СПОСОБ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫМ ОПТИЧЕСКИМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ЭЛЕКТРОХРОМНОГО МОДУЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК G02F1/163 

Настоящее изобретение относится к способам и устройствам для управления оптическим переключением электрохромных устройств, а именно к способам оптического переключения электрохромных модулей, обеспечивающим стабильность эксплуатации электрохромных модулей с точки зрения их циклической долговечности при циклировании последовательными переключениями между оптическими состояниями и одновременную максимизацию скорости оптического переключения электрохромных модулей от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, а также электронным управляющим устройствам для прикладывания управляющего напряжения к оптически переключаемым электрохромным модулям с целью осуществления указанных способов.

Известны электрохромные модули для применения в составе сборок электрохромных устройств, обладающие меняющейся величиной интенсивности пропускания электромагнитного излучения различного диапазона длин волн, включающего видимую часть спектра, в зависимости от величины и полярности прикладываемого к устройству напряжения. Такие электрохромные устройства могут быть использованы в широком спектре различных применений, в частности в качестве светофильтров, дисплеев, неслепящих зеркал заднего вида для транспорта и пр., и получают в настоящее время все большее пользовательское распространение.

Особый интерес представляет возможность использования устройств на основе электрохромных модулей в составе светопрозрачных конструкций для архитектурных и транспортных применений (как интерьерных, так и экстерьерных). Т.н. «умные» окна с интегрированными в них электроактивными устройствами на основе электрохромных модулей могут быть настроены пользователем через юстировку величины и/или полярности прикладываемого напряжения на пропускание той части приходящего солнечного излучения, при которой будет достигаться оптимальный уровень комфорта использования помещения. Аналогично, интерьерные решения с электрохромными модулями могут переводиться из светопропускающего состояния в состояние непрозрачной перегородки по желанию пользователя. Специфика условий монтажа и эксплуатации накладывает на электрохромные модули, использующиеся в архитектурных и транспортных применениях, особые требования к стабильности проявляемых качеств хромирования в ходе многочисленных циклов переключения между крайними – т.н. контрастными – величинами достигаемого светопропускания в условно окрашенном и условно прозрачном состояниях. Примеры подобных устройств описаны, например, в патентах США № 5598293, № 9759975, № 5699192, № 6277523, а также патентах РФ № 2569913; № 2224275.

Термин «электрохромный модуль» в последующем описании и формуле изобретения относятся к непосредственно законченному изделию, обладающему способностью проявлять электрохромизм через изменение интенсивности, цвета, фазы, поляризации, оптических функций и/или направления света, в ходе приложения в его элементам электрического напряжения. В свою очередь, термин «электрохромное устройство» в последующем описании и формуле изобретения относятся к составному устройству, включающему как сам электрохромный модуль – один или несколько - как элемент своей конструкции, проявляющий непосредственно электрохромные функции, так и все вспомогательные узлы, требующиеся для обеспечения функционирования устройства в рамках конкретного возможного применения – архитектурно-остеклительного, автомобильного, дисплейного и прочих возможных. К таковым относятся, например, конструкционные элементы, служащие для монтажа устройства, например, структурные рамы, рамная фурнитура, демпферы, направляющие и т.п.

Принципиально, электрохромные модули представляют собой многослойные структуры (т.н. многослойные стеки), содержащие по меньшей мере один электрохромный материал, формирующий в структуре электрохромного модуля области обратимого введения ионов и обладающий качествами изменения своих оптических свойств, например, интенсивности пропускания электромагнитного излучения видимого диапазона длин волн, в ответ на приложение электрического напряжения между индивидуальными положительно комплиментарными областями обратимого введения ионов, выполняющими, таким образом, роль противоэлектродов по отношению друг к другу. В результате приложения между областями обратимого введения ионов электрохромного модуля напряжения, называемого эффективным напряжением электрохромной реакции, или, что равнозначно, эффективной разностью потенциалов U_эфф., провоцируется, за счет инициируемого в результате ионного тока, протекание обратимой окислительно-восстановительной реакции, соответствующей полярности прикладываемого напряжения, приводящей к т.н. «окрашиванию», или «изменению оптического состояния» электрохромного модуля от начального оптического состояния (в котором электрохромный модуль находился до инициации протекания электрохромной реакции приложением эффективной разности потенциалов) к конечному оптическому состоянию (в которое электрохромный модуль приходит, когда происходит перемещение всех способных к транспорту носителей заряда между областями обратимого введения ионов и протекание окислительно-восстановительной реакции завершается) – либо с уменьшением совокупной величины интенсивности светопропускания всей его слоевой структуры, либо, напротив, с увеличением совокупной её величины интенсивности светопропускания, в зависимости от полярности.

Помимо выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областей обратимого введения ионов, слоевые стеки электрохромных модулей должны также содержать по меньшей мере один материал, формирующий проводящую ионы среду, связывающую между собой индивидуальные области обратимого введения ионов, за счет чего протекание приводящей к «окрашиванию» окислительно-восстановительной реакции при приложении эффективной разности потенциалов становится возможным. Обязательно, чтобы формирующий проводящую ионы среду материал был при этом также диэлектриком. В противном случае прямая электронная проводимость между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов сквозь электропроводящую, связывающую их среду проводящего также ионы материала будет приводить к замыканию противоэлектродных областей накоротко, в результате чего протекание электрохромной реакции, очевидно, будет принципиально невозможно.

Кроме того, слоевая структура электрохромных модулей должна включать в себя токопроводящие слои, непосредственно соприлегающие с областями обратимого введения ионов и расположенные с двух сторон от слоя, содержащего материал, формирующий проводящую ионы среду, связывающую между собой индивидуальные области обратимого введения ионов, таким образом ограничивая его между собой. Данные токопроводящие слои служат для обеспечения возможности присоединения токовводов для подключения электрохромных модулей к цепи внешнего источника питания с целью обеспечения приложения внешнего напряжения к электрохромным модулям и осуществления их переключения между оптическими состояниями. Как правило, такие токопроводящие слои формируются из тонкопленочных оптически-прозрачных токопроводящий оксидов (TCO – «transparent conductive oxides»), как описано в патентах США № 6297900, № 8717658, № 20170307951, № 20200050072, РФ № 2676807, 2711654. Ограничивая между собой все прочие слои стека электрохромных модулей, содержащие материалы, формирующие области обратимого введения ионов и среду, проводящую ионы, токопроводящие слои формируют внешнюю контактную токопроводящую поверхность электрохромного модуля.

Как правило, электрохромные модули размещаются по меньшей мере на одной оптически-прозрачной подложке, либо заключаются между двумя оптически-прозрачными подложками, материалами которых традиционно служат стекло например фтор-силикатное, натрий-силикатное или кварцевое стекло, а также пластиковые пленки из, например, полиэтилентерефталата, поливинилбутираля, этиленвинилацетата, полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полиметилметакрилата или ацетилцеллюлозы, как описано, например, в патентах РФ № 2571427, № 2695045, № 2692951.

При этом, области обратимого введения ионов электрохромных модулей, состоящие из одного или различных электрохромных материалов, обладающих качествами изменения своих оптических свойств, например, интенсивности пропускания электромагнитного излучения видимого диапазона длин волн, могут как представлять отдельные гомогенные слои многослойной структуры стека электрохромного модуля, разделенные между собой так же индивидуальными слоями электролита, состоящими из материала, формирующий проводящую ионы среду (в этом случае отдельные слои электрохромных материалов непосредственно выступают противоэлектродами по отношению друг к другу; такие слоевые структуры электрохромных модулей описаны, например, в патентах США № 5598293, № 9759975, № 5699192, № 6277523, а также патентах РФ № 2569913, № 2224275), так и, альтернативно, представлять собой гетерогенные области, гомогенно распределенные непосредственно внутри единого слоя структуры стека электрохромного модуля, преимущественно состоящего из материала, формирующий проводящую ионы среду данного слоя, как показано, например, в патентах США № 4902108, № 5888431, № 6002511, № 7202987, № 2013063802; РФ № 2144937, № 2224275 и № 100309.

Способы осуществления оптического переключения электрохромных модулей и проявляющих электрохромные качества изделий на их основе из одного – начального - оптического состояния в конечное оптической состояние, а также управляющие устройства для осуществления этих способов описываются, например, в патентах США № 10365531, № 4512637, № 8254013, № 20170003567, ЕС № 1517293, а также патентах РФ № 2711515, № 2660395, № 2655657, № 2644085, № 2492516.

Проблематикой данного аспекта эксплуатации электрохромных модулей является тот факт, что для их долгосрочной стабильности с точки зрения сохранения уровня абсолютного контраста в ходе многочисленных циклов переключения между крайними положениями оптического контраста, необходимо, при создании эффективной, приводящей к переключению оптического состояния, разности потенциалов между выполняющими роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов оставаться в диапазонах величины напряжения обратимого предела инжекции заряда используемых в конкретном электрохромном модуле электрохромных материалов, что предотвращает последовательное накопление дефектов внедрения в противоэлектродах, сказывающееся на потере их способности к дальнейшему накоплению ионов и, как следствие, к необратимому паразитному снижению оптического контраста эксплуатируемого электрохромного модуля в целом; а также не допускать длительного приложения повышеного эффективного напряжения относительно требуемого для поддержания тока утечки между выполняющими роль противоэлектродов областями обратимого внедрения ионов, достаточного для заряжания областей обратимого введения ионов избыточным зарядом во время переключения модуля, что приводит к деградации электрохромных качеств используемых материалов областей обратимого введения ионов электрохромных модулей за счет сопутствующих диссипативных тепловых эффектов. С другой стороны, для эффективного промышленного внедрения изделий на основе электрохромных модулей, в особенности – для нужд остекления, в частности архитектурного остекления, при использовании электрохромных модулей в составе светопрозрачных строительных конструкций, а также остекления транспортных средств – необходимо при обеспечении длительного срока эксплуатации конечного изделия, включающего в состав своей конструкции электрохромные модули, обеспечивать также высокую скорость переключения, вне зависимости от площади поверхности электрохромного модуля, единообразно для переключения между любыми двумя оптическими состояниями модуля, при которой будет снижаться пользовательское восприятия эффекта ириса от неоднородной динамики изменения контраста по площади поверхности электрохромного модуля. Очевидным путем достижения последнего является приложение к областям обратимого введения ионов повышенных эффективных разностей потенциалов, что, однако, как было отмечено выше, вызывает побочные реакции, приводящие к постепенному ухудшению свойств оптического контраста модуля и снижает его циклическую стабильность, а значит - сокращает срок его полезной службы. Приложение, напротив, слишком низких потенциалов приводит к чрезмерно длительному переключению между контрастными оптическими состояниями модуля, и, как частное следствие, к некомпенсироемому эффекту ириса, в особенности в случае электрохромных модулей больших площадей (свыше нескольких квадратных метров). Таким образом, имеет место противоречие в базовой логике алгоритма переключения электрохромных модулей от одного оптического состояния к другому, когда для максимизации скорости переключения следует осуществлять как можно более длительное приложение как можно более высокой эффективной разности потенциалов между противоэлектродами слоевой структуры электрохромного модуля, что, однако, заведомо приводит к снижению стабильности функционирования электрохромного модуля циклированием между контрастными оптическими состояниями. Следовательно, переключение электрохромных модулей должно осуществляться таким образом, чтобы одновременно оптимальным образов удовлетворять перечисленным выше требованиям.

