RU2743655C1 - Method for stabilized control of high-speed optical switching of an electrochromic module and a device for using this method - Google Patents
Method for stabilized control of high-speed optical switching of an electrochromic module and a device for using this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743655C1 RU2743655C1 RU2020123869A RU2020123869A RU2743655C1 RU 2743655 C1 RU2743655 C1 RU 2743655C1 RU 2020123869 A RU2020123869 A RU 2020123869A RU 2020123869 A RU2020123869 A RU 2020123869A RU 2743655 C1 RU2743655 C1 RU 2743655C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrochromic module
- current
- electrochromic
- value
- module
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on an electrochromic effect
- G02F1/163—Operation of electrochromic cells, e.g. electrodeposition cells; Circuit arrangements therefor
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к способам и устройствам для управления оптическим переключением электрохромных устройств, а именно к способам оптического переключения электрохромных модулей, обеспечивающим стабильность эксплуатации электрохромных модулей с точки зрения их циклической долговечности при циклировании последовательными переключениями между оптическими состояниями и одновременную максимизацию скорости оптического переключения электрохромных модулей от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, а также электронным управляющим устройствам для прикладывания управляющего напряжения к оптически переключаемым электрохромным модулям с целью осуществления указанных способов.The present invention relates to methods and devices for controlling optical switching of electrochromic devices, in particular to methods for optical switching of electrochromic modules, ensuring the stability of the operation of electrochromic modules in terms of their cyclic durability when cycling by successive switching between optical states and simultaneously maximizing the speed of optical switching of electrochromic modules from the initial optical state to the final optical state, as well as electronic control devices for applying a control voltage to the optically switchable electrochromic modules in order to implement these methods.
Известны электрохромные модули для применения в составе сборок электрохромных устройств, обладающие меняющейся величиной интенсивности пропускания электромагнитного излучения различного диапазона длин волн, включающего видимую часть спектра, в зависимости от величины и полярности прикладываемого к устройству напряжения. Такие электрохромные устройства могут быть использованы в широком спектре различных применений, в частности в качестве светофильтров, дисплеев, неслепящих зеркал заднего вида для транспорта и пр., и получают в настоящее время все большее пользовательское распространение.Known electrochromic modules for use in assemblies of electrochromic devices, which have a varying value of the transmission intensity of electromagnetic radiation of various wavelengths, including the visible part of the spectrum, depending on the magnitude and polarity of the voltage applied to the device. Such electrochromic devices can be used in a wide range of different applications, in particular as light filters, displays, non-dazzling rear-view mirrors for vehicles, etc., and are now gaining wider consumer acceptance.
Особый интерес представляет возможность использования устройств на основе электрохромных модулей в составе светопрозрачных конструкций для архитектурных и транспортных применений (как интерьерных, так и экстерьерных). Т.н. «умные» окна с интегрированными в них электроактивными устройствами на основе электрохромных модулей могут быть настроены пользователем через юстировку величины и/или полярности прикладываемого напряжения на пропускание той части приходящего солнечного излучения, при которой будет достигаться оптимальный уровень комфорта использования помещения. Аналогично, интерьерные решения с электрохромными модулями могут переводиться из светопропускающего состояния в состояние непрозрачной перегородки по желанию пользователя. Специфика условий монтажа и эксплуатации накладывает на электрохромные модули, использующиеся в архитектурных и транспортных применениях, особые требования к стабильности проявляемых качеств хромирования в ходе многочисленных циклов переключения между крайними – т.н. контрастными – величинами достигаемого светопропускания в условно окрашенном и условно прозрачном состояниях. Примеры подобных устройств описаны, например, в патентах США № 5598293, № 9759975, № 5699192, № 6277523, а также патентах РФ № 2569913; № 2224275.Of particular interest is the possibility of using devices based on electrochromic modules as part of translucent structures for architectural and transport applications (both interior and exterior). T.N. “Smart” windows with integrated electroactive devices based on electrochromic modules can be configured by the user by adjusting the magnitude and / or polarity of the applied voltage to transmit that part of the incoming solar radiation, at which the optimal level of comfort in using the room will be achieved. Likewise, interior solutions with electrochromic modules can be converted from a light-transmitting state to an opaque partition at the request of the user. The specificity of the installation and operation conditions imposes on the electrochromic modules used in architectural and transport applications, special requirements for the stability of the displayed qualities of chromium plating during numerous switching cycles between the extreme ones - the so-called. contrasting - the values of the achieved light transmission in conventionally colored and conventionally transparent states. Examples of such devices are described, for example, in US patents No. 5598293, No. 9759975, No. 5699192, No. 6277523, as well as RF patents No. 2569913; No. 2224275.
Термин «электрохромный модуль» в последующем описании и формуле изобретения относятся к непосредственно законченному изделию, обладающему способностью проявлять электрохромизм через изменение интенсивности, цвета, фазы, поляризации, оптических функций и/или направления света, в ходе приложения в его элементам электрического напряжения. В свою очередь, термин «электрохромное устройство» в последующем описании и формуле изобретения относятся к составному устройству, включающему как сам электрохромный модуль – один или несколько - как элемент своей конструкции, проявляющий непосредственно электрохромные функции, так и все вспомогательные узлы, требующиеся для обеспечения функционирования устройства в рамках конкретного возможного применения – архитектурно-остеклительного, автомобильного, дисплейного и прочих возможных. К таковым относятся, например, конструкционные элементы, служащие для монтажа устройства, например, структурные рамы, рамная фурнитура, демпферы, направляющие и т.п. The term "electrochromic module" in the following description and claims refers to a directly finished article having the ability to exhibit electrochromism through changes in intensity, color, phase, polarization, optical functions and / or direction of light when an electric voltage is applied to its elements. In turn, the term "electrochromic device" in the following description and claims refers to a composite device, including both the electrochromic module itself - one or more - as an element of its structure, exhibiting directly electrochromic functions, and all auxiliary units required to ensure the functioning devices within the framework of a specific possible application - architectural and glazing, automobile, display and other possible. These include, for example, structural elements used to mount the device, such as structural frames, frame fittings, dampers, guides, etc.
Принципиально, электрохромные модули представляют собой многослойные структуры (т.н. многослойные стеки), содержащие по меньшей мере один электрохромный материал, формирующий в структуре электрохромного модуля области обратимого введения ионов и обладающий качествами изменения своих оптических свойств, например, интенсивности пропускания электромагнитного излучения видимого диапазона длин волн, в ответ на приложение электрического напряжения между индивидуальными положительно комплиментарными областями обратимого введения ионов, выполняющими, таким образом, роль противоэлектродов по отношению друг к другу. В результате приложения между областями обратимого введения ионов электрохромного модуля напряжения, называемого эффективным напряжением электрохромной реакции, или, что равнозначно, эффективной разностью потенциалов U эфф . , провоцируется, за счет инициируемого в результате ионного тока, протекание обратимой окислительно-восстановительной реакции, соответствующей полярности прикладываемого напряжения, приводящей к т.н. «окрашиванию», или «изменению оптического состояния» электрохромного модуля от начального оптического состояния (в котором электрохромный модуль находился до инициации протекания электрохромной реакции приложением эффективной разности потенциалов) к конечному оптическому состоянию (в которое электрохромный модуль приходит, когда происходит перемещение всех способных к транспорту носителей заряда между областями обратимого введения ионов и протекание окислительно-восстановительной реакции завершается) – либо с уменьшением совокупной величины интенсивности светопропускания всей его слоевой структуры, либо, напротив, с увеличением совокупной её величины интенсивности светопропускания, в зависимости от полярности.In principle, electrochromic modules are multilayer structures (so-called multilayer stacks) containing at least one electrochromic material that forms regions of reversible ion introduction in the structure of the electrochromic module and has the qualities of changing their optical properties, for example, the transmission intensity of electromagnetic radiation in the visible range wavelengths, in response to the application of an electric voltage between the individual positively complementary regions of reversible introduction of ions, thus performing the role of counter electrodes with respect to each other. As a result of the application between the regions of reversible introduction of ions of an electrochromic voltage modulus, called the effective voltage of the electrochromic reaction, or, equivalently, the effective potential difference U eff . , is provoked, due to the ion current initiated as a result, the occurrence of a reversible redox reaction corresponding to the polarity of the applied voltage, leading to the so-called. "Coloring" or "change in the optical state" of the electrochromic module from the initial optical state (in which the electrochromic module was located before the initiation of the electrochromic reaction by the application of an effective potential difference) to the final optical state (into which the electrochromic module comes when all transportable charge carriers between the regions of reversible introduction of ions and the course of the redox reaction is completed) - either with a decrease in the total value of the light transmission intensity of its entire layer structure, or, on the contrary, with an increase in its total value of the light transmission intensity, depending on the polarity.
Помимо выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областей обратимого введения ионов, слоевые стеки электрохромных модулей должны также содержать по меньшей мере один материал, формирующий проводящую ионы среду, связывающую между собой индивидуальные области обратимого введения ионов, за счет чего протекание приводящей к «окрашиванию» окислительно-восстановительной реакции при приложении эффективной разности потенциалов становится возможным. Обязательно, чтобы формирующий проводящую ионы среду материал был при этом также диэлектриком. В противном случае прямая электронная проводимость между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов сквозь электропроводящую, связывающую их среду проводящего также ионы материала будет приводить к замыканию противоэлектродных областей накоротко, в результате чего протекание электрохромной реакции, очевидно, будет принципиально невозможно.In addition to the regions of reversible introduction of ions that play the role of counter-electrodes with respect to each other, the layer stacks of electrochromic modules must also contain at least one material that forms an ion-conducting medium connecting individual regions of reversible introduction of ions with each other, due to which the flow leading to "coloration" a redox reaction by applying an effective potential difference becomes possible. It is imperative that the material forming the ion-conducting medium is also a dielectric. Otherwise, the direct electronic conductivity between the regions of reversible introduction of ions through the electrically conductive medium of the material that also conducts ions, which play the role of counter electrodes with respect to each other, will lead to short-circuiting of the counter-electrode regions, as a result of which the course of the electrochromic reaction will obviously be fundamentally impossible.
Кроме того, слоевая структура электрохромных модулей должна включать в себя токопроводящие слои, непосредственно соприлегающие с областями обратимого введения ионов и расположенные с двух сторон от слоя, содержащего материал, формирующий проводящую ионы среду, связывающую между собой индивидуальные области обратимого введения ионов, таким образом ограничивая его между собой. Данные токопроводящие слои служат для обеспечения возможности присоединения токовводов для подключения электрохромных модулей к цепи внешнего источника питания с целью обеспечения приложения внешнего напряжения к электрохромным модулям и осуществления их переключения между оптическими состояниями. Как правило, такие токопроводящие слои формируются из тонкопленочных оптически-прозрачных токопроводящий оксидов (TCO – «transparent conductive oxides»), как описано в патентах США № 6297900, № 8717658, № 20170307951, № 20200050072, РФ № 2676807, 2711654. Ограничивая между собой все прочие слои стека электрохромных модулей, содержащие материалы, формирующие области обратимого введения ионов и среду, проводящую ионы, токопроводящие слои формируют внешнюю контактную токопроводящую поверхность электрохромного модуля.In addition, the layer structure of electrochromic modules should include conductive layers directly adjacent to the regions of reversible introduction of ions and located on both sides of the layer containing a material that forms an ion-conducting medium connecting the individual regions of reversible introduction of ions, thus limiting it between themselves. These conductive layers serve to provide the possibility of connecting current leads for connecting electrochromic modules to an external power supply circuit in order to ensure the application of an external voltage to the electrochromic modules and to switch them between optical states. Typically, such conductive layers are formed from thin-film optically transparent conductive oxides (TCO - "transparent conductive oxides"), as described in US patents No. 6297900, No. 8717658, No. 20170307951, No. 20200050072, RF No. 2676807, 2711654. all other layers of the stack of electrochromic modules, containing materials that form regions of reversible introduction of ions and a medium that conducts ions, conductive layers form the outer contact conductive surface of the electrochromic module.
Как правило, электрохромные модули размещаются по меньшей мере на одной оптически-прозрачной подложке, либо заключаются между двумя оптически-прозрачными подложками, материалами которых традиционно служат стекло например фтор-силикатное, натрий-силикатное или кварцевое стекло, а также пластиковые пленки из, например, полиэтилентерефталата, поливинилбутираля, этиленвинилацетата, полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полиметилметакрилата или ацетилцеллюлозы, как описано, например, в патентах РФ № 2571427, № 2695045, № 2692951.As a rule, electrochromic modules are placed on at least one optically transparent substrate, or enclosed between two optically transparent substrates, the materials of which are traditionally glass, such as fluorosilicate, sodium silicate or quartz glass, as well as plastic films from, for example, polyethylene terephthalate, polyvinyl butyral, ethylene vinyl acetate, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polymethyl methacrylate or cellulose acetate, as described, for example, in RF patents No. 2571427, No. 2695045, No. 2692951.
При этом, области обратимого введения ионов электрохромных модулей, состоящие из одного или различных электрохромных материалов, обладающих качествами изменения своих оптических свойств, например, интенсивности пропускания электромагнитного излучения видимого диапазона длин волн, могут как представлять отдельные гомогенные слои многослойной структуры стека электрохромного модуля, разделенные между собой так же индивидуальными слоями электролита, состоящими из материала, формирующий проводящую ионы среду (в этом случае отдельные слои электрохромных материалов непосредственно выступают противоэлектродами по отношению друг к другу; такие слоевые структуры электрохромных модулей описаны, например, в патентах США № 5598293, № 9759975, № 5699192, № 6277523, а также патентах РФ № 2569913, № 2224275), так и, альтернативно, представлять собой гетерогенные области, гомогенно распределенные непосредственно внутри единого слоя структуры стека электрохромного модуля, преимущественно состоящего из материала, формирующий проводящую ионы среду данного слоя, как показано, например, в патентах США № 4902108, № 5888431, № 6002511, № 7202987, № 2013063802; РФ № 2144937, № 2224275 и № 100309. At the same time, the regions of reversible introduction of ions of electrochromic modules, consisting of one or different electrochromic materials that have the qualities of changing their optical properties, for example, the intensity of transmission of electromagnetic radiation in the visible wavelength range, can both represent separate homogeneous layers of the multilayer structure of the stack of the electrochromic module, divided between are also individual electrolyte layers consisting of a material that forms an ion-conducting medium (in this case, individual layers of electrochromic materials directly act as counter electrodes in relation to each other; such layer structures of electrochromic modules are described, for example, in US patents No. 5,598,293, No. 9759975, No. 5699192, No. 6277523, as well as RF patents No. 2569913, No. 2224275), and, alternatively, represent heterogeneous regions homogeneously distributed directly inside a single layer of the structure of the electrochromic module stack, mainly consisting of m material that forms the ion-conducting medium of this layer, as shown, for example, in US patents No. 4,902108, No. 5888431, No. 6002511, No. 7202987, No. 2013063802; RF No. 2144937, No. 2224275 and No. 100309.
Способы осуществления оптического переключения электрохромных модулей и проявляющих электрохромные качества изделий на их основе из одного – начального - оптического состояния в конечное оптической состояние, а также управляющие устройства для осуществления этих способов описываются, например, в патентах США № 10365531, № 4512637, № 8254013, № 20170003567, ЕС № 1517293, а также патентах РФ № 2711515, № 2660395, № 2655657, № 2644085, № 2492516.Methods for optical switching of electrochromic modules and products exhibiting electrochromic qualities based on them from one - initial - optical state to the final optical state, as well as control devices for implementing these methods, are described, for example, in US patents No. 10365531, No. 4512637, No. 8254013, No. 20170003567, EC No. 1517293, as well as RF patents No. 2711515, No. 2660395, No. 2655657, No. 2644085, No. 2492516.
Проблематикой данного аспекта эксплуатации электрохромных модулей является тот факт, что для их долгосрочной стабильности с точки зрения сохранения уровня абсолютного контраста в ходе многочисленных циклов переключения между крайними положениями оптического контраста, необходимо, при создании эффективной, приводящей к переключению оптического состояния, разности потенциалов между выполняющими роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов оставаться в диапазонах величины напряжения обратимого предела инжекции заряда используемых в конкретном электрохромном модуле электрохромных материалов, что предотвращает последовательное накопление дефектов внедрения в противоэлектродах, сказывающееся на потере их способности к дальнейшему накоплению ионов и, как следствие, к необратимому паразитному снижению оптического контраста эксплуатируемого электрохромного модуля в целом; а также не допускать длительного приложения повышеного эффективного напряжения относительно требуемого для поддержания тока утечки между выполняющими роль противоэлектродов областями обратимого внедрения ионов, достаточного для заряжания областей обратимого введения ионов избыточным зарядом во время переключения модуля, что приводит к деградации электрохромных качеств используемых материалов областей обратимого введения ионов электрохромных модулей за счет сопутствующих диссипативных тепловых эффектов. С другой стороны, для эффективного промышленного внедрения изделий на основе электрохромных модулей, в особенности – для нужд остекления, в частности архитектурного остекления, при использовании электрохромных модулей в составе светопрозрачных строительных конструкций, а также остекления транспортных средств – необходимо при обеспечении длительного срока эксплуатации конечного изделия, включающего в состав своей конструкции электрохромные модули, обеспечивать также высокую скорость переключения, вне зависимости от площади поверхности электрохромного модуля, единообразно для переключения между любыми двумя оптическими состояниями модуля, при которой будет снижаться пользовательское восприятия эффекта ириса от неоднородной динамики изменения контраста по площади поверхности электрохромного модуля. Очевидным путем достижения последнего является приложение к областям обратимого введения ионов повышенных эффективных разностей потенциалов, что, однако, как было отмечено выше, вызывает побочные реакции, приводящие к постепенному ухудшению свойств оптического контраста модуля и снижает его циклическую стабильность, а значит - сокращает срок его полезной службы. Приложение, напротив, слишком низких потенциалов приводит к чрезмерно длительному переключению между контрастными оптическими состояниями модуля, и, как частное следствие, к некомпенсироемому эффекту ириса, в особенности в случае электрохромных модулей больших площадей (свыше нескольких квадратных метров). Таким образом, имеет место противоречие в базовой логике алгоритма переключения электрохромных модулей от одного оптического состояния к другому, когда для максимизации скорости переключения следует осуществлять как можно более длительное приложение как можно более высокой эффективной разности потенциалов между противоэлектродами слоевой структуры электрохромного модуля, что, однако, заведомо приводит к снижению стабильности функционирования электрохромного модуля циклированием между контрастными оптическими состояниями. Следовательно, переключение электрохромных модулей должно осуществляться таким образом, чтобы одновременно оптимальным образов удовлетворять перечисленным выше требованиям.The problematic of this aspect of the operation of electrochromic modules is the fact that for their long-term stability in terms of maintaining the level of absolute contrast during numerous switching cycles between the extreme positions of the optical contrast, it is necessary to create an effective, leading to switching of the optical state, the potential difference between areas of the reversible introduction of ions to remain within the voltage ranges of the reversible limit of charge injection used in a particular electrochromic module of electrochromic materials, which prevents the sequential accumulation of interstitial defects in counter electrodes, which affects the loss of their ability to further accumulate ions and, as a consequence, to an irreversible parasitic decrease in optical contrast of the operated electrochromic module as a whole; and also to prevent the long-term application of an increased effective voltage relative to the one required to maintain the leakage current between the regions of reversible ion introduction acting as counter electrodes, sufficient to charge the regions of reversible introduction of ions with an excess charge during switching of the module, which leads to degradation of the electrochromic qualities of the materials used in the regions of reversible introduction of ions electrochromic modules due to accompanying dissipative thermal effects. On the other hand, for the effective industrial implementation of products based on electrochromic modules, especially for the needs of glazing, in particular for architectural glazing, when using electrochromic modules as part of translucent building structures, as well as glazing vehicles - it is necessary to ensure a long service life of the final product. , which includes electrochromic modules in its design, also provide a high switching speed, regardless of the surface area of the electrochromic module, uniformly for switching between any two optical states of the module, in which the user perception of the iris effect from the inhomogeneous dynamics of contrast change over the surface area of the electrochromic module. An obvious way to achieve the latter is to apply increased effective potential differences to the regions of reversible ion introduction, which, however, as noted above, causes side reactions leading to a gradual deterioration of the optical contrast properties of the module and reduces its cyclic stability, which means that it shortens the useful life of the module. service. On the other hand, the application of too low potentials leads to excessively long switching between contrasting optical states of the module, and, as a particular consequence, to an uncompensated iris effect, especially in the case of electrochromic modules of large areas (over several square meters). Thus, there is a contradiction in the basic logic of the algorithm for switching electrochromic modules from one optical state to another, when, in order to maximize the switching speed, it is necessary to apply as long as possible the highest possible effective potential difference between the counter electrodes of the layer structure of the electrochromic module, which, however, certainly leads to a decrease in the stability of the functioning of the electrochromic module by cycling between contrasting optical states. Consequently, the switching of electrochromic modules must be carried out in such a way as to simultaneously satisfy the above requirements in an optimal manner.
Так, например, в патенте РФ № 2492516 описывается способ и система переключения электрохромного устройства большой площади. Способ содержит первый и второй электродные слои, в которые могут быть обратимо введены ионы, и ионопроводящий слой, причем первый слой, в который могут быть обратимо введены ионы, является электрохромным, и первый и второй слои, в которые могут быть обратимо введены ионы, являются противоэлектродами друг для друга, при этом способ включает шаги, на которых: непрерывно измеряют ток, протекающий через элемент, если к электродным слоям приложено напряжение, и прилагают к электродным слоям напряжение и ступенчато изменяют это приложенное напряжение в зависимости от тока таким образом, чтобы напряжение, генерированное между электродными слоями, оставалось в предварительно заданных зависящих от температуры безопасных пределах окислительно-восстановительного потенциала, и при этом ток через элемент ограничен предварительно заданными зависящими от температуры пределами, причем приложенное напряжение может быть увеличено, только если ток через элемент меньше максимального тока через элемент, определяемого предварительно заданной функциональной зависимостью от полезной площади поверхности электрохромного элементы и его температуры, относительно исходной, при этом дополнительный температурный коэффициент в формуле функциональной зависимости позволяет изменять ток в зависимости от температуры и тем самым изменять скорость переключения относительно температуры. Так же в указанном патенте заявлено устройство, реализующее указанный способ. Технический результат заключается в оптимизации скорости переключения и однородности светопропускания.So, for example, in the patent of the Russian Federation No. 2492516, a method and system for switching a large-area electrochromic device is described. The method comprises first and second electrode layers into which ions can be reversibly introduced, and an ion-conducting layer, the first layer into which ions can be reversibly introduced is electrochromic, and the first and second layers into which ions can be reversibly introduced are counter electrodes for each other, the method includes the steps of: continuously measuring the current flowing through the element if a voltage is applied to the electrode layers, and applying a voltage to the electrode layers and stepwise changing this applied voltage depending on the current so that the voltage generated between the electrode layers remained within the predetermined temperature-dependent safe redox limits, while the current through the cell is limited to the predetermined temperature-dependent limits, and the applied voltage can be increased only if the current through the cell is less than the maximum current through element, oh limited by a predetermined functional dependence on the useful surface area of the electrochromic element and its temperature relative to the initial one, while the additional temperature coefficient in the functional dependence formula allows you to change the current depending on temperature and thereby change the switching speed relative to temperature. Also in the specified patent claimed a device that implements the specified method. The technical result consists in optimizing the switching speed and uniformity of light transmission.
