms nimmt die Lichtdurchlässigkeit des elektrochromen Elements ab und die Lichtabsorption des elektrochromen Elements zu, wobei die Farbe des elektrochromen Elements dunkler wird. Durch Einspeisung eines Rückwärtsstroms nimmt die Lichtdurchlässigkeit des elektrochromen Elements hingegen zu und die Lichtabsorption des elektrochromen Elements ab, wobei die Farbe des elektrochromen Elements heller wird. Je nachdem ob ein Vorwärts- oder ein Rückwärtsstrom an das elektrochrome Element angelegt ist, erfolgt somit eine Oxidation bzw. Reduktion des elektrochromen Elements, wodurch eine gewünschte Lichtdurchlässigkeit für das elektrochrome Element eingestellt werden kann.
Mit Hilfe des vorstehend erläuterten elektrochromen Elements kann die gewünschte Lichtdurchlässigkeit durch Einspeisung eines Vorwärts- bzw. Rückwärtsstroms erzielt werden. Jedoch hat sich bei der Verwendung herausgestellt, dass die Zeit des Einfärbevorgangs sowie die Lichtdurchlässigkeit von der Umgebungstemperatur, der Standby-Zeit und der Materialalterung abhängig sind. Dies bereitet viele Umstände bei der Anwendung. Aus diesem Grund ist die Steuerung des elektrochromen Elements verbesserungswürdig.
Aus der US - Patentanmeldung US 2010/0172010 A1 ist ein Verfahren zur Einstellung der Lichtdurchlässigkeit eines elektrochromen Elements bekannt, bei welchem die Einstellung über die Dauer und Höhe einer Spannungsbeaufschlagung einer gepulsten Spannung zwischen leitfähigen Lagen des elektrochromen Elements erfolgt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern von elektrochromen Elementen zu schaffen, durch das die Einfärbezeit und die Lichtdurchlässigkeit des elektrochromen Elements in unabhängig von der Umgebungstemperatur, der Standby-Zeit und der Materialalterung in einem bestimmten Bereich gehalten werden können, wodurch eine einfache Verwendung und eine breite Anwendbarkeit gewährleistet sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Steuern von elektrochromen Elementen, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung geht aus dem Unteranspruch hervor.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern von elektrochromen Elementen bereitgestellt, wobei die Einschaltdauer der Pulsweitenmodulation beim Einfärben des elektrochromen Elements unter Zuhilfenahme von durch ein Ermittlungsgerät erfassten Signalen so geändert wird, dass ein gewünschter Q-Wert (die Ladungsmenge, welche der durch Einfärben einzustellenden Lichtdurchlässigkeit entspricht) erzielt wird, woraufhin die Pulsweitenmodulation (PWM) abgeschaltet wird, wodurch die Einfärbezeit und die Lichtdurchlässigkeit des elektrochromen Elements in einem vorbestimmten Bereich gehalten werden können.
Gemäß der Erfindung ist der Q-Wert durch die Formel $Q = \sum_{t = t 0}^{t 1} (I_{t} \times D 1) + \sum_{t = t 1}^{t 2} (I_{t} \times D 2) + \dots + \sum_{t = t (n - 1)}^{t n} (I_{t} \times D n)$
ermittelbar, wobei der Q-Wert diejenige Ladungsmenge (mA*s) bezeichnet, welche der der durch Einfärben einzustellenden Lichtdurchlässigkeit entspricht , wobei I der Strom (mA) ist, wobei t die Zeit (s) und D (Duty) die Einschaltdauer (%) der Pulsweitenmodulation (PWM) kennzeichnet.
Gemäß der Erfindung ist das durch das Ermittlungsgerät erfasste Signal aus einer Gruppe ausgewählt, die die Systemtemperatur, die Stromstärke und die elektrische Spannung am Elementende beinhaltet.
Figurenliste
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