Так, например, в патенте РФ № 2492516 описывается способ и система переключения электрохромного устройства большой площади. Способ содержит первый и второй электродные слои, в которые могут быть обратимо введены ионы, и ионопроводящий слой, причем первый слой, в который могут быть обратимо введены ионы, является электрохромным, и первый и второй слои, в которые могут быть обратимо введены ионы, являются противоэлектродами друг для друга, при этом способ включает шаги, на которых: непрерывно измеряют ток, протекающий через элемент, если к электродным слоям приложено напряжение, и прилагают к электродным слоям напряжение и ступенчато изменяют это приложенное напряжение в зависимости от тока таким образом, чтобы напряжение, генерированное между электродными слоями, оставалось в предварительно заданных зависящих от температуры безопасных пределах окислительно-восстановительного потенциала, и при этом ток через элемент ограничен предварительно заданными зависящими от температуры пределами, причем приложенное напряжение может быть увеличено, только если ток через элемент меньше максимального тока через элемент, определяемого предварительно заданной функциональной зависимостью от полезной площади поверхности электрохромного элементы и его температуры, относительно исходной, при этом дополнительный температурный коэффициент в формуле функциональной зависимости позволяет изменять ток в зависимости от температуры и тем самым изменять скорость переключения относительно температуры. Так же в указанном патенте заявлено устройство, реализующее указанный способ. Технический результат заключается в оптимизации скорости переключения и однородности светопропускания.

Описываемый способ оптимизированного по времени переключения электрохромного устройства большой площади, однако, не позволяет добиться максимальной скорости переключения от начального оптического состояния к конечному, поскольку, согласно ему, прикладываемое между электродными слоями обратимого введения ионов напряжение, ограниченное диапазоном предварительно заданных зависящих от температуры безопасных пределов окислительно-восстановительного потенциала, не поддерживается на максимально допустимом в рамках заданного диапазона уровне в каждый момент времени процесса переключения. Так, согласно приведенным в описании изобретения и примерах его практической реализации данным, полный цикл оптического переключения электрохромного устройства, управляемого предлагаемым способом, занимает порядка 15 – 20 минут для электрохромного модуля с площадью поверхности от порядка 40*80 см до порядка 100*100 см, что является избыточно долгим циклом переключения, в особенности в случае перспектив использования светопрозрачных конструкционных элементов, включающих функциональные электрохромные модули, в приложении транспортных средств, где динамика циклирования в процессе эксплуатации может быть особенно критична. Кроме того, предлагаемый в указанном изобретении способ ограничения максимально допустимого тока, протекающего через электрохромный модуль, опосредованно зависящего через максимально допустимую плотность тока, протекающего через единицу площади поверхности устройства, от максимальной, пригодной к накоплению обратимым введением ионов в соответствующие электрохромные области плотности заряда, не предполагает возможности надежного исключения паразитных тепловых эффектов при диссипации энергии в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов, в особенности, как отмечается и непосредственно в описании изобретения, в диапазоне температур эксплуатации электрохромных модулей свыше порядка +80℃. Последнее отрицательно сказывается на стабильности предлагаемого способа переключения электрохромного устройства большой площади с точки зрения поддержания циклической эксплуатационной долговечности электрохромных устройств, по отношению к которым данный способ применяется.

Следует также отметить, что в ходе эксплуатации, электрохромные модули – в особенности входящие в состав светопрозрачных конструкций для архитектурного и транспортного остекления – могут как существенно нагреваться при поглощении тепловой солнечной энергии ближнего инфракрасного диапазона длин волн электромагнитного излучения солнечного спектра, в особенности будучи переключенными в состояние контраста наименьшей светопрозрачности, когда соответствующая поглощающая способность электрохромного материала модуля максимизирована, так и существенно охлаждаться в ходе интенсивного теплообмена с низкотемпературной внешней средой, например, при эксплуатации электрохромных модулей в составе светопрозрачных конструкционных элементов воздушных транспортных средств. По этой причине, температурный диапазон применимости способов управления оптическим переключением электрохромных модулей, при котором выполнение переключения не несет негативных последствий по отношению к эксплуатационной стабильности модуля, должен быть четко определен, и приложение инициирующей переключение оптического состояния эффективной разницы потенциалов к противоэлектродам слоевой структуры электрохромного модуля при его температуре, лежащей вне отмеченного диапазона, не должно допускаться с целью сохранения стабильности управления электрохромным модулем с точки зрения сохранения уровня его циклической долговечности.

Таким образом, в настоящее время имеется потребность в способах переключения электрохромных модулей между контрастными оптическими состояниями, а также устройствах для их осуществления, обеспечивающих совокупность ряда характеристик процесса оптического переключения электрохромных модулей от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию: стабильности процесса переключения, за счет одновременного недопущения накопления дефектов необратимого внедрения в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов электрохромного модуля, наряду с поддержанием значения эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в безопасных пределах окислительно-восстановительного потенциала, и исключением паразитных тепловых эффектов при диссипации энергии в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов от приложения управляющего напряжения, обеспечивающего оптическое переключение от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, к электрохромному модулю; а также, наряду с этим, минимизации длительности переключения электрохромных модулей от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию за счет поддержания максимально допустимой, с точки зрения стабильности процесса переключения, эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в каждый момент времени протекания процесса оптического переключения.

Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности признаков является патент РФ № 2644085, в котором описываются устройство и способ управления тонкопленочными переключаемыми оптическими устройствами. Устройство управления электрохромным устройством прилагает управляющее напряжение к шинам тонкопленочного оптически переключаемого устройства. Приложенное управляющее напряжение подается на уровне, который управляет переходом по всей поверхности оптически переключаемого устройства, но не повреждает устройства. Это приложенное напряжение создает во всех местоположениях на наружной поверхности устройства эффективное напряжение, значение которого находится в ограниченном диапазоне. Верхний предел этого диапазона расположен безопасно ниже напряжения, при котором устройство может претерпевать повреждение или ухудшение работы, которые могли бы воздействовать на его характеристики в ближайшей перспективе или в течение длительного срока. На нижней поверхности этого диапазона имеет место эффективное напряжение, при котором переход между оптическими состояниями устройства происходит относительно быстро. Уровень напряжения, приложенного между шинами, значительно больше максимального значения эффективного напряжения внутри ограниченного диапазона.

Данный способ осуществления оптического переключения, а также устройство для его реализации, однако, не позволяют добиться искомой стабильности процесса переключения, поскольку, в ходе его осуществления, значения эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля не поддерживаются в безопасных пределах окислительно-восстановительного потенциала на всем протяжении времени осуществления процесса. Так, в описываемом патенте отмечается, что первое приложенное напряжения между шинами тонкопленочного электрохромного устройства в ответ на определение необходимости перехода тонкопленочного электрохромного устройства из первого оптического состояния во второе оптическое состояние выбирается для обеспечения того, что во всех местоположениях на тонкопленочном электрохромном устройстве имеет место эффективное напряжение между максимальным эффективным напряжением, определенным как напряжение, безопасно избегающее повреждения тонкопленочного электрохромного устройства, и минимальным эффективным напряжением, определенным как напряжение, достаточное для управления переходом из первого оптического состояния во второе оптическое состояние, и первое приложенное напряжение значительно больше максимального эффективного напряжения. По причине выбора описываемого в указанном патенте алгоритма способа осуществления оптическим переключением, также не исключается – в особенности в начальный момент времени процесса переключения, непосредственно после определения необходимости перехода тонкопленочного электрохромного устройства между начальным и конечным оптическими состояниями при начале приложения управляющего напряжения от источника питания – кратковременное протекание паразитных эффектов тепловых эффектов при диссипации энергии в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов, что также негативно сказывается на циклической стабильности слоевой структуры электрохромного стека в долгосрочной перспективе. Наконец, описываемый способ оптического переключения не имеет корректировки характеристических параметров – в особенности диапазонов безопасных эффективного, действующего между противоэлектродами электрохромного модуля, и управляющего, прикладываемого от источника питания, напряжений – по величине актуальной температуры электрохромного модуля, и, в результате, связан также с риском продолжительного накопления дефектов необратимого внедрения в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов за счет эффектов приоритетного теплового транспорта заряженных радикалов.

Помимо этого, следует также отметить, что описываемое в патенте устройство для реализации способа осуществления оптического переключения тонкопленочных переключаемых оптических устройств принципиально не обеспечивает технической возможности измерения актуальной температуры электрохромного модуля с целью дальнейшей корректировки вышеотмеченных характеристических параметров, в результате чего обеспечение минимизации рисков продолжительного накопления дефектов необратимого внедрения в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов за счет эффектов приоритетного теплового транспорта заряженных радикалов с использованием описываемого устройства невозможно.

Технический результат настоящего изобретения направлен на обеспечение следующей совокупности характеристик процесса оптического переключения электрохромных модулей от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию: стабильности процесса переключения, за счет одновременного недопущения накопления дефектов необратимого внедрения в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов электрохромного модуля, наряду с поддержанием значения эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в безопасных пределах окислительно-восстановительного потенциала, и исключением паразитных тепловых эффектов при диссипации энергии в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов от приложения управляющего напряжения, обеспечивающего оптическое переключение от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, к электрохромному модулю, что дает возможность реализовать циклическую долговечность эксплуатации электрохромных модулей на уровне не менее 50 000 последовательных циклов переключения между оптическими состояниями; а также, наряду с этим, минимизации длительности переключения электрохромных модулей от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию за счет поддержания максимально допустимой, с точки зрения стабильности процесса переключения, эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в каждый момент времени протекания процесса оптического переключения.

