WO2023232611A1 - Verfahren zur elektrischen steuerung eines elektrochromen funktionselements - Google Patents

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WO2023232611A1
WO2023232611A1 PCT/EP2023/063993 EP2023063993W WO2023232611A1 WO 2023232611 A1 WO2023232611 A1 WO 2023232611A1 EP 2023063993 W EP2023063993 W EP 2023063993W WO 2023232611 A1 WO2023232611 A1 WO 2023232611A1
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operating range
voltage
functional element
ocv
electrochromic functional
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PCT/EP2023/063993
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English (en)
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Inventor
Florence JACQUES
Yuhan Wang
Original Assignee
Saint-Gobain Glass France
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Publication date
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    • 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
    • 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
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an electrochromic functional element with electrically controllable optical properties, preferably an electrochromic functional element in a glazing unit, a glazing unit and a use of the glazing unit.
  • Functional elements with electrically controllable optical properties are used in the industrial production of glazing units.
  • Such glazing units are often composite panes in which a functional element is embedded, as disclosed, for example, in US 2021/0078300 A1.
  • the composite panes consist of at least one outer pane, an inner pane and an adhesive intermediate layer that flatly connects the outer pane to the inner pane.
  • Typical intermediate layers are polyvinyl butyral films, which, in addition to their adhesive properties, have high toughness and high acoustic attenuation.
  • the intermediate layer prevents the laminated glass pane from disintegrating if damaged.
  • the composite pane only gets cracks, but remains dimensionally stable.
  • the light transmission of electrochromic functional elements is typically controlled electrically, as disclosed, for example, in EP 1 517 293 A1.
  • Electrochromic functional elements have attracted great interest due to their potential applications in improving the functionality of homes and vehicles. Based on the use of electrolytes, electrochromic functional elements can be classified into various types, including gel, liquid and solid electrochromic functional elements. When assembling electrochromic functional elements with liquid or gel electrolytes, the working electrode and the counter electrode must be separated by a spacer, with the electrolyte being filled into a gap between them. The cavity is then sealed with, for example, epoxy resin. In order to prevent electrolytes from leaking from the liquid or gel-based electrochromic functional elements, complicated seal and edge designs are required.
  • polymeric thickeners such as PVA, PMMA, PVDF-HFP, etc.
  • the total amount of polymer matrix is generally less than 20% by weight to maintain appropriate ionic conductivity. Most of the electrolyte layer still contains liquid or gel and mechanical robustness remains an issue.
  • Solid-based electrochromic functional elements are desirable for many applications because They offer numerous advantages over liquid/gel-based electrochromic functional elements, such as higher safety, longer service life and the possibility of roll-to-roll processing. Examples of solid-based electrochromic functional elements are known, for example, from WO 2020056326 A1.
  • Electrochromic functional elements are commercially available as multilayer films.
  • the surface electrodes required to apply a voltage are arranged, for example, between two PET carrier films.
  • the functional element is cut out of the multilayer film in the desired size and shape and inserted between the two films of adhesive intermediate layer.
  • the surface electrodes are electrically connected to an electrical control unit (ECU) via flat conductors outside the composite pane.
  • the control unit is designed to apply an electrical control voltage between the surface electrodes.
  • Solid-based electrochromic functional elements are often very temperature sensitive, especially when they are operated at their maximum operating voltage.
  • the object of the present invention is to provide an improved method in which electrochromic and in particular solid-based electrochromic functional elements can be used and switched safely throughout their entire operating temperature range.
  • the object is achieved according to the invention by a method for controlling an electrochromic functional element or a glazing unit with an electrochromic functional element, wherein
  • control unit assigns an operating range for higher temperatures or an operating range for lower temperatures; and D) a control voltage assigned to the respective operating range is applied to the electrochromic functional element, at least until an open terminal voltage assigned to the respective operating range is reached, the first control voltage for the operating range for higher temperatures being smaller in magnitude than a second control voltage for the operating range for lower temperatures .
  • steps A and D a control voltage is applied by the control unit to the electrochromic functional element (i.e. between the surface electrodes of the electrochromic functional element). This takes place at least until an open terminal voltage specified in the control unit is reached.
  • the respective control voltage is switched off by opening the circuit and the voltage on the electrochromic functional element (i.e. between the surface electrodes of the electrochromic functional element) is measured. If the desired open terminal voltage has not yet been reached, the circuit is closed again and the control voltage is applied to the electrochromic functional element again. This process is repeated with a certain period, for example in the range from 1 s to 60 s, preferably from 5 s to 20 s and in particular every 5 s, until the respective desired open terminal voltage is reached.
  • Electrochromic functional elements switch more quickly from a transparent, clear operating state to a dark, non-transparent operating state or vice versa, the higher the control voltage applied. At the same time, however, the control voltage cannot be increased arbitrarily, since this leads to the destruction of an active layer of the electrochromic functional element. The higher its temperature, the more sensitive the active layer is to voltage.
  • the method according to the invention ensures that a lower control voltage is applied in an operating range with a higher temperature (higher a limit temperature TG) than in an operating range with a lower temperature (lower than the limit temperature).
  • the operating range is determined by the control unit based on the rate of change of voltage of the open terminal voltage, where the rate of change of voltage is an indirect measurement method for measuring the temperature of the electrochromic functional element.
  • the method according to the invention therefore has the advantage that a temperature sensor can be dispensed with and therefore the effort and costs in producing the glazing unit are reduced. At the same time, the circuit complexity can be kept very low.
  • the first open terminal voltage for the operating range for higher temperatures is smaller in magnitude than a second open terminal voltage for the operating range for lower temperatures.
  • step B the rate of change of voltage dOCV/dt is measured after a period of time t1 after opening the circuit of 1 s to 120 s, preferably 1 s to 60 s, particularly preferably from 5 s to 40 s. This ensures that the rate of change of voltage dOCV/dt can be measured in a range of values that can be easily recorded and reproducible electronically.
  • step D is carried out again.
  • Electrochromic functional elements according to the invention and in particular solid-based electrochromic functional elements have a long service life, during which they maintain their operating state (dark/transparent) without having to be “recharged” again by an external control voltage. Nevertheless, the open terminal voltage and thus the state of charge of the electrochromic functional element can change over time. To ensure the function, regular checking and recharging after a period of time t2 is advantageous.
  • step D is carried out again.
  • step A and the following steps are carried out again.
  • step A has the advantage that temperature changes of the electrochromic functional element are checked regularly and the operating range (for higher temperatures/for lower temperatures) is adjusted, which protects the electrochromic functional layer from damage and increases its service life.
  • a “transparent” operating mode or a “dark” operating mode is selected before step A and the respective control voltages for the different operating ranges as well as the respective open terminal voltages are selected depending on the operating mode.
  • the operating mode is usually selected by a human operator who switches on the electrochromic functional element and thereby selects the “transparent” or “dark” operating mode. In principle, this can also be triggered by an automatic system that is coupled to or integrated into the control unit, for example by a light sensor that measures solar radiation. It goes without saying that in addition to a maximally transparent and a maximally dark state, intermediate states can also be selected.
  • step C in the "transparent" operating mode for voltage change rates dOCV/dt of > V_trans, the operating range for lower temperatures (RT) and otherwise the operating range for higher temperatures (HT) is selected; and in the operating mode " dark” for voltage change rates dOCV/dt of ⁇ V_dark the operating range for lower temperatures (RT) and otherwise the operating range for higher temperatures (HT) is selected.
  • step C the operating mode becomes “transparent” for voltage change rates
  • the operating range for higher temperatures is selected such that it corresponds to temperatures T greater than a limit temperature TG and the operating range for lower temperatures T corresponds to less than or equal to the limit temperature TG.
  • the limit temperature TG is preferably selected from the range from 40°C to 70°C, preferably from 55°C to 65°C.
  • the method according to the invention can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in the control unit.
  • the invention further relates to a composite pane with an electrochromic functional element, at least comprising: an outer pane and an inner pane, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer (also called an adhesive layer), an electrochromic functional element which is arranged between the outer pane and the inner pane and wherein the electrochromic functional element has an active layer with electrically controllable optical properties between a first surface electrode and a second surface electrode.
  • an electrochromic functional element at least comprising: an outer pane and an inner pane, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer (also called an adhesive layer), an electrochromic functional element which is arranged between the outer pane and the inner pane and wherein the electrochromic functional element has an active layer with electrically controllable optical properties between a first surface electrode and a second surface electrode.
  • the invention also includes a glazing unit.
  • the composite pane, the glazing unit and the method are presented together, with explanations and preferred embodiments relating equally to the glazing unit and the method. If preferred features are described in connection with the method, it follows that the glazing unit is also preferably designed and suitable accordingly. Conversely, if preferred features are described in connection with the glazing unit, it follows that the method is also preferably carried out accordingly.
  • the glazing unit according to the invention with electrochromic functional element comprises the composite pane according to the invention and a control unit for electrically controlling the optical properties of the electrochromic functional element, the control unit being intended to carry out the method according to the invention.
  • the glazing unit preferably comprises the composite pane consisting of at least one outer pane and an inner pane, which are connected to one another via at least one thermoplastic intermediate layer.
  • the electrochromic functional element is typically embedded in the thermoplastic intermediate layer.
  • the glazing unit is intended to separate the interior from the external environment in a window opening or roof opening, for example of a vehicle, a building or a room.
  • the inner pane refers to the pane facing the interior.
  • the outer pane refers to the pane that faces the external environment.
  • the thermoplastic intermediate layer serves to connect the two panes.
  • the thermoplastic intermediate layer contains at least one thermoplastic polymer, preferably ethylene vinyl acetate (EVA), polyvinyl butyral (PVB) or polyurethane (PU) or mixtures or copolymers or derivatives thereof, particularly preferably PVB.
  • the intermediate layer is typically formed from a thermoplastic film.
  • the thickness of the intermediate layer is preferably from 0.2 mm to 2 mm, particularly preferably from 0.3 mm to 1 mm.
  • the outer pane and the inner pane are preferably made of glass, in particular of soda lime glass, which is common for window panes.
  • the panes can also be made from other types of glass (for example borosilicate glass, quartz glass, aluminosilicate glass) or transparent plastics (for example polymethyl methacrylate or polycarbonate).
  • the thickness of the outer pane and the inner pane can vary widely. Discs with a thickness in the range from 0.8 mm to 5 mm, preferably from 1.4 mm to 2.5 mm, are preferably used, for example those with the standard thicknesses of 1.6 mm or 2.1 mm.