Описываемый способ оптимизированного по времени переключения электрохромного устройства большой площади, однако, не позволяет добиться максимальной скорости переключения от начального оптического состояния к конечному, поскольку, согласно ему, прикладываемое между электродными слоями обратимого введения ионов напряжение, ограниченное диапазоном предварительно заданных зависящих от температуры безопасных пределов окислительно-восстановительного потенциала, не поддерживается на максимально допустимом в рамках заданного диапазона уровне в каждый момент времени процесса переключения. Так, согласно приведенным в описании изобретения и примерах его практической реализации данным, полный цикл оптического переключения электрохромного устройства, управляемого предлагаемым способом, занимает порядка 15 – 20 минут для электрохромного модуля с площадью поверхности от порядка 40*80 см до порядка 100*100 см, что является избыточно долгим циклом переключения, в особенности в случае перспектив использования светопрозрачных конструкционных элементов, включающих функциональные электрохромные модули, в приложении транспортных средств, где динамика циклирования в процессе эксплуатации может быть особенно критична. Кроме того, предлагаемый в указанном изобретении способ ограничения максимально допустимого тока, протекающего через электрохромный модуль, опосредованно зависящего через максимально допустимую плотность тока, протекающего через единицу площади поверхности устройства, от максимальной, пригодной к накоплению обратимым введением ионов в соответствующие электрохромные области плотности заряда, не предполагает возможности надежного исключения паразитных тепловых эффектов при диссипации энергии в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов, в особенности, как отмечается и непосредственно в описании изобретения, в диапазоне температур эксплуатации электрохромных модулей свыше порядка +80℃. Последнее отрицательно сказывается на стабильности предлагаемого способа переключения электрохромного устройства большой площади с точки зрения поддержания циклической эксплуатационной долговечности электрохромных устройств, по отношению к которым данный способ применяется.The described method of the time-optimized switching of a large-area electrochromic device, however, does not allow achieving the maximum switching speed from the initial optical state to the final state, since, according to it, the voltage applied between the electrode layers of reversible ion injection is limited to the range of predetermined temperature-dependent safe oxidation limits. - the recovery potential is not maintained at the maximum allowable level within the specified range at each moment of the switching process. So, according to the data given in the description of the invention and examples of its practical implementation, a full cycle of optical switching of an electrochromic device controlled by the proposed method takes about 15 - 20 minutes for an electrochromic module with a surface area from about 40 * 80 cm to about 100 * 100 cm, which is an excessively long switching cycle, especially in the case of the prospects for using translucent structural elements, including functional electrochromic modules, in the application of vehicles, where the dynamics of cycling during operation can be especially critical. In addition, the method of limiting the maximum allowable current flowing through the electrochromic module, which indirectly depends on the maximum allowable current density flowing through the unit surface area of the device, from the maximum, suitable for accumulation by the reversible introduction of ions into the corresponding electrochromic regions of the charge density, does not assumes the possibility of reliable elimination of parasitic thermal effects during energy dissipation in the regions of reversible introduction of ions acting in relation to each other as counter electrodes, in particular, as noted directly in the description of the invention, in the operating temperature range of electrochromic modules above about + 80 ℃. The latter adversely affects the stability of the proposed method for switching a large-area electrochromic device from the point of view of maintaining the cyclic service life of electrochromic devices in relation to which this method is applied.
Следует также отметить, что в ходе эксплуатации, электрохромные модули – в особенности входящие в состав светопрозрачных конструкций для архитектурного и транспортного остекления – могут как существенно нагреваться при поглощении тепловой солнечной энергии ближнего инфракрасного диапазона длин волн электромагнитного излучения солнечного спектра, в особенности будучи переключенными в состояние контраста наименьшей светопрозрачности, когда соответствующая поглощающая способность электрохромного материала модуля максимизирована, так и существенно охлаждаться в ходе интенсивного теплообмена с низкотемпературной внешней средой, например, при эксплуатации электрохромных модулей в составе светопрозрачных конструкционных элементов воздушных транспортных средств. По этой причине, температурный диапазон применимости способов управления оптическим переключением электрохромных модулей, при котором выполнение переключения не несет негативных последствий по отношению к эксплуатационной стабильности модуля, должен быть четко определен, и приложение инициирующей переключение оптического состояния эффективной разницы потенциалов к противоэлектродам слоевой структуры электрохромного модуля при его температуре, лежащей вне отмеченного диапазона, не должно допускаться с целью сохранения стабильности управления электрохромным модулем с точки зрения сохранения уровня его циклической долговечности. It should also be noted that during operation, electrochromic modules - especially those that are part of translucent structures for architectural and transport glazing - can significantly heat up when absorbing thermal solar energy in the near infrared wavelength range of electromagnetic radiation from the solar spectrum, especially when switched to the state contrast of the lowest translucency, when the corresponding absorption capacity of the electrochromic material of the module is maximized, and significantly cool during intense heat exchange with a low-temperature environment, for example, when using electrochromic modules as part of translucent structural elements of air vehicles. For this reason, the temperature range of applicability of methods for controlling optical switching of electrochromic modules, in which the implementation of switching does not have negative consequences with respect to the operational stability of the module, should be clearly defined, and the application of an effective potential difference initiating switching of the optical state to the counter electrodes of the layer structure of the electrochromic module when its temperature lying outside the marked range should not be allowed in order to maintain the stability of the control of the electrochromic module in terms of maintaining the level of its cyclic durability.
Таким образом, в настоящее время имеется потребность в способах переключения электрохромных модулей между контрастными оптическими состояниями, а также устройствах для их осуществления, обеспечивающих совокупность ряда характеристик процесса оптического переключения электрохромных модулей от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию: стабильности процесса переключения, за счет одновременного недопущения накопления дефектов необратимого внедрения в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов электрохромного модуля, наряду с поддержанием значения эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в безопасных пределах окислительно-восстановительного потенциала, и исключением паразитных тепловых эффектов при диссипации энергии в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов от приложения управляющего напряжения, обеспечивающего оптическое переключение от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, к электрохромному модулю; а также, наряду с этим, минимизации длительности переключения электрохромных модулей от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию за счет поддержания максимально допустимой, с точки зрения стабильности процесса переключения, эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в каждый момент времени протекания процесса оптического переключения. Thus, at present there is a need for methods for switching electrochromic modules between contrasting optical states, as well as devices for their implementation, providing a combination of a number of characteristics of the process of optical switching of electrochromic modules from the initial optical state to the final optical state: stability of the switching process due to the simultaneous avoidance of the accumulation of irreversible implantation defects in the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module that play the role of counter electrodes, along with maintaining the value of the effective potential difference between the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module in relation to each other, within safe limits of the redox potential , and the elimination of parasitic thermal effects during the dissipation of energy in the regions playing the role of counter electrodes with respect to each other is reversible. about the introduction of ions from the application of a control voltage, providing optical switching from the initial optical state to the final optical state, to the electrochromic module; and also, along with this, minimization of the duration of switching electrochromic modules from the initial optical state to the final optical state by maintaining the maximum allowable (from the point of view of the stability of the switching process) effective potential difference between the regions of reversible introduction of electrochromic ions that play the role of counter electrodes with respect to each other. module at each time instant of the optical switching process.
Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности признаков является патент РФ № 2644085, в котором описываются устройство и способ управления тонкопленочными переключаемыми оптическими устройствами. Устройство управления электрохромным устройством прилагает управляющее напряжение к шинам тонкопленочного оптически переключаемого устройства. Приложенное управляющее напряжение подается на уровне, который управляет переходом по всей поверхности оптически переключаемого устройства, но не повреждает устройства. Это приложенное напряжение создает во всех местоположениях на наружной поверхности устройства эффективное напряжение, значение которого находится в ограниченном диапазоне. Верхний предел этого диапазона расположен безопасно ниже напряжения, при котором устройство может претерпевать повреждение или ухудшение работы, которые могли бы воздействовать на его характеристики в ближайшей перспективе или в течение длительного срока. На нижней поверхности этого диапазона имеет место эффективное напряжение, при котором переход между оптическими состояниями устройства происходит относительно быстро. Уровень напряжения, приложенного между шинами, значительно больше максимального значения эффективного напряжения внутри ограниченного диапазона.The closest to the claimed solution in terms of the combination of features is RF patent No. 2644085, which describes a device and method for controlling thin-film switchable optical devices. An electrochromic device control device applies a control voltage to the buses of the thin film optically switched device. The applied control voltage is applied at a level that controls the transition over the entire surface of the optically switched device, but does not damage the devices. This applied voltage creates an effective voltage within a limited range at all locations on the outer surface of the device. The upper limit of this range is safely below the voltage at which the device can suffer damage or degradation that could affect its performance in the short term or over the long term. On the lower surface of this range, there is an effective voltage at which the transition between the optical states of the device occurs relatively quickly. The voltage level applied between the busbars is much higher than the maximum effective voltage within the limited range.
Данный способ осуществления оптического переключения, а также устройство для его реализации, однако, не позволяют добиться искомой стабильности процесса переключения, поскольку, в ходе его осуществления, значения эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля не поддерживаются в безопасных пределах окислительно-восстановительного потенциала на всем протяжении времени осуществления процесса. Так, в описываемом патенте отмечается, что первое приложенное напряжения между шинами тонкопленочного электрохромного устройства в ответ на определение необходимости перехода тонкопленочного электрохромного устройства из первого оптического состояния во второе оптическое состояние выбирается для обеспечения того, что во всех местоположениях на тонкопленочном электрохромном устройстве имеет место эффективное напряжение между максимальным эффективным напряжением, определенным как напряжение, безопасно избегающее повреждения тонкопленочного электрохромного устройства, и минимальным эффективным напряжением, определенным как напряжение, достаточное для управления переходом из первого оптического состояния во второе оптическое состояние, и первое приложенное напряжение значительно больше максимального эффективного напряжения. По причине выбора описываемого в указанном патенте алгоритма способа осуществления оптическим переключением, также не исключается – в особенности в начальный момент времени процесса переключения, непосредственно после определения необходимости перехода тонкопленочного электрохромного устройства между начальным и конечным оптическими состояниями при начале приложения управляющего напряжения от источника питания – кратковременное протекание паразитных эффектов тепловых эффектов при диссипации энергии в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов, что также негативно сказывается на циклической стабильности слоевой структуры электрохромного стека в долгосрочной перспективе. Наконец, описываемый способ оптического переключения не имеет корректировки характеристических параметров – в особенности диапазонов безопасных эффективного, действующего между противоэлектродами электрохромного модуля, и управляющего, прикладываемого от источника питания, напряжений – по величине актуальной температуры электрохромного модуля, и, в результате, связан также с риском продолжительного накопления дефектов необратимого внедрения в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов за счет эффектов приоритетного теплового транспорта заряженных радикалов.This method of optical switching, as well as the device for its implementation, however, do not allow achieving the desired stability of the switching process, since, in the course of its implementation, the values of the effective potential difference between the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module that play the role of counter electrodes with respect to each other do not maintained within safe limits of the redox potential throughout the entire duration of the process. Thus, in the described patent, it is noted that the first applied voltage between the buses of the thin film electrochromic device in response to the determination of the need for the transition of the thin film electrochromic device from the first optical state to the second optical state is selected to ensure that at all locations on the thin film electrochromic device there is an effective voltage between the maximum effective voltage, defined as a voltage safely avoiding damage to the thin film electrochromic device, and the minimum effective voltage, defined as a voltage sufficient to control the transition from the first optical state to the second optical state, and the first applied voltage is significantly greater than the maximum effective voltage. Due to the choice of the algorithm described in the specified patent, the method of implementation of optical switching is also not excluded - especially at the initial moment of the switching process, immediately after determining the need for the transition of the thin-film electrochromic device between the initial and final optical states at the beginning of the application of the control voltage from the power source - short-term the occurrence of parasitic effects of thermal effects during dissipation of energy in the regions of reversible introduction of ions acting in relation to each other as counter electrodes, which also negatively affects the cyclic stability of the layer structure of the electrochromic stack in the long term. Finally, the described method of optical switching does not have the correction of the characteristic parameters - in particular, the ranges of the safe effective, acting between the counter electrodes of the electrochromic module, and the control voltage applied from the power source - according to the value of the actual temperature of the electrochromic module, and, as a result, is also associated with the risk long-term accumulation of defects of irreversible implantation in the regions of reversible introduction of ions acting in relation to each other as counter electrodes due to the effects of priority thermal transport of charged radicals
Помимо этого, следует также отметить, что описываемое в патенте устройство для реализации способа осуществления оптического переключения тонкопленочных переключаемых оптических устройств принципиально не обеспечивает технической возможности измерения актуальной температуры электрохромного модуля с целью дальнейшей корректировки вышеотмеченных характеристических параметров, в результате чего обеспечение минимизации рисков продолжительного накопления дефектов необратимого внедрения в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов за счет эффектов приоритетного теплового транспорта заряженных радикалов с использованием описываемого устройства невозможно.In addition, it should also be noted that the device described in the patent for implementing a method for implementing optical switching of thin-film switchable optical devices fundamentally does not provide the technical possibility of measuring the actual temperature of the electrochromic module in order to further correct the above-mentioned characteristic parameters, as a result of which minimizing the risks of prolonged accumulation of irreversible defects introduction in the regions performing the role of counter electrodes in relation to each other, the reversible introduction of ions due to the effects of priority thermal transport of charged radicals using the described device is impossible.
Технический результат настоящего изобретения направлен на обеспечение следующей совокупности характеристик процесса оптического переключения электрохромных модулей от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию: стабильности процесса переключения, за счет одновременного недопущения накопления дефектов необратимого внедрения в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов электрохромного модуля, наряду с поддержанием значения эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в безопасных пределах окислительно-восстановительного потенциала, и исключением паразитных тепловых эффектов при диссипации энергии в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов от приложения управляющего напряжения, обеспечивающего оптическое переключение от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, к электрохромному модулю, что дает возможность реализовать циклическую долговечность эксплуатации электрохромных модулей на уровне не менее 50 000 последовательных циклов переключения между оптическими состояниями; а также, наряду с этим, минимизации длительности переключения электрохромных модулей от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию за счет поддержания максимально допустимой, с точки зрения стабильности процесса переключения, эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в каждый момент времени протекания процесса оптического переключения. The technical result of the present invention is aimed at providing the following set of characteristics of the optical switching process of electrochromic modules from the initial optical state to the final optical state: the stability of the switching process, due to the simultaneous prevention of the accumulation of irreversible implantation defects in the regions of reversible introduction of electrochromic ions that play the role of counter electrodes in relation to each other. module, along with maintaining the value of the effective potential difference between the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module in relation to each other, which play the role of counter electrodes within safe limits of the redox potential, and the exclusion of parasitic thermal effects during energy dissipation in regions that play the role of counter electrodes in relation to each other reversible introduction of ions from the application of a control voltage, providing optical switching from the initial optical state to the final optical state, to the electrochromic module, which makes it possible to realize the cyclic service life of electrochromic modules at the level of at least 50,000 consecutive switching cycles between optical states; and also, along with this, minimization of the duration of switching electrochromic modules from the initial optical state to the final optical state by maintaining the maximum allowable (from the point of view of the stability of the switching process) effective potential difference between the regions of reversible introduction of electrochromic ions that play the role of counter electrodes with respect to each other. module at each time instant of the optical switching process.
Достижение технического результата согласно настоящему изобретению обеспечивается тем, что предлагается способ стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, включающий этапы, согласно которому к электрохромному модулю прикладывается управляющее напряжение для управления высокоскоростным оптическим переключением от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, причем приложение управляющего напряжения U упр. осуществляется через токовводящие шины и прикладываемое управляющее напряжение поддерживается таким образом, чтобы значение эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля принимало максимальное значение в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. . с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. . с другой стороны, причем величина безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. зависит от температуры электрохромного модуля T как заданная линейная функция температуры, индивидуальная для конкретного материала проводящей ионы среды электрохромного модуля, а величина максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. определяется как величина падения управляющего напряжения U упр. в точке поверхности электрохромного модуля, расположенной на максимальном линейном удалении от всех точек наложения токовводящей шины, при протекании электрического тока по проводящей поверхности с предварительно определенным поверхностным сопротивлением R пов. , инвариантным по отношению к температуре электрохромного модуля; при этом отношение эффективной разности потенциалов U эфф. к прикладываемому управляющему напряжению U упр. равно отношению совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. . к предварительно заданному полному омическому сопротивлению электрохромного модуля R полн. , причем совокупное омическое сопротивление областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. является экспоненциальной зарядово-временной функцией от продолжительности оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию вида: R о.в.и . = R макс . × (1 – e( c - kt )), где t – продолжительность оптического переключения; c и k - предварительно заданные аппроксимацией экспоненциальной регрессией коэффициенты; а амплитудная асимптота R макс . является линейной функцией от температуры электрохромного модуля T, предварительно задаваемой через линейную аппроксимацию по двум точкам, лежащим в температурном диапазоне применимости способа стабилизированного управления; кроме того перед завершением переключения периодически определяется температура электрохромного модуля T и сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, при этом определяется, имеет ли сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, значение, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр . к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R полн . ; при этом, в том случае, если сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, имеет значение, которое больше значения силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр . к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R полн . , то для последнего измеренного значения температуры электрохромного модуля Т и актуального значения продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t переопределяются соответствующие значения величин: совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и . , амплитудной асимптоты R макс. и безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. , после чего для переопределенных значений перечисленных величин корректируется прикладываемое к электрохромному модуля через токовводящие шины управляющее напряжения U упр . таким образом, чтобы значение эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля принимало максимальное значение в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. с другой стороны; причем в том случае, если, в свою очередь, подтверждается, что сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, имеет значение, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр . к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R полн . , то по процесс оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию завершается путем снятия приложения управляющего напряжения U упр . к токовводящим шинам; при этом периодичность определения температуры электрохромного модуля T и силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, составляет не более, чем каждые 300 с оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, а допустимый температурный диапазон стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля находится в пределах от –80 до +165 °С.The achievement of the technical result according to the present invention is provided by the fact that there is proposed a method for stabilized control of high-speed optical switching of an electrochromic module from an initial optical state to a final optical state, including the steps according to which a control voltage is applied to the electrochromic module to control high-speed optical switching from an initial optical state to a final state. optical state, and the application of the control voltageU ex. is carried out via the busbars and the applied control voltage is maintained so that the value of the effective potential differenceU eff. between the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module, which play the role of counter electrodes with respect to each other, took the maximum value in the range limited by the value of the safe limit of the redox potentialU Max. ... on the one hand, and the value of the maximum potential drop along the geometrical location of all points of overlap of the current-carrying bus of the current-carrying surface of the electrochromic moduleU min. ... on the other hand, and the value of the safe limit of the redox potentialU Max. depends on the temperature of the electrochromic moduleTas a given linear function of temperature, individual for a specific material of the ion-conducting medium of the electrochromic module, and the value of the maximum potential drop along the geometrical location of all points of overlap of the current-carrying bus of the current-carrying surface of the electrochromic moduleU min. is defined as the value of the control voltage dropU ex. at the point of the surface of the electrochromic module located at the maximum linear distance from all points of overlap of the current-carrying bus, when an electric current flows along the conducting surface with a predetermined surface resistanceR pov. , invariant with respect to the temperature of the electrochromic module; in this case, the ratio of the effective potential differenceU eff. to the applied control voltageU ex. is equal to the ratio of the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic moduleR o.v.i. ... to the preset total ohmic resistance of the electrochromic moduleR full , and the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module isR o.v.i. is an exponential charge-time function of the duration of the optical switching of the electrochromic module from the initial optical state to the final optical state of the form:R o.v. and ... =R Max ... × (1 - e( c - kt )), where t is the duration of optical switching; c and k - coefficients preset by approximation by exponential regression; and the amplitude asymptoteR Max ... is a linear function of the temperature of the electrochromic moduleTpreset through a linear approximation at two points lying in the temperature range of applicability of the stabilized control method; in addition, before the end of the switching, the temperature of the electrochromic module is periodically determinedT and current strengthIflowing through the electrochromic module, while determining whether the current strengthIflowing through the electrochromic module, a value that is less than or equal to the value of the leakage current characteristic of the current value of the applied control voltageU control ... to electrochromic module with impedance impedanceR full ... ; in this case, if the current strengthIflowing through the electrochromic module has a value that is greater than the value of the leakage current characteristic of the current value of the applied control voltageU control ... to electrochromic module with impedance impedanceR full ... , then for the last measured value of the temperature of the electrochromic moduleT and the actual value of the duration of the optical switching of the electrochromic module t, the corresponding values of the quantities are redefined: the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic moduleR o.v. and ... , amplitude asymptoteR Max. and the safe limit of the redox potentialU Max. , after which the control voltage applied to the electrochromic module through the current-carrying buses is corrected for the redefined values of the listed valuesU control ... so that the value of the effective potential differenceU eff. between the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module, which play the role of counter electrodes with respect to each other, took the maximum value in the range limited by the value of the safe limit of the redox potentialU Max. on the one hand, and the value of the maximum potential drop along the geometrical location of all points of overlap of the current-carrying bus of the current-carrying surface of the electrochromic moduleU min. on the other hand; moreover, if, in turn, it is confirmed that the current strengthIflowing through the electrochromic module has a value that is less than or equal to the value of the leakage current characteristic of the current value of the applied control voltageU control ... to electrochromic module with impedance impedanceR full ... , then the process of optical switching of the electrochromic module from the initial optical state to the final optical state is completed by removing the application of the control voltageU control ... to current-carrying buses; the frequency of determining the temperature of the electrochromic moduleT and current strengthIflowing through the electrochromic module is no more than every 300 s of optical switching of the electrochromic module from the initial optical state to the final optical state, and the permissible temperature range of stabilized control of high-speed optical switching of the electrochromic module is in the range from –80 to +165 ° С.
При этом, для осуществления способа предлагается устройство для стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, содержащее источник питания для подачи напряжения с заданными значениями на переключаемый электрохромный модуль, две токовводящие шины, которые приведены в непосредственный механический контакт с токопроводящими поверхностями электрохромного модуля, соприлегающими с выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля, для осуществления приложения управляющего напряжения U упр . , а также процессор, выполненный с возможностью прикладывать управляющее напряжение для управления оптическим переключением электрохромного модуля, причем что токовводящие шины устройства выполнены разнополюсными, таким образом, чтобы геометрическое место всех точек наложения каждой из двух разнополюсных токовводящих шин на соответствующую токопроводящую поверхность электрохромного модуля описывало замкнутую фигуру, ограничивающую внутри себя не менее 30% всей площади токопроводящей поверхности электрохромного модуля; кроме того, устройство дополнительно содержит: средство измерения управляющего напряжения U упр . между токовводящими шинами, через которые осуществляется приложение управляющего напряжения; амперметр для непрерывного измерения силы тока через электрохромный модуль I; датчик температуры для измерения температуры электрохромного модуля T; а также циклический базис для измерения продолжительности t оптического переключения электрохромного модуляи передачи измеренных значений управляющего напряжения U упр . , силы тока через электрохромный модуль I, температуры электрохромного модуля T и продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t процессору не реже, чем каждые 300 с оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию; при этом процессор устройства соединен с источником питания и циклическим базисом устройства и выполнен с возможностью вычисления величины электрического управляющего напряжения U упр . , прикладываемого между разнополюсными токовводящими шинами, необходимого для обеспечения максимального значения эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс . с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин . с другой стороны, а также с возможностью вычисления соответствующих значений совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.и.в . , амплитудной асимптоты R макс. , безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. и силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр . к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R полн . , на основании измеренных значений управляющего напряжения U упр . , силы тока через электрохромный модуль I, температуры электрохромного модуля T и продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t, причем процессор устройства для выполнен также с возможностью определять, достигает ли измеренная сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, значения, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для измеренной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр . к электрохромному модулю с заданным полным омическим сопротивлением R полн . , кроме того процессор устройства выполнен с возможностью отключения приложения управляющего напряжения U упр . к разнополюсным токовводящим шинам в случаях, если выполняется по меньшей мере одно из двух условий, первым из которых является достижение измеренной силой тока I, протекающего через электрохромный модуль, значения, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для измеренной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр . к электрохромному модулю с заданным полным омическим сопротивлением R полн. , а вторым из которых является достижение измеренной температурой электрохромного модуля T значения, лежащего вне пределов диапазона, составляющего от –80 до +165 °С. At the same time, to implement the method, a device for stabilized control of high-speed optical switching of the electrochromic module from the initial optical state to the final optical state is proposed, containing a power source for supplying voltage with specified values to the switchable electrochromic module, two current-carrying buses, which are brought into direct mechanical contact with current-conducting surfaces of the electrochromic module, adjacent to the regions of the reversible introduction of ions of the electrochromic module, which serve in relation to each other as counter-electrodes, to apply the control voltage U control . , as well as a processor configured to apply a control voltage to control the optical switching of the electrochromic module, and that the current-carrying buses of the device are made of different-polarity, so that the geometrical position of all points of overlap of each of the two opposite-polarity current-carrying buses on the corresponding current-carrying surface of the electrochromic module describes a closed figure limiting inside itself at least 30% of the entire area of the conductive surface of the electrochromic module; in addition, the device additionally contains: means for measuring the control voltage U ctrl . between the current-carrying buses through which the control voltage is applied; ammeter for continuous measurement of current through the electrochromic module I ; a temperature sensor for measuring the temperature of the electrochromic module T; and a cyclic basis to measure the duration t of the optical switching electrochromic modulyai transmitting the measured values of the control voltage U Ex. , the current through the electrochromic module I, the temperature of the electrochromic module T and the duration of the optical switching of the electrochromic module t to the processor at least every 300 seconds of the optical switching of the electrochromic module from the initial optical state to the final optical state; the processor of the device is connected to the power source and the cyclic basis of the device and is configured to calculate the value of the electric control voltage U ctrl . , applied between the opposite-pole current-carrying buses, necessary to ensure the maximum value of the effective potential difference U eff. between the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module in the range limited by the value of the safe limit of the redox potential U max . on the one hand, and the value of the maximum potential drop along the geometrical location of all points of overlap of the current-carrying bus of the current-carrying surface of the electrochromic module U min . On the other hand, as well as to calculate the respective total area values of the ohmic resistance of reversible electrochromic ion introduction unit R o.i.v. , amplitude asymptote R max. , safe limit redox potential U max. and the leakage current characteristic of the actual value of the applied control voltage U ctrl . to an electrochromic module with an impedance R full . , based on the measured values of the control voltage U ctrl . , the current through the electrochromic module I, the temperature of the electrochromic module T and the duration of the optical switching of the electrochromic module t, and the processor of the device for is also configured to determine whether the measured current I flowing through the electrochromic module reaches a value that is less than or equal to the value of the force leakage current characteristic of the measured value of the applied control voltage U ctrl . to an electrochromic module with a given impedance R full . , in addition, the processor of the device is configured to disable the application of the control voltage U ctrl . to opposite-pole current-carrying buses in cases where at least one of two conditions is met, the first of which is the achievement of the measured current I flowing through the electrochromic module, a value that is less than or equal to the value of the leakage current characteristic of the measured value of the applied control voltage U exercise. to an electrochromic module with a given impedance R full. , and the second of which is the achievement by the measured temperature of the electrochromic module T of a value lying outside the range of –80 to +165 ° С.