Достижение технического результата согласно настоящему изобретению обеспечивается тем, что предлагается способ стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, включающий этапы, согласно которому к электрохромному модулю прикладывается управляющее напряжение для управления высокоскоростным оптическим переключением от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, причем приложение управляющего напряжения U_упр. осуществляется через токовводящие шины и прикладываемое управляющее напряжение поддерживается таким образом, чтобы значение эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля принимало максимальное значение в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс.. с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин.. с другой стороны, причем величина безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. зависит от температуры электрохромного модуля T как заданная линейная функция температуры, индивидуальная для конкретного материала проводящей ионы среды электрохромного модуля, а величина максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин. определяется как величина падения управляющего напряжения U_упр. в точке поверхности электрохромного модуля, расположенной на максимальном линейном удалении от всех точек наложения токовводящей шины, при протекании электрического тока по проводящей поверхности с предварительно определенным поверхностным сопротивлением R_пов., инвариантным по отношению к температуре электрохромного модуля; при этом отношение эффективной разности потенциалов U_эфф. к прикладываемому управляющему напряжению U_упр. равно отношению совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и.. к предварительно заданному полному омическому сопротивлению электрохромного модуля R_полн., причем совокупное омическое сопротивление областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и. является экспоненциальной зарядово-временной функцией от продолжительности оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию вида: R_о.в.и. = R_макс. × (1 – e^(c-kt)), где t – продолжительность оптического переключения; c и k - предварительно заданные аппроксимацией экспоненциальной регрессией коэффициенты; а амплитудная асимптота R_макс. является линейной функцией от температуры электрохромного модуля T, предварительно задаваемой через линейную аппроксимацию по двум точкам, лежащим в температурном диапазоне применимости способа стабилизированного управления; кроме того перед завершением переключения периодически определяется температура электрохромного модуля T и сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, при этом определяется, имеет ли сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, значение, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн.; при этом, в том случае, если сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, имеет значение, которое больше значения силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн., то для последнего измеренного значения температуры электрохромного модуля Т и актуального значения продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t переопределяются соответствующие значения величин: совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и., амплитудной асимптоты R_макс. и безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс., после чего для переопределенных значений перечисленных величин корректируется прикладываемое к электрохромному модуля через токовводящие шины управляющее напряжения U_упр. таким образом, чтобы значение эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля принимало максимальное значение в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин. с другой стороны; причем в том случае, если, в свою очередь, подтверждается, что сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, имеет значение, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн., то по процесс оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию завершается путем снятия приложения управляющего напряжения U_упр. к токовводящим шинам; при этом периодичность определения температуры электрохромного модуля T и силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, составляет не более, чем каждые 300 с оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, а допустимый температурный диапазон стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля находится в пределах от –80 до +165 °С.

При этом, для осуществления способа предлагается устройство для стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, содержащее источник питания для подачи напряжения с заданными значениями на переключаемый электрохромный модуль, две токовводящие шины, которые приведены в непосредственный механический контакт с токопроводящими поверхностями электрохромного модуля, соприлегающими с выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля, для осуществления приложения управляющего напряжения U_упр., а также процессор, выполненный с возможностью прикладывать управляющее напряжение для управления оптическим переключением электрохромного модуля, причем что токовводящие шины устройства выполнены разнополюсными, таким образом, чтобы геометрическое место всех точек наложения каждой из двух разнополюсных токовводящих шин на соответствующую токопроводящую поверхность электрохромного модуля описывало замкнутую фигуру, ограничивающую внутри себя не менее 30% всей площади токопроводящей поверхности электрохромного модуля; кроме того, устройство дополнительно содержит: средство измерения управляющего напряжения U_упр. между токовводящими шинами, через которые осуществляется приложение управляющего напряжения; амперметр для непрерывного измерения силы тока через электрохромный модуль I; датчик температуры для измерения температуры электрохромного модуля T; а также циклический базис для измерения продолжительности t оптического переключения электрохромного модуляи передачи измеренных значений управляющего напряжения U_упр., силы тока через электрохромный модуль I, температуры электрохромного модуля T и продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t процессору не реже, чем каждые 300 с оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию; при этом процессор устройства соединен с источником питания и циклическим базисом устройства и выполнен с возможностью вычисления величины электрического управляющего напряжения U_упр., прикладываемого между разнополюсными токовводящими шинами, необходимого для обеспечения максимального значения эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин. с другой стороны, а также с возможностью вычисления соответствующих значений совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.и.в., амплитудной асимптоты R_макс., безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. и силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн., на основании измеренных значений управляющего напряжения U_упр., силы тока через электрохромный модуль I, температуры электрохромного модуля T и продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t, причем процессор устройства для выполнен также с возможностью определять, достигает ли измеренная сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, значения, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для измеренной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с заданным полным омическим сопротивлением R_полн., кроме того процессор устройства выполнен с возможностью отключения приложения управляющего напряжения U_упр. к разнополюсным токовводящим шинам в случаях, если выполняется по меньшей мере одно из двух условий, первым из которых является достижение измеренной силой тока I, протекающего через электрохромный модуль, значения, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для измеренной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с заданным полным омическим сопротивлением R_полн., а вторым из которых является достижение измеренной температурой электрохромного модуля T значения, лежащего вне пределов диапазона, составляющего от –80 до +165 °С.

Как было отмечено выше, электрохромные модули принципиально представляют собой многослойные структуры (т.н. многослойные стеки), содержащие по меньшей мере один электрохромный материал, формирующий в структуре электрохромного модуля области обратимого введения ионов и обладающий качествами изменения своих оптических свойств, например, интенсивности пропускания электромагнитного излучения видимого диапазона длин волн, в ответ на приложение электрического напряжения между индивидуальными положительно комплиментарными областями обратимого введения ионов, выполняющими, таким образом, роль противоэлектродов по отношению друг к другу. В результате приложения между областями обратимого введения ионов электрохромного модуля напряжения, называемого эффективным напряжением электрохромной реакции, или, что равнозначно, эффективной разностью потенциалов U_эфф., провоцируется, за счет инициируемого в результате ионного тока, протекание обратимой окислительно-восстановительной реакции, соответствующей полярности прикладываемого напряжения, приводящей к т.н. «окрашиванию», или «изменению оптического состояния» электрохромного модуля от начального оптического состояния (в котором электрохромный модуль находился до инициации протекания электрохромной реакции приложением эффективной разности потенциалов) к конечному оптическому состоянию (в которое электрохромный модуль приходит, когда происходит перемещение всех способных к транспорту носителей заряда между областями обратимого введения ионов и протекание окислительно-восстановительной реакции завершается) – либо с уменьшением совокупной величины интенсивности светопропускания всей его слоевой структуры, либо, напротив, с увеличением совокупной её величины интенсивности светопропускания, в зависимости от полярности. При этом, слоевая структура электрохромных модулей должна включать в себя токопроводящие слои, непосредственно соприлегающие с областями обратимого введения ионов и расположенные с двух сторон от слоя, содержащего материал, формирующий проводящую ионы среду, связывающую между собой индивидуальные области обратимого введения ионов, таким образом ограничивая его между собой. Данные токопроводящие слои служат для обеспечения возможности присоединения токовводов для подключения электрохромных модулей к цепи внешнего источника питания с целью обеспечения приложения внешнего напряжения к электрохромным модулям и осуществления их переключения между оптическими состояниями. Присоединение обеспечивающего предлагаемый способ стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля устройства к электрохромному модулю с целью подачи на него напряжения от внешнего источника питания осуществляется при помощи токовводящих шин, конструкционные особенности которых описываются и объясняются подробнее ниже.

Прикладываемое к электрохромному модулю через токовводящие шины напряжение от внешнего источника питания обозначается как управляющее напряжение для управления высокоскоростным оптическим переключением U_упр. Следует отметить, что актуальное значение управляющего напряжения, поступающего к электрохромному модулю от источника питания через токовводящие шины в каждый момент времени в ходе процесса оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, отличается от актуального значения возникающей при этом эффективной разницы потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля по причине неизбежного падения напряжения на полном омическом сопротивлении модуля R_полн.. При этом значение полного омического сопротивления электрохромного модуля R_полн. складывается совокупно из индивидуальных значений сопротивления каждого отдельного его функционального элемента: суммарного поверхностного омического сопротивления поверхности электрохромного модуля (далее - R_пов.), совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов (далее - R_о.в.и) и паразитного электросопротивления проводящей ионы среды модуля; и может быть с достаточно высокой точностью определено и предварительно задано как сопротивление, измеряемое между токопроводящими слоями модуля, непосредственно соприлегающими с областями обратимого введения ионов и расположенными с двух сторон от слоя, содержащего материал, формирующий проводящую ионы среду, таким образом ограничивая его между собой, которые служат для обеспечения возможности присоединения токовводов для подключения электрохромных модулей к цепи внешнего источника питания.

При этом ключевым фактором реализации описываемого способа стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля является поддержание значения прикладываемого управляющего напряжения U_упр. в каждый момент времени в ходе оптического переключения модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию таким образом, чтобы соответствующее ему значение эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля принимало максимальное значение в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс.. с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин.. с другой стороны.

Отмеченные ограничения на диапазон допустимой эффективной разности потенциалов U_эфф. между областями обратимого введения ионов электрохромного модуля объясняются следующим образом:

Чтобы безопасными образом переключать электрохромный модуль, сохраняя его циклическую стабильность, прежде всего важно, чтобы создаваемый потенциал между противоэлектродами не выходил за безопасный предел окислительно-восстановительного потенциала. Этот предел определяется и может быть предварительно задан по результатам электрохимических исследований, например, циклической вольтамперометрии. Потенциал между противоэлектродами значительно меняется на протяжении площади поверхности электрохромного модуля тем в большей степени, чем больше абсолютная площадь модуля, и зависит от величины падения напряжения, как, в общем случае, от функции расстояния от точек приложения напряжения от внешнего источника, являющихся геометрическим местом всех точек токопроводящей поверхности электрохромного модуля, в которых осуществляется наложение на нее токовводящей шины. При этом, разность между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля всегда является наибольшей непосредственно вблизи точек наложения токовводов на токопроводящую поверхность модуля. Следовательно, чтобы переключать электрохромный модуль безопасным образом и тем самым обеспечивать максимальный срок службы, не требуется знать полное распределение потенциала модуля при заданном наборе условий, а достаточно гарантировать, что эффективная разность потенциалов U_эфф. не выходит за предел безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс...

Причем, как было эмпирически выявлено, величина безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. зависит от температуры электрохромного модуля T как заданная линейная функция температуры, индивидуальная для конкретного материала проводящей ионы среды электрохромного модуля. Это связано с тем, что транспортная подвижность носителей заряда в проводящей ионы среде электрохромного модуля меняется с температурой модуля за счет сопутствующих тепловых эффектов: вызванного температурным воздействием роста кинетической энергии непосредственно самих носителей заряда с ростом температуры, а также тепловых флуктуаций транспортной проницаемости проводящей ионы среды в ходе изменения плотности её рассеивающих центров. Динамика проявления последнего из перечисленных эффектов, как отклик на определенное изменение температуры переключаемого электрохромного модуля, зависит от конкретных характеристик конфигураций электронных орбиталей атомов, формирующих проводящую ионы среду электрохромного модуля, а следовательно конкретный вид функции линейной зависимости величины безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. от температуры электрохромного модуля T индивидуален для конкретного материала проводящей ионы среды электрохромного модуля. По причине отмеченного, эмпирически выявленного линейного характера зависимости величины безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. от температуры электрохромного модуля T, для выявления точного вида указанной зависимости достаточно предварительно выявить безопасный предел окислительно-восстановительного потенциала U_макс.. по средствам электрохимических исследований, например, циклической вольтамперометрии, при двух различных определенных температурах исследуемого электрохромного модуля с конкретным, предполагаемым к использованию материалом проводящей ионы среды; после чего линейная функция U_макс.(T) единозначно задается по этим двум точкам.