  • the outer pane, the inner pane and the thermoplastic intermediate layer can be clear and colorless, but also tinted or colored.
  • a corresponding glazing unit as a windshield must have sufficient light transmission in the central viewing area, preferably at least 70% in the main viewing area A according to ECE-R43.
  • the outer pane and the inner panes can independently be non-prestressed, partially prestressed or prestressed. If at least one of the panes is to have a prestress, this can be a thermal or chemical prestress.
  • the outer pane, the inner pane and/or the intermediate layer can have other suitable, known coatings, for example anti-reflective coatings, non-stick coatings, anti-scratch coatings, photocatalytic coatings or sun protection coatings or low-E coatings.
  • the outer pane and the inner pane are laminated together via the intermediate layer, for example by autoclave processes, vacuum bag processes, vacuum ring processes, calender processes, vacuum laminators or combinations thereof.
  • the outer pane and inner pane are usually connected under the influence of heat, vacuum and/or pressure.
  • the glazing unit comprises an electrochromic functional element, which is preferably embedded in the intermediate layer.
  • the functional element is typically arranged between at least two layers of thermoplastic material of the intermediate layer, being connected to the outer pane by the first layer and to the inner pane through the second layer.
  • Such a functional element comprises at least one active layer which is arranged between a first carrier film and a second carrier film.
  • the active layer has the variable optical properties that can be controlled by an electrical voltage applied to the active layer.
  • electrically controllable optical properties are understood to mean properties that can be continuously controlled, but also those that can be switched between two or more discrete states.
  • the optical properties relate in particular to the light transmission and/or the scattering behavior.
  • the electrochromic functional element also includes surface electrodes for applying the voltage to the active layer, which are preferably arranged between the carrier films and the active layer.
  • the electrochromic functional element is a solid-based electrochromic functional element.
  • Such solid-based electrochromic functional elements only require a low control voltage of a few volts and have a long service life of several hours without self-discharge.
  • control unit is provided for determining the rate of change in voltage of the open terminal voltage (and thus a temperature) of the electrochromic functional element and, depending on the rate of change in voltage (and thus the temperature), for determining electrical control voltages that can be applied to the electrochromic functional element .
  • the surface electrodes and the active layer are arranged essentially parallel to the surfaces of the outer pane and the inner pane.
  • the surface electrodes are connected or connectable to the control unit.
  • the electrical contact, as well as the connection to the energy source of the active layer, is implemented by suitable connecting cables, for example flat conductors or foil conductors, which optionally use so-called Bus bars, for example strips of an electrically conductive material or electrically conductive prints, are connected to the surface electrodes.
  • the thickness of the functional element is, for example, from 0.4 mm to 1 mm.
  • the surface electrodes are preferably designed as transparent, electrically conductive layers.
  • the surface electrodes preferably contain at least one metal, a metal alloy or a transparent conductive oxide (transparent conducting oxide, TCO).
  • the surface electrodes can contain, for example, silver, gold, copper, nickel, chromium, tungsten, indium tin oxide (ITO), gallium-doped or aluminum-doped zinc oxide and/or fluorine-doped or antimony-doped tin oxide.
  • the surface electrodes preferably have a thickness of 10 nm (nanometers) to 2 pm (micrometers), particularly preferably 20 nm to 1 pm, very particularly preferably 30 nm to 500 nm.
  • the glazing unit does not have a temperature sensor or other components for direct temperature measurement. This is not necessary because the operating range is determined only by measuring and evaluating the rate of change in voltage.
  • a further aspect of the invention relates to a vehicle, in particular a car, with the glazing unit according to the invention.
  • a further aspect of the invention includes the use of the glazing unit according to the invention in means of transport for transport on land, in the air or on water, in particular in motor vehicles, for example as a windshield, rear window, side window and / or roof window, as well as as a functional individual piece, and as a built-in part in Furniture, equipment and buildings.
  • Figure 1 is a schematic representation of a glazing unit
  • Figure 2A shows a diagram of the measurement of the open terminal voltage OCV of an electrochromic functional element plotted against the time after opening/interrupting the circuit in the “transparent” operating mode
  • Figure 2B shows a diagram of the measurement of the open terminal voltage OCV of an electrochromic functional element plotted against the time after opening/interrupting the circuit in the “dark” operating mode
  • 3A shows a diagram of the measurement of the rate of change of voltage dOCV/dt of the open terminal voltage OCV of an electrochromic functional element plotted against the time after opening/interrupting the circuit in the “transparent” operating mode
  • 3B shows a diagram of the measurement of the rate of change of voltage dOCV/dt of the open terminal voltage OCV of an electrochromic functional element plotted against the time after opening/interrupting the circuit in the “dark” operating mode
  • FIG. 4 is a schematic representation of an embodiment of the invention
  • Figure 5 shows a schematic representation of a further embodiment of the method according to the invention.
  • the components described represent features of the invention that are to be considered independently of one another, which can also be viewed individually or in a combination other than that shown as part of the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a glazing unit 100, which can be installed, for example, in a motor vehicle or in a building.
  • the glazing unit 100 comprises a composite pane 1.
  • the composite pane 1 comprises an outer pane 1a and an inner pane 1b, which are connected to one another via an intermediate layer 3.
  • the outer pane 1a has a thickness of 2.1 mm and consists of soda-lime glass.
  • the inner pane 1b has a thickness of 1.6 mm and consists of a clear soda-lime glass.
  • the composite pane 1 is equipped in a central area with an electrochromic functional element 2, which is embedded in the intermediate layer 3.
  • the intermediate layer 3 comprises a total of three thermoplastic layers, each of which is formed by a thermoplastic film made of PVB with a thickness of 0.38 mm.
  • the first thermoplastic layer 3a is connected to the outer pane 1a, the second thermoplastic layer 3b to the inner pane 1b.
  • the intermediate third thermoplastic layer surrounds the tailored electrochromic functional element 2 essentially flush on all sides.
  • the electrochromic functional element 2 is therefore embedded all around in thermoplastic material and is therefore protected.
  • the electrochromic functional element 2 is a multilayer film, for example made of a flexible, transparent plastic carrier film 8, a (first) surface electrode 10a, an active layer 9 and a (second) surface electrode 10b.
  • the active layer 9 preferably consists of an electrolyte layer 9.1, for example an organic solid electrolyte, and an ion storage layer 9.2.
  • the plastic carrier film 8 is, for example, a PET film.
  • the thickness of the multilayer film is, for example, 0.3 mm.
  • the surface electrodes 10 consist, for example, of an indium-tin oxide (ITO) layer with a sheet resistance between 10 ohms/square to 100 ohms/square.
  • ITO indium-tin oxide
  • the electrochromic functional element 2 is colored blue to gray/violet, preferably blue or gray or violet.
  • the transmission TL is 1.3% to 9% in the dark switching state and 32% to 63% in the clear (transparent) state with a contrast between 7 and 24.
  • a UV filter is advantageously arranged between the electrochromic functional element 2 and the outside of the composite pane 1, for example through a PVB intermediate layer 3a or 3b with UV-filtering properties. This protects the electrochromic functional element 2 from premature aging.
  • the glazing unit 100 also includes a control unit 11 (also called ECU in a motor vehicle), which is electrically connected to the surface electrodes 10 of the electrochromic functional element 2, so that an electrical voltage U can be applied to the functional element 2.
  • a control unit 11 also called ECU in a motor vehicle
  • the electrical (control) voltage U applied between two surface electrodes 10a, 10b of the electrochromic functional element 2 is a direct voltage or a pulsed direct voltage.
  • the control unit 11 is, for example, equipped with a DC-DC converter, which converts an on-board voltage (primary voltage) into a suitable DC voltage with a lower magnitude, for example 1.2 V to 1.8 V (secondary voltage).
  • the optical properties of the glazing unit 100 are controlled by the control unit 11.
  • the control unit 11 is electrically conductively connected to the two transparent surface electrodes 10a, 10b of the electrochromic functional element 2.
  • Figure 2A shows a diagram of the measurement of the open terminal voltage OCV of an electrochromic functional element 2 plotted against the time period Time after opening/interrupting the circuit in the “transparent” operating mode.
  • the “transparent” operating mode corresponds to the transparent or clear state of the electrochromic functional element 2.
  • the open terminal voltage OCV is higher for higher temperatures than for lower ones and can therefore be used for indirect temperature measurement.
  • Figure 2B shows a diagram of the measurement of the open terminal voltage OCV of an electrochromic functional element 2 plotted against the time period Time after opening/interrupting the circuit in the “dark” operating mode.
  • the “dark” operating mode corresponds to the tinted and largely non-transparent state of the electrochromic functional element 2.
  • the open terminal voltage OCV is higher for higher temperatures than for lower ones and can therefore be used for indirect temperature measurement.
  • Figure 3A shows a diagram of the measurement of the rate of change of voltage dOCV/dt of the open terminal voltage OCV of an electrochromic functional element 2 plotted against the period of time after opening/interrupting the circuit in the “transparent” operating mode.
  • the rate of change of voltage dOCV/dt is smaller for higher temperatures over the entire course of the measurement shown than for lower temperatures and can therefore be used for indirect temperature measurement.
  • Figure 3B shows a diagram of the measurement of the rate of change of voltage dOCV/dt of the open terminal voltage OCV of an electrochromic functional element 2 plotted against the period of time after opening/interrupting the circuit in the “dark” operating mode.
  • the rate of change of voltage dOCV/dt is greater for higher temperatures over the entire course of the measurement shown than for lower temperatures and can therefore be used for indirect temperature measurement.
  • Figure 4 shows a schematic flow diagram of the method according to the invention for controlling an electrochromic functional element 2 or a glazing unit 100 with electrochromic functional element 2.
  • the electrochromic functional element 2 or the glazing unit 100 can be designed, for example, as shown and described in Figure 1.
  • a first control voltage U_HT is applied by a control unit 11 between the surface electrodes 10 of the electrochromic functional element 2. This takes place at least until a first open terminal voltage OCV_HT defined in the control unit 11 is reached.
  • the respective control voltage is switched off by opening the circuit and the voltage between the surface electrodes 10 of the electrochromic functional element 2 is measured. If the respective open terminal voltage has not yet been reached, the circuit is closed again and the control voltage is applied again to the surface electrodes 10 of the electrochromic functional element 2. This process is repeated with a certain period, for example in the range from 1 s to 60 s, preferably from 5 s to 20 s and in particular every 5 s, until the respective open terminal voltage (here OCV_HT) is reached.