Как было отмечено выше, электрохромные модули принципиально представляют собой многослойные структуры (т.н. многослойные стеки), содержащие по меньшей мере один электрохромный материал, формирующий в структуре электрохромного модуля области обратимого введения ионов и обладающий качествами изменения своих оптических свойств, например, интенсивности пропускания электромагнитного излучения видимого диапазона длин волн, в ответ на приложение электрического напряжения между индивидуальными положительно комплиментарными областями обратимого введения ионов, выполняющими, таким образом, роль противоэлектродов по отношению друг к другу. В результате приложения между областями обратимого введения ионов электрохромного модуля напряжения, называемого эффективным напряжением электрохромной реакции, или, что равнозначно, эффективной разностью потенциалов U эфф . , провоцируется, за счет инициируемого в результате ионного тока, протекание обратимой окислительно-восстановительной реакции, соответствующей полярности прикладываемого напряжения, приводящей к т.н. «окрашиванию», или «изменению оптического состояния» электрохромного модуля от начального оптического состояния (в котором электрохромный модуль находился до инициации протекания электрохромной реакции приложением эффективной разности потенциалов) к конечному оптическому состоянию (в которое электрохромный модуль приходит, когда происходит перемещение всех способных к транспорту носителей заряда между областями обратимого введения ионов и протекание окислительно-восстановительной реакции завершается) – либо с уменьшением совокупной величины интенсивности светопропускания всей его слоевой структуры, либо, напротив, с увеличением совокупной её величины интенсивности светопропускания, в зависимости от полярности. При этом, слоевая структура электрохромных модулей должна включать в себя токопроводящие слои, непосредственно соприлегающие с областями обратимого введения ионов и расположенные с двух сторон от слоя, содержащего материал, формирующий проводящую ионы среду, связывающую между собой индивидуальные области обратимого введения ионов, таким образом ограничивая его между собой. Данные токопроводящие слои служат для обеспечения возможности присоединения токовводов для подключения электрохромных модулей к цепи внешнего источника питания с целью обеспечения приложения внешнего напряжения к электрохромным модулям и осуществления их переключения между оптическими состояниями. Присоединение обеспечивающего предлагаемый способ стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля устройства к электрохромному модулю с целью подачи на него напряжения от внешнего источника питания осуществляется при помощи токовводящих шин, конструкционные особенности которых описываются и объясняются подробнее ниже.As noted above, electrochromic modules are fundamentally multilayer structures (so-called multilayer stacks) containing at least one electrochromic material that forms regions of reversible ion introduction in the structure of the electrochromic module and has the qualities of changing their optical properties, for example, transmission intensity electromagnetic radiation of the visible range of wavelengths, in response to the application of an electric voltage between individual positively complementary regions of reversible introduction of ions, thus performing the role of counter electrodes in relation to each other. As a result of the application between the regions of reversible introduction of ions of an electrochromic voltage modulus, called the effective voltage of the electrochromic reaction, or, equivalently, the effective potential difference U eff . , is provoked, due to the ion current initiated as a result, the occurrence of a reversible redox reaction corresponding to the polarity of the applied voltage, leading to the so-called. "Coloring" or "change in the optical state" of the electrochromic module from the initial optical state (in which the electrochromic module was located before the initiation of the electrochromic reaction by the application of an effective potential difference) to the final optical state (into which the electrochromic module comes when all transportable charge carriers between the regions of reversible introduction of ions and the course of the redox reaction is completed) - either with a decrease in the total value of the light transmission intensity of its entire layer structure, or, on the contrary, with an increase in its total value of the light transmission intensity, depending on the polarity. In this case, the layer structure of electrochromic modules should include conductive layers directly adjacent to the regions of reversible introduction of ions and located on both sides of the layer containing a material that forms an ion-conducting medium connecting the individual regions of reversible introduction of ions, thus limiting it between themselves. These conductive layers serve to provide the possibility of connecting current leads for connecting electrochromic modules to an external power supply circuit in order to ensure the application of an external voltage to the electrochromic modules and to switch them between optical states. The connection of the stabilized control of high-speed optical switching of the electrochromic module of the device to the electrochromic module, which provides the proposed method, in order to supply voltage to it from an external power source is carried out using current-carrying buses, the design features of which are described and explained in more detail below.
Прикладываемое к электрохромному модулю через токовводящие шины напряжение от внешнего источника питания обозначается как управляющее напряжение для управления высокоскоростным оптическим переключением U упр. Следует отметить, что актуальное значение управляющего напряжения, поступающего к электрохромному модулю от источника питания через токовводящие шины в каждый момент времени в ходе процесса оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, отличается от актуального значения возникающей при этом эффективной разницы потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля по причине неизбежного падения напряжения на полном омическом сопротивлении модуля R полн. . При этом значение полного омического сопротивления электрохромного модуля R полн. складывается совокупно из индивидуальных значений сопротивления каждого отдельного его функционального элемента: суммарного поверхностного омического сопротивления поверхности электрохромного модуля (далее - R пов. ), совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов (далее - R о.в.и ) и паразитного электросопротивления проводящей ионы среды модуля; и может быть с достаточно высокой точностью определено и предварительно задано как сопротивление, измеряемое между токопроводящими слоями модуля, непосредственно соприлегающими с областями обратимого введения ионов и расположенными с двух сторон от слоя, содержащего материал, формирующий проводящую ионы среду, таким образом ограничивая его между собой, которые служат для обеспечения возможности присоединения токовводов для подключения электрохромных модулей к цепи внешнего источника питания.The voltage applied to the electrochromic module through the current-carrying buses from an external power source is designated as a control voltage for controlling high-speed optical switching U ctrl. It should be noted that the actual value of the control voltage supplied to the electrochromic module from the power source through the current-carrying buses at each time instant during the process of optical switching of the electrochromic module from the initial optical state to the final optical state differs from the actual value of the resulting effective potential difference U eff. between the regions of the reversible introduction of ions of the electrochromic module, which perform in relation to each other the role of counter electrodes, due to the inevitable voltage drop across the total ohmic resistance of the module R full. ... In this case, the value of the total ohmic resistance of the electrochromic module R full. collectively formed of individual resistance values of each of its functional elements: the sum of the surface ohmic resistance of the electrochromic surface module (hereinafter - R dressings.), cumulative areas of the ohmic resistance of the reversible introducing ions (hereinafter - R OV) and the parasitic conductive medium resistivity ions module; and can be determined with a sufficiently high accuracy and preset as the resistance measured between the conductive layers of the module directly adjacent to the regions of reversible introduction of ions and located on both sides of the layer containing the material that forms the conductive medium, thus limiting it to each other, which are used to provide the possibility of connecting current leads for connecting electrochromic modules to an external power supply circuit.
При этом ключевым фактором реализации описываемого способа стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля является поддержание значения прикладываемого управляющего напряжения U упр. в каждый момент времени в ходе оптического переключения модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию таким образом, чтобы соответствующее ему значение эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля принимало максимальное значение в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. . с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. . с другой стороны.In this case, the key factor in the implementation of the described method of stabilized control of high-speed optical switching of the electrochromic module is to maintain the value of the applied control voltage U ctrl. at each moment of time during the optical switching of the module from the initial optical state to the final optical state so that the corresponding value of the effective potential difference U eff. between the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module, which play the role of counter-electrodes with respect to each other, took a maximum value in the range limited by the value of the safe limit of the redox potential U max. ... on the one hand, and the value of the maximum potential drop along the geometrical location of all points of overlap of the current-carrying bus of the current-carrying surface of the electrochromic module U min. ... on the other hand.
Отмеченные ограничения на диапазон допустимой эффективной разности потенциалов U эфф. между областями обратимого введения ионов электрохромного модуля объясняются следующим образом:The noted restrictions on the range of permissible effective potential difference U eff. between the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module are explained as follows:
Чтобы безопасными образом переключать электрохромный модуль, сохраняя его циклическую стабильность, прежде всего важно, чтобы создаваемый потенциал между противоэлектродами не выходил за безопасный предел окислительно-восстановительного потенциала. Этот предел определяется и может быть предварительно задан по результатам электрохимических исследований, например, циклической вольтамперометрии. Потенциал между противоэлектродами значительно меняется на протяжении площади поверхности электрохромного модуля тем в большей степени, чем больше абсолютная площадь модуля, и зависит от величины падения напряжения, как, в общем случае, от функции расстояния от точек приложения напряжения от внешнего источника, являющихся геометрическим местом всех точек токопроводящей поверхности электрохромного модуля, в которых осуществляется наложение на нее токовводящей шины. При этом, разность между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля всегда является наибольшей непосредственно вблизи точек наложения токовводов на токопроводящую поверхность модуля. Следовательно, чтобы переключать электрохромный модуль безопасным образом и тем самым обеспечивать максимальный срок службы, не требуется знать полное распределение потенциала модуля при заданном наборе условий, а достаточно гарантировать, что эффективная разность потенциалов U эфф. не выходит за предел безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. . .In order to safely switch the electrochromic module, while maintaining its cyclic stability, it is first of all important that the created potential between the counter electrodes does not go beyond the safe limit of the redox potential. This limit is determined and can be preset from the results of electrochemical studies, for example, cyclic voltammetry. The potential between the counter electrodes varies significantly over the surface area of the electrochromic module, the greater the greater the absolute area of the module, and depends on the magnitude of the voltage drop, as, in the general case, on the function of distance from the points of application of voltage from an external source, which are the geometric place of all points of the current-carrying surface of the electrochromic module, where the current-carrying bus is applied to it. In this case, the difference between the regions of the reversible introduction of ions of the electrochromic module, which play in relation to each other the role of counter electrodes, is always the largest in the immediate vicinity of the points of superposition of the current leads on the conductive surface of the module. Therefore, in order to switch the electrochromic module in a safe manner and thereby ensure the maximum service life, it is not required to know the full potential distribution of the module under a given set of conditions, but it is sufficient to ensure that the effective potential difference U eff. does not exceed the safety limit of the redox potential U max. ... ...
Причем, как было эмпирически выявлено, величина безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. зависит от температуры электрохромного модуля T как заданная линейная функция температуры, индивидуальная для конкретного материала проводящей ионы среды электрохромного модуля. Это связано с тем, что транспортная подвижность носителей заряда в проводящей ионы среде электрохромного модуля меняется с температурой модуля за счет сопутствующих тепловых эффектов: вызванного температурным воздействием роста кинетической энергии непосредственно самих носителей заряда с ростом температуры, а также тепловых флуктуаций транспортной проницаемости проводящей ионы среды в ходе изменения плотности её рассеивающих центров. Динамика проявления последнего из перечисленных эффектов, как отклик на определенное изменение температуры переключаемого электрохромного модуля, зависит от конкретных характеристик конфигураций электронных орбиталей атомов, формирующих проводящую ионы среду электрохромного модуля, а следовательно конкретный вид функции линейной зависимости величины безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. от температуры электрохромного модуля T индивидуален для конкретного материала проводящей ионы среды электрохромного модуля. По причине отмеченного, эмпирически выявленного линейного характера зависимости величины безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. от температуры электрохромного модуля T, для выявления точного вида указанной зависимости достаточно предварительно выявить безопасный предел окислительно-восстановительного потенциала U макс. . по средствам электрохимических исследований, например, циклической вольтамперометрии, при двух различных определенных температурах исследуемого электрохромного модуля с конкретным, предполагаемым к использованию материалом проводящей ионы среды; после чего линейная функция U макс. (T) единозначно задается по этим двум точкам.Moreover, as it was empirically revealed, the value of the safe limit of the redox potential U max. depends on the temperature of the electrochromic module T as a given linear function of temperature , which is individual for a particular material of the medium conducting ions of the electrochromic module. This is due to the fact that the transport mobility of charge carriers in the ion-conducting medium of the electrochromic module changes with the module temperature due to concomitant thermal effects: the temperature-induced increase in the kinetic energy of the charge carriers themselves with increasing temperature, as well as thermal fluctuations of the transport permeability of the ion-conducting medium in the course of changing the density of its scattering centers. The dynamics of the manifestation of the last of the listed effects, as a response to a certain change in the temperature of the switched electrochromic module, depends on the specific characteristics of the configurations of the electron orbitals of the atoms that form the ion-conducting medium of the electrochromic module, and therefore the specific form of the function of the linear dependence of the value of the safe limit of the redox potential U max. on the temperature of the electrochromic module T is individual for a specific material of the ion-conducting medium of the electrochromic module. Due to the noted, empirically revealed linear nature of the dependence of the value of the safe limit of the redox potential U max. on the temperature of the electrochromic module T , in order to identify the exact form of the indicated dependence, it is sufficient to first identify the safe limit of the redox potential U max. ... by means of electrochemical research, for example, cyclic voltammetry, at two different definite temperatures of the investigated electrochromic module with a specific material of the medium that is supposed to be used; then the linear function U max. ( T ) is uniquely specified by these two points.
Учет девиации величины безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. с изменением температуры T электрохромного модуля в ходе его оптического переключения между оптическими состояниями гарантирует поддержание значения эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в безопасных пределах стабильности процесса переключения, за счет чего исключаются паразитные тепловые эффекты при диссипации энергии в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов от приложения к электрохромному модулю управляющего напряжения, что соответствует техническому результату настоящего изобретения. Consideration of deviation of the safe limit value of the redox potential U max. with a change in the temperature T of the electrochromic module during its optical switching between optical states guarantees the maintenance of the value of the effective potential difference U eff. between the regions of the reversible introduction of ions of the electrochromic module that play the role of counter electrodes in relation to each other within the safe limits of the stability of the switching process, due to which parasitic heat effects are excluded during energy dissipation in the regions of reversible introduction of ions from the application to the electrochromic module that play the role of counter electrodes in relation to each other control voltage, which corresponds to the technical result of the present invention.
С другой стороны, диапазон допустимой эффективной разности потенциалов U эфф. между областями обратимого введения ионов электрохромного модуля ограничивается величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. . . Это связано с тем, что в случае, если значение эффективной разности потенциалов между областями обратимого введения ионов U эфф. будет лежать вне указанного предела, то, в зависимости от конкретной величины результирующего модуля | U мин. . - U эфф. |, разность ускоряющего потенциала, инициирующего транспорт участвующих в электрохимической реакции оптического переключения модуля носителей заряда, с учетом имеющего место падения напряжения, между противоэлектродами электрохромного модуля в определенной области его поверхности и, по меньшей мере, непосредсвенно в точке максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля, будет отсутствовать, в результате чего будет иметь место т.н. “эффект постоянного ириса”, выражающийся в том, что часть поверхности электрохромного модуля не будет изменять своего оптического состояния в ходе переключения.On the other hand, the range of permissible effective potential difference U eff. between the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module is limited by the value of the maximum potential drop along the geometrical location of all points of overlap of the current-carrying bus of the current-carrying surface of the electrochromic module U min. ... ... This is due to the fact that if the value of the effective potential difference between the regions of reversible introduction of ions U eff. will lie outside the specified limit, then, depending on the specific value of the resulting modulus | U min. ... - U eff. |, the difference in the accelerating potential that initiates the transport of charge carriers participating in the electrochemical reaction of optical switching of the module, taking into account the voltage drop that takes place, between the counter electrodes of the electrochromic module in a certain area of its surface and, at least, directly at the point of maximum potential drop along a limited geometric place of all points of overlapping of the current-carrying bus of the current-carrying surface of the electrochromic module will be absent, as a result of which the so-called The “permanent iris effect”, which means that a part of the surface of the electrochromic module will not change its optical state during switching.
При этом, величина максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. . из геометрических соображений определяется как величина падения управляющего напряжения U упр. в точке поверхности электрохромного модуля, расположенной на максимальном линейном удалении от всех точек наложения токовводящей шины. При этом указанное падение напряжения происходит по причине протекания электрического тока по проводящей поверхности электрохромного модуля с поверхностным сопротивлением R пов. . Поскольку при оценке поверхностного сопротивления традиционно подразумевается мера сопротивления условно двухмерной среды - тонких пленок, которые номинально равномерны по толщине, в результате чего толщиной которых можно пренебречь по отношению к площади поверхности – то поверхностное сопротивление R пов. остается неизменным при масштабировании контакта поверхности и , следовательно , может быть использовано для сравнения электрических свойств поверхностей, которые значительно отличаются по размеру, являясь, таким образом, характеристическим параметром непосредственно поверхности, зависящим от её природы и инвариантной по отношению к температуре как непосредственно самой проводящей поверхности, так и электрохромного модуля в целом, а также не зависящей от таких прочих факторов, как прикладываемое к поверхности напряжение. Поверхностное сопротивление проводящей поверхности управляемого электрохромного модуля предварительно определяется и, затем, фиксируется. Определение может проводиться с использованием конвенциальных методов: посредствам непосредственно измерения с использованием четырех-концевого зондирования (также известного как измерение четырехточечного зонда), либо косвенно, с помощью бесконтактного вихретокового испытания (стратометрии). В результате, из общих соображений электрофизики, падение первоначально прикладываемого в точках наложения токовводящей шины напряжения вдоль проводящей поверхности с поверхностным сопротивлением R пов. будет прямо пропорционально произведению l‧ R пов. , где l – величина линейного удаления точки, в которой определяется искомое падение напряжения, от всех точек наложения токовводящей шины. Исходя из того, что, как было отмечено и объяснено выше, величина поверхностного сопротивления R пов. является константой для конкретной поверхности электрохромного модуля, величина падения управляющего напряжения U упр. будет максимальной в том случае, когда величина удаления l принимает свое максимальное значение, т.е. в точке поверхности элекрохромного модуля, расположенной на максимальном линейном удалении от всех точек наложения токовводящей шины. Таким образом, в точке с максимальным падением потенциала вдоль всей ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. значение модуля | U мин. . - U эфф. | принимает наименьшее из возможных значений в том случае, если удовлетворяется требование о том, что значение эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля лежит в пределах диапазона, ограниченного с одной стороны значением U мин. . ; значение модуля разности величины падения потенциала вдоль поверхности электрохромного модуля и величины эффективной разности потенциалов U эфф. для всех прочих точек токопроводящей поверхности модуля, ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины, будет, очевидно, больше. В результате, в случает выполнение условия на поддержание значения эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в пределах диапазона, ограниченного с одной стороны значением U мин. . ,“эффект постоянного ириса”, выражающийся в том, что часть поверхности электрохромного модуля не будет изменять своего оптического состояния в ходе переключения, не будет наблюдаться вдоль всей подвергающейся оптическому переключению между оптическими состояниями поверхности электрохромного модуля.At the same time, the value of the maximum potential drop along the geometrical location of all overlay points of the current-carrying bus of the current-carrying surface of the electrochromic module U min. ... from geometric considerations, it is determined as the value of the drop in the control voltage U ctrl. at a point on the surface of the electrochromic module located at the maximum linear distance from all points of overlapping of the current-carrying bus. In this case, the specified voltage drop occurs due to the flow of electric current along the conductive surface of the electrochromic module with a surface resistance R sv. ... Since the assessment of surface resistance traditionally means a measure of the resistance of a conventionally two-dimensional medium - thin films that are nominally uniform in thickness, as a result of which the thickness of which can be neglected in relation to the surface area - the surface resistance Rs . remains unchanged when scaling the surface contact and, therefore, can be used to compare the electrical properties of surfaces that differ significantly in size, thus being a characteristic parameter of the surface itself, depending on its nature and invariant with respect to temperature as directly to the conducting surface itself and the electrochromic module as a whole, as well as independent of such other factors as the voltage applied to the surface. The surface resistance of the conductive surface of the controlled electrochromic module is predetermined and then fixed. Determination can be carried out using conventional methods: direct measurement using a four-point probe (also known as a four-point probe measurement), or indirectly, using a non-contact eddy current test (stratometry). As a result, general considerations Electrophysics, drop initially applied at points superposition current input bus voltage along the conductive surface with a surface resistance R dressings. will be directly proportional to the product l ‧ R ov. , where l is the value of the linear distance of the point at which the desired voltage drop is determined from all the points of overlapping of the current-carrying bus. Based on the fact that, as noted and explained above, the value of the surface resistance R surf. is a constant for a specific surface of the electrochromic module, the value of the control voltage drop U ctrl. will be maximum in the case when the distance l takes its maximum value, i.e. at the point of the surface of the electrochromic module located at the maximum linear distance from all points of overlapping of the current-carrying bus. Thus, at the point with the maximum potential drop along the entire geometrical location of all overlapping points of the current-carrying busbar of the current-carrying surface of the electrochromic module U min. module value | U min. ... - U eff. | takes the smallest possible value if the requirement is satisfied that the value of the effective potential difference U eff. between the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module, which play the role of counter electrodes with respect to each other, lies within the range limited on the one hand by the value of U min. ... ; the value of the modulus of the difference in the magnitude of the potential drop along the surface of the electrochromic module and the magnitude of the effective potential difference U eff. for all other points of the current-carrying surface of the module, limited by the geometrical place of all points of overlap of the current-carrying bus, will obviously be greater. As a result, in the case of the fulfillment of the condition for maintaining the value of the effective potential difference U eff. between the regions of the reversible introduction of ions of the electrochromic module, which play in relation to each other the role of counter electrodes, within the range limited on the one hand by the value of U min. ... , The “constant iris effect”, which is expressed in the fact that part of the surface of the electrochromic module will not change its optical state during switching, will not be observed along the entire surface of the electrochromic module undergoing optical switching between optical states.