Учет девиации величины безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. с изменением температуры T электрохромного модуля в ходе его оптического переключения между оптическими состояниями гарантирует поддержание значения эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в безопасных пределах стабильности процесса переключения, за счет чего исключаются паразитные тепловые эффекты при диссипации энергии в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов от приложения к электрохромному модулю управляющего напряжения, что соответствует техническому результату настоящего изобретения.

С другой стороны, диапазон допустимой эффективной разности потенциалов U_эфф. между областями обратимого введения ионов электрохромного модуля ограничивается величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин... Это связано с тем, что в случае, если значение эффективной разности потенциалов между областями обратимого введения ионов U_эфф. будет лежать вне указанного предела, то, в зависимости от конкретной величины результирующего модуля | U_мин.. - U_эфф. |, разность ускоряющего потенциала, инициирующего транспорт участвующих в электрохимической реакции оптического переключения модуля носителей заряда, с учетом имеющего место падения напряжения, между противоэлектродами электрохромного модуля в определенной области его поверхности и, по меньшей мере, непосредсвенно в точке максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля, будет отсутствовать, в результате чего будет иметь место т.н. “эффект постоянного ириса”, выражающийся в том, что часть поверхности электрохромного модуля не будет изменять своего оптического состояния в ходе переключения.

При этом, величина максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин.. из геометрических соображений определяется как величина падения управляющего напряжения U_упр. в точке поверхности электрохромного модуля, расположенной на максимальном линейном удалении от всех точек наложения токовводящей шины. При этом указанное падение напряжения происходит по причине протекания электрического тока по проводящей поверхности электрохромного модуля с поверхностным сопротивлением R_пов.. Поскольку при оценке поверхностного сопротивления традиционно подразумевается мера сопротивления условно двухмерной среды - тонких пленок, которые номинально равномерны по толщине, в результате чего толщиной которых можно пренебречь по отношению к площади поверхности – то поверхностное сопротивление R_пов. остается неизменным при масштабировании контакта поверхности и , следовательно , может быть использовано для сравнения электрических свойств поверхностей, которые значительно отличаются по размеру, являясь, таким образом, характеристическим параметром непосредственно поверхности, зависящим от её природы и инвариантной по отношению к температуре как непосредственно самой проводящей поверхности, так и электрохромного модуля в целом, а также не зависящей от таких прочих факторов, как прикладываемое к поверхности напряжение. Поверхностное сопротивление проводящей поверхности управляемого электрохромного модуля предварительно определяется и, затем, фиксируется. Определение может проводиться с использованием конвенциальных методов: посредствам непосредственно измерения с использованием четырех-концевого зондирования (также известного как измерение четырехточечного зонда), либо косвенно, с помощью бесконтактного вихретокового испытания (стратометрии). В результате, из общих соображений электрофизики, падение первоначально прикладываемого в точках наложения токовводящей шины напряжения вдоль проводящей поверхности с поверхностным сопротивлением R_пов. будет прямо пропорционально произведению l‧ R_пов., где l – величина линейного удаления точки, в которой определяется искомое падение напряжения, от всех точек наложения токовводящей шины. Исходя из того, что, как было отмечено и объяснено выше, величина поверхностного сопротивления R_пов. является константой для конкретной поверхности электрохромного модуля, величина падения управляющего напряжения U_упр. будет максимальной в том случае, когда величина удаления l принимает свое максимальное значение, т.е. в точке поверхности элекрохромного модуля, расположенной на максимальном линейном удалении от всех точек наложения токовводящей шины. Таким образом, в точке с максимальным падением потенциала вдоль всей ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин. значение модуля | U_мин.. - U_эфф. | принимает наименьшее из возможных значений в том случае, если удовлетворяется требование о том, что значение эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля лежит в пределах диапазона, ограниченного с одной стороны значением U_мин..; значение модуля разности величины падения потенциала вдоль поверхности электрохромного модуля и величины эффективной разности потенциалов U_эфф. для всех прочих точек токопроводящей поверхности модуля, ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины, будет, очевидно, больше. В результате, в случает выполнение условия на поддержание значения эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в пределах диапазона, ограниченного с одной стороны значением U_мин..,“эффект постоянного ириса”, выражающийся в том, что часть поверхности электрохромного модуля не будет изменять своего оптического состояния в ходе переключения, не будет наблюдаться вдоль всей подвергающейся оптическому переключению между оптическими состояниями поверхности электрохромного модуля.

Таким образом, на основании всего вышеизложенного, значение эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля должно находиться в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс.. с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин.. с другой стороны, причем величина безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. зависит от температуры электрохромного модуля T как заданная линейная функция температуры, индивидуальная для конкретного материала проводящей ионы среды электрохромного модуля, а величина максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин. определяется как величина падения управляющего напряжения U_упр. в точке поверхности электрохромного модуля, расположенной на максимальном линейном удалении от всех точек наложения токовводящей шины, при протекании электрического тока по проводящей поверхности с предварительно определенным поверхностным сопротивлением R_пов., инвариантным по отношению к температуре электрохромного модуля.

При этом, прикладываемое управляющее напряжение U_упр. должно поддерживаться таким образом, чтобы значение эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля принимало максимальное значение в указанном диапазоне. В этом случае, с одной стороны в электрохромном модуле поддерживается максимальный ток срабатывания, стабилизированный с точки зрения однородности динамики переключения модуля вдоль всей площади подвергаемой оптическому переключению поверхности, а переключение с помощью сильных стабилизированных по поверхности электрохромного модуля токов обеспечивает более быстрое срабатывание и, следовательно, наименьшее достижимое время переключения, не приводя при этом к паразитному увеличению неоднородности светопропускания. С другой стороны, переключение электрохромного модуля осуществляется в этом случае также при сохранении значения эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в безопасном диапазоне, характеризующемся, по вышеизложенным причинам, эффектом срабатывания процесса переключения электрохромного от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию вдоль всей функциональной поверхности модуля, ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины, а также стабильностью эксплуатации электрохромных модулей с точки зрения их циклической долговечности при циклировании последовательными переключениями между оптическими состояниями за счет одновременного недопущения накопления дефектов необратимого внедрения в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов электрохромного модуля, наряду с поддержанием значения эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в безопасных пределах окислительно-восстановительного потенциала, и исключением паразитных тепловых эффектов при диссипации энергии в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов от приложения управляющего напряжения, в результате чего обеспечивается технический результат настоящего изобретения.

Поскольку фактически контролируемым – т.е. управляемым напрямую – параметром процесса оптического переключения электрохромного модуля является прикладываемое к нему управляющее напряжение U_упр., а параметром процесса оптического переключения, на который налагаются ограничения, обеспечивающие стабилизацию процесса переключения с точки зрения циклической продолжительности функционирования электрохромного модуля, является эффективная разность потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля, то между этими двумя величинами вводится отношение, позволяющее проводить вычисление прикладываемого к электрохромному модулю управляющего напряжения U_упр., которое требуется обеспечивать на внешнем источнике питания, с тем, чтобы значение эффективной разности потенциалов U_эфф. принимало максимальное значение в диапазоне определенных граничных величин безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс.. и максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин... При этом отношение эффективной разности потенциалов U_эфф. к прикладываемому управляющему напряжению U_упр. равно отношению совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и.. к предварительно заданному полному омическому сопротивлению электрохромного модуля R_полн., т.е. соотношение между U_эфф. и U_упр. может быть выраженно функцией вида:

(1)

Данный вид функциональной зависимости объясняется законом Ома для участка цепи, принципиально состоящей из ЭДС (источника питания), величиной, равной управляющему напряжению переключения U_упр., и сопротивления, величиной равного совокупному омическому сопротивлению областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и... Причем полное сопротивление всей электрической схемы составляет R_полн. (что может быть обратно интерпретировано также дополнительным подключением к сопротивлению величиной R_о.в.и.. последовательно условного сопротивления величиной [R_полн. - R_о.в.и..]) и соответствует полному омическому сопротивлению электрохромного модуля. При этом, поскольку, согласно закону Ома для участка цепи, сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению на её участке и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка, и, при этом, сила тока в цепи, согласно частному следствию закона сохранения энергии, одинакова для всех последовательно соединенных участков, то отношение напряжения на эквивалентном сопротивлении, равном по величине совокупному омическому сопротивлению областей обратимого введения ионов электрохромного модуля, которое соответствует эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов к непосредственно сопротивлению R_о.в.и.., будет равно отношению величины ЭДС, принимаемой, согласно отмеченному выше за управляющее напряжение переключения U_упр., к полному сопротивлению всей электрической схемы, равной, в свою очередь, омическому сопротивлению электрохромного модуля, составляющему R_полн., что, путем прямого преобразования, сводится непосредственно к уравнению вида (1).

При этом полное омическое сопротивление электрохромного модуля может быть предварительно определено и заданно путем прямого измерения на участке цепи между токовводящими шинами с использованием потенциостата или вольтметра. В свою очередь совокупное омическое сопротивление областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и. является экспоненциальной зарядово-временной функцией от продолжительности оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию вида: R_о.в.и. = R_макс. × (1 – e^(c-kt)). Это связано с тем, что, как было эмпирически определено, по мере срабатывания электрохромного модуля в ходе его оптического переключения от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, обратимое накопление перемещаемого в эффективной разности потенциалов U_эфф. электрического заряда в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов (анионов - в областях, находящихся под большим потенциалом, и катионов – в областях, находящихся под меньшим потенциалом соответственно) приводит к формированию в них паразитных накопленных зарядов противоположных относительно полярности соответствующих противоэлектродов знаков. Это, в свою очередь, приводит к двум сопутствующим эффектам: эффективной компенсации потенциалов соответствующих противоэлектродов, вследствие чего модуль значения фактической разности потенциалов между индивидуальными выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов снижается; а также к экранированию последующих поступающих на соответствующие противоэлектроды носителей заряда того же знака, что и паразитно накопленный заряд, за счет их торможения в отталкивающем Кулоновском поле последнего. В результате, общая подвижность свободных носителей заряда в электрохромного модуле с течением времени по мере его переключения от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию снижается, вследствие роста вклада от накопления претерпевших транспортировку носителей заряда в областях обратимого введения ионов; а кроме того совокупное количество еще не претерпевших транспортировки в эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля свободных носителей заряда по мере протекания электрохимической реакции оптического переключения электрохромного модуля от его исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию также снижается с течением времени, вследствие чего регистрируемая величина совокупное омическое сопротивление областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и. возрастает, причем, функция обозначенного роста носит зарядово-временной характер в связи с также вышеотмеченными причинами его наличия. При этом, как было также эмпирически обнаружено, функция роста совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов в ходе переключения электрохромного модуля от продолжительности оптического переключения t имеет регрессивно экспоненциальный вид, аналогичный случаю зарядки конденсатора: аналогично в начале процесса оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию поступление носителей заряда в области обратимого введения ионов в ходе протекания электрохимической реакции окрашивания при неизменном значении эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов происходит наиболее динамично, по причине того, что первоначальное количество транспортируемых носителей заряда велико, а накопления паразитных экранирующих зарядов на противоэлектродах – играющих роль условных обкладок конденсаторов – еще не произошло. В дальнейшем, при его накоплении, с фактическим ростом величины совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и. динамика транспорта заряда в электрохромном модуле, и, как следствие, дальнейшего роста R_о.в.и., снижается экспоненциально, по аналогии со случаем зарядки серии параллельно соединенных конденсаторов, каждый из которых в описываемой эквивалентной схеме является индивидуальной парой противоэлектродов - областей обратимого введения ионов электрохромного модуля – выходя на насыщение вдоль амплитудной асимптоты.