1 ein Diagramm, in welchem der Zusammenhang zwischen dem Strom und der Zeit dargestellt ist, und
2 ein Diagramm, in welchem der Zusammenhang zwischen der Pulsweite und der Zeit des erfindungsgemäßen elektrochromen Elements dargestellt ist.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
1 zeigt ein Diagramm, in welchem der Zusammenhang zwischen dem Strom und der Zeit dargestellt ist und 2 zeigt ein Diagramm, in welchem der Zusammenhang zwischen der Pulsweite und der Zeit des erfindungsgemäßen elektrochromen Elements dargestellt ist. Erfindungsgemäß werden die Systemtemperatur, die Stromstärke bzw. die elektrische Spannung am Elementende während des Einfärbens des elektrochromen Elements mit Hilfe eines Ermittlungsgeräts erfasst, um die Einschaltdauer der Pulsweitenmodulation (PWM) zu ändern und somit den erwünschten Q-Wert (d.h. die Ladungsmenge, die der durch Einfärben einzustellenden Lichtdurchlässigkeit entspricht) zu erzielen. Danach wird die Pulsweitenmodulation (PWM) abgeschaltet. Auf diese Weise können die Zeit des Einfärbevorgangs und die Lichtdurchlässigkeit des elektrochromen Elements in einem vorher bestimmten Bereich beschränkt werden.
Der erfindungsgemäße Q-Wert (d.h. die Ladungsmenge, die der durch Einfärben einzustellenden Lichtdurchlässigkeit entspricht) lässt sich durch folgende Formel ermitteln: $Q = \sum_{t = t 0}^{t 1} (I_{t} \times D 1) + \sum_{t = t 1}^{t 2} (I_{t} \times D 2) + \dots + \sum_{t = t (n - 1)}^{t n} (I_{t} \times D n)$
wobei:

Q die Ladungsmenge (mA*s) ist, die der durch Einfärben einzustellenden Lichtdurchlässigkeit entspricht,
I der Strom (mA) ist,
t die Zeit (s) ist, und
D (Duty) die Einschaltdauer der Pulsweitenmodulation (PWM) (%) ist.

Im Folgenden wird der Einfluss der Temperatur auf das elektrochrome Element als Beispiel genannt. Normalerweise wird die Zeit des Einfärbevorgangs bei einer niedrigen Temperatur verlängert, sodass kein optimaler Verwendungszustand erreicht werden kann. Hingegen wird die Zeit des Einfärbevorgangs bei einer hohen Temperatur verkürzt, wobei das elektrochrome Element geschädigt werden kann. Durch Ansteuerung der Einschaltzeit der Pulsweitenmodulation (Duty) kann der gewünschte Effekt erreicht werden. Bei der Bedienung wird die Zeit des Einfärbevorgangs ermittelt, indem die Zeit des Einfärbevorgangs bei einer Temperatur von jeweils 60 °C, 25 °C, -10 °C und bei einer PMW (Duty) von jeweils 50 %, 58, 6% und 99,1 % erfasst werden. Die Daten sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

Duty 50,0 % 58,6 % 99,1 %

I*t [mAs] 528 000 450 000 266 000

60 °C Einfärbung 26,0 s 23,0 s

25 °C Einfärbung 28,3 s 25,0 s 15,0 s

-10 °C Einfärbung 39,0 s 25,7 s
Wie vorstehend erläutert, können die Einfärbezeit und die Lichtdurchlässigkeit des erfindungsgemäßen elektrochromen Elements im Vergleich zur herkömmlichen Technik unabhängig von der Umgebungstemperatur, der Standby-Zeit und der Materialalterung in einem bestimmten Bereich gehalten werden, wodurch eine einfache Verwendung und eine breite Anwendbarkeit gewährleistet sind.

Claims

Verfahren zur Steuerung von elektrochromen Elementen, wobei die Einschaltdauer der Pulsweitenmodulation beim Einfärben des elektrochromen Elements unter Zuhilfenahme von durch ein Ermittlungsgerät erfassten Signalen so geändert wird, dass eine Ladungsmenge erzielt wird, die der durch Einfärben einzustellenden Lichtdurchlässigkeit entspricht und durch die Formel $Q = \sum_{t = t 0}^{t 1} (I_{t} \times D 1) + \sum_{t = t 1}^{t 2} (I_{t} \times D 2) + \dots + \sum_{t = t (n - 1)}^{t n} (I_{t} \times D n)$
ermittelt wird, wobei Q die Ladungsmenge (mA*s) ist, die der durch Einfärben einzustellenden Lichtdurchlässigkeit entspricht, I der Strom (mA) ist, t die Zeit (s) ist und D (Duty) die Einschaltdauer (%) der Pulsweitenmodulation (PWM) bezeichnet, woraufhin die Pulsweitenmodulation (PWM) abgeschaltet wird, wodurch die Einfärbezeit und die Lichtdurchlässigkeit des elektrochromen Elements in einem vorbestimmten Bereich gehalten werden können.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durch das Ermittlungsgerät erfasste Signal aus einer Gruppe ausgewählt ist, die die Systemtemperatur, die Stromgröße und die elektrische Spannung am Elementende umfasst.