Таким образом, на основании всего вышеизложенного, значение эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля должно находиться в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. . с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. . с другой стороны, причем величина безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. зависит от температуры электрохромного модуля T как заданная линейная функция температуры, индивидуальная для конкретного материала проводящей ионы среды электрохромного модуля, а величина максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. определяется как величина падения управляющего напряжения U упр. в точке поверхности электрохромного модуля, расположенной на максимальном линейном удалении от всех точек наложения токовводящей шины, при протекании электрического тока по проводящей поверхности с предварительно определенным поверхностным сопротивлением R пов. , инвариантным по отношению к температуре электрохромного модуля.Thus, based on all of the above, the value of the effective potential difference U eff. between the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module, which play the role of counter electrodes in relation to each other, must be in the range limited by the value of the safe limit of the redox potential U max. ... on the one hand, and the value of the maximum potential drop along the geometrical location of all points of overlap of the current-carrying bus of the current-carrying surface of the electrochromic module U min. ... on the other hand, the value of the safe limit of the redox potential U max. depends on the temperature of the electrochromic module T as a given linear function of temperature , which is individual for a specific material of the medium conducting ions of the electrochromic module, and the value of the maximum potential drop along the geometrical location of all points of overlapping of the current-carrying bus of the current-carrying surface of the electrochromic module U min. is defined as the value of the control voltage drop U ctrl. at electrochromic surface of the module situated at the maximum distance from the linear superposition of all points of current input bus, when electric current flows through the conductive surface with a predetermined surface resistance R dressings. , invariant with respect to the temperature of the electrochromic module.
При этом, прикладываемое управляющее напряжение U упр. должно поддерживаться таким образом, чтобы значение эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля принимало максимальное значение в указанном диапазоне. В этом случае, с одной стороны в электрохромном модуле поддерживается максимальный ток срабатывания, стабилизированный с точки зрения однородности динамики переключения модуля вдоль всей площади подвергаемой оптическому переключению поверхности, а переключение с помощью сильных стабилизированных по поверхности электрохромного модуля токов обеспечивает более быстрое срабатывание и, следовательно, наименьшее достижимое время переключения, не приводя при этом к паразитному увеличению неоднородности светопропускания. С другой стороны, переключение электрохромного модуля осуществляется в этом случае также при сохранении значения эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в безопасном диапазоне, характеризующемся, по вышеизложенным причинам, эффектом срабатывания процесса переключения электрохромного от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию вдоль всей функциональной поверхности модуля, ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины, а также стабильностью эксплуатации электрохромных модулей с точки зрения их циклической долговечности при циклировании последовательными переключениями между оптическими состояниями за счет одновременного недопущения накопления дефектов необратимого внедрения в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов электрохромного модуля, наряду с поддержанием значения эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в безопасных пределах окислительно-восстановительного потенциала, и исключением паразитных тепловых эффектов при диссипации энергии в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов от приложения управляющего напряжения, в результате чего обеспечивается технический результат настоящего изобретения.In this case, the applied control voltage U ctrl. should be maintained in such a way that the value of the effective potential difference U eff. between the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module, which play the role of counter electrodes with respect to each other, took the maximum value in the specified range. In this case, on the one hand, the maximum operating current is maintained in the electrochromic module, stabilized from the point of view of uniformity of the switching dynamics of the module along the entire area of the surface subject to optical switching, and switching with the help of strong currents stabilized along the surface of the electrochromic module ensures faster response and, therefore, the smallest achievable switching time, without leading to a parasitic increase in the non-uniformity of light transmission. On the other hand, the switching of the electrochromic module is carried out in this case also while maintaining the value of the effective potential difference U eff. between the regions of the reversible introduction of ions of the electrochromic module in the safe range, which, for the above reasons, triggering the process of switching the electrochromic from the initial optical state to the final optical state along the entire functional surface of the module, limited by the geometric location of all points of overlap current-carrying bus, as well as the stability of the operation of electrochromic modules from the point of view of their cyclic durability when cycling by successive switching between optical states due to the simultaneous prevention of the accumulation of irreversible implantation defects in the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module in relation to each other, while maintaining the value the effective potential difference between the regions of the reversible introduction of electrons ions that play the role of counter electrodes in relation to each other of the electrochromic module within safe limits of the redox potential, and the elimination of parasitic thermal effects during energy dissipation in the regions of reversible introduction of ions in relation to each other as counter electrodes from the application of a control voltage, as a result of which the technical result of the present invention is provided.
Поскольку фактически контролируемым – т.е. управляемым напрямую – параметром процесса оптического переключения электрохромного модуля является прикладываемое к нему управляющее напряжение U упр. , а параметром процесса оптического переключения, на который налагаются ограничения, обеспечивающие стабилизацию процесса переключения с точки зрения циклической продолжительности функционирования электрохромного модуля, является эффективная разность потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля, то между этими двумя величинами вводится отношение, позволяющее проводить вычисление прикладываемого к электрохромному модулю управляющего напряжения U упр. , которое требуется обеспечивать на внешнем источнике питания, с тем, чтобы значение эффективной разности потенциалов U эфф. принимало максимальное значение в диапазоне определенных граничных величин безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. . и максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. . . При этом отношение эффективной разности потенциалов U эфф. к прикладываемому управляющему напряжению U упр. равно отношению совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. . к предварительно заданному полному омическому сопротивлению электрохромного модуля R полн. , т.е. соотношение между U эфф. и U упр. может быть выраженно функцией вида:Since actually controlled - i.e. directly controlled - the parameter of the optical switching process of the electrochromic module is the control voltage U control applied to it. , and the parameter of the optical switching process, on which restrictions are imposed, ensuring the stabilization of the switching process from the point of view of the cyclic duration of the operation of the electrochromic module, is the effective potential difference U eff. between the regions of the reversible introduction of ions of the electrochromic module that play the role of counter electrodes with respect to each other, then a relation is introduced between these two values, which allows the calculation of the control voltage U control applied to the electrochromic module. , which is required to be provided on an external power source, so that the value of the effective potential difference U eff. assumed the maximum value in the range of defined limit values of the safe limit of the redox potential U max. ... and the maximum potential drop along the geometrical location of all overlapping points of the current-carrying bus of the current-carrying surface of the electrochromic module U min. ... ... In this case, the ratio of the effective potential difference U eff. to the applied control voltage U ctrl. is equal to the ratio of the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module R o.v.i. ... to the preset total ohmic resistance of the electrochromic module R full. , i.e. the ratio between U eff. and U ctrl. can be expressed as a function of the form:
(1) (one)
Данный вид функциональной зависимости объясняется законом Ома для участка цепи, принципиально состоящей из ЭДС (источника питания), величиной, равной управляющему напряжению переключения U упр. , и сопротивления, величиной равного совокупному омическому сопротивлению областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. . . Причем полное сопротивление всей электрической схемы составляет R полн. (что может быть обратно интерпретировано также дополнительным подключением к сопротивлению величиной R о.в.и. . последовательно условного сопротивления величиной [R полн. - R о.в.и. . ]) и соответствует полному омическому сопротивлению электрохромного модуля. При этом, поскольку, согласно закону Ома для участка цепи, сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению на её участке и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка, и, при этом, сила тока в цепи, согласно частному следствию закона сохранения энергии, одинакова для всех последовательно соединенных участков, то отношение напряжения на эквивалентном сопротивлении, равном по величине совокупному омическому сопротивлению областей обратимого введения ионов электрохромного модуля, которое соответствует эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов к непосредственно сопротивлению R о.в.и. . , будет равно отношению величины ЭДС, принимаемой, согласно отмеченному выше за управляющее напряжение переключения U упр. , к полному сопротивлению всей электрической схемы, равной, в свою очередь, омическому сопротивлению электрохромного модуля, составляющему R полн. , что, путем прямого преобразования, сводится непосредственно к уравнению вида (1).This type of functional dependence is explained by Ohm's law for a section of a circuit, in principle consisting of an EMF (power source), a value equal to the control switching voltage U control. , and resistance, equal to the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module R o.v.i. ... ... Moreover, the total resistance of the entire electrical circuit is R full. (which can be interpreted as an additional back connecting the resistance value R of the conditioned successively o.v.i. resistance value [R is full -.. R o.v.i.].) and corresponds to the total ohmic resistance of the electrochromic module. Moreover, since, according to Ohm's law for a section of the circuit, the current in the circuit is directly proportional to the voltage in its section and inversely proportional to the resistance of this section, and, at the same time, the current in the circuit, according to the particular consequence of the law of conservation of energy, is the same for all sequentially connected sections, then the ratio of the voltage across the equivalent resistance, equal in magnitude to the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module, which corresponds to the effective potential difference U eff. between the regions of the reversible introduction of ions to the direct resistance R of the o.v.i., which perform in relation to each other the role of counter electrodes. ... , will be equal to the ratio of the EMF value taken, according to the above, for the control switching voltage U ctrl. , to the total resistance of the entire electrical circuit, which, in turn, is equal to the ohmic resistance of the electrochromic module, which is R total. , which, by a direct transformation, reduces directly to an equation of the form (1).
При этом полное омическое сопротивление электрохромного модуля может быть предварительно определено и заданно путем прямого измерения на участке цепи между токовводящими шинами с использованием потенциостата или вольтметра. В свою очередь совокупное омическое сопротивление областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. является экспоненциальной зарядово-временной функцией от продолжительности оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию вида: R о.в.и . = R макс . × (1 – e( c - kt )). Это связано с тем, что, как было эмпирически определено, по мере срабатывания электрохромного модуля в ходе его оптического переключения от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, обратимое накопление перемещаемого в эффективной разности потенциалов U эфф. электрического заряда в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов (анионов - в областях, находящихся под большим потенциалом, и катионов – в областях, находящихся под меньшим потенциалом соответственно) приводит к формированию в них паразитных накопленных зарядов противоположных относительно полярности соответствующих противоэлектродов знаков. Это, в свою очередь, приводит к двум сопутствующим эффектам: эффективной компенсации потенциалов соответствующих противоэлектродов, вследствие чего модуль значения фактической разности потенциалов между индивидуальными выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов снижается; а также к экранированию последующих поступающих на соответствующие противоэлектроды носителей заряда того же знака, что и паразитно накопленный заряд, за счет их торможения в отталкивающем Кулоновском поле последнего. В результате, общая подвижность свободных носителей заряда в электрохромного модуле с течением времени по мере его переключения от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию снижается, вследствие роста вклада от накопления претерпевших транспортировку носителей заряда в областях обратимого введения ионов; а кроме того совокупное количество еще не претерпевших транспортировки в эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля свободных носителей заряда по мере протекания электрохимической реакции оптического переключения электрохромного модуля от его исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию также снижается с течением времени, вследствие чего регистрируемая величина совокупное омическое сопротивление областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. возрастает, причем, функция обозначенного роста носит зарядово-временной характер в связи с также вышеотмеченными причинами его наличия. При этом, как было также эмпирически обнаружено, функция роста совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов в ходе переключения электрохромного модуля от продолжительности оптического переключения t имеет регрессивно экспоненциальный вид, аналогичный случаю зарядки конденсатора: аналогично в начале процесса оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию поступление носителей заряда в области обратимого введения ионов в ходе протекания электрохимической реакции окрашивания при неизменном значении эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов происходит наиболее динамично, по причине того, что первоначальное количество транспортируемых носителей заряда велико, а накопления паразитных экранирующих зарядов на противоэлектродах – играющих роль условных обкладок конденсаторов – еще не произошло. В дальнейшем, при его накоплении, с фактическим ростом величины совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. динамика транспорта заряда в электрохромном модуле, и, как следствие, дальнейшего роста R о.в.и. , снижается экспоненциально, по аналогии со случаем зарядки серии параллельно соединенных конденсаторов, каждый из которых в описываемой эквивалентной схеме является индивидуальной парой противоэлектродов - областей обратимого введения ионов электрохромного модуля – выходя на насыщение вдоль амплитудной асимптоты.In this case, the total ohmic resistance of the electrochromic module can be predetermined and set by direct measurement in the section of the circuit between the current-carrying buses using a potentiostat or voltmeter. In turn, the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic moduleR o.v.i. is an exponential charge-time function of the duration of the optical switching of the electrochromic module from the initial optical state to the final optical state of the form:R o.v. and ... =R Max ... × (1 - e( c - kt )). This is due to the fact that, as it was empirically determined, as the electrochromic module is triggered during its optical switching from the initial optical state to the final optical state, the reversible accumulation of the displaced in the effective potential differenceU eff. electric charge in the regions of reversible introduction of ions (anions - in regions at a high potential, and cations - in regions at a lower potential, respectively) that play the role of counter electrodes, respectively) leads to the formation of parasitic accumulated charges in them, opposite to the polarity of the corresponding counter electrodes signs. This, in turn, leads to two concomitant effects: effective compensation of the potentials of the corresponding counter electrodes, as a result of which the modulus of the value of the actual potential difference between the individual regions of the reversible introduction of ions performing in relation to each other the role of counter electrodes decreases; and also to screening the subsequent charge carriers arriving at the corresponding counter electrodes of the same sign as the parasitically accumulated charge, due to their deceleration in the repulsive Coulomb field of the latter. As a result, the total mobility of free charge carriers in the electrochromic module decreases over time as it switches from the initial optical state to the final optical state, due to an increase in the contribution from the accumulation of charge carriers that have undergone transportation in the regions of reversible introduction of ions; and in addition, the total number of those who have not yet undergone transportation in the effective potential differenceU eff. between the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module of free charge carriers, which play the role of counter electrodes with respect to each other, as the electrochemical reaction of optical switching of the electrochromic module from its initial optical state to the final optical state proceeds, also decreases with time, as a result of which the recorded value of the total ohmic resistance of the regions reversible introduction of ions of the electrochromic moduleR o.v.i. increases, and the function of the indicated growth is of a charge-time nature in connection with the above-mentioned reasons for its presence. In this case, as was also empirically found, the growth function of the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions during switching of the electrochromic module from the duration of optical switching t has a regressively exponential form, similar to the case of charging a capacitor: similarly, at the beginning of the process of optical switching of the electrochromic module from the initial optical state to the final optical state, the supply of charge carriers in the region of reversible introduction of ions during the course of the electrochemical coloring reaction at a constant value of the effective potential differenceU eff. Between the regions of reversible introduction of ions that play the role of counter electrodes in relation to each other, the most dynamic is due to the fact that the initial amount of transported charge carriers is large, and the accumulation of parasitic screening charges on the counter electrodes - playing the role of conventional capacitor plates - has not yet occurred. Subsequently, with its accumulation, with an actual increase in the value of the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic moduleR o.v.i. dynamics of charge transport in the electrochromic module, and, as a consequence, further growthR o.v.i. , decreases exponentially, by analogy with the case of charging a series of parallel-connected capacitors, each of which in the described equivalent circuit is an individual pair of counter electrodes - regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module - reaching saturation along the amplitude asymptote.
При этом описываемая кривая выхода совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. на насыщение описывается аппроксимацией экспоненциальной регрессией с функцией зависимости от продолжительности оптического переключения t вида:In this case, the described curve of the output of the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module R o.v.i. for saturation is described by approximation by exponential regression with a function of dependence on the duration of optical switching t of the form:
(2) (2)
Где коэффициенты c и k должны быть предварительно определены и заданы аппроксимацией экспоненциальной регрессией измеренной кривой зависимости Rо.в.и.(t), которая может быть получена, например, предварительным снятием кривой падения тока на электрохромном модуле при постоянном управляющем напряжении Uупр., пересчитываемой в разность полного сопротивления электрохромного модуля и совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля [R полн. - R о.в.и. . ] в соответствии с законом Ома; а непосредственно сама аппроксимация может быть осуществлена, например, по методу наименьших квадратов.Where the coefficients c and k must be previously determined and set by the exponential regression approximation of the measured curve of the dependence of R o.v.i. (t), which can be obtained, for example, by preliminary recording the current drop curve on the electrochromic module at a constant control voltage U ctrl. , recalculated into the difference between the total resistance of the electrochromic module and the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module [ R full. - R o.v.i. ... ] in accordance with Ohm's law; and directly the approximation itself can be carried out, for example, by the method of least squares.
В свою очередь амплитудная асимптота R макс . – т.е. характеристическое для каждого конкретного электрохромного модуля максимальное значение совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов, к которому оно стремиться в ходе осуществления процесса оптического переключения от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию – является линейной функцией от температуры электрохромного модуля T. Это связано с тем, что с ростом температуры электрохромного модуля происходит как повышение подвижности свободных носителей заряда в слоевой структуре модуля, так и перераспределение рассеивающих центров, в результате чего зарядовое заполнение областей обратимого введения ионов электрохромного модуля происходит быстрее и эффективнее с точки зрения плотности упаковки, что означает, что формирование в областях обратимого введения ионов паразитных накопленных зарядов противоположных относительно полярности соответствующих противоэлектродов знаков происходит также быстрее и, как следствие, регрессивно экспоненциальный выход значения Rо.в.и. на плато насыщения в ходе оптического переключения электрохромного модуля происходит раньше, и, следовательно, при меньшем значении амплитудной асимптоты Rмакс. В результате, амплитудная асимптота R макс . будет принимать тем меньшее значение, чем выше температура T электрохромного модуля в ходе осуществления его оптического переключения. Точный вид функции линейной зависимости R макс . (T) должен быть предварительно определен и задан путем линейной аппроксимации по двум точкам вида (R макс . ; T), которые, в свою очередь, могут быть определены в ходе отмеченного выше предварительного снятия кривой падения тока на электрохромном модуле при постоянном управляющем напряжении Uупр., пересчитываемой в разность полного сопротивления электрохромного модуля и совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля [R полн. - R о.в.и. . ] в соответствии с законом Ома, осуществляемого при двух различный температурах электрохромного модуля T. In turn, the amplitude asymptote R max . - i.e. the maximum value of the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions, characteristic for each specific electrochromic module, to which it tends during the process of optical switching from the initial optical state to the final optical state, is a linear function of the temperature of the electrochromic module T. This is due to the fact that with an increase in the temperature of the electrochromic module, both an increase in the mobility of free charge carriers in the layer structure of the module and a redistribution of scattering centers occur, as a result of which the charge filling of regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module occurs faster and more efficient in terms of packing density, which means that the formation of regions of reversible introduction of ions of parasitic accumulated charges of opposite polarity of the corresponding counter electrodes signs also occurs faster and, as a consequence, regressively exponential th output of the R o.v.i. value on the saturation plateau during the optical switching of the electrochromic module occurs earlier, and, therefore, with a smaller value of the amplitude asymptote R max . As a result, the amplitude asymptote R max . will take on the lower value, the higher the temperature T of the electrochromic module during the implementation of its optical switching. Exact form of the linear function R max . (T) must be pre-defined and set by linear approximation of two point type (R max;. T), which in turn can be determined during noted above prior removal of drop current curve electrochromic module at a constant driving voltage U ex. , recalculated into the difference between the total resistance of the electrochromic module and the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module [ R full. - R o.v.i. ... ] in accordance with Ohm's law, carried out at two different temperatures of the electrochromic module T.
При этом используемые для взятия аппроксимационных точек (R макс . ; T) значения температуры электрохромного модуля должны лежать в температурном диапазоне применимости способа стабилизированного управления. Данный допустимый температурный диапазон стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля, как было эмпирически выявлено, должен находиться в пределах от –80 до +165 °С. Отмеченные требования связаны со следующими факторами:When used for this approximation taking points (R max;. T) of electrochromic module temperatures should lie in a temperature range of applicability of the process the stabilized control. This permissible temperature range of stabilized control of high-speed optical switching of the electrochromic module, as it was empirically revealed, should be in the range from –80 to +165 ° С. The noted requirements are related to the following factors:
При выходе за указанный допустимый температурный диапазон стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля нарушается условие линейности функциональной зависимости R макс . (T): в диапазоне температур менее –80 °С это связано с гиперболическим характером зависимости скорости роста плотности рассеивающих центров на границах между областями обратимого введения ионов электрохромных модулей и проводящей ионы средой, связывающей между собой индивидуальные области обратимого введения ионов, от температуры электрохромного модуля. В свою очередь в диапазоне температур электрохромного модуля свыше +165 °С, несмотря на увеличение подвижности свободных носителей заряда с ростом температуры, превалирующее воздействие на величину амплитудной асимптоты R макс . оказывает сопутствующее увеличение максимально достижимой плотности упаковки областей обратимого введения ионов, в результате чего будет происходить формирование в областях обратимого введения ионов паразитных накопленных зарядов противоположных относительно полярности соответствующих противоэлектродов знаков существенно больших величин, и, как частное следствие, величина асимптоты R макс . будет принимать большее значение, нежели чем предсказываемое при вычислении по линеарезованной функции R макс . (T), что делает линейную апроксимацию при температурах электрохромного модуля Т, превышающих верхний предел диапазона температур от –80 до +165 °С, недопустимой.When the specified permissible temperature range of the stabilized control of the high-speed optical switching of the electrochromic module is exceeded, the linearity condition of the functional dependence R max . ( T) : in the temperature range less than –80 ° C, this is due to the hyperbolic nature of the dependence of the growth rate of the density of scattering centers at the boundaries between the regions of reversible introduction of ions of electrochromic modules and the conducting medium connecting the individual regions of reversible introduction of ions, on the temperature of the electrochromic module ... In turn, in the temperature range of the electrochromic module above +165 ° C, despite the increase in the mobility of free charge carriers with increasing temperature, the prevailing effect on the value of the amplitude asymptote R max . has a concomitant increase in the maximum attainable packing density of regions of reversible introduction of ions, as a result of which the formation in the regions of reversible introduction of ions of parasitic accumulated charges of opposite polarity of the corresponding counter electrodes signs of significantly larger values, and, as a particular consequence, the value of the asymptote R max . will take on a larger value than predicted when calculated by the linearized function R max . ( T) , which makes a linear approximation at temperatures of the electrochromic module T exceeding the upper limit of the temperature range from –80 to +165 ° C, unacceptable.
В случае применения линейной зависимости амплитудной асимптоты R макс . от температуры электрохромного модуля T, заданной через аппроксимацию по двум точкам, лежащим вне температурного диапазона применимости способа стабилизированного управления оптическим переключением модуля, погрешность определения величины R макс . при актуальной температуре электрохромного модуля в ходе процесса его оптического переключения будет достаточно велика, чтобы приводить к некорректному определению совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. . и, в результате, отношения эффективной разности потенциалов U эфф. к прикладываемому управляющему напряжению U упр. . В следствие этого будут создаваться условия для выхода значения эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля за безопасные пределы окислительно-восстановительного потенциала, а также, в результате, для накопления дефектов необратимого внедрения в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов электрохромного модуля, что приводит к нарушению условий стабильности процесса оптического переключения и недопустимо с точки зрения возможности достижения технического результата настоящего изобретения.If a linear dependence of the amplitude asymptote R max . on the temperature of the electrochromic module T , specified through the approximation by two points lying outside the temperature range of applicability of the method of stabilized control of optical switching of the module, the error in determining the value of R max . at the actual temperature of the electrochromic module during the process of its optical switching will be large enough to lead to an incorrect determination of the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module R o.i.i. ... and, as a result, the ratio of the effective potential difference U eff. to the applied control voltage U ctrl. ... As a consequence of this, conditions will be created for the value of the effective potential difference between the regions of the reversible introduction of ions of the electrochromic module beyond the safe limits of the redox potential, which play the role of counter electrodes in relation to each other, and also, as a result, for the accumulation of irreversible implantation defects in to each other, the role of counter electrodes in the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module, which leads to a violation of the stability conditions of the optical switching process and is unacceptable from the point of view of the possibility of achieving the technical result of the present invention.