При этом описываемая кривая выхода совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и. на насыщение описывается аппроксимацией экспоненциальной регрессией с функцией зависимости от продолжительности оптического переключения t вида:

(2)

Где коэффициенты c и k должны быть предварительно определены и заданы аппроксимацией экспоненциальной регрессией измеренной кривой зависимости R_о.в.и.(t), которая может быть получена, например, предварительным снятием кривой падения тока на электрохромном модуле при постоянном управляющем напряжении U_упр., пересчитываемой в разность полного сопротивления электрохромного модуля и совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля [R_полн. - R_о.в.и..] в соответствии с законом Ома; а непосредственно сама аппроксимация может быть осуществлена, например, по методу наименьших квадратов.

В свою очередь амплитудная асимптота R_макс. – т.е. характеристическое для каждого конкретного электрохромного модуля максимальное значение совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов, к которому оно стремиться в ходе осуществления процесса оптического переключения от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию – является линейной функцией от температуры электрохромного модуля T. Это связано с тем, что с ростом температуры электрохромного модуля происходит как повышение подвижности свободных носителей заряда в слоевой структуре модуля, так и перераспределение рассеивающих центров, в результате чего зарядовое заполнение областей обратимого введения ионов электрохромного модуля происходит быстрее и эффективнее с точки зрения плотности упаковки, что означает, что формирование в областях обратимого введения ионов паразитных накопленных зарядов противоположных относительно полярности соответствующих противоэлектродов знаков происходит также быстрее и, как следствие, регрессивно экспоненциальный выход значения R_о.в.и. на плато насыщения в ходе оптического переключения электрохромного модуля происходит раньше, и, следовательно, при меньшем значении амплитудной асимптоты R_макс. В результате, амплитудная асимптота R_макс. будет принимать тем меньшее значение, чем выше температура T электрохромного модуля в ходе осуществления его оптического переключения. Точный вид функции линейной зависимости R_макс. (T) должен быть предварительно определен и задан путем линейной аппроксимации по двум точкам вида (R_макс.; T), которые, в свою очередь, могут быть определены в ходе отмеченного выше предварительного снятия кривой падения тока на электрохромном модуле при постоянном управляющем напряжении U_упр., пересчитываемой в разность полного сопротивления электрохромного модуля и совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля [R_полн. - R_о.в.и..] в соответствии с законом Ома, осуществляемого при двух различный температурах электрохромного модуля T.

При этом используемые для взятия аппроксимационных точек (R_макс.; T) значения температуры электрохромного модуля должны лежать в температурном диапазоне применимости способа стабилизированного управления. Данный допустимый температурный диапазон стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля, как было эмпирически выявлено, должен находиться в пределах от –80 до +165 °С. Отмеченные требования связаны со следующими факторами:

При выходе за указанный допустимый температурный диапазон стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля нарушается условие линейности функциональной зависимости R_макс. (T): в диапазоне температур менее –80 °С это связано с гиперболическим характером зависимости скорости роста плотности рассеивающих центров на границах между областями обратимого введения ионов электрохромных модулей и проводящей ионы средой, связывающей между собой индивидуальные области обратимого введения ионов, от температуры электрохромного модуля. В свою очередь в диапазоне температур электрохромного модуля свыше +165 °С, несмотря на увеличение подвижности свободных носителей заряда с ростом температуры, превалирующее воздействие на величину амплитудной асимптоты R_макс. оказывает сопутствующее увеличение максимально достижимой плотности упаковки областей обратимого введения ионов, в результате чего будет происходить формирование в областях обратимого введения ионов паразитных накопленных зарядов противоположных относительно полярности соответствующих противоэлектродов знаков существенно больших величин, и, как частное следствие, величина асимптоты R_макс. будет принимать большее значение, нежели чем предсказываемое при вычислении по линеарезованной функции R_макс. (T), что делает линейную апроксимацию при температурах электрохромного модуля Т, превышающих верхний предел диапазона температур от –80 до +165 °С, недопустимой.

В случае применения линейной зависимости амплитудной асимптоты R_макс. от температуры электрохромного модуля T, заданной через аппроксимацию по двум точкам, лежащим вне температурного диапазона применимости способа стабилизированного управления оптическим переключением модуля, погрешность определения величины R_макс. при актуальной температуре электрохромного модуля в ходе процесса его оптического переключения будет достаточно велика, чтобы приводить к некорректному определению совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и.. и, в результате, отношения эффективной разности потенциалов U_эфф. к прикладываемому управляющему напряжению U_упр.. В следствие этого будут создаваться условия для выхода значения эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля за безопасные пределы окислительно-восстановительного потенциала, а также, в результате, для накопления дефектов необратимого внедрения в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов электрохромного модуля, что приводит к нарушению условий стабильности процесса оптического переключения и недопустимо с точки зрения возможности достижения технического результата настоящего изобретения.

При этом, перед завершением переключения периодически определяется температура электрохромного модуля T и сила тока I, протекающего через электрохромный модуль. Необходимость периодического определения актуальной температуры электрохромного модуля в ходе его переключения связана с тем, что в ходе переключения электрохромный модуль имеет тенденцию нагреваться вследствие протекания двух параллельных процессов: во-первых непосредственно за счет протекания электрохимической реакции окрашивания, приводящей к искомому переключению модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию; а во-вторых за счет того, что, если оптическое переключение из одного оптического состояния в другое связано с переходом из оптического состояния, характеризующегося большим интегральным пропусканием электромагнитного излучения видимого диапазона длин волн, в оптическое состояние с меньшим интегральным пропусканием электромагнитного излучения видимого диапазона длин волн, то в качестве дополнительного фактора нагрева электрохромного модуля в ходе переключения будет также служить увеличивающаяся интенсивность поглощения электрохромного модуля в инфракрасной части спектра его совокупной поглощающей способности при сопутствующей инсоляции поверхности. Таким образом, по мере нагрева электрохромного модуля, который имеет место в ходе осуществления процесса его оптического переключения, будет происходить также сопутствующий дрейф значений тех характеристических параметров процесса переключения, которые, как было описано и объяснено выше, зависят – напрямую, или опосредованно, от значения актуальной температуры электрохромного модуля Т, а также от актуального значения продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t, а именно: совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и., амплитудной асимптоты R_макс. и безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс..

Отмеченный дрейф актуальных значений перечисленных величин, соответствующий изменению температуры электрохромного модуля по мере осуществления процесса его оптического переключения, наряду с ростом значения продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t по мере его реализации, приводит к изменению соотношения эффективной разности потенциалов U_эфф. к прикладываемому управляющему напряжению U_упр. согласно уравнению (1). По этой причине, в ходе осуществления оптического переключения согласно описываемому способу непосредственно до момента его завершения при каждом акте определения температуры электрохромного модуля для последнего измеренного значения температуры электрохромного модуля Т и актуального значения продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t по результатам осуществления переопределения значений перечня величин: совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и., амплитудной асимптоты R_макс. и безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс., причины необходимости которого изложены выше, для переопределенных значений перечисленных величин должна также осуществляться корректировка прикладываемого к электрохромному модулю через токовводящие шины управляющего напряжения U_упр., причема – также в соответствии с вышеизложенными требованиями – данная корректировка должна выполняться таким образом, чтобы значение эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля принимало максимальное значение в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин. с другой стороны.

В свою очередь периодическое определение величины силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, в ходе осуществления процесса его оптического переключения вплоть до его завершения, необходимо для надежного определения момента окончания перехода оптического состояния электрохромного модуля из исходного к конечному и своевременного снятия прикладываемого управляющего напряжения. Это, в свою очередь, необходимо для недопущения ситуации, когда, по завершению процесса оптического переключения модуля, электрохимическая реакция процесса перехода его оптического состояния от исходного к конечному завершается за счет исчерпания подверженных транспорту в создаваемой от внешнего источника питания разности потенциалов носителей заряда с одной стороны, а также за счет предельного заполнения областей обратимого введения ионов с другой, и, как следствие, величина совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и. достигает своего максимального значения, однако, при этом, управляющее напряжение от источника питания не снимается, вследствие чего создаются условия для избыточного заполнения областей обратимого введения ионов электрохромного модуля носителями заряда сверх значений насыщения, и, как следствие, накопления в них сопутствующих дефектов необратимого внедрения, наряду с протеканием паразитных тепловых эффектов при диссипации энергии в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов в то время, когда, как было отмечено, значение их совокупного омического сопротивления, характеризующего интенсивность тепловой диссипации, максимально. Как было обнаружено, параметром процесса оптического переключения электрохромного модуля, обеспечивающим надежный контроль за моментом требуемого, с точки зрения возможности достижения заявляемого технического результата, снятия управляющего напряжения при завершении электрохимической реакции, обеспечивающей протекание перехода оптического состояния электрохромного модуля из начального в конечное, является сила тока I, протекающего через электрохромный модуль.

Ток, ответственный за омическое падение напряжения при переходе через наружную проводящую поверхность электрохромного модуля – т.е. сила которого может быть напрямую измерена непосредственно на токовводящих шинах, подключаемых к проводящим поверхностям - содержит две компоненты. Он содержит ионный ток, провоцирующий процесс оптического перехода электрохромного модуля от начального состояния, к конечному, и характеризующий динамику протекающей при этом электрохимической реакции. А также - паразитный электронный ток, проходящий через проводящую ионы среду, связывающую между собой индивидуальные области обратимого введения ионов электрохромного модуля. Паразитный электронный ток постоянен при заданном значении приложенного управляющего напряжения U_упр.. В литературных источниках его значение также зачастую обозначается как сила тока утечки. Ионный ток, в свою очередь, обусловлен перемещением носителей заряда между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в ходе осуществления его оптического перехода. При заданном приложенном управляющем напряжении ионный ток претерпевает изменение во время процесса оптического переключения. До приложения любой эффективной разности потенциалов между областями обратимого введения ионов U_эфф., ионный ток мал или отсутствует. При возникновении эффективной разности потенциалов, ионный ток будет расти и может даже продолжить рост по мере того, как приложенное управляющее напряжение удерживается на постоянном значении за счет тепловых эффектов, а также изменения с течением времени процесса оптического переключения t величины совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и. согласно (2). Однако в конечном счете величина ионного тока достигает своего максимума и спадает по мере того, как все свободные носители заряды выполнили перемещение в поддерживаемой эффективной разности потенциалов U_эфф. в ходе оптического переключения электрохромного модуля. После завершения оптического переключения продолжает идти только ток утечки (паразитный электронный ток через проводящую ионы среду). Величина силы тока утечки зависит от эффективного напряжения, которое представляет собой функцию приложенного управляющего напряжения согласно уравнению (1), при этом, в условии завершения процесса оптического переключения электрохромного модуля, как было отмечено выше, величина совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и. принимает максимальное значение, стремящееся к значению его амплитудной асимптоты R_макс.. Таким образом, характерная величина силы тока утечки для данного электрохромного модуля определяется исходя из закона Ома для полной цепи по актуальной величине прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн.. Достижение актуальной, регулярно измеряемой силой тока I, протекающего через электрохромный модуль, значения, равного или меньшего, чем значение силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн., является признаком окончания процесса протекания электрохимической реакции перехода модуля между оптическими состояниями и условием завершения процесса оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию путем снятия приложения управляющего напряжения U_упр., прикладываемого к токовводящим шинам.