  • the open terminal voltage OCV_HT is selected for the higher temperature operating range HT in order to protect the electrochromic functional element 2 from too high a voltage at temperatures higher than the limit temperature TG.
  • a second step B the rate of change of voltage dOCV/dt of the open terminal voltage OCV is measured after opening the circuit and switching off the control voltage U_HT.
  • control unit 11 selects, depending on the rate of change of voltage dOCV/dt, whether the electrochromic functional element 2 is operated in the operating range for higher temperatures HT or in the operating range for lower temperatures RT.
  • a control voltage U_HT, U_RT assigned to the respective operating range (HT/RT) is applied to the electrochromic functional element 2, at least until an open terminal voltage OCV_HT, OCV_RT assigned to the respective operating range HT/RT is reached.
  • a first step S1 the respective operating mode “transparent” or “dark” is selected. This is usually done by a human operator who switches on the electrochromic functional element 2 and thereby selects the “transparent” or “dark” operating mode. In principle, this can also be triggered by an automatic system that is coupled to or integrated into the control unit 11, for example a light sensor that measures the solar radiation.
  • the suitable control voltages U_HT, U_RT and the associated open terminal voltages OCV_HT, OCV_RT as well as the conditions for the operating ranges HT, RT are specified.
  • a first control voltage U_HT_trans is applied to the electrochromic functional element 2 until an open terminal voltage OVC of greater than or equal to an open terminal voltage OCV_HT_trans defined in the control unit 11 is reached.
  • This method step S1 corresponds to step A of the method set out in FIG.
  • step S3 analogous to step B of FIG. 4, the voltage change rate dOCV/dt of the open terminal voltage OCV is measured after opening the circuit and switching off the control voltage U_HT_trans.
  • step S4 (which corresponds to step C of FIG. 4), the control unit 11 selects, depending on the rate of change of voltage dOCV/dt, whether the electrochromic functional element 2 is operated in the operating range for higher temperatures HT or in the operating range for lower temperatures RT .
  • the operating range for lower temperatures RT is selected for voltage change rates dOCV/dt greater than a limit speed V_trans and otherwise the operating range for higher temperatures HT.
  • a control voltage U_RT_trans is applied to the electrochromic functional element 2, at least up to an open terminal voltage assigned to the operating range RT OCV_RT_trans is reached.
  • Optimal values for the control voltage U_RT_trans, the open terminal voltage OCV_RT_trans and the limit speed V_trans depend on the respective system (i.e. the type and dimensions of the electrochromic functional element) and can be determined, for example, based on the measurements according to FIG. 3A for a specific series of glazing units 100.
  • the electrochromic functional element 2 After reaching the open terminal voltage OCV_RT_trans, the electrochromic functional element 2 generally remains in the desired operating mode, i.e. transparent here, for a longer period of time.
  • step S5 of the method can be repeated again after a period of time t2 of 10 minutes to 10 hours and for example 60 minutes and the control voltage U_RT_trans can be applied again to the electrochromic functional element 2.
  • step S2 after a period of time t4 of preferably 30 minutes to 300 minutes and for example 60 minutes, the method can be repeated from step S2 and the optimal operating range (RT/HT) can thus be checked or corrected.
  • t4 preferably 30 minutes to 300 minutes and for example 60 minutes
  • a control voltage U_HT_trans is applied to the electrochromic functional element 2, at least up to an open terminal voltage assigned to the operating range HT OCV_HT_trans is reached.
  • Optimal values for the control voltage U_HT_trans, the open terminal voltage OCV_HT_trans and the limit speed V_trans depend on the respective system (ie the type and dimensions of the electrochromic functional element) and can be determined, for example, based on the measurements according to FIG. 3A for a specific series of glazing units 100.
  • the electrochromic functional element 2 After reaching the open terminal voltage OCV_HT_trans, the electrochromic functional element 2 generally remains in the desired operating mode, ie transparent here, for a longer period of time.
  • step S5 of the method can be repeated again after a period of time t2 of 10 minutes to 10 hours and, for example, 60 minutes, and the control voltage U_HT_trans can be applied again to the electrochromic functional element 2.
  • step S2 after a period of time t4 of preferably 30 minutes to 300 minutes and for example 60 minutes, the method can be repeated from step S2 and the optimal operating range (RT/HT) can thus be checked or corrected.
  • t4 preferably 30 minutes to 300 minutes and for example 60 minutes
  • a first control voltage U_HT_dark is applied to the electrochromic functional element 2 until an open terminal voltage OVC of greater than or equal to an open terminal voltage OCV_HT_dark set in the control unit 11 is reached.
  • This method step S1 corresponds to step A of the method set out in FIG.
  • step S3 analogous to step B in FIG. 4, the voltage change rate dOCV/dt of the open terminal voltage OCV is measured after the circuit has been opened and the control voltage U_HT_dark has been switched off.
  • step S4 (which corresponds to step C of FIG. 4), the control unit 11 selects, depending on the rate of change of voltage dOCV/dt, whether the electrochromic functional element 2 is operated in the operating range for higher temperatures HT or in the operating range for lower temperatures RT .
  • the operating range for lower temperatures RT is selected for voltage change rates dOCV/dt greater than a limit speed V_dark and otherwise the operating range for higher temperatures HT.
  • the limit speeds V_trans and V_schwarz can be the same or different.
  • step S5 (which corresponds to step D in FIG. 4), a control voltage U_RT_dark is sent to the electrochromic Functional element 2 is applied, at least until an open terminal voltage OCV_RT_dark assigned to the operating range RT is reached.
  • control voltage U_RT_dark the open terminal voltage OCV_RT_dark and the limit speed V_dark depend on the respective system (i.e. the type and dimensions of the electrochromic functional element) and can be determined, for example, based on the measurements according to FIG. 3A for a specific series of glazing units 100.
  • the electrochromic functional element 2 After reaching the open terminal voltage OCV_RT_dark, the electrochromic functional element 2 generally remains in the desired operating mode for a longer period of time, i.e. here dark or non-transparent.
  • step 5 of the method can be repeated again after a period of time t2 of 10 minutes to 10 hours and for example 60 minutes and the control voltage U_RT_dark can be applied to the electrochromic functional element 2 again.
  • step S2 after a period of time t4 of preferably 30 min to 300 min and for example 60 min, the process can be repeated from step S2 and the optimal operating range (RT/HT) can thus be checked or corrected.
  • t4 preferably 30 min to 300 min and for example 60 min
  • a control voltage U_HT_dark is applied to the electrochromic functional element 2, at least up to an open terminal voltage assigned to the operating range HT OCV_HT_dark is reached.
  • Optimal values for the control voltage U_HT_darken, the open terminal voltage OCV_HT_darken and the limit speed V_darken depend on the respective system (i.e. the type and dimensions of the electrochromic functional element) and can be determined, for example, based on the measurements according to FIG. 3A for a specific series of glazing units 100.
  • step S5 of the method can be repeated again after a period of time t2 of preferably 10 minutes to 10 hours and for example 60 minutes and the control voltage U_HT_dark can be applied again to the electrochromic functional element 2.
  • step S2 after a period of time t4 of preferably 30 minutes to 300 minutes and for example 60 minutes, the method can be repeated from step S2 and the optimal operating range (RT/HT) can thus be checked or corrected.
  • t4 preferably 30 minutes to 300 minutes and for example 60 minutes
  • control voltages U_RT/HT_trans/dark the optimal values for the control voltages U_RT/HT_trans/dark, the open terminal voltages OCV_RT/HT_trans/dark and the limit speeds V_trans/dark depend on the respective system (i.e. the type and dimensions of the electrochromic functional element).
  • a great advantage of the present invention is to easily determine the operating range depending on the temperature and to easily output a suitable control voltage to the electrochromic functional element 2, so that a long service life of the electrochromic functional element 2 is guaranteed.
  • Control unit ECU (electronic control unit)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines elektrochromen Funktionselements (2) sowie einer Verglasungseinheit (100) mit elektrochromen Funktionselement (2), wobei: A) eine erste Steuerspannung (U_HT) durch eine Steuereinheit (11) an das elektrochrome Funktionselement (2) zumindest bis zum Erreichen einer ersten offenen Klemmenspannung (OCV_HT) angelegt wird; B) die erste Steuerspannung (U_HT) durch Öffnen des Stromkreises abgeschaltet und eine Spannungsänderungsgeschwindigkeit (dOCV/dt) der offenen Klemmenspannung (OCV) gemessen wird; C) in Abhängigkeit der Spannungsänderungsgeschwindigkeit (dOCV/dt), durch die Steuereinheit (11), ein Betriebsbereich für höhere Temperaturen (HT) oder ein Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen (RT) zugeordnet wird; D) eine dem jeweiligen Betriebsbereich (HT/RT) zugeordnete Steuerspannung (U_HT, U_RT) an das elektrochrome Funktionselement (2) angelegt wird, zumindest bis eine dem jeweiligen Betriebsbereich (HT/RT) zugeordnete offene Klemmenspannung (OCV_HT, OCV_RT) erreicht wird, wobei die erste Steuerspannung (U_HT) für den Betriebsbereich für höhere Temperaturen (HT) betragsmäßig kleiner ist als eine zweite Steuerspannung (U_RT) für den Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen (RT).

Description

Verfahren zur elektrischen Steuerung eines elektrochromen Funktionselements
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines elektrochromen Funktionselements mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften, bevorzugt eines elektrochromen Funktionselements in einer Verglasungseinheit, eine Verglasungseinheit sowie eine Verwendung der Verglasungseinheit.
Funktionselemente mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften werden in der industriellen Produktion von Verglasungseinheiten eingesetzt. Derartige Verglasungseinheiten sind häufig Verbundscheiben, in die ein Funktionselement eingebettet ist, wie es beispielsweise in der US 2021/0078300 A1 offenbart ist. Die Verbundscheiben bestehen aus mindestens einer Außenscheibe, einer Innenscheibe und einer klebefähigen Zwischenschicht, die die Außenscheibe mit der Innenscheibe flächig verbindet. Typische Zwischenschichten sind dabei Polyvinylbutyralfolien, die neben ihren Klebeeigenschaften eine hohe Zähigkeit und eine hohe akustische Dämpfung aufweisen. Die Zwischenschicht verhindert den Zerfall der Verbundglasscheibe bei einer Beschädigung. Die Verbundscheibe bekommt lediglich Sprünge, bleibt aber formstabil. Die Lichtdurchlässigkeit von elektrochromen Funktionselementen wird typischerweise elektrisch gesteuert, wie beispielsweise in der EP 1 517 293 A1 offenbart.