При этом, перед завершением переключения периодически определяется температура электрохромного модуля T и сила тока I, протекающего через электрохромный модуль. Необходимость периодического определения актуальной температуры электрохромного модуля в ходе его переключения связана с тем, что в ходе переключения электрохромный модуль имеет тенденцию нагреваться вследствие протекания двух параллельных процессов: во-первых непосредственно за счет протекания электрохимической реакции окрашивания, приводящей к искомому переключению модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию; а во-вторых за счет того, что, если оптическое переключение из одного оптического состояния в другое связано с переходом из оптического состояния, характеризующегося большим интегральным пропусканием электромагнитного излучения видимого диапазона длин волн, в оптическое состояние с меньшим интегральным пропусканием электромагнитного излучения видимого диапазона длин волн, то в качестве дополнительного фактора нагрева электрохромного модуля в ходе переключения будет также служить увеличивающаяся интенсивность поглощения электрохромного модуля в инфракрасной части спектра его совокупной поглощающей способности при сопутствующей инсоляции поверхности. Таким образом, по мере нагрева электрохромного модуля, который имеет место в ходе осуществления процесса его оптического переключения, будет происходить также сопутствующий дрейф значений тех характеристических параметров процесса переключения, которые, как было описано и объяснено выше, зависят – напрямую, или опосредованно, от значения актуальной температуры электрохромного модуля Т, а также от актуального значения продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t, а именно: совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и . , амплитудной асимптоты R макс. и безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. .In this case, before the end of the switching, the temperature of the electrochromic module T and the current strength I flowing through the electrochromic module are periodically determined. The need to periodically determine the actual temperature of the electrochromic module during its switching is due to the fact that during switching the electrochromic module tends to heat up due to two parallel processes: first, directly due to the electrochemical coloring reaction, which leads to the desired switching of the module from the initial optical state to the final optical state; and, secondly, due to the fact that if optical switching from one optical state to another is associated with a transition from an optical state characterized by a large integral transmission of electromagnetic radiation in the visible range of wavelengths to an optical state with a lower integral transmission of electromagnetic radiation in the visible range of wavelengths , then the increasing intensity of absorption of the electrochromic module in the infrared part of the spectrum of its total absorption capacity with concomitant insolation of the surface will also serve as an additional factor of heating the electrochromic module during switching. Thus, as the electrochromic module heats up, which occurs during the implementation of the process of its optical switching, there will also be a concomitant drift of the values of those characteristic parameters of the switching process, which, as described and explained above, depend - directly or indirectly, on the value an actual temperature t electrochromic module, as well as the duration of the actual values of the optical switch module electrochromic t, namely, the total ohmic resistance regions reversible electrochromic ion introduction unit R OV. , amplitude asymptote R max. and the safe limit of the redox potential U max. ...
Отмеченный дрейф актуальных значений перечисленных величин, соответствующий изменению температуры электрохромного модуля по мере осуществления процесса его оптического переключения, наряду с ростом значения продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t по мере его реализации, приводит к изменению соотношения эффективной разности потенциалов U эфф. к прикладываемому управляющему напряжению U упр. согласно уравнению (1). По этой причине, в ходе осуществления оптического переключения согласно описываемому способу непосредственно до момента его завершения при каждом акте определения температуры электрохромного модуля для последнего измеренного значения температуры электрохромного модуля Т и актуального значения продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t по результатам осуществления переопределения значений перечня величин: совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. , амплитудной асимптоты R макс. и безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. , причины необходимости которого изложены выше, для переопределенных значений перечисленных величин должна также осуществляться корректировка прикладываемого к электрохромному модулю через токовводящие шины управляющего напряжения U упр. , причема – также в соответствии с вышеизложенными требованиями – данная корректировка должна выполняться таким образом, чтобы значение эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля принимало максимальное значение в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. с другой стороны.The noted drift of the actual values of the listed values, corresponding to a change in the temperature of the electrochromic module as the process of its optical switching, along with an increase in the duration of optical switching of the electrochromic module t as it is realized, leads to a change in the ratio of the effective potential difference U eff. to the applied control voltage U ctrl. according to equation (1). For this reason, during the implementation of optical switching according to the described method immediately before its completion at each act of determining the temperature of the electrochromic module for the last measured value of the temperature of the electrochromic module T and the actual value of the duration of optical switching of the electrochromic module t based on the results of the redetermination of the values of the list of quantities: ohmic resistance of regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module R o.v.i. , amplitude asymptote R max. and the safe limit of the redox potential U max. , the reasons for the need for which are stated above, for the redefined values of the listed values, the control voltage U control applied to the electrochromic module must also be adjusted through the current-carrying buses. , and - also in accordance with the above requirements - this correction must be performed in such a way that the value of the effective potential difference U eff. between the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module, which play the role of counter-electrodes with respect to each other, took a maximum value in the range limited by the value of the safe limit of the redox potential U max. on the one hand, and the value of the maximum potential drop along the geometrical location of all points of overlap of the current-carrying bus of the current-carrying surface of the electrochromic module U min. on the other hand.
В свою очередь периодическое определение величины силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, в ходе осуществления процесса его оптического переключения вплоть до его завершения, необходимо для надежного определения момента окончания перехода оптического состояния электрохромного модуля из исходного к конечному и своевременного снятия прикладываемого управляющего напряжения. Это, в свою очередь, необходимо для недопущения ситуации, когда, по завершению процесса оптического переключения модуля, электрохимическая реакция процесса перехода его оптического состояния от исходного к конечному завершается за счет исчерпания подверженных транспорту в создаваемой от внешнего источника питания разности потенциалов носителей заряда с одной стороны, а также за счет предельного заполнения областей обратимого введения ионов с другой, и, как следствие, величина совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. достигает своего максимального значения, однако, при этом, управляющее напряжение от источника питания не снимается, вследствие чего создаются условия для избыточного заполнения областей обратимого введения ионов электрохромного модуля носителями заряда сверх значений насыщения, и, как следствие, накопления в них сопутствующих дефектов необратимого внедрения, наряду с протеканием паразитных тепловых эффектов при диссипации энергии в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов в то время, когда, как было отмечено, значение их совокупного омического сопротивления, характеризующего интенсивность тепловой диссипации, максимально. Как было обнаружено, параметром процесса оптического переключения электрохромного модуля, обеспечивающим надежный контроль за моментом требуемого, с точки зрения возможности достижения заявляемого технического результата, снятия управляющего напряжения при завершении электрохимической реакции, обеспечивающей протекание перехода оптического состояния электрохромного модуля из начального в конечное, является сила тока I, протекающего через электрохромный модуль.In turn, the periodic determination of the magnitude of the current I flowing through the electrochromic module, during the implementation of the process of its optical switching until its completion, is necessary to reliably determine the moment of the end of the transition of the optical state of the electrochromic module from the initial to the final and timely removal of the applied control voltage. This, in turn, is necessary to prevent the situation when, upon completion of the process of optical switching of the module, the electrochemical reaction of the process of transition of its optical state from the initial to the final one is completed due to the exhaustion of the potential difference of charge carriers, which is subject to transport in the created from an external power source, on one side. , and also due to the limiting filling of the regions of reversible introduction of ions from the other, and, as a consequence, the value of the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module R o.v.i. reaches its maximum value, however, in this case, the control voltage from the power source is not removed, as a result of which conditions are created for the excessive filling of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module with charge carriers in excess of the saturation values, and, as a consequence, the accumulation of accompanying defects of irreversible implantation in them, along with the occurrence of parasitic thermal effects during energy dissipation in the regions of reversible introduction of ions that play the role of counter electrodes in relation to each other at a time when, as noted, the value of their total ohmic resistance characterizing the intensity of thermal dissipation is maximum. It was found that the parameter of the optical switching process of the electrochromic module, providing reliable control over the moment required, from the point of view of the possibility of achieving the claimed technical result, the removal of the control voltage at the end of the electrochemical reaction, which ensures the transition of the optical state of the electrochromic module from the initial to the final one, is the current strength I flowing through the electrochromic module.
Ток, ответственный за омическое падение напряжения при переходе через наружную проводящую поверхность электрохромного модуля – т.е. сила которого может быть напрямую измерена непосредственно на токовводящих шинах, подключаемых к проводящим поверхностям - содержит две компоненты. Он содержит ионный ток, провоцирующий процесс оптического перехода электрохромного модуля от начального состояния, к конечному, и характеризующий динамику протекающей при этом электрохимической реакции. А также - паразитный электронный ток, проходящий через проводящую ионы среду, связывающую между собой индивидуальные области обратимого введения ионов электрохромного модуля. Паразитный электронный ток постоянен при заданном значении приложенного управляющего напряжения U упр. . В литературных источниках его значение также зачастую обозначается как сила тока утечки. Ионный ток, в свою очередь, обусловлен перемещением носителей заряда между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в ходе осуществления его оптического перехода. При заданном приложенном управляющем напряжении ионный ток претерпевает изменение во время процесса оптического переключения. До приложения любой эффективной разности потенциалов между областями обратимого введения ионов U эфф. , ионный ток мал или отсутствует. При возникновении эффективной разности потенциалов, ионный ток будет расти и может даже продолжить рост по мере того, как приложенное управляющее напряжение удерживается на постоянном значении за счет тепловых эффектов, а также изменения с течением времени процесса оптического переключения t величины совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. согласно (2). Однако в конечном счете величина ионного тока достигает своего максимума и спадает по мере того, как все свободные носители заряды выполнили перемещение в поддерживаемой эффективной разности потенциалов U эфф. в ходе оптического переключения электрохромного модуля. После завершения оптического переключения продолжает идти только ток утечки (паразитный электронный ток через проводящую ионы среду). Величина силы тока утечки зависит от эффективного напряжения, которое представляет собой функцию приложенного управляющего напряжения согласно уравнению (1), при этом, в условии завершения процесса оптического переключения электрохромного модуля, как было отмечено выше, величина совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. принимает максимальное значение, стремящееся к значению его амплитудной асимптоты R макс. . Таким образом, характерная величина силы тока утечки для данного электрохромного модуля определяется исходя из закона Ома для полной цепи по актуальной величине прикладываемого управляющего напряжения U упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R полн. . Достижение актуальной, регулярно измеряемой силой тока I, протекающего через электрохромный модуль, значения, равного или меньшего, чем значение силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R полн. , является признаком окончания процесса протекания электрохимической реакции перехода модуля между оптическими состояниями и условием завершения процесса оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию путем снятия приложения управляющего напряжения U упр. , прикладываемого к токовводящим шинам.The current responsible for the ohmic voltage drop when crossing the outer conductive surface of the electrochromic module - i.e. the force of which can be directly measured directly on the busbars connected to the conductive surfaces - contains two components. It contains an ionic current that provokes the process of optical transition of the electrochromic module from the initial state to the final state, and characterizes the dynamics of the electrochemical reaction proceeding in this case. And also - a parasitic electron current passing through the ion-conducting medium, connecting the individual regions of the reversible introduction of ions of the electrochromic module. The parasitic electronic current is constant at a given value of the applied control voltage U ctrl. ... In literary sources, its value is also often referred to as the leakage current. The ionic current, in turn, is due to the movement of charge carriers between the regions of the reversible introduction of ions of the electrochromic module in the course of its optical transition, which play the role of counter electrodes in relation to each other. At a given applied control voltage, the ion current undergoes a change during the optical switching process. Before applying any effective potential difference between the regions of reversible introduction of ions U eff. , the ionic current is small or absent. When an effective potential difference arises, the ion current will increase and may even continue to increase as the applied control voltage is held at a constant value due to thermal effects, as well as changes in the total ohmic resistance of the regions of reversible ion introduction over time t of the optical switching process. electrochromic module R o.v.i. according to (2). However, ultimately, the value of the ion current reaches its maximum and decreases as all free charge carriers have moved in the maintained effective potential difference U eff. during optical switching of the electrochromic module. After the optical switching is completed, only the leakage current continues to flow (parasitic electron current through the ion-conducting medium). The magnitude of the leakage current depends on the effective voltage, which is a function of the applied control voltage according to Eq. (1), while, under the condition of completion of the process of optical switching of the electrochromic module, as noted above, the value of the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module R o.v.i. takes on a maximum value tending to the value of its amplitude asymptote R max. ... Thus, the characteristic value of the leakage current for a given electrochromic module is determined based on Ohm's law for the complete circuit according to the actual value of the applied control voltage U ctrl. to an electrochromic module with an impedance R full. ... Reaching the current, regularly measured current I , flowing through the electrochromic module, a value equal to or less than the value of the leakage current characteristic of the current value of the applied control voltage U control. to an electrochromic module with an impedance R full. , is a sign of the end of the process of the electrochemical reaction of the module transition between the optical states and the condition for the completion of the process of optical switching of the electrochromic module from the initial optical state to the final optical state by removing the application of the control voltage U ctrl. applied to the current-carrying buses.
При этом периодичность определения температуры электрохромного модуля T и силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, должна составлять не более, чем каждые 300 с. оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию. В случае со значением актуальной температуры электрохромного модуля T это связано с тем, что флуктуативность этой величины при высоких значениях эффективной разности потенциалов U эфф. , создаваемой между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля на периодах ее переопределения свыше 300 с. длительности оптического переключения электрохромного модуля приводит к рискам поддержания управляющего напряжения, при некорректной юстировке определения параметра совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и.. , функционально зависящего от продолжительность оптического переключения t и – через функцию величины амплитудной асимптоты R макс. - от температуры электрохромного модуля T, на чрезмерно высоких значениях, для которых будет характерен сопутствующий выход соответствующего значения эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля за пределы диапазона, ограниченного безопасным пределом окислительно-восстановительного потенциала U макс. , что, в свою очередь, приводит к невозможности достижения заявляемого технического результата.In this case, the frequency of determining the temperature of the electrochromic module T and the current I flowing through the electrochromic module should be no more than every 300 s. optical switching of the electrochromic module from the initial optical state to the final optical state. In the case with the value of the actual temperature of the electrochromic module T, this is due to the fact that the fluctuation of this value at high values of the effective potential difference U eff. created between the regions of the reversible introduction of ions of the electrochromic module at the periods of its redefinition of more than 300 s, which play the role of counter electrodes in relation to each other. the duration of the optical switching of the electrochromic module leads to risks of maintaining the control voltage, with incorrect adjustment of the determination of the parameter of the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module R o.v.i .. , which functionally depends on the duration of the optical switching t and - through a function of the magnitude of the amplitude asymptote R Max. - on the temperature of the electrochromic module T , at excessively high values, which will be characterized by a concomitant output of the corresponding value of the effective potential difference between the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module, which play the role of counter electrodes in relation to each other, beyond the range limited by the safe limit of the redox potential U Max. , which, in turn, leads to the impossibility of achieving the claimed technical result.
В свою очередь в случае силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, необходимость его переопределения с периодичностью, составляющей не более, чем каждые 300 с. оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, связана с тем, что поскольку сравнение актуальной измеряемой силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, с силой тока утечки , характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R полн. , является, по вышеизложенным причинам, условием на определение момента завершения процесса оптического переключения электрохромного модуля, то периодичность измерения актуальной силы тока I является, по сути, также максимальной продолжительностью сохранения приложения управляющего напряжения U упр. по отношению к электрохромному модулю свыше фактической продолжительности протекания электрохимической реакции оптического перехода модуля от начального к конечному оптическому состоянию – в граничном случае, когда достижение значением силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, величины тока утечки непосредственно сразу после очередного его измерения факт того, что сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, имеет значение, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R полн. , и, соответственно, необходимость завершения процесса оптического переключения путем снятия приложения управляющего напряжения U упр. к токовводящим шинам будут определены при следующем определении актуальных парамертов процесса – и в т.ч. переопределения актуального значения силы тока I – по истечении периода. Таким образом, периодичность переопределения силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, представляет собой максимальную продолжительность поддержания управляющего напряжения на проводящей поверхности электрохромного модуля, подводимого через токовводящие шины, после фактического завершения оптического перехода модуля из одного состояния в другое и прекращения сопутствующих электрохимических процессов на противоэлектродах. Как было определено, предельной продолжительностью такого сохраняющегося поддержания управляющего напряжения на проводящей поверхности электрохромного модуля после окончания электрохимической реакции его оптического переключения, при которой прирост в тепловой энергии диссипации токовых нагрузок на выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов не начинает приводить к протеканию необратимых реакций с катализом теплового характера, приводящих к потере качеств стабильности реализуемого процесса управления оптическим переключением модуля с точки зрения циклической долговечности последнего, и, как следствие, обеспечиваются условия реализации технического результата настоящего изобретения, является период в 300 с. In turn, in the case of the current I flowing through the electrochromic module, the need to redefine it with a frequency of no more than every 300 s. optical switching of the electrochromic module from the initial optical state to the final optical state, is due to the fact that since the comparison of the actual measured current I flowing through the electrochromic module with the leakage current characteristic of the actual value of the applied control voltage U control. to an electrochromic module with an impedance R full. , is, for the above reasons, a condition for determining the moment of completion of the optical switching process of the electrochromic module, then the frequency of measurement of the current current I is, in fact, also the maximum duration of maintaining the application of the control voltage U ctrl. in relation to the electrochromic module over the actual duration of the electrochemical reaction of the optical transition of the module from the initial to the final optical state - in the boundary case, when the value of the current I flowing through the electrochromic module reaches the leakage current value immediately after its next measurement, the fact that the strength of the current I flowing through the electrochromic module has a value that is less than or equal to the value of the leakage current characteristic of the actual value of the applied control voltage U ctrl. to an electrochromic module with an impedance R full. , and, accordingly, the need to complete the optical switching process by removing the application of the control voltage U ctrl. to the busbars will be determined during the next determination of the actual process parameters - incl. redefinition of the current value of the current I - after the period has expired. Thus, the frequency of redefining the current I flowing through the electrochromic module is the maximum duration of maintaining the control voltage on the conducting surface of the electrochromic module, supplied through the current-carrying buses, after the actual completion of the optical transition of the module from one state to another and the termination of the accompanying electrochemical processes on the counter electrodes ... As it was determined, the limiting duration of such a persistent maintenance of the control voltage on the conducting surface of the electrochromic module after the end of the electrochemical reaction of its optical switching, at which the increase in the thermal energy of dissipation of current loads on the regions of reversible introduction of ions that play the role of counter electrodes does not begin to lead to the course of irreversible reactions with catalysis of a thermal nature, leading to a loss of stability qualities of the realized control process of the optical switching of the module from the point of view of the cyclic durability of the latter, and, as a consequence, the conditions for the implementation of the technical result of the present invention are provided, is a period of 300 s.
В результате, согласно вышеизложенному, алгоритм управления процессом оптического переключения электрохромного модуля, отвечающий условиям реализации заявляемого технического результата, согласно настоящему изобретению, имеет следующую последовательность условий, начиная с момента первичного приложения управляющего напряжения U упр для управления высокоскоростным оптическим переключением от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию:As a result, according to the foregoing, the control algorithm for the optical switching of the electrochromic module that meets the conditions for the implementation of the claimed technical result, according to the present invention, has the following sequence of conditions, starting from the moment of the primary application of the control voltage U ctrl to control high-speed optical switching from the initial optical state to the final optical state:
С периодичностью, составляющей не более, чем каждые 300 с. оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию перед завершением переключения определяется температура электрохромного модуля T и сила тока I, протекающего через электрохромный модуль. При этом, определяется, имеет ли сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, значение, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R полн. .With a frequency of no more than every 300 s. of optical switching of the electrochromic module from the initial optical state to the final optical state before the completion of the switching, the temperature of the electrochromic module T and the current I flowing through the electrochromic module are determined. In this case, it is determined whether the current strength I flowing through the electrochromic module has a value that is less than or equal to the value of the leakage current characteristic of the current value of the applied control voltage U ctrl. to an electrochromic module with an impedance R full. ...
При этом, в том случае, если сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, имеет значение, которое больше значения силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R полн. , то это означает, что конечное искомое оптическое состояние еще не достигнуто, протекание электрохимической реакции хромирования модуля продолжается и. соответственно, осуществляемый процесс переключения электрохромного модуля еще не завершен. В этом случае, для последнего измеренного значения температуры электрохромного модуля Т и актуального значения продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t переопределяются соответствующие значения функционально зависимых, согласно вышеизложенным выкладкам, величин: совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. , амплитудной асимптоты R макс. и безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. . После чего для переопределенных значений перечисленных величин корректируется прикладываемое к электрохромному модуля через токовводящие шины управляющее напряжения U упр. таким образом, чтобы значение эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля принимало максимальное значение в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. с другой стороны, с тем, чтобы, также согласно объясненным выше причинам, удовлетворять требованиям критериев достижения технического результата настоящего изобретения как с точки зрения стабильности процесса оптического переключения электрохромного модуля, так и, наряду с этим, минимизации длительности переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию.In this case, in the event that the current strengthIflowing through the electrochromic module has a value that is greater than the value of the leakage current characteristic of the current value of the applied control voltageU ex. to electrochromic module with impedance impedanceR full , this means that the final desired optical state has not yet been reached, the electrochemical reaction of chromium plating of the module continues and. accordingly, the ongoing process of switching the electrochromic module has not yet been completed. In this case, for the last measured value of the temperature of the electrochromic moduleT and the actual value of the duration of the optical switching of the electrochromic module t, the corresponding values of the functionally dependent, according to the above calculations, quantities are redefined: the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic moduleR o.v.i. , amplitude asymptoteR Max. and the safe limit of the redox potentialU Max. ... After that, for the overdetermined values of the listed values, the control voltage applied to the electrochromic module through the current-carrying buses is correctedU ex. so that the value of the effective potential differenceU eff. between the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module, which play the role of counter electrodes with respect to each other, took the maximum value in the range limited by the value of the safe limit of the redox potentialU Max. on the one hand, and the value of the maximum potential drop along the geometrical location of all points of overlap of the current-carrying bus of the current-carrying surface of the electrochromic moduleU min. on the other hand, in order, also according to the reasons explained above, to meet the requirements of the criteria for achieving the technical result of the present invention both from the point of view of the stability of the optical switching process of the electrochromic module and, at the same time, minimizing the duration of switching the electrochromic module from the initial optical state to the final optical state.
Причем в том случае, если, в свою очередь, подтверждается, что сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, имеет значение, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R полн. , то по процесс оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию завершается путем снятия приложения управляющего напряжения U упр. к токовводящим шинам.Moreover, if, in turn, it is confirmed that the strength of the current I flowing through the electrochromic module has a value that is less than or equal to the value of the leakage current characteristic of the actual value of the applied control voltage U ctrl. to an electrochromic module with an impedance R full. , then the process of optical switching of the electrochromic module from the initial optical state to the final optical state is completed by removing the application of the control voltage U ctrl. to the current-carrying buses.
Блок-схема, изображающая описываемое устройство, необходимое для реализации предлагаемого способа стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля, показана на фиг. 1. На схеме обозначены: источник питания – 1; токовводящие шины – 2 и 3; электрохромный модуль – 4; токопроводящие поверхности электрохромного модуля – 5; процессор – 6; средство измерения напряжения – 7; амперметр - 8; датчик температуры – 9; циклический базис – 10.A block diagram depicting the described device required to implement the proposed method for stabilized control of high-speed optical switching of an electrochromic module is shown in FIG. 1. The diagram shows: power supply - 1; current-carrying buses - 2 and 3; electrochromic module - 4; conductive surfaces of the electrochromic module - 5; processor - 6; voltage measuring instrument - 7; ammeter - 8; temperature sensor - 9; cyclic basis - 10.