При этом периодичность определения температуры электрохромного модуля T и силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, должна составлять не более, чем каждые 300 с. оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию. В случае со значением актуальной температуры электрохромного модуля T это связано с тем, что флуктуативность этой величины при высоких значениях эффективной разности потенциалов U_эфф., создаваемой между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля на периодах ее переопределения свыше 300 с. длительности оптического переключения электрохромного модуля приводит к рискам поддержания управляющего напряжения, при некорректной юстировке определения параметра совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и.., функционально зависящего от продолжительность оптического переключения t и – через функцию величины амплитудной асимптоты R_макс. - от температуры электрохромного модуля T, на чрезмерно высоких значениях, для которых будет характерен сопутствующий выход соответствующего значения эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля за пределы диапазона, ограниченного безопасным пределом окислительно-восстановительного потенциала U_макс., что, в свою очередь, приводит к невозможности достижения заявляемого технического результата.

В свою очередь в случае силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, необходимость его переопределения с периодичностью, составляющей не более, чем каждые 300 с. оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, связана с тем, что поскольку сравнение актуальной измеряемой силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, с силой тока утечки , характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн., является, по вышеизложенным причинам, условием на определение момента завершения процесса оптического переключения электрохромного модуля, то периодичность измерения актуальной силы тока I является, по сути, также максимальной продолжительностью сохранения приложения управляющего напряжения U_упр. по отношению к электрохромному модулю свыше фактической продолжительности протекания электрохимической реакции оптического перехода модуля от начального к конечному оптическому состоянию – в граничном случае, когда достижение значением силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, величины тока утечки непосредственно сразу после очередного его измерения факт того, что сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, имеет значение, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн., и, соответственно, необходимость завершения процесса оптического переключения путем снятия приложения управляющего напряжения U_упр. к токовводящим шинам будут определены при следующем определении актуальных парамертов процесса – и в т.ч. переопределения актуального значения силы тока I – по истечении периода. Таким образом, периодичность переопределения силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, представляет собой максимальную продолжительность поддержания управляющего напряжения на проводящей поверхности электрохромного модуля, подводимого через токовводящие шины, после фактического завершения оптического перехода модуля из одного состояния в другое и прекращения сопутствующих электрохимических процессов на противоэлектродах. Как было определено, предельной продолжительностью такого сохраняющегося поддержания управляющего напряжения на проводящей поверхности электрохромного модуля после окончания электрохимической реакции его оптического переключения, при которой прирост в тепловой энергии диссипации токовых нагрузок на выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов не начинает приводить к протеканию необратимых реакций с катализом теплового характера, приводящих к потере качеств стабильности реализуемого процесса управления оптическим переключением модуля с точки зрения циклической долговечности последнего, и, как следствие, обеспечиваются условия реализации технического результата настоящего изобретения, является период в 300 с.

В результате, согласно вышеизложенному, алгоритм управления процессом оптического переключения электрохромного модуля, отвечающий условиям реализации заявляемого технического результата, согласно настоящему изобретению, имеет следующую последовательность условий, начиная с момента первичного приложения управляющего напряжения U_упр для управления высокоскоростным оптическим переключением от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию:

С периодичностью, составляющей не более, чем каждые 300 с. оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию перед завершением переключения определяется температура электрохромного модуля T и сила тока I, протекающего через электрохромный модуль. При этом, определяется, имеет ли сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, значение, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн..

При этом, в том случае, если сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, имеет значение, которое больше значения силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн., то это означает, что конечное искомое оптическое состояние еще не достигнуто, протекание электрохимической реакции хромирования модуля продолжается и. соответственно, осуществляемый процесс переключения электрохромного модуля еще не завершен. В этом случае, для последнего измеренного значения температуры электрохромного модуля Т и актуального значения продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t переопределяются соответствующие значения функционально зависимых, согласно вышеизложенным выкладкам, величин: совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и., амплитудной асимптоты R_макс. и безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс.. После чего для переопределенных значений перечисленных величин корректируется прикладываемое к электрохромному модуля через токовводящие шины управляющее напряжения U_упр. таким образом, чтобы значение эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля принимало максимальное значение в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин. с другой стороны, с тем, чтобы, также согласно объясненным выше причинам, удовлетворять требованиям критериев достижения технического результата настоящего изобретения как с точки зрения стабильности процесса оптического переключения электрохромного модуля, так и, наряду с этим, минимизации длительности переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию.

Причем в том случае, если, в свою очередь, подтверждается, что сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, имеет значение, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн., то по процесс оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию завершается путем снятия приложения управляющего напряжения U_упр. к токовводящим шинам.

Блок-схема, изображающая описываемое устройство, необходимое для реализации предлагаемого способа стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля, показана на фиг. 1. На схеме обозначены: источник питания – 1; токовводящие шины – 2 и 3; электрохромный модуль – 4; токопроводящие поверхности электрохромного модуля – 5; процессор – 6; средство измерения напряжения – 7; амперметр - 8; датчик температуры – 9; циклический базис – 10.

Соответствующий источник питания 1 генерирует потенциал, который может быть приложен к контактам двух токовводящих шин - 2 и 3 соответственно - путем переключения соответствующих реле источника питания, и служит, таким образом, как было отмечено выше, для подачи напряжения с заданными значениями на переключаемый электрохромный модуль через две подключенные непосредственно к модулю токовводящие шины.

Соответственно, две токовводящие шины подключенны к электрохромному модулю 4, управление оптическим переключением которого будет осуществляться, путем приведения их в непосредственный механический контакт с токопроводящими поверхностями электрохромного модуля 5, которые, в свою очередь, соприлегают с выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля. Токовводящие шины описываемого устройства выполнены разнополюсными, в результате чего создаваемая между ними источником питания разность потенциалов, соответствующая управляющему напряжению U_упр., прикладываемому от источника через токовводящие шины к электрохромному модулю, способствует, по итогу омического падения напряжения вдоль проводящей поверхности электрохромного модуля, формированию соответствующей эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов, обеспечивающей протекание электрохимической реакции электрохромирования для переключения модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию. В свою очередь конкретная полюстность разнополюстных токовводящих шин, фактически определяемая полюстностью на выходе контактов источника питания, через которые с ним соединены токовводящие шины устройства, определяет направление протекания реакции оптического переключения управляемого электрохромного модуля, т.е. конечное оптическое состояние, для достижения которого будет осуществляться оптическое переключения модуля. При этом, каждая из двух разнополюсных токовводящих шин устройства управления выполнена таким образом, чтобы геометрическое место всех точек наложения каждой из них на соответствующую токопроводящую поверхность электрохромного модуля описывало замкнутую фигуру, ограничивающую внутри себя не менее 30% всей площади токопроводящей поверхности электрохромного модуля. Требование о замкнутости фигуры, образуемой геометрическим местом всех точек наложения токовводящих шин на проводящую поверхность электрохромного модуля, связано с тем, что в этом случае, за счет сокращения величины максимального линейного удаления любой из точек функционально переключаемой поверхности электрохромного модуля от всех точек наложения токовводящей шины - по сравнению с прочими вариантами пригодных к использованию разомкнутых геометрий токовводящих шин, например: накладываемых на определенную токопроводящую поверхность модуля в виде двух параллельных, расположенных по краям функционально переключаемой поверхности полос, или угла, ограничивающего две из соприлегающих сторон периметра, описывающего функционально переключаемую поверхность подвергаемого оптическому переключению электрохромного модуля – будет обеспечиваться снижение величины максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин., которая, как было объяснено выше, определяется как величина падения управляющего напряжения U_упр. в точке поверхности электрохромного модуля, расположенной на максимальном линейном удалении от всех точек наложения токовводящей шины, при протекании электрического тока по проводящей поверхности с предварительно определенным поверхностным сопротивлением R_пов.. В результате, это способствует максимизации средней величины плотности тока вдоль всей функионально переключаемой поверхности электрохромного модуля, и, в соответствии с также изложенными выше соображениями, обеспечивает, следовательно, наибольшую скорость протекания электрохимической реакции переключения модуля из начального оптического состояния в конечное, наряду со снижением паразитного «эффекта ириса» в т.ч. в точке проводящей поверхности электрохромного модуля, характеризующейся наибольшей величиной падения потенциала относительно напряжения в точках наложения токовводящих шин, отвечая, таким образом, условию минимизации длительности переключения электрохромных модулей от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию за счет поддержания максимально допустимой, с точки зрения стабильности процесса переключения, эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в каждый момент времени протекания процесса оптического переключения, в соответствии с техническим результатом настоящего изобретения. В свою очередь необходимость ограничения внутри замкнутой фигуры, описываемой геометрическим местом всех точек наложения каждой из двух разнополюсных токовводящих шин на соответствующую токопроводящую поверхность электрохромного модуля, не менее 30% проводящей поверхности электрохромного модуля связана с тем, что, как было эмпирически определено, лишь в этом случае вихревые эффекты распространения токов от токовводящих шин вдоль проводящих поверхностей надежно не будут приводить к эффектам формирования областей токовой компенсации на всей функционально переключаемой поверхности, что в особенности актуально для электрохромных модулей относительно крупных размеров с площадью поверхности свыше 1,5 м², а также для электрохромных модулей с геометрической формой поверхности, сильно вытянутой по одному выделенному направлению: например, в форме прямоугольника, или овала с большой осью, превышающей по размеру малую ось более чем в 3 раза; в результате чего при данной конфигурации используемых токовводящих шин устройства управления оптическим переключением в ходе переключения на всех поверхности электрохромного модуля не будут наблюдаться области перманентного «эффекта ириса», в которых процесс переключения из начального оптического состояния в конечное не будет происходить вне зависимости от длительности приложения и величины управляющего напряжения от источника питания.