Elektrochrome Funktionselemente haben aufgrund ihrer potenziellen Anwendungen zur Verbesserung der Funktionalität von Häusern und Fahrzeugen großes Interesse gefunden. Basierend auf der Verwendung von Elektrolyten können elektrochrome Funktionselemente in verschiedene Typen eingeteilt werden, einschließlich Gel-, Flüssigkeits- und Feststoff- elektrochrome Funktionselemente. Bei der Montage von elektrochromen Funktionselementen mit Flüssig- oder Gelelektrolyten müssen die Arbeitselektrode und die Gegenelektrode durch einen Abstandshalter getrennt werden, wobei der Elektrolyt in einen Spalt zwischen ihnen eingefüllt wird. Der Hohlraum wird dann beispielsweise mit Epoxidharz verschlossen. Um ein Austreten der Elektrolyte aus den flüssigen oder gelbasierten elektrochromen Funktionselementen zu verhindern, sind komplizierte Dichtungs- und Kantenkonstruktionen erforderlich. Obwohl die Zugabe von polymeren Verdickungsmitteln (wie PVA, PMMA, PVDF- HFP usw.) zur Bildung von Gelelektrolyten Leckageprobleme minimieren kann, liegt die Gesamtmenge der Polymermatrix im Allgemeinen unter 20 Gew.-%, um die geeignete lonenleitfähigkeit aufrechtzuerhalten. Der Großteil der Elektrolytschicht enthält immer noch Flüssigkeit oder Gel, und die mechanische Robustheit bleibt ein Problem.
Elektrochrome Funktionselemente auf Feststoff-Basis (auch Festkörper-basierte elektrochrome Funktionselemente genannt) sind für viele Anwendungen wünschenswert, da sie zahlreiche Vorteile gegenüber Flüssig-/Gel-basierten elektrochromen Funktionselementen bieten, wie höherer Sicherheit, längerer Lebensdauer und der Möglichkeit der Walzen-zu- Rolle-Verarbeitung. Beispiele für elektrochrome Funktionselemente auf Feststoff-Basis sind beispielsweise aus der WO 2020056326 A1 bekannt.
Elektrochrome Funktionselemente sind als Mehrschichtfolien kommerziell erhältlich. Die zum Anlegen einer Spannung erforderlichen Flächenelektroden sind beispielsweise zwischen zwei PET-Trägerfolien angeordnet. Bei der Herstellung der Verglasungseinheit wird das Funktionselement in der gewünschten Größe und Form aus der Mehrschichtfolie herausgeschnitten und zwischen die zwei Folien aus klebefähiger Zwischenschicht eingelegt. Die Flächenelektroden werden über Flachleiter außerhalb der Verbundscheibe mit einer elektrischen Steuereinheit (ECU) elektrisch leitend verbunden. Die Steuereinheit ist dabei zum Anlegen einer elektrischen Steuerspannung zwischen den Flächenelektroden ausgebildet.
Feststoff-basierte elektrochrome Funktionselemente sind oftmals sehr temperaturempfindlich, insbesondere, wenn sie mit ihrer maximalen Betriebsspannung betrieben werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren bereitzustellen, bei dem elektrochrome und insbesondere Feststoff-basierte elektrochrome Funktionselemente sicher in ihrem gesamten Betriebstemperaturbereich verwendet und geschaltet werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung eines elektrochromen Funktionselements oder einer Verglasungseinheit mit elektrochromen Funktionselement, wobei
A) eine erste Steuerspannung durch eine Steuereinheit an das elektrochrome Funktionselement, zumindest bis zum Erreichen einer ersten offenen Klemmenspannung, angelegt wird;
B) die erste Steuerspannung durch Öffnen des Stromkreises abgeschaltet und eine Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt der offenen Klemmenspannung OCV gemessen wird;
C) in Abhängigkeit der Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt, durch die Steuereinheit, ein Betriebsbereich für höhere Temperaturen oder ein Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen zugeordnet wird; und D) eine dem jeweiligen Betriebsbereich zugeordnete Steuerspannung an das elektrochrome Funktionselement angelegt wird, zumindest bis eine dem jeweiligen Betriebsbereich zugeordnete offene Klemmenspannung erreicht ist, wobei die erste Steuerspannung für den Betriebsbereich für höhere Temperaturen betragsmäßig kleiner ist als eine zweite Steuerspannung für den Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen.
In den Schritten A und D wird eine Steuerspannung durch die Steuereinheit an das elektrochrome Funktionselement (d.h. zwischen den Flächenelektroden des elektrochromen Funktionselements) angelegt. Dies erfolgt zumindest bis zum Erreichen einer in der Steuereinheit festgelegten offenen Klemmenspannung.
Zur Messung der offenen Klemmenspannung wird die jeweilige Steuerspannung durch Öffnen des Stromkreises abgeschaltet und die Spannung am elektrochromen Funktionselement (d.h. zwischen den Flächenelektroden des elektrochromen Funktionselements) gemessen. Ist die jeweilige gewünschte offene Klemmenspannung noch nicht erreicht, wird der Stromkreis wieder geschlossenen und die Steuerspannung erneut an das elektrochrome Funktionselement angelegt. Dieser Vorgang wird mit einer gewissen Periodendauer wiederholt, beispielsweise im Bereich von 1 s bis 60 s, bevorzugt von 5 s bis 20 s und insbesondere alle 5 s, bis die jeweilige gewünschte offene Klemmenspannung erreicht ist.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der folgenden Erkenntnis der Erfinder: Elektrochrome Funktionselemente schalten umso schneller von einem transparenten, klaren Betriebszustand in einen dunklen, intransparenten Betriebszustand oder umgekehrt, je höher die angelegte Steuerspannung ist. Gleichzeitig kann die Steuerspannung aber nicht beliebig erhöht werden, da dies zu einer Zerstörung einer aktiven Schicht des elektrochromen Funktionselements führt. Die aktive Schicht ist umso spannungsempfindlicher je höher ihre Temperatur ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird sichergestellt, dass in einem Betriebsbereich mit höherer Temperatur (höher einer Grenztemperatur TG) eine niedrigere Steuerspannung angelegt wird als in einem Betriebsbereich mit niedrigerer Temperatur (niedriger als die Grenztemperatur). Der Betriebsbereich wird anhand der Spannungsänderungsgeschwindigkeit der offenen Klemmenspannung von der Steuereinheit bestimmt, wobei die Spannungsänderungsgeschwindigkeit eine indirekte Messmethode zur Messung der Temperatur des elektrochromen Funktionselements ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat somit den Vorteil, dass auf einen Temperatursensor verzichtet werden kann und daher der Aufwand und die Kosten bei der Herstellung der Verglasungseinheit reduziert werden. Gleichzeitig kann der Schaltungsaufwand sehr niedrig gehalten werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die erste offene Klemmenspannung für den Betriebsbereich für höhere Temperaturen betragsmäßig kleiner, als eine zweite offene Klemmenspannung für den Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt B die Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt nach einer Zeitdauer t1 nach Öffnen des Stromkreises von 1 s bis 120 s, bevorzugt 1 s bis 60 s, besonders bevorzugt von 5 s bis 40 s, gemessen. Dies stellt sicher, dass die Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt in einem elektronisch gut erfassbaren und reproduzierbaren Wertebereich gemessen werden kann.
In einerweiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach einer Zeitdauer t2 von 10 min bis 10 h, bevorzugt von 30 min bis 120 min, nach Abschluss von Schritt D, Schritt D erneut durchgeführt wird. Erfindungsgemäße elektrochrome Funktionselemente und insbesondere Feststoff-basierte elektrochrome Funktionselemente haben eine lange Standdauer, in denen sie ihren Betriebszustand (dunkel/transparent) aufrechterhalten, ohne dass sie erneut durch eine externe Steuerspannung „nachgeladen“ werden müssen. Dennoch kann sich die offene Klemmenspannung und damit der Ladezustand des elektrochromen Funktionselements mit der Zeit ändern. Zur Absicherung der Funktion ist eine regelmäßige Überprüfung und Nachladung nach einer Zeitdauer t2 vorteilhaft.
In einerweiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach einer Zeitdauer t3 von 10 min bis 10 h, bevorzugt von 30 min bis 120 min, nach Ende des Schritts D, die offene Klemmenspannung gemessen und bei einer Abweichung von der vorgegebenen jeweiligen offenen Klemmenspannung von bevorzugt 0,1 V bis 0,5 V, der Schritt D erneut durchgeführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nach einer Zeitdauer t4 von 30 min bis 300 min, bevorzugt von 60 min bis 120 min, nach Ende des Schritts D, der Schritt A und die folgenden Schritte erneut durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass Temperaturveränderungen des elektrochromen Funktionselements regelmäßig überprüft werden und der Betriebsbereich (für höhere Temperaturen/für niedrigere Temperaturen) angepasst wird, was die elektrochrome Funktionsschicht vor Beschädigung schützt und ihre Lebensdauer erhöht. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Schritt A ein Betriebsmodus „transparent“ oder ein Betriebsmodus „dunkel“ ausgewählt und die jeweiligen Steuerspannungen für die verschiedenen Betriebsbereiche sowie die jeweiligen offenen Klemmenspannungen in Abhängigkeit des Betriebsmodus gewählt. Die Auswahl des Betriebsmodus erfolgt üblicherweise durch einen menschlichen Bediener, der das elektrochrome Funktionselement einschaltet und dabei den Betriebsmodus „transparent“ oder „dunkel“ wählt. Prinzipiell kann dies auch durch eine an die Steuereinheit angekoppelte oder in ihr integrierte Automatik ausgelöst werden, beispielsweise durch einen Lichtsensor, der die Sonneneinstrahlung misst. Es versteht sich, dass neben einem maximal transparenten und einem maximal dunklen Zustand auch Zwischenzustände ausgewählt werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Schritt C im Betriebsmodus „transparent" für Spannungsänderungsgeschwindigkeiten dOCV/dt von > V_trans der Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen (RT) und ansonsten der Betriebsbereich für höhere Temperaturen (HT) ausgewählt wird; und im Betriebsmodus „dunkel“ für Spannungsänderungsgeschwindigkeiten dOCV/dt von < V_dunkel der Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen (RT) und ansonsten der Betriebsbereich für höhere Temperaturen (HT) ausgewählt wird.