Соответствующий источник питания 1 генерирует потенциал, который может быть приложен к контактам двух токовводящих шин - 2 и 3 соответственно - путем переключения соответствующих реле источника питания, и служит, таким образом, как было отмечено выше, для подачи напряжения с заданными значениями на переключаемый электрохромный модуль через две подключенные непосредственно к модулю токовводящие шины.The
Соответственно, две токовводящие шины подключенны к электрохромному модулю 4, управление оптическим переключением которого будет осуществляться, путем приведения их в непосредственный механический контакт с токопроводящими поверхностями электрохромного модуля 5, которые, в свою очередь, соприлегают с выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля. Токовводящие шины описываемого устройства выполнены разнополюсными, в результате чего создаваемая между ними источником питания разность потенциалов, соответствующая управляющему напряжению U упр. , прикладываемому от источника через токовводящие шины к электрохромному модулю, способствует, по итогу омического падения напряжения вдоль проводящей поверхности электрохромного модуля, формированию соответствующей эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов, обеспечивающей протекание электрохимической реакции электрохромирования для переключения модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию. В свою очередь конкретная полюстность разнополюстных токовводящих шин, фактически определяемая полюстностью на выходе контактов источника питания, через которые с ним соединены токовводящие шины устройства, определяет направление протекания реакции оптического переключения управляемого электрохромного модуля, т.е. конечное оптическое состояние, для достижения которого будет осуществляться оптическое переключения модуля. При этом, каждая из двух разнополюсных токовводящих шин устройства управления выполнена таким образом, чтобы геометрическое место всех точек наложения каждой из них на соответствующую токопроводящую поверхность электрохромного модуля описывало замкнутую фигуру, ограничивающую внутри себя не менее 30% всей площади токопроводящей поверхности электрохромного модуля. Требование о замкнутости фигуры, образуемой геометрическим местом всех точек наложения токовводящих шин на проводящую поверхность электрохромного модуля, связано с тем, что в этом случае, за счет сокращения величины максимального линейного удаления любой из точек функционально переключаемой поверхности электрохромного модуля от всех точек наложения токовводящей шины - по сравнению с прочими вариантами пригодных к использованию разомкнутых геометрий токовводящих шин, например: накладываемых на определенную токопроводящую поверхность модуля в виде двух параллельных, расположенных по краям функционально переключаемой поверхности полос, или угла, ограничивающего две из соприлегающих сторон периметра, описывающего функционально переключаемую поверхность подвергаемого оптическому переключению электрохромного модуля – будет обеспечиваться снижение величины максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. , которая, как было объяснено выше, определяется как величина падения управляющего напряжения U упр. в точке поверхности электрохромного модуля, расположенной на максимальном линейном удалении от всех точек наложения токовводящей шины, при протекании электрического тока по проводящей поверхности с предварительно определенным поверхностным сопротивлением R пов. . В результате, это способствует максимизации средней величины плотности тока вдоль всей функионально переключаемой поверхности электрохромного модуля, и, в соответствии с также изложенными выше соображениями, обеспечивает, следовательно, наибольшую скорость протекания электрохимической реакции переключения модуля из начального оптического состояния в конечное, наряду со снижением паразитного «эффекта ириса» в т.ч. в точке проводящей поверхности электрохромного модуля, характеризующейся наибольшей величиной падения потенциала относительно напряжения в точках наложения токовводящих шин, отвечая, таким образом, условию минимизации длительности переключения электрохромных модулей от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию за счет поддержания максимально допустимой, с точки зрения стабильности процесса переключения, эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в каждый момент времени протекания процесса оптического переключения, в соответствии с техническим результатом настоящего изобретения. В свою очередь необходимость ограничения внутри замкнутой фигуры, описываемой геометрическим местом всех точек наложения каждой из двух разнополюсных токовводящих шин на соответствующую токопроводящую поверхность электрохромного модуля, не менее 30% проводящей поверхности электрохромного модуля связана с тем, что, как было эмпирически определено, лишь в этом случае вихревые эффекты распространения токов от токовводящих шин вдоль проводящих поверхностей надежно не будут приводить к эффектам формирования областей токовой компенсации на всей функционально переключаемой поверхности, что в особенности актуально для электрохромных модулей относительно крупных размеров с площадью поверхности свыше 1,5 м2, а также для электрохромных модулей с геометрической формой поверхности, сильно вытянутой по одному выделенному направлению: например, в форме прямоугольника, или овала с большой осью, превышающей по размеру малую ось более чем в 3 раза; в результате чего при данной конфигурации используемых токовводящих шин устройства управления оптическим переключением в ходе переключения на всех поверхности электрохромного модуля не будут наблюдаться области перманентного «эффекта ириса», в которых процесс переключения из начального оптического состояния в конечное не будет происходить вне зависимости от длительности приложения и величины управляющего напряжения от источника питания.Accordingly, the two current-carrying buses are connected to the
При этом процессор 6 управляет всем процессом оптического переключения с использованием описанного выше алгоритма способа управления оптическим переключением модуля. Для этого процессор соединен с источиком питания по цепи управления и сам непосредственно выполнен с возможностью прикладывать определенное требуемое управляющее напряжение от источника питания для управления оптическим переключением электрохромного модуля на основании средств программного обеспечения, обеспечивающих возможность вычисления величины электрического управляющего напряжения U упр. , прикладываемого между разнополюсными токовводящими шинами, необходимого для обеспечения максимального значения эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. с другой стороны, в соответсвии с уравнением (1) и всеми изложенными выше требованиями и особенностями предлагаемого способа оптического переключения электрохромного модуля. Процессор также обеспечивает, согласно выше указанному, вычисление соответствующих значений совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.и.в. , амплитудной асимптоты R макс. , безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. и силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R полн. , на основании актуальных входных значений управляющего напряжения U упр. , силы тока через электрохромный модуль I, температуры электрохромного модуля T и продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t.In this case, the
При этом предусмотрено, что конструкция устройства содержит средство измерения прикладываемого управляющего напряжения U упр. 7 между токовводящими шинами, через которые осуществляется приложение управляющего напряжения. Кроме того, для непрерывного измерения силы тока через электрохромный модуль используется входящий в состав конструкции устройства соответствующий амперметр 8, а для измерения температуры электрохромного модуля в состав конструкции устройства входит датчик температуры 9. In this case, it is provided that the structure of the device contains a means for measuring the applied
При этом данные измерений управляющего напряжения, силы тока через электрохромный модуль и температуры электрохромного модуля циклически поступают в качестве входных данных на процессор. Для этого используется также входящий в конструкцию устройства управления циклический базис 10, соединенный по управляющим цепям с каждым из перечисленных датчиков измерения актуальных параметров процесса оптического переключения - 7, 8 и 9 соответственно. При этом циклический базис 10 снабжен средством измерения продолжительности t оптического переключения электрохромного модуля – выполненным в виде, например, встроенного таймера или тактового генератора. Причем циклический базис 10 выполнен с возможностью передачи измеренных и опрошенных с датчиков значений управляющего напряжения U упр. , силы тока через электрохромный модуль I, и температуры электрохромного модуля T, а также измеряемой непосредственно циклическим базисом 10 продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t, по цепи передачи сигнала на вход процессора 6 для обеспечения возможности вычисления программными средствами процессора на их основе соответствующих актуальных значений совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.и.в. , амплитудной асимптоты R макс. , безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. и силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R полн. , а также корректировки на основе их значений актуального значения требуемого управляющего напряжения таким образом, чтобы обеспечить поддержание максимального значения эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. с другой стороны согласно представленным выше выкладкам.In this case, the measurement data of the control voltage, the current through the electrochromic module and the temperatures of the electrochromic module are cyclically fed as input data to the processor. For this, the
При этом циклический базис 10 настроен таким образом, чтобы опрос всех периферических датчиков и передача актуальных измеренных значений управляющего напряжения U упр. , силы тока через электрохромный модуль I, температуры электрохромного модуля T и продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t процессору 6 на перерасчет им актуализированных параметров процесса оптического переключения модуля осуществлялись не реже, чем каждые 300 с. оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию. Причины данного требования на максимальную периодичность срабатывания циклического базиса на передачу актуальных параметров процесса переключения процессору связаны с требованием ограничения периодичности определения температуры электрохромного модуля T и силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, которая также должна составлять не более, чем каждые 300 с. оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, изложенным и объясненным выше.In this case, the
Кроме того, поскольку сравнение актуальной измеряемой силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, с силой тока утечки , характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R полн. , является, по вышеизложенным причинам, условием на определение момента завершения процесса оптического переключения электрохромного модуля, то процессор устройства 6 выполнен также с возможностью отключения приложения управляющего напряжения U упр. к разнополюсным токовводящим шинам в случае, если выполняется условие достижения измеренной силой тока I, протекающего через электрохромный модуль, значения, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для измеренной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр. к электрохромному модулю с заданным полным омическим сопротивлением R полн. . Как было отмечено выше, реализация данного механизма завершения процесса управления оптическим переключением электрохромного модуля необходима для недопущения ситуации, когда, по завершению процесса оптического переключения модуля, электрохимическая реакция процесса перехода его оптического состояния от исходного к конечному завершается за счет исчерпания подверженных транспорту в создаваемой от внешнего источника питания разности потенциалов носителей заряда с одной стороны, а также за счет предельного заполнения областей обратимого введения ионов с другой, и, как следствие, величина совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. достигает своего максимального значения, однако, при этом, управляющее напряжение от источника питания не снимается, вследствие чего создаются условия для избыточного заполнения областей обратимого введения ионов электрохромного модуля носителями заряда сверх значений насыщения, и, как следствие, накопления в них сопутствующих дефектов необратимого внедрения, наряду с протеканием паразитных тепловых эффектов при диссипации энергии в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов в то время, когда, как было отмечено, значение их совокупного омического сопротивления, характеризующего интенсивность тепловой диссипации, максимально, что противоречит условиям достижения заявляемого технического результата настоящего изобретения.In addition, since the comparison of the current measured current I flowing through the electrochromic module with the leakage current characteristic of the actual value of the applied control voltage U ctrl. to an electrochromic module with an impedance R full. , is, for the above reasons, a condition for determining the moment of completion of the process of optical switching of the electrochromic module, the processor of the
При этом вторым условием отключения приложения управляющего напряжения U упр. к разнополюсным токовводящим шинам, возможностью соответственно контроля и реализации которого обладает применяемый в составе конструкции описываемого устройства управления оптическим переключением процессор 6, является достижение измеренной температурой электрохромного модуля T значения, лежащего вне пределов диапазона, составляющего от –80 до +165 °С. Причина этого требования связана с тем, что, как отмечалось и объяснялось выше, диапазон температуры электрохромного модуля, составляющий от –80 до +165 °С, является допустимым температурным диапазоном стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля. В случае применения линейной зависимости амплитудной асимптоты R макс. от температуры электрохромного модуля T, заданной через аппроксимацию по двум точкам, лежащим вне данного температурного диапазона применимости способа стабилизированного управления оптическим переключением модуля, погрешность определения величины R макс. при актуальной температуре электрохромного модуля в ходе процесса его оптического переключения будет достаточно велика, чтобы приводить к некорректному определению совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и.. и, в результате, отношения эффективной разности потенциалов U эфф. к прикладываемому управляющему напряжению U упр. . В следствие этого создаются условия для выхода значения эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля за безопасные пределы окислительно-восстановительного потенциала, а также, в результате, происходит накопление дефектов необратимого внедрения в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов электрохромного модуля, что приводит к нарушению условий стабильности процесса оптического переключения и недопустимо с точки зрения возможности достижения технического результата настоящего изобретения. Соответственно, реализация описываемого процесса стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля вне диапазона его температур, составляющего от –80 до +165 °С, не допустима, в связи с чем процессор 6 устройства для осуществления способа управления оптическим переключением выполнен с возможностью отключения приложения управляющего напряжения U упр. к разнополюсным токовводящим шинам в случае регистрации актуальной температуры электрохромного модуля T, лежащей вне пределов указанного допустимого температурного диапазона.In this case, the second condition for disconnecting the application of the control voltage U ctrl. to the opposite-pole current-carrying buses, the possibility of respectively monitoring and implementation of which is possessed by the
Принципиальный логический алгоритм работы процессора устройства стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля согласно настоящему изобретению представлен на фиг. 2.The principle logic flow of the processor of the device for stabilized control of high-speed optical switching of the electrochromic module according to the present invention is shown in FIG. 2.
Ниже приведен пример конкретной реализации предлагаемого изобретения. В рамках него реализовывалось стабилизированное управление высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля, представлявшего собой многослойный стек, расположенный на поверхности подложки из листового силикатного плоскополированного флоат-стекла М1 толщиной 3,7 мм, при этом слои стека были осаждены на поверхность подложки путем физического парофазного осаждения индивидуальных слоев из плазмы магнетронного разряда. Подложка электрохромного модуля и слоевая структура непосредственно самого модуля, расположенная на ее поверхности, имели прямоугольную форму со сторонами 75 см и 45 см; соответственно, площадь поверхности электрохромного модуля составляла 0,337 м2. При этом тонкопленочные слои многослойного стека использовавшегося в примере конкретной реализации настоящего изобретения электрохромного модуля в порядке перечисления от поверхности стеклянной подложки наружу содержали следующие материалы: диоксид кремния SiO2 и субстехиометрический оксид легированного индием олова In-Sn-O, формирующие первый из двух токопроводящих слоев электрохромного модуля, непосредственно соприлегающих с областями обратимого введения ионов и расположенных с двух сторон от слоя, содержащего материал, формирующий проводящую ионы среду, связывающую между собой индивидуальные области обратимого введения ионов, таким образом ограничивая его между собой; стехиометрический оксид вольфрама WO3, являющийся электрохромным материалом, выполненный в виде индивидуального электродного слоя тонкопленочной структуры электрохромного модуля и формирующий гомогенную область обратимого введения ионов кислорода O2+; стехиометрического пентоксида тантала Ta2O5, формирующего проводящую ионы среду электролитического слоя, разделяющего электродные слои обратимого введения ионов; субстехиометрический гидроксид никеля Ni(OH)x, являющегося вторым электрохромным материалом, формирующим второй противоэлектродный слой, комплиментарый слою оксида вольфрама WO3, и представляющим собой гомогенною среду области обратимого введения ионов кислорода O2+; а также диоксид кремния SiO2 и субстехиометрический оксид легированного индием олова In-Sn-O, формирующие второй токопроводящий слой электрохромного модуля, непосредственно соприлегающий с областью обратимого введения ионов слоя субстехиометрического гидроксида никеля Ni(OH)x, и расположенный с противоположной – относительно первого токопроводящего слоя - стороны от слоя стехиометрического пентоксида тантала Ta2O5, формирующего проводящую ионы среду, связывающую между собой индивидуальные области обратимого введения ионов. Below is an example of a specific implementation of the invention. Within the framework of it, stabilized control of high-speed optical switching of an electrochromic module was realized, which was a multilayer stack located on the surface of a substrate made of sheet silicate flat-polished float glass M1 with a thickness of 3.7 mm, while the layers of the stack were deposited on the surface of the substrate by physical vapor-phase deposition of individual layers from the plasma of a magnetron discharge. The substrate of the electrochromic module and the layer structure of the module itself, located on its surface, had a rectangular shape with sides of 75 cm and 45 cm; accordingly, the surface area of the electrochromic module was 0.337 m 2 . In this case, the thin-film layers of the multilayer stack used in an example of a specific implementation of the present invention of the electrochromic module in the order of listing from the surface of the glass substrate to the outside contained the following materials: silicon dioxide SiO 2 and substoichiometric oxide doped with indium tin In-Sn-O, forming the first of two conductive layers of electrochromic a module directly adjacent to the regions of reversible introduction of ions and located on both sides of the layer containing a material that forms an ion-conducting medium that connects individual regions of reversible introduction of ions, thus limiting it to each other; stoichiometric tungsten oxide WO 3 , which is an electrochromic material, made in the form of an individual electrode layer of the thin-film structure of the electrochromic module and forming a homogeneous region of reversible introduction of oxygen ions O 2+ ; stoichiometric tantalum pentoxide Ta 2 O 5 , which forms an ion-conducting medium of an electrolytic layer separating the electrode layers of the reversible introduction of ions; substoichiometric nickel hydroxide Ni (OH) x , which is a second electrochromic material that forms a second counter-electrode layer complementary to the tungsten oxide layer WO 3 , and is a homogeneous medium of the region of reversible introduction of oxygen ions O 2+ ; as well as silicon dioxide SiO 2 and substoichiometric oxide doped with indium tin In-Sn-O, forming the second conductive layer of the electrochromic module, directly adjacent to the region of reversible introduction of ions of the layer of substoichiometric nickel hydroxide Ni (OH) x , and located on the opposite side relative to the first conductive layer - the sides of the layer of stoichiometric tantalum pentoxide Ta 2 O 5 , which forms an ion-conducting medium connecting individual regions of reversible ion introduction.
При этом процессор 6 предлагаемого устройства в рамках конкретного примера реализации и осуществления предложенного способа был выполнен на основе программируемого контроллера на базе программно-аппаратной платформы STMicroelectronics семейства ST32F103. Контроллер обеспечивал стабильное питание нагрузки – подключенного управляемого электрохромного модуля - с обратной связью непосредственно от сети 220 В через преобразователь/стабилизатор напряжения Ezetil AC/DC 879920, выступавший в качестве фактического источника питания по отношению к управлявшемуся электрохромному модулю. Выходное напряжение от преобразователя подавалось на нагрузку по двум разнополюсным каналам (индивидуально для каждой из двух токовводящих шин). Рабочее напряжение составляло от 6 до 24 В; совокупное выходное напряжение на нагрузке стабилизированное - от 0,00 вольт до 4,05 В; ток длительной нагрузки составлял по 2 А на каждый из двух каналов, пиковое значение - до 3 А на каждом из двух каналов. In this case, the
Подключение электрохромного модуля к разнополюсным нагрузочным каналам осуществлялось через две токовводящие шины, накладывавшиеся непосредственно на внешние относительно формирующего проводящую ионы среду слоя стехиометрического пентоксида тантала Ta2O5, поверхности каждого из двух токопроводящих слоев, состоящих из диоксида кремния SiO2 и субстехиометрического оксида легированного индием олова In-Sn-O. Каждая из двух использовавшихся разнополюсных токовводящих шин представляла собой медную ленту толщиной 200 мкм и шириной 25 мм, выполненную в виде замкнутого прямоугольного периметра со сторонами по внешнему контуру 73 и 43 см. Лента накладывалась на соответствующую токопроводящую поверхность электрохромного модуля таким образом, чтобы отступ от каждого из краев поверхности модуля составлял по 1 см. Таким образом, ограничиваемая внутри геометрического места всех точек наложения каждой из двух разнополюсных токовводящих шин на соответствующую токопроводящую поверхность электрохромного модуля прямоугольная замкнутая фигура имела, с учетом толщины медной ленты токовводящих шин, площадь, равнявшуюся 0,258 м2, что соответствует 76% от всей площади токопроводящей поверхности электрохромного модуля. При этом токовводящая шина, накладывавшаяся на токопроводящую поверхность электрохромного модуля со стороны стеклянной подложки, располагалась на стеклянной подложке предварительно осаждению многослойного тонкопленочного стека модуля. В качестве меры дополнительной фиксации, наложенные на токопроводящие поверхности электрохромного модуля разнополюсные токовводящие шины закреплялись в заданном положении при помощи клейкой каптоновой (поли-оксидифенилен-пиромеллитимидной) ленты DuPont Kapton Tape. Connecting electrochromic module to had polar load channels carried via the two current input bus is applied directly to the outer relatively forming ion conductive medium layer stoichiometric tantalum pentoxide Ta 2 O 5, the surface of each of the two conductive layers consisting of silicon dioxide SiO 2 and substoichiometric oxide doped with tin indium In-Sn-O. Each of the two used opposite-pole current-carrying buses was a
В качестве обратной связи применялись следующие показатели измерений: управляющее напряжение U упр. между токовводящими шинами; сила тока через электрохромный модуль I; а также температура электрохромного модуля T. Измерение напряжения осуществлялось непосредственно в точках подключения питающих проводов от токовводящих шин к выходам нагрузки с использованием аппаратного вольтметра в качестве средства измерения напряжения 7; с его же помощью проводилось также и амперометрическое измерение силы тока, осуществлявшееся посредством измерения напряжения на известном шунтирующем сопротивлении, подключенном параллельно электрохромному модулю. Температура электрохромного модуля измерялась с использованием датчика-термопары, также подключенного по шунту к аппаратному вольтметру, причем выводы термопары были закреплены на расстоянии 12 мм по направлению к центру функциональной поверхности электрохромного модуля от одной из меньших по длине сторон токовводящей шины, наложенной на токопроводящую поверхность электрохромного модуля, обращенную к стеклянной подложке модуля, с использованием той же каптоновой клейкой ленты, что использовалась и для фиксации соответствующей токовводящей шины.The following measurement indicators were used as feedback: control voltage U ctrl. between current-carrying buses; current strength through the electrochromic module I ; as well as the temperature of the electrochromic module T. The voltage was measured directly at the points of connection of the supply wires from the current-carrying buses to the load outputs using a hardware voltmeter as a
Для обеспечения обратной связи с процессором 6 и передачи ему на обработку измеренных значений управляющего напряжения U упр. , силы тока через электрохромный модуль I, температуры электрохромного модуля T и продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t, применялась цепь операционных усилителей, выполнявшая роль циклического базиса 10 в составе схемы устройства. Опрос процессором 6 внешних датчиков по цепи его обратной связи с циклическим базисом 10 осуществлялся с периодичностью: для значений управляющего напряжения U упр. , а также температуры электрохромного модуля T – каждые 0,4 с; а для силы тока через электрохромный модуль I, а также продолжительности t оптического переключения электрохромного модуля – каждые 200 мс. Точность стабилизации напряжения на контроллере составляла не мнее 0,01 В в диапазоне от 0,15 В до 0,20 В и 0,005 В в диапазоне от 0,20 В и до 4,05 В. To provide feedback with the
При этом процессор 6 осуществляет стабилизированное управление высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля в соответствии с приведенным выше описанием согласно представленному на фиг. 2 алгоритму. Для этого программа работы процессора была первоначально написана на высокоуровневом языке программирования C++, а затем преобразована в машинный код при помощи компилятора STMicroelectronics. Соответственно, процессор 6 управляющего устройства осуществляет вычисление величины электрического управляющего напряжения U упр. , прикладываемого между разнополюсными токовводящими шинами, необходимого для обеспечения максимального значения эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. с другой стороны, в соответствии с приведенным выше описанием способа стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля, а также промежуточные вспомогательные вычисления соответствующих значений совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.и.в. , амплитудной асимптоты R макс. , безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. и силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R полн. , на основании измеренных значений управляющего напряжения U упр. , силы тока через электрохромный модуль I, температуры электрохромного модуля T и продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t. В случае определения процессором устройства факта достижения измеренной силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, значения, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для измеренной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр. к электрохромному модулю с заданным полным омическим сопротивлением R полн. , процессор инициирует отключение приложения управляющего напряжения U упр. к разнополюсным токовводящим шинам через резистивный сброс напряжения с нагрузки. Кроме того инициация резистивного сброса напряжения с нагрузки осуществлялась процессором 6 согласно программе его работы в случае достижения измеренной температурой электрохромного модуля T значения, лежащего вне пределов диапазона, составляющего от –80 до +165 °С. In this case, the
Конфигурирование процессора 6 для соответствия конкретному экземпляру нагрузки (подключаемого управляемого электрохромного модуля) осуществлялось через ввод предварительно задаваемых параметров реализуемого способа управления: линейной функции зависимости величины безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. от температуры электрохромного модуля T, величины максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. , полного омического сопротивления электрохромного модуля R полн. , заданных аппроксимацией экспоненциальной регрессией коэффициентов c и k экспоненциальной зарядово-временной функциональной совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. от продолжительности оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, линейной функции зависимости амплитудной асимптоты R макс. от температуры электрохромного модуля T, а также функции расчета значения силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R полн. .The
Использовавшиеся в рамках приводимого примера конкретной реализации предварительно задаваемые параметры осуществляемого способа приведены в таблице ниже:The preset parameters of the implemented method used in the framework of the given example of a specific implementation are shown in the table below:
При этом вид функции линейной зависимости U макс. (T) был определен путем предварительно проведенных экспериментов по циклической вольтамперометрии электрохромного модуля, стабилизированное управление высокоскоростным переключением которого осуществлялось в рамках описываемого примера конкретной реализации. Данные предварительные экспериментальные вольтамперометрические измерения осуществлялись при двух температурах электрохромного модуля, измерявшихся при помощи описанной выше термопары, регистрация детектирования температуры по которой в дальнейшем применялась и непосредственно при работе описываемого в примере устройства , и составивших +22,74 °С и + 59,82 °С; причем большая из указанных температур поддерживалась путем ИК-прогрева электрохромного модуля, а меньшая составила температуру электрохромного модуля при его нахождении в обычных лабораторных условиях без дополнительного внешнего теплового воздействия. В дальнейшем искомая функциональная зависимость была получена прямой линеаризацией по набору из двух точек (U макс. ; T).In this case, the form of the linear dependence function U max. (T ) was determined by preliminary cyclic voltammetry experiments of an electrochromic module, the stabilized high-speed switching control of which was carried out within the framework of the described example of a specific implementation. These preliminary experimental voltammetric measurements were carried out at two temperatures of the electrochromic module, measured using the thermocouple described above, the registration of temperature detection at which was subsequently used directly during the operation of the device described in the example, and amounted to +22.74 ° C and + 59.82 ° FROM; moreover, the largest of the indicated temperatures was maintained by IR heating of the electrochromic module, and the lower one was the temperature of the electrochromic module when it was in normal laboratory conditions without additional external heat exposure. Subsequently, the sought functional dependence was obtained by direct linearization over a set of two points ( U max ; T ).