При этом процессор 6 управляет всем процессом оптического переключения с использованием описанного выше алгоритма способа управления оптическим переключением модуля. Для этого процессор соединен с источиком питания по цепи управления и сам непосредственно выполнен с возможностью прикладывать определенное требуемое управляющее напряжение от источника питания для управления оптическим переключением электрохромного модуля на основании средств программного обеспечения, обеспечивающих возможность вычисления величины электрического управляющего напряжения U_упр., прикладываемого между разнополюсными токовводящими шинами, необходимого для обеспечения максимального значения эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин. с другой стороны, в соответсвии с уравнением (1) и всеми изложенными выше требованиями и особенностями предлагаемого способа оптического переключения электрохромного модуля. Процессор также обеспечивает, согласно выше указанному, вычисление соответствующих значений совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.и.в., амплитудной асимптоты R_макс., безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. и силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн., на основании актуальных входных значений управляющего напряжения U_упр., силы тока через электрохромный модуль I, температуры электрохромного модуля T и продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t.

При этом предусмотрено, что конструкция устройства содержит средство измерения прикладываемого управляющего напряжения U_упр. 7 между токовводящими шинами, через которые осуществляется приложение управляющего напряжения. Кроме того, для непрерывного измерения силы тока через электрохромный модуль используется входящий в состав конструкции устройства соответствующий амперметр 8, а для измерения температуры электрохромного модуля в состав конструкции устройства входит датчик температуры 9.

При этом данные измерений управляющего напряжения, силы тока через электрохромный модуль и температуры электрохромного модуля циклически поступают в качестве входных данных на процессор. Для этого используется также входящий в конструкцию устройства управления циклический базис 10, соединенный по управляющим цепям с каждым из перечисленных датчиков измерения актуальных параметров процесса оптического переключения - 7, 8 и 9 соответственно. При этом циклический базис 10 снабжен средством измерения продолжительности t оптического переключения электрохромного модуля – выполненным в виде, например, встроенного таймера или тактового генератора. Причем циклический базис 10 выполнен с возможностью передачи измеренных и опрошенных с датчиков значений управляющего напряжения U_упр., силы тока через электрохромный модуль I, и температуры электрохромного модуля T, а также измеряемой непосредственно циклическим базисом 10 продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t, по цепи передачи сигнала на вход процессора 6 для обеспечения возможности вычисления программными средствами процессора на их основе соответствующих актуальных значений совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.и.в., амплитудной асимптоты R_макс., безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. и силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн., а также корректировки на основе их значений актуального значения требуемого управляющего напряжения таким образом, чтобы обеспечить поддержание максимального значения эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин. с другой стороны согласно представленным выше выкладкам.

При этом циклический базис 10 настроен таким образом, чтобы опрос всех периферических датчиков и передача актуальных измеренных значений управляющего напряжения U_упр., силы тока через электрохромный модуль I, температуры электрохромного модуля T и продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t процессору 6 на перерасчет им актуализированных параметров процесса оптического переключения модуля осуществлялись не реже, чем каждые 300 с. оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию. Причины данного требования на максимальную периодичность срабатывания циклического базиса на передачу актуальных параметров процесса переключения процессору связаны с требованием ограничения периодичности определения температуры электрохромного модуля T и силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, которая также должна составлять не более, чем каждые 300 с. оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, изложенным и объясненным выше.

Кроме того, поскольку сравнение актуальной измеряемой силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, с силой тока утечки , характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн., является, по вышеизложенным причинам, условием на определение момента завершения процесса оптического переключения электрохромного модуля, то процессор устройства 6 выполнен также с возможностью отключения приложения управляющего напряжения U_упр. к разнополюсным токовводящим шинам в случае, если выполняется условие достижения измеренной силой тока I, протекающего через электрохромный модуль, значения, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для измеренной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с заданным полным омическим сопротивлением R_полн.. Как было отмечено выше, реализация данного механизма завершения процесса управления оптическим переключением электрохромного модуля необходима для недопущения ситуации, когда, по завершению процесса оптического переключения модуля, электрохимическая реакция процесса перехода его оптического состояния от исходного к конечному завершается за счет исчерпания подверженных транспорту в создаваемой от внешнего источника питания разности потенциалов носителей заряда с одной стороны, а также за счет предельного заполнения областей обратимого введения ионов с другой, и, как следствие, величина совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и. достигает своего максимального значения, однако, при этом, управляющее напряжение от источника питания не снимается, вследствие чего создаются условия для избыточного заполнения областей обратимого введения ионов электрохромного модуля носителями заряда сверх значений насыщения, и, как следствие, накопления в них сопутствующих дефектов необратимого внедрения, наряду с протеканием паразитных тепловых эффектов при диссипации энергии в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов в то время, когда, как было отмечено, значение их совокупного омического сопротивления, характеризующего интенсивность тепловой диссипации, максимально, что противоречит условиям достижения заявляемого технического результата настоящего изобретения.

При этом вторым условием отключения приложения управляющего напряжения U_упр. к разнополюсным токовводящим шинам, возможностью соответственно контроля и реализации которого обладает применяемый в составе конструкции описываемого устройства управления оптическим переключением процессор 6, является достижение измеренной температурой электрохромного модуля T значения, лежащего вне пределов диапазона, составляющего от –80 до +165 °С. Причина этого требования связана с тем, что, как отмечалось и объяснялось выше, диапазон температуры электрохромного модуля, составляющий от –80 до +165 °С, является допустимым температурным диапазоном стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля. В случае применения линейной зависимости амплитудной асимптоты R_макс. от температуры электрохромного модуля T, заданной через аппроксимацию по двум точкам, лежащим вне данного температурного диапазона применимости способа стабилизированного управления оптическим переключением модуля, погрешность определения величины R_макс. при актуальной температуре электрохромного модуля в ходе процесса его оптического переключения будет достаточно велика, чтобы приводить к некорректному определению совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и.. и, в результате, отношения эффективной разности потенциалов U_эфф. к прикладываемому управляющему напряжению U_упр.. В следствие этого создаются условия для выхода значения эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля за безопасные пределы окислительно-восстановительного потенциала, а также, в результате, происходит накопление дефектов необратимого внедрения в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов электрохромного модуля, что приводит к нарушению условий стабильности процесса оптического переключения и недопустимо с точки зрения возможности достижения технического результата настоящего изобретения. Соответственно, реализация описываемого процесса стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля вне диапазона его температур, составляющего от –80 до +165 °С, не допустима, в связи с чем процессор 6 устройства для осуществления способа управления оптическим переключением выполнен с возможностью отключения приложения управляющего напряжения U_упр. к разнополюсным токовводящим шинам в случае регистрации актуальной температуры электрохромного модуля T, лежащей вне пределов указанного допустимого температурного диапазона.

Принципиальный логический алгоритм работы процессора устройства стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля согласно настоящему изобретению представлен на фиг. 2.

Ниже приведен пример конкретной реализации предлагаемого изобретения. В рамках него реализовывалось стабилизированное управление высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля, представлявшего собой многослойный стек, расположенный на поверхности подложки из листового силикатного плоскополированного флоат-стекла М1 толщиной 3,7 мм, при этом слои стека были осаждены на поверхность подложки путем физического парофазного осаждения индивидуальных слоев из плазмы магнетронного разряда. Подложка электрохромного модуля и слоевая структура непосредственно самого модуля, расположенная на ее поверхности, имели прямоугольную форму со сторонами 75 см и 45 см; соответственно, площадь поверхности электрохромного модуля составляла 0,337 м². При этом тонкопленочные слои многослойного стека использовавшегося в примере конкретной реализации настоящего изобретения электрохромного модуля в порядке перечисления от поверхности стеклянной подложки наружу содержали следующие материалы: диоксид кремния SiO₂ и субстехиометрический оксид легированного индием олова In-Sn-O, формирующие первый из двух токопроводящих слоев электрохромного модуля, непосредственно соприлегающих с областями обратимого введения ионов и расположенных с двух сторон от слоя, содержащего материал, формирующий проводящую ионы среду, связывающую между собой индивидуальные области обратимого введения ионов, таким образом ограничивая его между собой; стехиометрический оксид вольфрама WO₃, являющийся электрохромным материалом, выполненный в виде индивидуального электродного слоя тонкопленочной структуры электрохромного модуля и формирующий гомогенную область обратимого введения ионов кислорода O²⁺; стехиометрического пентоксида тантала Ta₂O₅, формирующего проводящую ионы среду электролитического слоя, разделяющего электродные слои обратимого введения ионов; субстехиометрический гидроксид никеля Ni(OH)_x, являющегося вторым электрохромным материалом, формирующим второй противоэлектродный слой, комплиментарый слою оксида вольфрама WO₃, и представляющим собой гомогенною среду области обратимого введения ионов кислорода O²⁺; а также диоксид кремния SiO₂ и субстехиометрический оксид легированного индием олова In-Sn-O, формирующие второй токопроводящий слой электрохромного модуля, непосредственно соприлегающий с областью обратимого введения ионов слоя субстехиометрического гидроксида никеля Ni(OH)_x, и расположенный с противоположной – относительно первого токопроводящего слоя - стороны от слоя стехиометрического пентоксида тантала Ta₂O₅, формирующего проводящую ионы среду, связывающую между собой индивидуальные области обратимого введения ионов.

При этом процессор 6 предлагаемого устройства в рамках конкретного примера реализации и осуществления предложенного способа был выполнен на основе программируемого контроллера на базе программно-аппаратной платформы STMicroelectronics семейства ST32F103. Контроллер обеспечивал стабильное питание нагрузки – подключенного управляемого электрохромного модуля - с обратной связью непосредственно от сети 220 В через преобразователь/стабилизатор напряжения Ezetil AC/DC 879920, выступавший в качестве фактического источника питания по отношению к управлявшемуся электрохромному модулю. Выходное напряжение от преобразователя подавалось на нагрузку по двум разнополюсным каналам (индивидуально для каждой из двух токовводящих шин). Рабочее напряжение составляло от 6 до 24 В; совокупное выходное напряжение на нагрузке стабилизированное - от 0,00 вольт до 4,05 В; ток длительной нагрузки составлял по 2 А на каждый из двух каналов, пиковое значение - до 3 А на каждом из двух каналов.

Подключение электрохромного модуля к разнополюсным нагрузочным каналам осуществлялось через две токовводящие шины, накладывавшиеся непосредственно на внешние относительно формирующего проводящую ионы среду слоя стехиометрического пентоксида тантала Ta₂O₅, поверхности каждого из двух токопроводящих слоев, состоящих из диоксида кремния SiO₂ и субстехиометрического оксида легированного индием олова In-Sn-O. Каждая из двух использовавшихся разнополюсных токовводящих шин представляла собой медную ленту толщиной 200 мкм и шириной 25 мм, выполненную в виде замкнутого прямоугольного периметра со сторонами по внешнему контуру 73 и 43 см. Лента накладывалась на соответствующую токопроводящую поверхность электрохромного модуля таким образом, чтобы отступ от каждого из краев поверхности модуля составлял по 1 см. Таким образом, ограничиваемая внутри геометрического места всех точек наложения каждой из двух разнополюсных токовводящих шин на соответствующую токопроводящую поверхность электрохромного модуля прямоугольная замкнутая фигура имела, с учетом толщины медной ленты токовводящих шин, площадь, равнявшуюся 0,258 м², что соответствует 76% от всей площади токопроводящей поверхности электрохромного модуля. При этом токовводящая шина, накладывавшаяся на токопроводящую поверхность электрохромного модуля со стороны стеклянной подложки, располагалась на стеклянной подложке предварительно осаждению многослойного тонкопленочного стека модуля. В качестве меры дополнительной фиксации, наложенные на токопроводящие поверхности электрохромного модуля разнополюсные токовводящие шины закреплялись в заданном положении при помощи клейкой каптоновой (поли-оксидифенилен-пиромеллитимидной) ленты DuPont Kapton Tape.