In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Schritt C im Betriebsmodus „transparent" für Spannungsänderungsgeschwindigkeiten |dOCV/dt|
> |V_trans| der Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen (RT) und ansonsten der Betriebsbereich für höhere Temperaturen (HT) ausgewählt; und im Betriebsmodus „dunkel“ für Spannungsänderungsgeschwindigkeiten |dOCV/dt| > |V_dunkel| der Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen (RT) und ansonsten der Betriebsbereich für höhere Temperaturen (HT) ausgewählt.
|X| bedeutet hier der Betrag (Absolutwert) der jeweiligen Spannungsänderungsgeschwindigkeit.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt |V_trans| größer oder gleich 0.0001 V/s, bevorzugt von 0,0001 V/s bis 0,005 V/s, und/oder |V_dunkel| größer oder gleich 0.0001 V/s, bevorzugt von 0,0001 V/s bis 0,002 V/s. Insbesondere beträgt |V_trans| gleich |V_dunkel|. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Betriebsbereich für höhere Temperaturen und der Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen durch die Steuereinheit durch Vergleich der Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt mit einer Kalibrierungskurve ermittelt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Betriebsbereich für höhere Temperaturen derart gewählt, dass er Temperaturen T größer einer Grenztemperatur TG entspricht und der Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen T kleiner oder gleich der Grenztemperatur TG entspricht. Bevorzugt wird die Grenztemperatur TG aus dem Bereich von 40°C bis 70°C, bevorzugt von 55°C bis 65°C, ausgewählt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in der Steuereinheit implementiert sein.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Verbundscheibe mit elektrochromen Funktionselement, mindestens umfassend: eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht (auch Klebeschicht genannt) miteinander verbunden sind, ein elektrochromes Funktionselement, welches zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet ist und wobei das elektrochrome Funktionselement eine aktive Schicht mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften zwischen einer ersten Flächenelektrode und einer zweiten Flächenelektrode aufweist.
Die Erfindung umfasst außerdem eine Verglasungseinheit.
Die Verbundscheibe, die Verglasungseinheit und das Verfahren werden gemeinsam vorgestellt, wobei sich Erläuterungen und bevorzugte Ausgestaltungen gleichermaßen auf Verglasungseinheit und Verfahren beziehen. Sind bevorzugte Merkmale im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben, so ergibt sich daraus, dass auch die Verglasungseinheit bevorzugt entsprechend ausgelegt und geeignet ist. Sind umgekehrt bevorzugte Merkmale im Zusammenhang mit der Verglasungseinheit beschrieben, so ergibt sich daraus, dass auch das Verfahren bevorzugt entsprechend durchgeführt wird.
Die erfindungsgemäße Verglasungseinheit mit elektrochromen Funktionselement umfasst die erfindungsgemäße Verbundscheibe und eine Steuereinheit zur elektrischen Steuerung der optischen Eigenschaften des elektrochromen Funktionselements, wobei die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Die Verglasungseinheit umfasst bevorzugt die Verbundscheibe aus mindestens einer Außenscheibe und einer Innenscheibe, die über mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Das elektrochrome Funktionselement ist typischerweise in der thermoplastischen Zwischenschicht eingelagert. Die Verglasungseinheit ist dafür vorgesehen, in einer Fensteröffnung oder Dachöffnung beispielsweise eines Fahrzeugs, eines Gebäudes oder eines Raums, den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Mit Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung, die dem Innenraum zugewandte Scheibe bezeichnet. Mit Außenscheibe wird, die der äußeren Umgebung zugewandte Scheibe bezeichnet. Die thermoplastische Zwischenschicht dient der Verbindung der beiden Scheiben.
Die thermoplastische Zwischenschicht enthält zumindest ein thermoplastisches Polymer, bevorzugt Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, besonders bevorzugt PVB. Die Zwischenschicht ist typischerweise aus einer thermoplastischen Folie ausgebildet. Die Dicke der Zwischenschicht beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe sind bevorzugt aus Glas gefertigt, insbesondere aus Kalk-Natron-Glas, was für Fensterscheiben üblich ist. Die Scheiben können grundsätzlich aber auch aus anderen Glasarten (beispielsweise Borosilikatglas, Quarzglas, Aluminosilikatglas) oder transparenten Kunststoffen (beispielsweise Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat) gefertigt sein. Die Dicke der Außenscheibe und der Innenscheibe kann breit variieren. Vorzugsweise werden Scheiben mit einer Dicke im Bereich von 0,8 mm bis 5 mm, bevorzugt von 1 ,4 mm bis 2,5 mm verwendet, beispielsweise die mit den Standarddicken 1 ,6 mm oder 2,1 mm.
Die Außenscheibe, die Innenscheibe und die thermoplastische Zwischenschicht können klar und farblos, aber auch getönt oder gefärbt sein. Eine entsprechende Verglasungseinheit als Windschutzscheibe muss im zentralen Sichtbereich eine ausreichende Lichttransmission aufweisen, bevorzugt mindestens 70 % im Haupt-Durchsichtbereich A gemäß ECE-R43. Die Außenscheibe und die Innenscheiben können unabhängig voneinander nicht vorgespannt, teilvorgespannt oder vorgespannt sein. Soll mindestens eine der Scheiben eine Vorspannung aufweisen, so kann dies eine thermische oder chemische Vorspannung sein.
Die Außenscheibe, die Innenscheibe und/oder die Zwischenschicht können weitere geeignete, an sich bekannte Beschichtungen aufweisen, beispielsweise Antireflexbeschichtungen, Antihaftbeschichtungen, Antikratzbeschichtungen, photokatalytische Beschichtungen oder Sonnenschutzbeschichtungen oder Low-E-Beschichtungen. Die Außenscheibe und die Innenscheibe werden über die Zwischenschicht miteinander laminiert, beispielsweise durch Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder Kombinationen davon. Die Verbindung von Außenscheibe und Innenscheibe erfolgt dabei üblicherweise unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck.
Die Verglasungseinheit umfasst ein elektrochromes Funktionselement, das bevorzugt in die Zwischenschicht eingelagert ist. Das Funktionselement ist typischerweise zwischen mindestens zwei Schichten von thermoplastischem Material der Zwischenschicht angeordnet, wobei es durch die erste Schicht mit der Außenscheibe und durch die zweite Schicht mit der Innenscheibe verbunden ist.
Ein derartiges Funktionselement umfasst mindestens eine aktive Schicht, die zwischen einer ersten Trägerfolie und einer zweiten Trägerfolie angeordnet ist. Die aktive Schicht weist die veränderlichen optischen Eigenschaften auf, die durch eine an die aktive Schicht angelegte elektrische Spannung gesteuert werden können. Unter elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften werden im Sinne der Erfindung solche Eigenschaften verstanden, die stufenlos steuerbar sind, aber gleichermaßen auch solche, die zwischen zwei oder mehr diskreten Zuständen geschaltet werden können. Die optischen Eigenschaften betreffen insbesondere die Lichttransmission und/oder das Streuverhalten. Das elektrochrome Funktionselement umfasst außerdem Flächenelektroden zum Anlegen der Spannung an die aktive Schicht, die bevorzugt zwischen den Trägerfolien und der aktiven Schicht angeordnet sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das elektrochrome Funktionselement ein Feststoff-basiertes elektrochromes Funktionselement. Derartige Feststoff-basierte elektrochrome Funktionselemente benötigen nur geringe Steuerspannung von wenigen Volt und weisen lange Standzeiten ohne Selbstentladung von mehreren Stunden auf.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit zur Ermittlung Spannungsänderungsgeschwindigkeit der offenen Klemmenspannung (und damit einer Temperatur) des elektrochromen Funktionselements und in Abhängigkeit der Spannungsänderungsgeschwindigkeit (und damit der Temperatur) zur Bestimmung von elektrischen Steuerspannungen vorgesehen, die an das elektrochrome Funktionselement angelegt werden können.
Die Flächenelektroden und die aktive Schicht sind im Wesentlichen parallel zu den Oberflächen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet. Die Flächenelektroden sind mit der Steuereinheit verbunden oder verbindbar. Die elektrische Kontaktierung, ebenso wie der Anschluss an die Energiequelle der aktiven Schicht, ist durch geeignete Verbindungskabel, beispielsweise Flachleiter oder Folienleiter realisiert, welche optional über sogenannte Sammelleiter (bus bars), beispielsweise Streifen eines elektrisch leitfähigen Materials oder elektrisch leitfähige Aufdrucke, mit den Flächenelektroden verbunden sind. Die Dicke des Funktionselements beträgt beispielsweise von 0,4 mm bis 1 mm.
Die Flächenelektroden sind bevorzugt als transparente, elektrisch leitfähige Schichten ausgestaltet. Die Flächenelektroden enthalten bevorzugt zumindest ein Metall, eine Metalllegierung oder ein transparentes leitfähiges Oxid (transparent conducting oxide, TCO). Die Flächenelektroden können beispielsweise Silber, Gold, Kupfer, Nickel, Chrom, Wolfram, Indium-Zinnoxid (ITO), Gallium-dotiertes oder Aluminium-dotiertes Zinkoxid und/oder Fluordotiertes oder Antimon-dotiertes Zinnoxid enthalten. Die Flächenelektroden weisen bevorzugt eine Dicke von 10 nm (Nanometer) bis 2 pm (Mikrometer) auf, besonders bevorzugt 20 nm bis 1 pm, ganz besonders bevorzugt 30 nm bis 500 nm.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Verglasungseinheit keinen Temperatursensor oder andere Bauelemente zur direkten Temperaturmessung auf. Dies ist nicht nötig, da die Bestimmung des Betriebsbereichs lediglich über die Messung und Auswertung der Spannungsänderungsgeschwindigkeit erfolgt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere einen PKW, mit der erfindungsgemäßen Verglasungseinheit.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst die Verwendung der erfindungsgemäßen Verglasungseinheit in Fortbewegungsmittel für den Verkehr auf dem Land, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Kraftfahrzeugen beispielsweise als Windschutzscheibe, Heckscheibe, Seitenscheibe und/oder Dachscheibe sowie als funktionales Einzelstück, und als Einbauteil in Möbeln, Geräten und Gebäuden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren sind eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Figuren schränken die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Verglasungseinheit,
Figur 2A ein Diagramm der Messung der offenen Klemmenspannung OCV eines elektrochromen Funktionselements aufgetragen gegen die Zeit nach dem Öffnen/Unterbrechen des Stromkreises im Betriebsmodus „transparent“,
Figur 2B ein Diagramm der Messung der offenen Klemmenspannung OCV eines elektrochromen Funktionselements aufgetragen gegen die Zeit nach dem Öffnen/Unterbrechen des Stromkreises im Betriebsmodus „dunkel“, Figur 3A ein Diagramm der Messung der Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt der offenen Klemmenspannung OCV eines elektrochromen Funktionselements aufgetragen gegen die Zeit nach dem Öffnen/Unterbrechen des Stromkreises im Betriebsmodus „transparent“,
Figur 3B ein Diagramm der Messung der Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt der offenen Klemmenspannung OCV eines elektrochromen Funktionselements aufgetragen gegen die Zeit nach dem Öffnen/Unterbrechen des Stromkreises im Betriebsmodus „dunkel“,
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens, und
Figur 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten jeweils unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind.
Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1 % bis zu +/- 10 %.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Verglasungseinheit 100, die beispielsweise in einem Kraftfahrzeug oder in einem Gebäude eingebaut sein kann. Die Verglasungseinheit 100 umfasst eine Verbundscheibe 1. Die Verbundscheibe 1 umfasst eine Außenscheibe 1a und eine Innenscheibe 1 b, die über eine Zwischenschicht 3 miteinander verbunden sind. Die Außenscheibe 1a weist eine Dicke von 2,1 mm auf und besteht aus einem Kalk-Natron-Glas. Die Innenscheibe 1b weist eine Dicke von 1 ,6 mm auf und besteht aus einem klaren Kalk- Natron-Glas.
Die Verbundscheibe 1 ist in einem zentralen Bereich mit einem elektrochromen Funktionselement 2, das in die Zwischenschicht 3 eingelagert ist, ausgestattet. Die Zwischenschicht 3 umfasst insgesamt drei thermoplastischen Schichten, die jeweils durch eine thermoplastische Folie mit einer Dicke von 0,38 mm aus PVB ausgebildet sind. Die erste thermoplastische Schicht 3a ist mit der Außenscheibe 1a verbunden, die zweite thermoplastischen Schicht 3b mit der Innenscheibe 1b. Die dazwischenliegende dritte thermoplastische Schicht umgibt das zugeschnittene elektrochrome Funktionselement 2 im Wesentlichen an allen Seiten bündig. Das elektrochrome Funktionselement 2 ist somit rundum in thermoplastisches Material eingebettet und dadurch geschützt. Das elektrochrome Funktionselement 2 ist eine Mehrschichtfolie, beispielsweise aus einer flexiblen, transparenten Kunststoffträgerfolie 8, einer (ersten) Flächenelektrode 10a, einer aktiven Schicht 9 und einer (zweiten) Flächenelektrode 10b. Die aktive Schicht 9 besteht bevorzugt aus einer Elektrolytschicht 9.1 , beispielweise einem organischen Feststoff- Elektrolyten, und einer lonen-Speicherschicht 9.2. Die Kunststoffträgerfolie 8 ist beispielweise eine PET-Folie. Die Dicke der Mehrschichtfolie beträgt beispielsweise 0,3 mm. Die Flächenelektroden 10 bestehen beispielweise aus einer lndium-Zinnoxid(ITO)-Schicht mit einem Schichtwiderstand zwischen 10 Ohm/Quadrat bis 100 Ohm/Quadrat.
Im dunklen Zustand ist das elektrochrome Funktionselement 2 blau bis grau/violett, bevorzugt blau oder grau oder violett, gefärbt. Die Transmission TL beträgt im dunklen Schaltzustand 1 ,3% bis 9% und im klaren (transparenten) Zustand 32% bis 63% bei einem Kontrast zwischen 7 und 24.
Vorteilhafterweise ist zwischen dem elektrochromen Funktionselement 2 und der Außenseite der Verbundscheibe 1 ein UV-Filter angeordnet, beispielsweise durch eine PVB- Zwischenschicht 3a oder 3b mit UV-filternden Eigenschaften. Dies schützt das elektrochrome Funktionselement 2 vor vorzeitiger Alterung.
Die Verglasungseinheit 100 umfasst auch eine Steuereinheit 11 (in einem Kraftfahrzeug auch ECU genannt), die elektrisch mit den Flächenelektroden 10 des elektrochromen Funktionselements 2 verbunden ist, so dass eine elektrische Spannung U an das Funktionselement 2 angelegt werden kann.
Die zwischen zwei Flächenelektroden 10a, 10b des elektrochromen Funktionselements 2 angelegte elektrische (Steuer-)Spannung U ist eine Gleichspannung oder eine gepulste Gleichspannung. Die Steuereinheit 11 ist beispielsweise mit einem Gleichspannungswandler ausgestattet, welcher eine Bordspannung (Primärspannung) in eine geeignete Gleichspannung mit niedrigerem Betrag wandelt, beispielsweise 1.2 V bis 1.8 V (Sekundärspannung).
Die optischen Eigenschaften der Verglasungseinheit 100 werden mittels der Steuereinheit 11 gesteuert. Dazu ist die Steuereinheit 11 mit den zwei transparenten Flächenelektroden 10a, 10b des elektrochromen Funktionselements 2 elektrisch leitend verbunden.
Figur 2A zeigt ein Diagramm der Messung der offenen Klemmenspannung OCV eines elektrochromen Funktionselements 2 aufgetragen gegen die Zeitdauer Time nach dem Öffnen/Unterbrechen des Stromkreises im Betriebsmodus „transparent“. Der Betriebsmodus „transparent“ entspricht dem transparenten oder auch klaren Zustand des elektrochromen Funktionselements 2. Die offene Klemmenspannung OCV ist für höhere Temperaturen höher als für niedrigere und kann somit zur indirekten Temperaturmessung dienen.
Figur 2B zeigt ein Diagramm der Messung der offenen Klemmenspannung OCV eines elektrochromen Funktionselements 2 aufgetragen gegen die Zeitdauer Time nach dem Öffnen/Unterbrechen des Stromkreises im Betriebsmodus „dunkel“. Der Betriebsmodus „dunkel“ entspricht dem getönten und weitestgehend intransparenten Zustand des elektrochromen Funktionselements 2.
Die offenen Klemmenspannung OCV ist für höhere Temperaturen höher als für niedrigere und kann somit zur indirekten Temperaturmessung dienen.
Figur 3A zeigt ein Diagramm der Messung der Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt der offenen Klemmenspannung OCV eines elektrochromen Funktionselements 2 aufgetragen gegen die Zeitdauer Time nach dem Öffnen/Unterbrechen des Stromkreises im Betriebsmodus „transparent“.
Die Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt ist für höhere Temperaturen über den gesamten Verlauf der dargestellten Messung kleiner als für niedrigere Temperaturen und kann somit zur indirekten Temperaturmessung dienen.
Figur 3B zeigt ein Diagramm der Messung der Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt der offenen Klemmenspannung OCV eines elektrochromen Funktionselements 2 aufgetragen gegen die Zeitdauer Time nach dem Öffnen/Unterbrechen des Stromkreises im Betriebsmodus „dunkel“.
Die Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt ist für höhere Temperaturen über den gesamten Verlauf der dargestellten Messung größer als für niedrigere Temperaturen und kann somit zur indirekten Temperaturmessung dienen.
Figur 4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung eines elektrochromen Funktionselements 2 oder einer Verglasungseinheit 100 mit elektrochromen Funktionselement 2.
Das elektrochrome Funktionselement 2 bzw. die Verglasungseinheit 100 können beispielsweise wie in Figur 1 dargestellt und beschrieben ausgebildet sein.
In einem ersten Schritt A wird eine erste Steuerspannung U_HT durch eine Steuereinheit 11 zwischen des Flächenelektroden 10 des elektrochromen Funktionselements 2 angelegt. Dies erfolgt zumindest bis zum Erreichen einer in der Steuereinheit 11 festgelegten ersten offenen Klemmenspannung OCV_HT. Zur Messung der offenen Klemmenspannung wird die jeweilige Steuerspannung durch Öffnen des Stromkreises abgeschaltet und die Spannung zwischen den Flächenelektroden 10 des elektrochromen Funktionselements 2 gemessen. Ist die jeweilige offene Klemmenspannung noch nicht erreicht, wird der Stromkreis wieder geschlossenen und die Steuerspannung erneut an die Flächenelektroden 10 des elektrochromen Funktionselements 2 angelegt. Dieser Vorgang wird mit einer gewissen Periodendauerwiederholt, beispielsweise im Bereich von 1 s bis 60 s, bevorzugt von 5 s bis 20 s und insbesondere alle 5 s, bis die jeweilige offene Klemmenspannung (hier OCV_HT) erreicht ist.
Bei Beginn des Verfahrens und insbesondere beim erstmaligen Ausführen des Verfahrens, ist noch nicht bekannt, welche Temperatur das elektrochrome Funktionselement 2 aufweist. Daher wird die offene Klemmenspannung OCV_HT für den Betriebsbereich für höhere Temperaturen HT ausgewählt, um das elektrochrome Funktionselement 2 vor einer zu hohen Spannung bei höheren Temperaturen als die Grenztemperatur TG zu schützen.
In einem zweiten Schritt B wird die Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt der offenen Klemmenspannung OCV nach dem Öffnen des Stromkreises und dem Abschalten der Steuerspannung U_HT gemessen.
In einem dritten Schritt C wird durch die Steuereinheit 11 in Abhängigkeit der Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt ausgewählt, ob das elektrochrome Funktionselement 2 im Betriebsbereich für höhere Temperaturen HT oder im Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen RT betrieben wird.
In einem vierten Schritt D wird eine dem jeweiligen Betriebsbereich (HT/RT) zugeordneten Steuerspannung U_HT, U_RT an das elektrochrome Funktionselement 2 angelegt, zumindest bis eine dem jeweiligen Betriebsbereich HT/RT zugeordnete offene Klemmenspannung OCV_HT, OCV_RT erreicht ist.
Um das elektrochrome Funktionselement 2 bei höheren Temperaturen nicht zu schädigen, soll im Betriebsbereich für höhere Temperaturen HT nur eine geringere Steuerspannung U_HT zur Erzielung einer niedrigeren offenen Klemmenspannung OCV angelegt werden. Folglich wird für die erste Steuerspannung U_HT für den Betriebsbereich für höhere Temperaturen HT eine betragsmäßig kleinere Spannung angelegt als die Steuerspannung U_RT für den Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen RT. D.h. es gilt |U_HT| < |U_RT|. Daraus folgt, dass die offene Klemmenspannung OCV _HT für den Betriebsbereich für höhere T emperaturen HT betragsmäßig kleiner ist als die offene Klemmenspannung OCV _RT für den Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen RT. D.h. es gilt |0CV_HT| < |0CV_RT|. Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese entspricht weitestgehend, dem Verfahren aus der Figur 4 und der dazugehörigen Beschreibung, so dass im Folgenden im Wesentlichen auf die Unterschiede und Weiterbildungen eingegangen wird und ansonsten auf das Verfahren nach Figur 4 Bezug genommen wird.