Величина максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин.. определялась в точке максимального удаления от меньшей стороны квадрата контура наложения использовавшихся токовводящих шин, составлявшего в рамках описываемой, применявшейся в данном примере конкретной реализации геометрии токовводящих шин и поверхности электрохромного модуля соответственно 34 см. При этом поверхностное омическое сопротивление токопроводящих слоев использовавшегося электрохромного модуля, состоявших из диоксида кремния SiO2 и субстехиометрического оксида легированного индием олова In-Sn-O, составляло по 15 Ом/квадр. для каждого из двух индивидуальных токопроводящих слоев, как было экспериментально определено путем прямого измерения с использованием бесконтактной емкостной стратометрии. В результате результирующее максимальное падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин.. составило 0,51 В.The value of the maximum potential drop along the geometrical location of all points of overlapping of the current-carrying bus of the current-carrying surface of the electrochromic module U min. Was determined at the point of maximum distance from the smaller side of the square of the superposition contour of the current-carrying buses used, which was within the framework of the current-carrying bus geometry used in this example. and the surface of the electrochromic module, respectively 34 cm. In this case, the surface ohmic resistance of the current-conducting layers of the used electrochromic module, consisting of silicon dioxide SiO 2 and substoichiometric oxide doped with indium tin In-Sn-O, was 15 Ohm / square. for each of the two individual conductive layers, as experimentally determined by direct measurement using contactless capacitive stratometry. As a result, the resulting maximum potential drop along the geometrical location of all overlapping points of the current-carrying bus of the current-carrying surface of the electrochromic module U min. Was 0.51 V.
Полное омическое сопротивление электрохромного модуля, как сумма постоянной части, а также вклада от совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и ,, зависящего в свою очередь от продолжительности протекания процесса переключения модуля от начального оптического состояния к конечному, а также от температуры электрохромного модуля, было также предварительно определено в ходе экспериментов по циклической вольтамперометрии электрохромного модуля, в рамках которых также был предварительно выявлен характерный для конкретного использовавшегося в данном примере реализации модуля вид функциональной зависимости U макс. (T). С этой целью, представленный на фиг. 3 график функции зависимости силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, от длительности приложения к электрохромному модулю постоянного внешнего напряжения от источника питания, установленного на значении 1,1 В был преобразован, в соответствии с законом Ома для участка цепи, в график зависимости полного омического сопротивления электрохромного модуля R полн. от времени воздействия внешнего напряжения, показан непрерывной линией на фиг. 4; после чего постоянное слагаемое в R полн. было определено как величина регистрируемого полного сопротивления в начальный момент времени t = 0.Full ohmic resistance electrochromic module as part of a constant amount, as well as the contribution of the total ohmic resistance regions reversible electrochromic ion introduction unit R OV, which depends in turn on the length of the flow process switching module from the initial to the final optical state, and also on the temperature of the electrochromic module, it was also preliminarily determined in the course of experiments on cyclic voltammetry of the electrochromic module, within the framework of which the form of the functional dependence U max, characteristic of the particular module used in this example, was also previously identified. (T ) . To this end, the embodiment shown in FIG. 3, the graph of the function of the dependence of the current I flowing through the electrochromic module on the duration of the application to the electrochromic module of a constant external voltage from the power supply, set at a value of 1.1 V, was converted, in accordance with Ohm's law for a section of the circuit, into a graph of the dependence of the total ohmic resistance of the electrochromic module R full. from the time of exposure to external stress is shown by a continuous line in FIG. four; after which the constant term in R is complete. was defined as the value of the recorded impedance at the initial time t = 0.
При этом очевидно, что экспериментальная кривая зависимости выхода совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. на насыщение от продолжительности оптического переключения Rо.в.и.(t) может быть в результате получена смещением графика зависимости полного омического сопротивления электрохромного модуля от длительности приложения к электрохромному модулю постоянного внешнего напряжения от источника питания в ходе экспериментов по циклической вольтамперометрии модуля смещением последнего на величину оффсета, равную величине ранее определенного, согласно описанному выше, постоянного слагаемого в R полн. , как показано пунктирной линией на фиг. 4. При этом последующая аппроксимация такой пересчитываемой в разность полного сопротивления электрохромного модуля и совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля [R полн. - R о.в.и.. ], в соответствии с законом Ома, кривой, полученной путем предварительного снятия, в свою очередь, кривой падения тока на электрохромном модуле при постоянном управляющем напряжении Uупр., экспоненциальной регрессией, осуществленной численным образом по методу наименьших квадратов, которая показана точечной линией на фиг. 4, позволила в результате выявить коэффициенты с и k согласно уравнению (2) описания предлагаемого способа стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля выше, составившие, в случае данного примера конкретной реализации, - 0,28579 и 0,01786 соответственно.It is obvious that the experimental curve of the dependence of the yield of the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module R o.v.i. for saturation from the duration of optical switching R o.v.i. (t) can be obtained by displacing the graph of the dependence of the total ohmic resistance of the electrochromic module on the duration of the application to the electrochromic module of a constant external voltage from a power source during experiments on the cyclic voltammetry of the module by displacing the latter by an offset value equal to the value previously determined, according to the above, constant term in R is complete. as shown by the broken line in FIG. 4. In this case, the subsequent approximation of such a recalculated into the difference between the total resistance of the electrochromic module and the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module [ R complete. - R o.v.i .. ], in accordance with Ohm's law, the curve obtained by preliminary removal, in turn, the curve of the current drop on the electrochromic module at a constant control voltage U control. , exponential regression, performed numerically by least squares, which is shown by the dotted line in FIG. 4, made it possible as a result to reveal the coefficients c and k according to equation (2) of the description of the proposed method for stabilized control of high-speed optical switching of the electrochromic module above, which, in the case of this example of a specific implementation, were 0.28579 and 0.01786, respectively.
При этом за счет предварительного снятия кривых падения тока на электрохромном модуле при постоянном управляющем напряжении Uупр. при двух различных температурах электрохромного модуля T, выполненного в ходе экспериментальных вольтамперометрических измерений, осуществлявшихся при двух температурах электрохромного модуля, составивших +22,74 °С и + 59,82 °С, с целью описанного выше получения вида функции линейной зависимости U макс. (T), а также последующего их пересчета в разность полного сопротивления электрохромного модуля и совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля [R полн. - R о.в.и.. ] в соответствии с законом Ома, при также определенной ранее согласно описанному выше постоянной части оффсета R полн. , были получены две ассимптотические точки (R макс. T) для, соответственно, двух известных температур электрохромного модуля, как отмечено на оси абсцисс на фиг. 4 для случая Т = +22,74 °С. В результате линейной аппроксимации по двум полученным точкам вида (R макс. ; T), был получен итоговый вид искомой линейной функции зависимости амплитудной асимптоты R макс. – характеристического для использовавшегося в данном примере конкретной реализации электрохромного модуля максимального значения совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов, к которому оно стремиться в ходе осуществления процесса оптического переключения от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию – от температуры электрохромного модуля R макс. (T).In this case, due to the preliminary removal of the curves of the current drop on the electrochromic module at a constant control voltage U ctrl. at two different temperatures of the electrochromic module T , performed in the course of experimental voltammetric measurements carried out at two temperatures of the electrochromic module, +22.74 ° C and + 59.82 ° C, in order to obtain the form of the linear dependence function U max. (T ) , as well as their subsequent conversion into the difference between the total resistance of the electrochromic module and the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module [ R full. - R o.v.i .. ] in accordance with Ohm's law, when also defined earlier in accordance with the above-described constant part of the offset R full. , two asymptotic points ( R max. T) were obtained for, respectively, two known temperatures of the electrochromic module, as indicated on the abscissa in FIG. 4 for the case T = +22.74 ° C. As a result of linear approximation by two obtained points of the form ( R max ; T) , the final form of the sought linear function of the dependence of the amplitude asymptote R max was obtained. - characteristic for the specific implementation of the electrochromic module used in this example, the maximum value of the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions, to which it tends during the process of optical switching from the initial optical state to the final optical state - from the temperature of the electrochromic module R max. ( T) .
Наконец, в результате определения следующих функциональных параметров работы электрохромного модуля в ходе предварительных экспериментов по его циклической вольтамперометрии: полного сопротивления электрохромного модуля R полн. , коэффициентов аппроксимации экспоненциальной регрессией с и k, а также амплитудной асимптоты R макс. совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. – была получена возможность определить функцию силы тока утечки I утечки от величины прикладываемого управляющего напряжения U упр. к использовавшемуся в рамках описываемого примера конкретной реализации электрохромному модулю с известным полным омическим сопротивлением R полн. , как асимптотический предел кривой падения тока на электрохромном модуле при постоянном управляющем напряжении Uупр.. В частности, он отмечен пунктирной линией на примере такого графика, приведенном на фиг. 3. Finally, as a result of determining the following functional parameters of the electrochromic module during preliminary experiments on its cyclic voltammetry: the total resistance of the electrochromic module R full. , coefficients of approximation by exponential regression with and k, as well as the amplitude asymptote R max. the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module R o.v.i. - it was possible to determine the function of the leakage current I leak from the value of the applied control voltage U control. to used in the framework of the described example of a specific implementation of an electrochromic module with a known impedance R full. , as the asymptotic limit of the current drop curve on the electrochromic module at a constant control voltage U control. ... In particular, it is marked with a dotted line in the example of such a graph shown in FIG. 3.
С целью проверки обеспечения заявленного технического результата согласно настоящему изобретению в ходе осуществления описываемого конкретного примера его реализации, описываемое, соответствующим образом запрограммированное для работы с конкретным применявшимся электрохромным модулем устройство для осуществления предлагаемого способа стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля использовалось для выполнения 50 000 последовательных циклов переключения модуля между его оптическими состояниями. В качестве независимого средства контроля оптического состояния модуля применялась оптическая и БИК- (ближнего инфракрасного диапазона) спектрофотометрия в пропускании модуля, осуществлявшаяся в диапазоне длин волн электромагнитного излучения от 375 до 1380 нм с использованием УФ/ВИЗ/ИК-спектрофотометра PerkinElmer Lambda 1050. По результатам сравнения спектров пропускания подвергавшегося циклическому переключению элктрохромного модуля в полностью окрашенном и обесцвеченном оптическом состояниях, измерявшихся до и после процедуры циклирования, было выявлено, что разница в оптическом контрасте модуля по прошествии 50 000 последовательных циклов его оптического переключения составила порядка 0,81 абс.% интенсивности. Одновременно с этим, параллельный спектрофотометрический контроль использовался также для подтверждения факта завершения процесса оптического переключения электрохромного модуля из начального в конечное его оптическое. В результате было выявлено, что величина среднеквадратичного отклонения от медианного значения скорости переключения модуля, регистрировавшегося на протяжении всех 50 000 последовательных циклов смены его оптического состояния, составила порядка 5,8 %; причем снятие процессором 6 устройства управляющего напряжения, подаваемого источником питания 1 на токовводящие шины устройства, происходило на протяжении всех актов оптического переключения модуля в ходе его циклирования при достижении величины совокупного изменения интенсивности оптического пропускания в видимом диапазоне длин волн электромагнитного спектра ΔTvis, составлявшей не менее чем 99,38 отн.% от медианного значения полного контраста электрохромного модуля, рассчитанного за все циклы его последовательного переключения. Общего снижения регистрируемой спектрофотометром скорости оптического переключения электрохромного модуля в ходе его циклирования также не наблюдалось.In order to verify the provision of the claimed technical result according to the present invention during the implementation of the described specific example of its implementation, the described device, appropriately programmed for operation with a specific used electrochromic module for implementing the proposed method of stabilized control of high-speed optical switching of an electrochromic module, was used to perform 50,000 consecutive cycles switching a module between its optical states. Optical and NIR (near infrared) spectrophotometry in the transmission of the module was used as an independent means of monitoring the optical state of the module, carried out in the range of electromagnetic radiation wavelengths from 375 to 1380 nm using a PerkinElmer Lambda 1050 UV / VIZ / IR spectrophotometer. By comparing the transmission spectra of a cyclically switched electrochromic module in a completely colored and discolored optical state, measured before and after the cycling procedure, it was found that the difference in the optical contrast of the module after 50,000 successive cycles of its optical switching was about 0.81 abs.% intensity ... At the same time, parallel spectrophotometric control was also used to confirm the completion of the process of optical switching of the electrochromic module from the initial to its final optical one. As a result, it was revealed that the value of the root-mean-square deviation from the median value of the switching speed of the module, recorded during all 50,000 successive cycles of changing its optical state, was about 5.8%; moreover, the removal of the control voltage by the
В качестве еще одного примера конкретной реализации предлагаемого изобретения, реализовывалось стабилизированное управление высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля, представлявшего собой многослойный стек, расположенный на поверхности подложки из пластиковой поливинилбутиральной пленки толщиной 0,2 мм; при этом слои стека были нанесены на поверхность подложки путем химического парофазного осаждения с температурным катализом в случае двух индивидуальных токопроводящих слоев – непосредственно прилегающего к подложке и внешнего относительно нее, а также путем экструзии под давлением в случае прочих материалов. Подложка электрохромного модуля и слоевая структура непосредственно самого модуля, расположенная на ее поверхности, имели прямоугольную форму со сторонами 108 см и 92 см; соответственно, площадь поверхности электрохромного модуля составляла 0,9936 м2. При этом тонкопленочные слои многослойного стека использовавшегося в примере конкретной реализации настоящего изобретения электрохромного модуля в порядке перечисления от поверхности пластиковой подложки наружу содержали следующие материалы: As another example of a specific implementation of the invention, a stabilized control of high-speed optical switching of an electrochromic module was implemented, which was a multilayer stack located on the surface of a substrate made of a plastic polyvinyl butyral film with a thickness of 0.2 mm; the layers of the stack were deposited on the surface of the substrate by chemical vapor deposition with temperature catalysis in the case of two individual conductive layers - directly adjacent to the substrate and external to it, as well as by extrusion under pressure in the case of other materials. The substrate of the electrochromic module and the layer structure of the module itself, located on its surface, had a rectangular shape with sides of 108 cm and 92 cm; accordingly, the surface area of the electrochromic module was 0.9936 m 2 . In this case, the thin-film layers of the multilayer stack used in an example of a specific implementation of the present invention of the electrochromic module in the order of listing from the surface of the plastic substrate to the outside contained the following materials:
субстехиометрический оксид фторида олова F-Sn-O, формирующий первый из двух токопроводящих слоев электрохромного модуля, непосредственно соприлегающих с областями обратимого введения ионов и расположенных с двух сторон от слоя, содержащего материал, формирующий проводящую ионы среду, связывающую между собой индивидуальные области обратимого введения ионов, таким образом ограничивая его между собой; substoichiometric tin fluoride oxide F-Sn-O, which forms the first of two conductive layers of the electrochromic module, directly adjacent to the regions of reversible introduction of ions and located on both sides of the layer containing the material, forming an ion-conducting medium, connecting the individual regions of reversible introduction of ions , thus limiting it among themselves;
электрохромный слой, представляющий собой стабилизированный в полимерной матрице раствор следующих материалов:an electrochromic layer, which is a solution of the following materials stabilized in a polymer matrix:
- инертный апротонный растворитель – 50 об.% пропиленкарбоната,- inert aprotic solvent - 50 vol.% propylene carbonate,
- метакриловая ненасыщенная олигомерно-мономерная композиция – 45 об.% «Акролат-18» - являющаяся формирующей электрохромный слой основообразующей полимерной матрицей для растворения в ней прочих функциональных компонент слоя,- methacrylic unsaturated oligomeric-monomeric composition - 45 vol.% "Acrolat-18" - which is the base-forming polymer matrix forming the electrochromic layer for dissolving other functional components of the layer in it,
- противоэлектродные по отношению друг к другу анодная и катодная электрохромные составляющие – соответственно, 0,008М 5,10-дигидро-5,10-диметилфеназина и смесь 0,010М 1,1’-дибензил–4,4’-дипиридиния диперхлората и 0,0030М 1,1”-(1,3-пропандиил)бис[1’-метил-4,4’бипиридиния] тетраперхлората – формирующие в полимерной матрице слоя гетерогенные области обратимого введения ионов,- anodic and cathodic electrochromic components counter-electrode with respect to each other - respectively, 0.008
- индифферентный электролит – смесь 0,015М перхлората лития и 0,005М тетрабутиламмония перхлората - формирующий в полимерной матрице слоя непосредственно проводящую ионы электролитическую среду, разделяющую гомогенно растворенные в полимерной матрице, выполняющие роль противоэлектродов гетерогенные области обратимого введения ионов,- an indifferent electrolyte - a mixture of 0.015 M lithium perchlorate and 0.005 M tetrabutylammonium perchlorate - forming a layer in the polymer matrix of a layer directly conducting ions electrolytic medium separating heterogeneous regions of reversible introduction of ions homogeneously dissolved in the polymer matrix, acting as counter electrodes,
а также вспомогательные стабилизирующие компоненты полимерной матрицы слоя:as well as auxiliary stabilizing components of the polymer matrix of the layer:
- фотоинициатор – 0,005М 2,2-диметокси-1,2-дифенилэтан-1-он,- photoinitiator - 0.005
- адгезив – 2 об.% 3-метакрилоксипропилтриметоксисилана,- adhesive - 2 vol.% 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane,
- оптический отбеливатель: 0,001М терфенила,- optical brightener: 0.001M terphenyl,
- пластификатор – 3 об.% диэтилфталата;- plasticizer - 3 vol.% diethyl phthalate;
и, наконец, третий индивидуальный слой, состоящий из субстехиометрического оксида фторида олова F-Sn-O, формирующий второй токопроводящий слой электрохромного модуля, непосредственно соприлегающий с гетерогенно распределенными в электрохромном слое областями обратимого введения ионов и расположенный с противоположной – относительно первого токопроводящего слоя - стороны от электрохромного слоя с растворенной в его полимерной матрице электролитической, проводящую ионы среды, связывающей между собой индивидуальные области обратимого введения ионов. and, finally, the third individual layer, consisting of substoichiometric oxide of tin fluoride F-Sn-O, which forms the second conductive layer of the electrochromic module, directly adjacent to the regions of reversible introduction of ions heterogeneously distributed in the electrochromic layer and located on the opposite side relative to the first conductive layer from the electrochromic layer with electrolytic dissolved in its polymer matrix, conducting the ions of the medium, connecting the individual regions of the reversible introduction of ions.
При этом, как было отмечено выше, формирование тонкопленочного электрохромного слоя осуществлялось экструзией предварительно смешанных в указанных пропорциях материалов слоя под давлением с последующей стабилизацией полимерной матрицы слоя, которая обеспечивалась выдерживанием под ультрафиолетом, с интенсивностью облучения 10 Вт/м2 в диапазоне 320 – 400 нм в течение 90 мин, а затем в термокамере при 70°С.In this case, as noted above, the formation of a thin-film electrochromic layer was carried out by extrusion of the layer pre-mixed in the indicated proportions under pressure, followed by stabilization of the polymer matrix of the layer, which was ensured by exposure to ultraviolet light, with an irradiation intensity of 10 W / m 2 in the range 320 - 400 nm for 90 min, and then in a heat chamber at 70 ° C.