In einem ersten Schritt S1 wird der jeweilige Betriebsmodus „transparent“ oder „dunkel“ ausgewählt. Dies erfolgt üblicherweise durch einen menschlichen Bediener, der das elektrochrome Funktionselement 2 einschaltet und dabei den Betriebsmodus „transparent“ oder „dunkel“ wählt. Prinzipiell kann dies auch durch eine an die Steuerungseinheit 11 angekoppelte oder in ihr integrierte Automatik ausgelöst werden, beispielsweise einen Lichtsensor, der die Sonneneinstrahlung misst.
Anhand des Betriebsmodus werden anschließend die geeigneten Steuerspannungen U_HT, U_RT und die damit verbunden offenen Klemmenspannungen OCV_HT, OCV_RT sowie die Bedingungen für die Betriebsbereiche HT, RT vorgegeben.
Betriebsmodus „transparent“
Wird der Betriebsmodus „transparent“ (trans) ausgewählt wird in einem zweiten Schritt S2 eine erste Steuerspannung U_HT_trans an das elektrochrome Funktionselement 2 angelegt, bis eine offene Klemmenspannung OVC von größer oder gleich einer in der Steuerungseinheit 11 festgelegten offenen Klemmenspannung OCV_HT_trans erreicht ist. Dieser Verfahrensschritt S1 entspricht dem Schritt A, des unter Figur 4 dargelegten Verfahrens.
In einem folgenden Schritt S3 wird, analog zum Schritt B der Figur 4, die Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt der offenen Klemmenspannung OCV nach dem Öffnen des Stromkreises und dem Abschalten der Steuerspannung U_HT_trans gemessen.
Anschließen wird im folgenden Schritt S4, (der dem Schritt C der Figur 4 entspricht) durch die Steuereinheit 11 in Abhängigkeit der Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt ausgewählt, ob das elektrochrome Funktionselement 2 im Betriebsbereich für höhere Temperaturen HT oder im Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen RT betrieben wird.
Der Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen RT wird für Spannungsänderungsgeschwindigkeiten dOCV/dt größer einer Grenzgeschwindigkeit V_trans ausgewählt und ansonsten der Betriebsbereich für höhere Temperaturen HT.
Betriebsbereich RT: Ergibt die Auswertung der Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt einen Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen RT, wird in einem folgenden Schritt S5 (der dem Schritt D der Figur 4 entspricht) eine Steuerspannung U_RT_trans an das elektrochrome Funktionselement 2 angelegt, zumindest bis eine dem Betriebsbereich RT zugeordnete offene Klemmenspannung OCV_RT_trans erreicht ist.
Optimale Werte für die Steuerspannung U_RT_trans, die offene Klemmenspannung OCV_RT_trans und die Grenzgeschwindigkeit V_trans hängen vom jeweiligen System (d.h. der Art und den Abmessungen des elektrochromen Funktionselements) ab und können beispielsweise anhand der Messungen nach Figur 3A für einen konkrete Serie von Verglasungseinheiten 100 ermittelt werden.
Nach Erreichen der offenen Klemmenspannung OCV_RT_trans, bleibt das elektrochrome Funktionselement 2 in der Regel für längere Zeit im gewünschten Betriebsmodus, d.h. hier transparent.
In einem hier nicht dargestellten weiteren Verfahrensschritt, kann erneut nach einer Zeitdauer t2 von 10 min bis 10 h und beispielsweise 60 min, der Schritt S5 des Verfahrens wiederholt werden und die Steuerspannung U_RT_trans erneut an das elektrochrome Funktionselement 2 angelegt werden.
In einem weiteren hier nicht dargestellten weiteren Verfahrensschritt, kann erneut nach einer Zeitdauer t4 von bevorzugt 30 min bis 300 min und beispielsweise 60 min, das Verfahren ab Schritt S2 wiederholt werden und somit der optimale Betriebsbereich (RT/HT) überprüft bzw. korrigiert werden.
Betriebsbereich HT:
Ergibt die Auswertung der Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt einen Betriebsbereich für höhere Temperaturen HT, wird in einem folgenden Schritt S5 (der dem Schritt D der Figur 4 entspricht) eine Steuerspannung U_HT_trans an das elektrochrome Funktionselement 2 angelegt, zumindest bis eine dem Betriebsbereich HT zugeordnete offene Klemmenspannung OCV_HT_trans erreicht ist.
Optimale Werte für die Steuerspannung U_HT_trans, die offene Klemmenspannung OCV_HT_trans und die Grenzgeschwindigkeit V_trans hängen vom jeweiligen System (d.h. der Art und den Abmessungen des elektrochromen Funktionselements) ab und können beispielsweise anhand der Messungen nach Figur 3A für einen konkrete Serie von Verglasungseinheiten 100 ermittelt werden. Nach Erreichen der offenen Klemmenspannung OCV_HT_trans, bleibt das elektrochrome Funktionselement 2 in der Regel für längere Zeit im gewünschten Betriebsmodus, d.h. hier transparent.
In einem hier nicht dargestellten weiteren Verfahrensschritt, kann erneut nach einer Zeitdauer t2 von 10 min bis 10 h und beispielsweise 60 min, der Schritt S5 des Verfahrens wiederholt werden und die Steuerspannung U_HT_trans erneut an das elektrochrome Funktionselement 2 angelegt werden.
In einem weiteren hier nicht dargestellten weiteren Verfahrensschritt, kann erneut nach einer Zeitdauer t4 von bevorzugt 30 min bis 300 min und beispielsweise 60 min, das Verfahren ab Schritt S2 wiederholt werden und somit der optimale Betriebsbereich (RT/HT) überprüft bzw. korrigiert werden.
Betriebsmodus „dunkel“
Wird der Betriebsmodus „dunkel“ (dunkel) ausgewählt wird in einem zweiten Schritt S2 eine erste Steuerspannung U_HT_dunkel an das elektrochrome Funktionselement 2 angelegt, bis eine offene Klemmenspannung OVC von größer oder gleich einer in der Steuerungseinheit 11 festgelegten offenen Klemmenspannung OCV_HT_dunkel erreicht ist. Dieser Verfahrensschritt S1 entspricht dem Schritt A, des unter Figur 4 dargelegten Verfahrens.
In einem folgenden Schritt S3 wird, analog zum Schritt B der Figur 4, die Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt der offenen Klemmenspannung OCV nach dem Öffnen des Stromkreises und dem Abschalten der Steuerspannung U_HT_dunkel gemessen.
Anschließen wird im folgenden Schritt S4, (der dem Schritt C der Figur 4 entspricht) durch die Steuereinheit 11 in Abhängigkeit der Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt ausgewählt, ob das elektrochrome Funktionselement 2 im Betriebsbereich für höhere Temperaturen HT oder im Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen RT betrieben wird.
Der Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen RT wird für Spannungsänderungsgeschwindigkeiten dOCV/dt größer einer Grenzgeschwindigkeit V_dunkel ausgewählt und ansonsten der Betriebsbereich für höhere Temperaturen HT.
Die Grenzgeschwindigkeiten V_trans und V_dunkel können gleich oder unterschiedlich sein.
Betriebsbereich RT:
Ergibt die Auswertung der Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt einen Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen RT, wird in einem folgenden Schritt S5 (der dem Schritt D der Figur 4 entspricht) eine Steuerspannung U_RT_dunkel an das elektrochrome Funktionselement 2 angelegt, zumindest bis eine dem Betriebsbereich RT zugeordnete offene Klemmenspannung OCV_RT_dunkel erreicht ist.
Optimale Werte für die Steuerspannung U_RT_dunkel, die offene Klemmenspannung OCV_RT_dunkel und die Grenzgeschwindigkeit V_dunkel hängen vom jeweiligen System (d.h. der Art und den Abmessungen des elektrochromen Funktionselements) ab und können beispielsweise anhand der Messungen nach Figur 3A für einen konkrete Serie von Verglasungseinheiten 100 ermittelt werden.
Nach Erreichen der offenen Klemmenspannung OCV_RT_dunkel, bleibt das elektrochrome Funktionselement 2 in der Regel für längere Zeit im gewünschten Betriebsmodus, d.h. hier dunkel bzw. intransparent.
In einem hier nicht dargestellten weiteren Verfahrensschritt, kann erneut nach einer Zeitdauer t2 von 10 min bis 10 h und beispielsweise 60 min, der Schritt 5 des Verfahrens wiederholt werden und die Steuerspannung U_RT_dunkel erneut an das elektrochrome Funktionselement 2 angelegt werden.
In einem weiteren hier nicht dargestellten weiteren Verfahrensschritt, kann erneut nach einer Zeitdauer t4 von bevorzugt 30 min bis 300 min und beispielsweise 60 min das Verfahren ab Schritt S2 wiederholt werden und somit der optimale Betriebsbereich (RT/HT) überprüft bzw. korrigiert werden.
Betriebsbereich HT:
Ergibt die Auswertung der Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt einen Betriebsbereich für höhere Temperaturen HT, wird in einem folgenden Schritt S5 (der dem Schritt D der Figur 4 entspricht) eine Steuerspannung U_HT_dunkel an das elektrochrome Funktionselement 2 angelegt, zumindest bis eine dem Betriebsbereich HT zugeordnete offene Klemmenspannung OCV_HT_dunkel erreicht ist.
Optimale Werte für die Steuerspannung U_HT_dunkel, die offene Klemmenspannung OCV_HT_dunkel und die Grenzgeschwindigkeit V_dunkel hängen vom jeweiligen System (d.h. der Art und den Abmessungen des elektrochromen Funktionselements) ab und können beispielsweise anhand der Messungen nach Figur 3A für einen konkrete Serie von Verglasungseinheiten 100 ermittelt werden.
Nach Erreichen der offenen Klemmenspannung OCV_HT_dunkel, bleibt das elektrochrome Funktionselement 2 in der Regel für längere Zeit im gewünschten Betriebsmodus, d.h. hier transparent. In einem hier nicht dargestellten weiteren Verfahrensschritt, kann erneut nach einer Zeitdauer t2 von bevorzugt 10 min bis 10 h und beispielsweise 60 min, der Schritt S5 des Verfahrens wiederholt werden und die Steuerspannung U_HT_dunkel erneut an das elektrochrome Funktionselement 2 angelegt werden.
In einem weiteren hier nicht dargestellten weiteren Verfahrensschritt, kann erneut nach einer Zeitdauer t4 von bevorzugt 30 min bis 300 min und beispielsweise 60 min, das Verfahren ab Schritt S2 wiederholt werden und somit der optimale Betriebsbereich (RT/HT) überprüft bzw. korrigiert werden.
Wie bereits erwähnt hängen die optimalen Werte für die Steuerspannungen U_RT/HT_trans/dunkel, die offene Klemmenspannungen OCV_RT/HT_trans/dunkel und die Grenzgeschwindigkeiten V_trans/dunkel vom jeweiligen System (d.h. der Art und den Abmessungen des elektrochromen Funktionselements) ab.
Beispiele für geeignete Werte bzw. Wertebereiche finden sich in der folgenden Tabelle 1 , dargestellt für ein elektrochromes Funktionselement 2 vom Typ „blue“ mit bläulicher Färbung im dunklen Betriebsmodus und vom Typ „black“ mit schwarzer Färbung im dunklen Betriebsmodus.
Tabelle 1 :
Figure imgf000020_0001
Zusammenfassend besteht ein großer Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, den Betriebsbereich abhängig von der Temperatur einfach zu bestimmen und eine geeignete Steuerspannung in einfacher Weise an das elektrochrome Funktionselement 2 auszugeben, so dass eine lange Lebensdauer des elektrochromen Funktionselements 2 gewährleistet ist.
Bezugszeichenliste:
1 Verbundscheibe
1a Außenscheibe
1b Innenscheibe
2 elektrochromes Funktionselement
3 Zwischenschicht
3a erste thermoplastische Schicht
3b zweite thermoplastische Schicht
8 Kunststoffträgerfolie
9 aktive Schicht
9.1 Elektrolytschicht
9.2 lonen-Speicherschicht
10, 10a, 10b Flächenelektroden
11 Steuereinheit, ECU (electronic control unit)
100 Verglasungseinheit dOCV/dt Spannungsänderungsgeschwindigkeit der offenen Klemmenspannung OCV dt, t1, t2, t3, t4 Zeitdauer
HT Betriebsbereich für höhere Temperaturen (oberer Temperaturbereich)
OCV offene Klemmenspannung (open circuit voltage)
OCV_HT offene Klemmenspannung für den Betriebsbereich für höhere Temperaturen HT
OCV_HT_dunkel offene Klemmenspannung für den Betriebsbereich für höhere Temperaturen HT für den Betriebsmodus dunkel
OCV_HT_trans offene Klemmenspannung für den Betriebsbereich für höhere Temperaturen HT für den Betriebsmodus transparent OCV_RT offene Klemmenspannung für den Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen RT
OCV_RT_dunkel offene Klemmenspannung für den Betriebsbereich für niedrigere
Temperaturen RT für den Betriebsmodus dunkel
OCV_RT_trans offene Klemmenspannung für den Betriebsbereich für niedrigere
Temperaturen RT für den Betriebsmodus transparent
RT Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen (unterer Temperaturbereich)
T Temperatur
TG Grenztemperatur
U Steuerspannung
U_HT Steuerspannung für den Betriebsbereich für höhere Temperaturen HT
U_HT_dunkel Steuerspannung für den Betriebsbereich für höhere Temperaturen HT für den
Betriebsmodus dunkel
U_HT_trans Steuerspannung für den Betriebsbereich für höhere Temperaturen HT für den Betriebsmodus transparent
U_RT Steuerspannung für den Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen RT
U_RT_dunkel Steuerspannung für den Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen RT für den Betriebsmodus dunkel
U_RT_trans Steuerspannung für den Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen RT für den Betriebsmodus transparent
V_trans Spannungsänderungsgeschwindigkeit für Betriebsmodus transparent
V_dunkel Spannungsänderungsgeschwindigkeit für Betriebsmodus dunkel

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Steuerung eines elektrochromen Funktionselements (2) oder einer Verglasungseinheit (100) mit elektrochromen Funktionselement (2), wobei
A) eine erste Steuerspannung (U_HT) durch eine Steuereinheit (11) an das elektrochrome Funktionselement (2) zumindest bis zum Erreichen einer ersten offenen Klemmenspannung (OCV_HT) angelegt wird;
B) die erste Steuerspannung (U_HT) durch Öffnen des Stromkreises abgeschaltet und eine Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt der offenen Klemmenspannung OCV gemessen wird;
C) in Abhängigkeit der Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt, durch die Steuereinheit (11), ein Betriebsbereich für höhere Temperaturen (HT) oder ein Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen (RT) zugeordnet wird;
D) eine dem jeweiligen Betriebsbereich (HT/RT) zugeordnete Steuerspannung (U_HT, U_RT) an das elektrochrome Funktionselement (2) angelegt wird, zumindest bis eine dem jeweiligen Betriebsbereich (HT/RT) zugeordnete offene Klemmenspannung (OCV_HT, OCV_RT) erreicht wird, wobei die erste Steuerspannung (U_HT) für den Betriebsbereich für höhere Temperaturen (HT) betragsmäßig kleiner ist als eine zweite Steuerspannung (U_RT) für den Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen (RT). Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die erste offene Klemmenspannung (OCV_HT) für den Betriebsbereich für höhere Temperaturen (HT) betragsmäßig kleiner ist als eine zweite offene Klemmenspannung (OCV_RT) für den Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen (RT). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei in Schritt B die Spannungsänderungsgeschwindigkeit dOCV/dt nach einer Zeitdauer t1 nach Öffnen des Stromkreises von 1 s bis 60 s, bevorzugt von 5 s bis 40 s, gemessen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei nach einer Zeitdauer t2 von 10 min bis 10 h, bevorzugt von 30 min bis 120 min, nach Abschluss von Schritt D, Schritt D erneut durchgeführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei nach einer Zeitdauer t3 von 10 min bis 10 h, bevorzugt von 30 min bis 120 min, nach Abschluss des Schritts D, die offene Klemmenspannung OCV gemessen wird und bei einer Abweichung von der vorgegebenen jeweiligen offenen Klemmenspannung (OCV_HT, OCV_RT), von bevorzugt 0,1 V bis 0,5 V, der Schritt D erneut durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei nach einer Zeitdauer t4 von 30 min bis 300 min, bevorzugt von 60 min bis 120 min, nach Abschluss des Schritts D, der Schritt A und die folgenden Schritte erneut durchgeführt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei vor Schritt A ein Betriebsmodus „transparent“ oder ein Betriebsmodus „dunkel“ ausgewählt wird und die jeweilige Steuerspannung (U_HT_trans, U_RT_trans, U_HT_dunkel, U_RT_dunkel) und die jeweilige offene Klemmenspannung (OCV_HT_trans, OCV_RT_trans, OCV_HT_dunkel, OCV_RT_dunkel) in Abhängigkeit des Betriebsmodus gewählt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei im Schritt C im Betriebsmodus „transparent" für Spannungsänderungsgeschwindigkeiten dOCV/dt von > V_trans der Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen (RT) und ansonsten der Betriebsbereich für höhere Temperaturen (HT) ausgewählt wird; und im Betriebsmodus „dunkel“ für Spannungsänderungsgeschwindigkeiten dOCV/dt von < V_dunkel der Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen (RT) und ansonsten der Betriebsbereich für höhere Temperaturen (HT) ausgewählt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei im Schritt C im Betriebsmodus „transparent" für Spannungsänderungsgeschwindigkeiten |dOCV/dt| > |V_trans| der Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen (RT) und ansonsten der Betriebsbereich für höhere Temperaturen (HT) ausgewählt wird; und im Betriebsmodus „dunkel“ für Spannungsänderungsgeschwindigkeiten |dOCV/dt| > |V_dunkel| der Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen (RT) und ansonsten der Betriebsbereich für höhere Temperaturen (HT) ausgewählt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei |V_trans| größer oder gleich 0.0001 V/s, bevorzugt von 0,0001 V/s bis 0,005 V/s, und/oder |V_dunkel| größer oder gleich 0.0001 V/s, bevorzugt von 0,0001 V/s bis 0,002 V/s, beträgt und insbesondere |V_trans| gleich |V_dunkel| beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Betriebsbereich für höhere Temperaturen (HT) derart gewählt wird, dass er Temperaturen T größer einer Grenztemperatur TG entspricht, und der Betriebsbereich für niedrigere Temperaturen (RT) Temperaturen T kleiner oder gleich der Grenztemperatur TG entspricht und bevorzugt die Grenztemperatur TG aus dem Bereich von 40°C bis 70°C, bevorzugt von 55°C bis 65°C, ausgewählt wird.
12. Verglasungseinheit (100) mit elektrochromen Funktionselement (2), umfassend
• eine Verbundscheibe (1), umfassend o eine Außenscheibe (1a) und eine Innenscheibe (1 b), die über mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht (3, 3a, 3b) miteinander verbunden sind, und o ein elektrochromes Funktionselement (2), welches zwischen der Außenscheibe (1a) und der Innenscheibe (1 b) angeordnet ist, wobei o das elektrochrome Funktionselement (2) eine aktive Schicht (9) mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften zwischen einer ersten Flächenelektrode (10a) und einer zweiten Flächenelektrode (10b) aufweist, und
• eine Steuereinheit (11) zur elektrischen Steuerung der optischen Eigenschaften des elektrochromen Funktionselements (2), wobei die Steuereinheit (11) dazu vorgesehen ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen.
13. Verglasungseinheit nach Anspruch 12, wobei das elektrochrome Funktionselement (2) ein Feststoff-basiertes elektrochromes Funktionselement ist.
14. Verglasungseinheit (100) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Steuereinheit (11) zur Ermittlung einer Temperatur T des elektrochromen Funktionselements (2) und in Abhängigkeit der Temperatur T zur Bestimmung einer elektrischen Steuerspannung (II) vorgesehen ist, die zwischen den Flächenelektroden (10) angelegt wird.
15. Fahrzeug, insbesondere Personenkraftwagen, mit einer Verglasungseinheit (100) nach Anspruch 12 bis 14.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1517293A1 (de) 2003-09-19 2005-03-23 Gesimat GmbH, Gesellschaft für intelligente Materialen, und Technologien Verfahren zur elektrischen Ansteuerung von elektrochromen Elementen
WO2020056326A1 (en) 2018-09-13 2020-03-19 Ambilight, Inc. Method for fabricating solid state electrochromic device, solid state electrochromic device and its applications
US20210078300A1 (en) 2017-10-04 2021-03-18 Saint-Gobain Glass France Composite pane having electrically controllable optical properties

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