При этом, аналогично первому ранее описанному примеру конкретной реализации изобретения, процессор 6 устройства для стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию был выполнен на основе программируемого контроллера на базе программно-аппаратной платформы STMicroelectronics семейства ST32F103. Контроллер обеспечивал стабильное питание нагрузки – подключенного управляемого электрохромного модуля - с обратной связью непосредственно от сети 220 В через преобразователь/стабилизатор напряжения Ezetil AC/DC 879920, выступавший в качестве фактического источника питания по отношению к управлявшемуся электрохромному модулю. Выходное напряжение от преобразователя подавалось на нагрузку по двум разнополюсным каналам (индивидуально для каждой из двух токовводящих шин). Рабочее напряжение составляло от 6 до 24 В; совокупное выходное напряжение на нагрузке стабилизированное - от 0,00 вольт до 4,05 В; ток длительной нагрузки составлял по 2 А на каждый из двух каналов, пиковое значение - до 3 А на каждом из двух каналов. In this case, similar to the first previously described example of a specific implementation of the invention, the
Подключение электрохромного модуля к разнополюсным нагрузочным каналам контроллера осуществлялось через две токовводящие шины, накладывавшиеся непосредственно на внешние относительно полимерного электрохромного слоя поверхности каждого из двух токопроводящих слоев, состоящих из субстехиометрического оксида фторида олова F-Sn-O. Каждая из двух использовавшихся разнополюсных токовводящих шин представляла собой медную ленту толщиной 200 мкм и шириной 25 мм, выполненную в виде замкнутого прямоугольного периметра со сторонами по внешнему контуру 106 и 90 см. Лента накладывалась на соответствующую токопроводящую поверхность электрохромного модуля таким образом, чтобы отступ от каждого из краев поверхности модуля составлял по 1 см. Таким образом, ограничиваемая внутри геометрического места всех точек наложения каждой из двух разнополюсных токовводящих шин на соответствующую токопроводящую поверхность электрохромного модуля прямоугольная замкнутая фигура имела, с учетом толщины медной ленты токовводящих шин, площадь, равнявшуюся 0,8585 м2, что соответствует 86% от всей площади токопроводящей поверхности электрохромного модуля. При этом, аналогично случаю первого примера конкретной реализации, токовводящая шина, накладывавшаяся на токопроводящую поверхность электрохромного модуля со стороны пластиковой подложки, также располагалась на пластиковой подложке предварительно нанесению многослойного тонкопленочного стека модуля. В качестве меры дополнительной фиксации, наложенные на токопроводящие поверхности электрохромного модуля разнополюсные токовводящие шины закреплялись в заданном положении при помощи клейкой каптоновой (поли-оксидифенилен-пиромеллитимидной) ленты DuPont Kapton Tape. The electrochromic module was connected to the multi-pole load channels of the controller through two current-carrying buses, which were superimposed directly on the surfaces of each of the two current-conducting layers, which are external relative to the polymer electrochromic layer, consisting of substoichiometric oxide of tin fluoride F-Sn-O. Each of the two used opposite-pole current-carrying buses was a
В качестве обратной связи применялись следующие показатели измерений: управляющее напряжение U упр. между токовводящими шинами; сила тока через электрохромный модуль I; а также температура электрохромного модуля T. Измерение напряжения осуществлялось непосредственно в точках подключения питающих проводов от токовводящих шин к выходам нагрузки с использованием аппаратного вольтметра в качестве средства измерения напряжения 7; с его же помощью проводилось также и амперометрическое измерение силы тока, осуществлявшееся посредством измерения напряжения на известном шунтирующем сопротивлении, подключенном параллельно электрохромному модулю (по аналогии со выше описываемого первого примера конкретной реализации). Температура электрохромного модуля измерялась с использованием датчика-термопары, также подключенного по шунту к аппаратному вольтметру, причем выводы термопары были закреплены на расстоянии 18 мм по направлению к центру функциональной поверхности электрохромного модуля от одной из меньших по длине сторон токовводящей шины, наложенной на токопроводящую поверхность электрохромного модуля, обращенную к стеклянной подложке модуля, с использованием той же каптоновой клейкой ленты, что использовалась и для фиксации соответствующей токовводящей шины.The following measurement indicators were used as feedback: control voltage U ctrl. between current-carrying buses; current strength through the electrochromic module I ; as well as the temperature of the electrochromic module T. The voltage was measured directly at the points of connection of the supply wires from the current-carrying buses to the load outputs using a hardware voltmeter as a
Для обеспечения обратной связи с процессором 6 и передачи ему на обработку измеренных значений управляющего напряжения U упр. , силы тока через электрохромный модуль I, температуры электрохромного модуля T и продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t, применялась цепь операционных усилителей, выполнявшая роль циклического базиса 10 в составе схемы устройства. Опрос процессором 6 внешних датчиков по цепи его обратной связи с циклическим базисом 10 осуществлялся с периодичностью: для значений управляющего напряжения U упр. , а также температуры электрохромного модуля T – каждые 0,4 с; а для силы тока через электрохромный модуль I, а также продолжительности t оптического переключения электрохромного модуля – каждые 200 мс. Точность стабилизации напряжения на контроллере составляла не мнее 0,01 В в диапазоне от 0,15 В до 0,20 В и 0,005 В в диапазоне от 0,20 В и до 4,05 В. To provide feedback with the
При этом процессор 6 осуществляет стабилизированное управление высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля в соответствии с приведенным выше описанием согласно представленному на фиг. 2 алгоритму. Для этого программа работы процессора была первоначально написана на высокоуровневом языке программирования C++, а затем преобразована в машинный код при помощи компилятора STMicroelectronics. Соответственно, процессор 6 управляющего устройства осуществляет вычисление величины электрического управляющего напряжения U упр. , прикладываемого между разнополюсными токовводящими шинами, необходимого для обеспечения максимального значения эффективной разности потенциалов U эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. с другой стороны, в соответствии с приведенным выше описанием способа стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля, а также промежуточные вспомогательные вычисления соответствующих значений совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.и.в. , амплитудной асимптоты R макс. , безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. и силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R полн. , на основании измеренных значений управляющего напряжения U упр. , силы тока через электрохромный модуль I, температуры электрохромного модуля T и продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t. В случае определения процессором устройства факта достижения измеренной силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, значения, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для измеренной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр. к электрохромному модулю с заданным полным омическим сопротивлением R полн. , процессор инициирует отключение приложения управляющего напряжения U упр. к разнополюсным токовводящим шинам через резистивный сброс напряжения с нагрузки. Кроме того инициация резистивного сброса напряжения с нагрузки осуществлялась процессором 6 согласно программе его работы в случае достижения измеренной температурой электрохромного модуля T значения, лежащего вне пределов диапазона, составляющего от –80 до +165 °С. In this case, the
Конфигурирование процессора 6 для соответствия конкретному экземпляру нагрузки (подключаемого управляемого электрохромного модуля) осуществлялось через ввод предварительно задаваемых параметров реализуемого способа управления: линейной функции зависимости величины безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U макс. от температуры электрохромного модуля T, величины максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин. , полного омического сопротивления электрохромного модуля R полн. , заданных аппроксимацией экспоненциальной регрессией коэффициентов c и k экспоненциальной зарядово-временной функциональной совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. от продолжительности оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, линейной функции зависимости амплитудной асимптоты R макс. от температуры электрохромного модуля T, а также функции расчета значения силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R полн. .The
Использовавшиеся в рамках данного примера конкретной реализации предварительно задаваемые параметры осуществляемого способа приведены в таблице ниже:The preset parameters of the implemented method used in this example of a specific implementation are shown in the table below:
Методы их определения были также аналогичны тем, что использовались для подготовки к осуществлению стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля из первого ранее описанного примера конкретной реализации согласно настоящему изобретению:The methods for their determination were also similar to those used to prepare for the implementation of the stabilized high-speed optical switching control of the electrochromic module from the first previously described example of a specific implementation according to the present invention:
Так, вид функции линейной зависимости U макс. (T) был определен путем предварительно проведенных экспериментов по циклической вольтамперометрии электрохромного модуля, стабилизированное управление высокоскоростным переключением которого осуществлялось в рамках описываемого примера конкретной реализации. Данные предварительные экспериментальные вольтамперометрические измерения осуществлялись при двух температурах электрохромного модуля, измерявшихся при помощи описанной выше термопары, регистрация детектирования температуры по которой в дальнейшем применялась и непосредственно при работе описываемого в примере устройства , и составивших +23,48 °С и + 47,31 °С; причем большая из указанных температур поддерживалась путем ИК-прогрева электрохромного модуля, а меньшая составила температуру электрохромного модуля при его нахождении в обычных лабораторных условиях без дополнительного внешнего теплового воздействия. В дальнейшем искомая функциональная зависимость была получена прямой линеаризацией по набору из двух точек (U макс. ; T).So, the form of the linear dependence function U max. (T ) was determined by preliminary cyclic voltammetry experiments of an electrochromic module, the stabilized high-speed switching control of which was carried out within the framework of the described example of a specific implementation. These preliminary experimental voltammetric measurements were carried out at two temperatures of the electrochromic module, measured using the thermocouple described above, the registration of temperature detection by which was subsequently used directly during the operation of the device described in the example, and amounted to +23.48 ° C and + 47.31 ° FROM; moreover, the largest of the indicated temperatures was maintained by IR heating of the electrochromic module, and the lower one was the temperature of the electrochromic module when it was in normal laboratory conditions without additional external heat exposure. Subsequently, the sought functional dependence was obtained by direct linearization over a set of two points ( U max ; T ).
Величина максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин.. определялась в точке максимального удаления от меньшей стороны квадрата контура наложения использовавшихся токовводящих шин, составлявшего в рамках описываемой, применявшейся в данном примере конкретной реализации геометрии токовводящих шин и поверхности электрохромного модуля соответственно 50,5 см. При этом поверхностное омическое сопротивление токопроводящих слоев использовавшегося электрохромного модуля, состоявших субстехиометрического оксида фторида олова F-Sn-O, составляло по 30 Ом/квадр. для каждого из двух индивидуальных токопроводящих слоев, как было экспериментально определено путем прямого измерения с использованием бесконтактной емкостной стратометрии. В результате результирующее максимальное падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U мин.. составило 0,15 В.The value of the maximum potential drop along the geometrical location of all points of overlapping of the current-carrying bus of the current-carrying surface of the electrochromic module U min. Was determined at the point of maximum distance from the smaller side of the square of the superposition contour of the current-carrying buses used, which was within the framework of the current-carrying bus geometry used in this example. and the surface of the electrochromic module, respectively, 50.5 cm. In this case, the surface ohmic resistance of the current-conducting layers of the used electrochromic module, consisting of substoichiometric oxide of tin fluoride F-Sn-O, was 30 Ohm / square. for each of the two individual conductive layers, as experimentally determined by direct measurement using contactless capacitive stratometry. As a result, the resulting maximum potential drop along the geometrical location of all points of overlap of the current-carrying bus of the current-carrying surface of the electrochromic module U min. Was 0.15 V.
Полное омическое сопротивление электрохромного модуля, как сумма постоянной части, а также вклада от совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и ,, зависящего в свою очередь от продолжительности протекания процесса переключения модуля от начального оптического состояния к конечному, а также от температуры электрохромного модуля, было также предварительно определено в ходе экспериментов по циклической вольтамперометрии электрохромного модуля, в рамках которых также был предварительно выявлен характерный для конкретного использовавшегося в данном примере реализации модуля вид функциональной зависимости U макс. (T). С этой целью график функции зависимости силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, от длительности приложения к электрохромному модулю постоянного внешнего напряжения от источника питания, установленного на значении 0,5 В был преобразован, в соответствии с законом Ома для участка цепи в график зависимости полного омического сопротивления электрохромного модуля R полн. от времени воздействия внешнего напряжения; после чего постоянное слагаемое в R полн. было определено как величина регистрируемого полного сопротивления в начальный момент времени t = 0.Full ohmic resistance electrochromic module as part of a constant amount, as well as the contribution of the total ohmic resistance regions reversible electrochromic ion introduction unit R OV, which depends in turn on the length of the flow process switching module from the initial to the final optical state, and also on the temperature of the electrochromic module, it was also preliminarily determined in the course of experiments on cyclic voltammetry of the electrochromic module, within the framework of which the form of the functional dependence U max, characteristic of the particular module used in this example, was also previously identified. (T ) . For this purpose, the graph of the function of the dependence of the current I flowing through the electrochromic module on the duration of the application to the electrochromic module of a constant external voltage from a power source set at a value of 0.5 V was converted, in accordance with Ohm's law for a section of the circuit, into a graph of the total ohmic resistance of the electrochromic module R full. from the time of exposure to external stress; after which the constant term in R is complete. was defined as the value of the recorded impedance at the initial time t = 0.
При этом экспериментальная кривая зависимости кривой зависимости выхода совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. на насыщение от продолжительности оптического переключения Rо.в.и.(t) была в результате также получена путем смещения графика зависимости полного омическое сопротивление электрохромного модуля от длительности приложения к электрохромному модулю постоянного внешнего напряжения от источника питания в ходе экспериментов по циклической вольтамперометрии модуля смещением последнего на величину оффсета, равную величине ранее определенного, согласно описанному выше, постоянного слагаемого в R полн. . При этом последующая аппроксимация такой пересчитываемой в разность полного сопротивления электрохромного модуля и совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля [R полн. - R о.в.и.. ] в соответствии с законом Ома кривой, полученной путем предварительного снятия в свою очередь кривой падения тока на электрохромном модуле при постоянном управляющем напряжении Uупр., экспоненциальной регрессией, осуществленной численным образом по методу наименьших квадратов, позволила в результате выявить коэффициенты с и k согласно уравнению (2) описания предлагаемого способа стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля выше, составившие в случае данного примера конкретной реализации - 0,26036 и 0,02226 соответственно.In this case, the experimental curve of the dependence of the curve of the yield of the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module R o.v.i. for saturation from the duration of optical switching R o.v.i. (t) was also obtained by shifting the graph of the dependence of the total ohmic resistance of the electrochromic module on the duration of the application to the electrochromic module of a constant external voltage from a power source during experiments on the cyclic voltammetry of the module by displacing the latter by an offset value equal to the value previously determined, according to the above described , a constant term in R is complete. ... In this case, the subsequent approximation of such a recalculated into the difference of the total resistance of the electrochromic module and the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module [ R complete. - R o.v.i .. ] in accordance with Ohm's law curve obtained by preliminary removal, in turn, of the current drop curve on the electrochromic module at a constant control voltage U ctrl. , by exponential regression, carried out numerically using the least squares method, as a result, it was possible to identify the coefficients c and k according to equation (2) describing the proposed method for stabilized control of high-speed optical switching of the electrochromic module above, which in the case of this example of a specific implementation were 0.26036 and 0 , 02226 respectively.
При этом за счет предварительного снятия кривых падения тока на электрохромном модуле при постоянном управляющем напряжении Uупр. при двух различных температурах электрохромного модуля T, выполненного в ходе экспериментальных вольтамперометрических измерений, осуществлявшихся при двух температурах электрохромного модуля, составивших +23,48 °С и + 47,31 °С, с целью описанного выше получения вида функции линейной зависимости U макс. (T), а также последующего их пересчета в разность полного сопротивления электрохромного модуля и совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля [R полн. - R о.в.и.. ] в соответствии с законом Ома, при также определенной ранее согласно описанному выше постоянной части оффсета R полн. , были получены две ассимптотические точки (R макс. T) для, соответственно, двух известных температур электрохромного модуля. В результате линейной аппроксимации по двум полученным точкам вида (R макс. ; T), был получен итоговый вид искомой линейной функции зависимости амплитудной асимптоты R макс. – характеристического для использовавшегося в данном примере конкретной реализации электрохромного модуля максимального значения совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов, к которому оно стремиться в ходе осуществления процесса оптического переключения от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию – от температуры электрохромного модуля R макс. (T).In this case, due to the preliminary removal of the curves of the current drop on the electrochromic module at a constant control voltage U ctrl. at two different temperatures of the electrochromic module T , performed in the course of experimental voltammetric measurements carried out at two temperatures of the electrochromic module, +23.48 ° C and + 47.31 ° C, in order to obtain the form of the linear dependence function U max described above. (T ) , as well as their subsequent conversion into the difference between the total resistance of the electrochromic module and the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module [ R full. - R o.v.i .. ] in accordance with Ohm's law, when also defined earlier in accordance with the above-described constant part of the offset R full. , were obtained two asymptotic points ( R max. T) for, respectively, two known temperatures of the electrochromic module. As a result of linear approximation by two obtained points of the form ( R max ; T) , the final form of the sought linear function of the dependence of the amplitude asymptote R max was obtained. - characteristic for the specific implementation of the electrochromic module used in this example, the maximum value of the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions, to which it tends during the process of optical switching from the initial optical state to the final optical state - from the temperature of the electrochromic module R max. ( T) .
Наконец, в результате определения следующих функциональных параметров работы электрохромного модуля в ходе предварительных экспериментов по его циклической вольтамперометрии: полного сопротивления электрохромного модуля R полн. , коэффициентов аппроксимации экспоненциальной регрессией с и k, а также амплитудной асимптоты R макс. совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R о.в.и. – была получена возможность определить функцию силы тока утечки I утечки от величины прикладываемого управляющего напряжения U упр. к использовавшемуся в рамках описываемого примера конкретной реализации электрохромному модулю с известным полным омическим сопротивлением R полн. , как асимптотический предел кривой падения тока на электрохромном модуле при постоянном управляющем напряжении Uупр.. Finally, as a result of determining the following functional parameters of the electrochromic module during preliminary experiments on its cyclic voltammetry: the total resistance of the electrochromic module R full. , coefficients of approximation by exponential regression with and k, as well as the amplitude asymptote R max. the total ohmic resistance of the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module R o.v.i. - it was possible to determine the function of the leakage current I leak from the value of the applied control voltage U control. to used in the framework of the described example of a specific implementation of an electrochromic module with a known impedance R full. , as the asymptotic limit of the current drop curve on the electrochromic module at a constant control voltage U control. ...
С целью проверки обеспечения заявленного технического результата согласно настоящему изобретению в ходе осуществления описываемого конкретного примера его реализации, описываемое, соответствующим образом запрограммированное для работы с конкретным применявшимся электрохромным модулем устройство для осуществления предлагаемого способа стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля использовалось для выполнения 50 000 последовательных циклов переключения модуля между его оптическими состояниями. В качестве независимого средства контроля оптического состояния модуля применялась оптическая и БИК- (ближнего инфракрасного диапазона) спектрофотометрия в пропускании модуля, осуществлявшаяся в диапазоне длин волн электромагнитного излучения от 375 до 1380 нм с использованием УФ/ВИЗ/ИК-спектрофотометра PerkinElmer Lambda 1050. По результатам сравнения спектров пропускания подвергавшегося циклическому переключению элктрохромного модуля в полностью окрашенном и обесцвеченном оптическом состояниях, измерявшихся до и после процедуры циклирования, было выявлено, что разница в оптическом контрасте модуля по прошествии 50 000 последовательных циклов его оптического переключения составила порядка 0,94 абс.% интенсовности. Одновременно с этим, параллельный спектрофотометрический контроль использовался также для подтверждения факта завершения процесса оптического переключения электрохромного модуля из начального в конечное его оптическое состояние. В результате было выявлено, что величина среднеквадратичного отклонения от медианного значения скорости переключения модуля, регистрировавшегося на протяжении всех 50 000 последовательных циклов смены его оптического состояния, составила порядка 3,4%; причем снятие процессором 6 устройства управляющего напряжения, подаваемого источником питания 1 на токовводящие шины устройства, происходило на протяжении всех актов оптического переключения модуля в ходе его циклирования при достижении величины совокупного изменения интенсивности оптического пропускания в видимом диапазоне длин волн электромагнитного спектра ΔTvis, составлявшей не менее чем 99,22 отн.% от медианного значения полного контраста электрохромного модуля, рассчитанного за все циклы его последовательного переключения. Общего снижения регистрируемой спектрофотометром скорости оптического переключения электрохромного модуля в ходе его циклирования также не наблюдалось.In order to verify the provision of the claimed technical result according to the present invention during the implementation of the described specific example of its implementation, the described device, appropriately programmed for operation with a specific used electrochromic module for implementing the proposed method of stabilized control of high-speed optical switching of an electrochromic module, was used to perform 50,000 consecutive cycles switching a module between its optical states. Optical and NIR (near infrared) spectrophotometry in the transmission of the module was used as an independent means of monitoring the optical state of the module, carried out in the range of electromagnetic radiation wavelengths from 375 to 1380 nm using a PerkinElmer Lambda 1050 UV / VIZ / IR spectrophotometer. By comparing the transmission spectra of a cyclically switched electrochromic module in a completely colored and decolorized optical state, measured before and after the cycling procedure, it was found that the difference in the optical contrast of the module after 50,000 successive cycles of its optical switching was about 0.94 abs.% intensity ... At the same time, parallel spectrophotometric control was also used to confirm the completion of the process of optical switching of the electrochromic module from its initial to its final optical state. As a result, it was revealed that the value of the root-mean-square deviation from the median value of the switching speed of the module, recorded during all 50,000 successive cycles of changing its optical state, was about 3.4%; moreover, the removal of the control voltage by the
Таким образом, на основании вышеизложенного, реализованный в рамках предлагаемого способа и с использованием описанного устройства процесс стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию продемонстрировал следующую совокупность искомых характеристик: стабильность процесса переключения, за счет единовременно реализованного поддержания значения эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в безопасных пределах окислительно-восстановительного потенциала на всем протяжении процесса циклирования модуля, наряду с отсутствием регистрировавшихся по итогам всего периода циклирования: накопления дефектов необратимого внедрения в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов электрохромного модуля, а также протекания паразитных тепловых эффектов при диссипации энергии в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов от приложения управляющего напряжения, обеспечивающего оптическое переключение от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, к электрохромному модулю, выражающихся в радикальном снижении величины контраста электрохромного модуля, а также последовательном росте длительности его переключения между крайними оптическими состояниями на протяжении всего периода циклирования; в результате чего была подтверждена возможность реализовать циклическую долговечность эксплуатации электрохромного модуля на уровне не менее 50 000 последовательных циклов переключения между оптическими состояниями; а также, наряду с этим, минимизацию длительности переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию за счет поддержания максимально допустимой, с точки зрения стабильности процесса переключения, эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в каждый момент времени протекания процесса его оптического переключения на протяжении всего периода циклирования модуля вследствие реализации предложенного алгоритма управления процессом его оптического переключения – что подтверждает достижение заявленного технического результата настоящего изобретения.Thus, based on the foregoing, the process of stabilized control of high-speed optical switching of the electrochromic module from the initial optical state to the final optical state, implemented within the framework of the proposed method and using the described device, demonstrated the following set of desired characteristics: the stability of the switching process, due to the simultaneous implementation of maintaining the effective potential differences between the regions of the reversible introduction of ions of the electrochromic module within the safe limits of the redox potential throughout the entire cycle of the module, along with the absence of the accumulation of irreversible implantation defects in the to the other role of counter electrodes in the regions of reversible introduction of ions of the electrochromic module, as well as the arazitic thermal effects during energy dissipation in regions of reversible introduction of ions acting in relation to each other as counter electrodes from the application of a control voltage providing optical switching from the initial optical state to the final optical state to the electrochromic module, which are expressed in a radical decrease in the contrast of the electrochromic module, and also a sequential increase in the duration of its switching between extreme optical states throughout the entire period of cycling; as a result, the possibility was confirmed to realize the cyclic service life of the electrochromic module at the level of at least 50,000 consecutive switching cycles between optical states; and also, along with this, minimization of the duration of switching the electrochromic module from the initial optical state to the final optical state by maintaining the maximum allowable, from the point of view of the stability of the switching process, effective potential difference between the regions of the reversible introduction of electrochromic ions that play the role of counter electrodes with respect to each other. the module at each time instant of its optical switching process throughout the entire cycle of the module due to the implementation of the proposed control algorithm for the process of its optical switching - which confirms the achievement of the claimed technical result of the present invention.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020123869A RU2743655C1 (en) | 2020-07-17 | 2020-07-17 | Method for stabilized control of high-speed optical switching of an electrochromic module and a device for using this method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020123869A RU2743655C1 (en) | 2020-07-17 | 2020-07-17 | Method for stabilized control of high-speed optical switching of an electrochromic module and a device for using this method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2743655C1 true RU2743655C1 (en) | 2021-02-20 |
Family
ID=74666185
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020123869A RU2743655C1 (en) | 2020-07-17 | 2020-07-17 | Method for stabilized control of high-speed optical switching of an electrochromic module and a device for using this method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2743655C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115167053A (en) * | 2021-04-07 | 2022-10-11 | Oppo广东移动通信有限公司 | Control method, electronic device, and computer-readable storage medium |
WO2024073942A1 (en) * | 2022-10-08 | 2024-04-11 | 中国科学院自动化研究所 | Electrochromic device control method and apparatus, electronic device, and storage medium |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110128606A1 (en) * | 2008-05-20 | 2011-06-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Electrochromic formulation and organic electrochromic switchable electronic component |
US20150362818A1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-12-17 | Sage Electrochromics, Inc. | Controlled switching for electrochromic devices |
WO2018199568A1 (en) * | 2017-04-27 | 2018-11-01 | 주식회사 엘지화학 | Electrochromic film |
-
2020
- 2020-07-17 RU RU2020123869A patent/RU2743655C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110128606A1 (en) * | 2008-05-20 | 2011-06-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Electrochromic formulation and organic electrochromic switchable electronic component |
US20150362818A1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-12-17 | Sage Electrochromics, Inc. | Controlled switching for electrochromic devices |
WO2018199568A1 (en) * | 2017-04-27 | 2018-11-01 | 주식회사 엘지화학 | Electrochromic film |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115167053A (en) * | 2021-04-07 | 2022-10-11 | Oppo广东移动通信有限公司 | Control method, electronic device, and computer-readable storage medium |
WO2024073942A1 (en) * | 2022-10-08 | 2024-04-11 | 中国科学院自动化研究所 | Electrochromic device control method and apparatus, electronic device, and storage medium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8218223B2 (en) | Process and apparatus for switching large-area electrochromic devices | |
JP3399967B2 (en) | Electrochromic window glass | |
US6297900B1 (en) | Electrophotochromic smart windows and methods | |
RU2743655C1 (en) | Method for stabilized control of high-speed optical switching of an electrochromic module and a device for using this method | |
EP2161615B1 (en) | Process and apparatus for switching large-area electrochromic devices | |
US5694144A (en) | Electrochromic system and its supply process | |
CN113490977B (en) | Method for controlling electrochromic device and method for controlling insulating glass unit | |
US6362806B1 (en) | Process for driving an electrochromic element | |
Bogati et al. | Sputtered Si3N4 and SiO2 electron barrier layer between a redox electrolyte and the WO3 film in electrochromic devices | |
WO2000017705A1 (en) | Method and apparatus for controlling an electrochromic device | |
US20200292902A1 (en) | Process and apparatus for switching redoxactive cells | |
US20200050071A1 (en) | Electrochromic devices | |
Soutar et al. | Electrochromic cell with UV-curable electrolyte polymer for cohesion and strength | |
Cogan et al. | Solar modulation in a-WO3/a-IrO2 and c-KxWO3+ (x/2)/a-IrO2 complementary electrochromic windows | |
RU2758579C2 (en) | Method and software and hardware complex for controlling electrochromic devices | |
US20200033686A1 (en) | Electrochromic device and method of driving the same, lens unit, image pickup apparatus, and window member | |
Cheng et al. | Investigation of mechanical bending instability in flexible low-temperature-processed electrochromic display devices | |
Meisel et al. | Large-scale electrochromic devices for smart windows and absorbers | |
RU2810917C1 (en) | Electrochromic device | |
CN114902128B (en) | Electrochromic device, method of making and operating the same | |
JPS63239424A (en) | System for driving electrochromic element | |
Mathew et al. | Study of Vacuum Deposited, Thin Film Transmissive Electrochromic Devices | |
AU749185B2 (en) | Electrophotochromic smart windows and methods | |
CN114902128A (en) | Electrochromic device, method of manufacturing and operating the same | |
Mathew et al. | Comparison of Fabrication Processes for Thin-Film Monolithic Electrochromic Devices |