В качестве обратной связи применялись следующие показатели измерений: управляющее напряжение U_упр. между токовводящими шинами; сила тока через электрохромный модуль I; а также температура электрохромного модуля T. Измерение напряжения осуществлялось непосредственно в точках подключения питающих проводов от токовводящих шин к выходам нагрузки с использованием аппаратного вольтметра в качестве средства измерения напряжения 7; с его же помощью проводилось также и амперометрическое измерение силы тока, осуществлявшееся посредством измерения напряжения на известном шунтирующем сопротивлении, подключенном параллельно электрохромному модулю. Температура электрохромного модуля измерялась с использованием датчика-термопары, также подключенного по шунту к аппаратному вольтметру, причем выводы термопары были закреплены на расстоянии 12 мм по направлению к центру функциональной поверхности электрохромного модуля от одной из меньших по длине сторон токовводящей шины, наложенной на токопроводящую поверхность электрохромного модуля, обращенную к стеклянной подложке модуля, с использованием той же каптоновой клейкой ленты, что использовалась и для фиксации соответствующей токовводящей шины.

Для обеспечения обратной связи с процессором 6 и передачи ему на обработку измеренных значений управляющего напряжения U_упр., силы тока через электрохромный модуль I, температуры электрохромного модуля T и продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t, применялась цепь операционных усилителей, выполнявшая роль циклического базиса 10 в составе схемы устройства. Опрос процессором 6 внешних датчиков по цепи его обратной связи с циклическим базисом 10 осуществлялся с периодичностью: для значений управляющего напряжения U_упр., а также температуры электрохромного модуля T – каждые 0,4 с; а для силы тока через электрохромный модуль I, а также продолжительности t оптического переключения электрохромного модуля – каждые 200 мс. Точность стабилизации напряжения на контроллере составляла не мнее 0,01 В в диапазоне от 0,15 В до 0,20 В и 0,005 В в диапазоне от 0,20 В и до 4,05 В.

При этом процессор 6 осуществляет стабилизированное управление высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля в соответствии с приведенным выше описанием согласно представленному на фиг. 2 алгоритму. Для этого программа работы процессора была первоначально написана на высокоуровневом языке программирования C++, а затем преобразована в машинный код при помощи компилятора STMicroelectronics. Соответственно, процессор 6 управляющего устройства осуществляет вычисление величины электрического управляющего напряжения U_упр., прикладываемого между разнополюсными токовводящими шинами, необходимого для обеспечения максимального значения эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин. с другой стороны, в соответствии с приведенным выше описанием способа стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля, а также промежуточные вспомогательные вычисления соответствующих значений совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.и.в., амплитудной асимптоты R_макс., безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. и силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн., на основании измеренных значений управляющего напряжения U_упр., силы тока через электрохромный модуль I, температуры электрохромного модуля T и продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t. В случае определения процессором устройства факта достижения измеренной силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, значения, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для измеренной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с заданным полным омическим сопротивлением R_полн., процессор инициирует отключение приложения управляющего напряжения U_упр. к разнополюсным токовводящим шинам через резистивный сброс напряжения с нагрузки. Кроме того инициация резистивного сброса напряжения с нагрузки осуществлялась процессором 6 согласно программе его работы в случае достижения измеренной температурой электрохромного модуля T значения, лежащего вне пределов диапазона, составляющего от –80 до +165 °С.

Конфигурирование процессора 6 для соответствия конкретному экземпляру нагрузки (подключаемого управляемого электрохромного модуля) осуществлялось через ввод предварительно задаваемых параметров реализуемого способа управления: линейной функции зависимости величины безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. от температуры электрохромного модуля T, величины максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин., полного омического сопротивления электрохромного модуля R_полн., заданных аппроксимацией экспоненциальной регрессией коэффициентов c и k экспоненциальной зарядово-временной функциональной совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и. от продолжительности оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, линейной функции зависимости амплитудной асимптоты R_макс. от температуры электрохромного модуля T, а также функции расчета значения силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн..

Использовавшиеся в рамках приводимого примера конкретной реализации предварительно задаваемые параметры осуществляемого способа приведены в таблице ниже:

U_макс. (T) U_макс. (T) = - 0,0259T + 1,4628 <В> U_мин. 0,51 В R_полн. R_полн. = 108,3 Ом + R_о.в.и. <Ом> c - 0,28579 k 0,01786 R_макс. (T) = - 4,9976T + 769,9054 <Ом> I_утечки I_утечки = 0,2 U_упр./ R_полн.

При этом вид функции линейной зависимости U_макс. (T) был определен путем предварительно проведенных экспериментов по циклической вольтамперометрии электрохромного модуля, стабилизированное управление высокоскоростным переключением которого осуществлялось в рамках описываемого примера конкретной реализации. Данные предварительные экспериментальные вольтамперометрические измерения осуществлялись при двух температурах электрохромного модуля, измерявшихся при помощи описанной выше термопары, регистрация детектирования температуры по которой в дальнейшем применялась и непосредственно при работе описываемого в примере устройства , и составивших +22,74 °С и + 59,82 °С; причем большая из указанных температур поддерживалась путем ИК-прогрева электрохромного модуля, а меньшая составила температуру электрохромного модуля при его нахождении в обычных лабораторных условиях без дополнительного внешнего теплового воздействия. В дальнейшем искомая функциональная зависимость была получена прямой линеаризацией по набору из двух точек (U_макс.; T).

Величина максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин.. определялась в точке максимального удаления от меньшей стороны квадрата контура наложения использовавшихся токовводящих шин, составлявшего в рамках описываемой, применявшейся в данном примере конкретной реализации геометрии токовводящих шин и поверхности электрохромного модуля соответственно 34 см. При этом поверхностное омическое сопротивление токопроводящих слоев использовавшегося электрохромного модуля, состоявших из диоксида кремния SiO₂ и субстехиометрического оксида легированного индием олова In-Sn-O, составляло по 15 Ом/квадр. для каждого из двух индивидуальных токопроводящих слоев, как было экспериментально определено путем прямого измерения с использованием бесконтактной емкостной стратометрии. В результате результирующее максимальное падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин.. составило 0,51 В.

Полное омическое сопротивление электрохромного модуля, как сумма постоянной части, а также вклада от совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и,, зависящего в свою очередь от продолжительности протекания процесса переключения модуля от начального оптического состояния к конечному, а также от температуры электрохромного модуля, было также предварительно определено в ходе экспериментов по циклической вольтамперометрии электрохромного модуля, в рамках которых также был предварительно выявлен характерный для конкретного использовавшегося в данном примере реализации модуля вид функциональной зависимости U_макс. (T). С этой целью, представленный на фиг. 3 график функции зависимости силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, от длительности приложения к электрохромному модулю постоянного внешнего напряжения от источника питания, установленного на значении 1,1 В был преобразован, в соответствии с законом Ома для участка цепи, в график зависимости полного омического сопротивления электрохромного модуля R_полн. от времени воздействия внешнего напряжения, показан непрерывной линией на фиг. 4; после чего постоянное слагаемое в R_полн. было определено как величина регистрируемого полного сопротивления в начальный момент времени t = 0.

При этом очевидно, что экспериментальная кривая зависимости выхода совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и. на насыщение от продолжительности оптического переключения R_о.в.и.(t) может быть в результате получена смещением графика зависимости полного омического сопротивления электрохромного модуля от длительности приложения к электрохромному модулю постоянного внешнего напряжения от источника питания в ходе экспериментов по циклической вольтамперометрии модуля смещением последнего на величину оффсета, равную величине ранее определенного, согласно описанному выше, постоянного слагаемого в R_полн., как показано пунктирной линией на фиг. 4. При этом последующая аппроксимация такой пересчитываемой в разность полного сопротивления электрохромного модуля и совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля [R_полн. - R_о.в.и..], в соответствии с законом Ома, кривой, полученной путем предварительного снятия, в свою очередь, кривой падения тока на электрохромном модуле при постоянном управляющем напряжении U_упр., экспоненциальной регрессией, осуществленной численным образом по методу наименьших квадратов, которая показана точечной линией на фиг. 4, позволила в результате выявить коэффициенты с и k согласно уравнению (2) описания предлагаемого способа стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля выше, составившие, в случае данного примера конкретной реализации, - 0,28579 и 0,01786 соответственно.

При этом за счет предварительного снятия кривых падения тока на электрохромном модуле при постоянном управляющем напряжении U_упр. при двух различных температурах электрохромного модуля T, выполненного в ходе экспериментальных вольтамперометрических измерений, осуществлявшихся при двух температурах электрохромного модуля, составивших +22,74 °С и + 59,82 °С, с целью описанного выше получения вида функции линейной зависимости U_макс. (T), а также последующего их пересчета в разность полного сопротивления электрохромного модуля и совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля [R_полн. - R_о.в.и..] в соответствии с законом Ома, при также определенной ранее согласно описанному выше постоянной части оффсета R_полн., были получены две ассимптотические точки (R_макс. T) для, соответственно, двух известных температур электрохромного модуля, как отмечено на оси абсцисс на фиг. 4 для случая Т = +22,74 °С. В результате линейной аппроксимации по двум полученным точкам вида (R_макс.; T), был получен итоговый вид искомой линейной функции зависимости амплитудной асимптоты R_макс. – характеристического для использовавшегося в данном примере конкретной реализации электрохромного модуля максимального значения совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов, к которому оно стремиться в ходе осуществления процесса оптического переключения от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию – от температуры электрохромного модуля R_макс. (T).

Наконец, в результате определения следующих функциональных параметров работы электрохромного модуля в ходе предварительных экспериментов по его циклической вольтамперометрии: полного сопротивления электрохромного модуля R_полн., коэффициентов аппроксимации экспоненциальной регрессией с и k, а также амплитудной асимптоты R_макс. совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и. – была получена возможность определить функцию силы тока утечки I_утечки от величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к использовавшемуся в рамках описываемого примера конкретной реализации электрохромному модулю с известным полным омическим сопротивлением R_полн., как асимптотический предел кривой падения тока на электрохромном модуле при постоянном управляющем напряжении U_упр.. В частности, он отмечен пунктирной линией на примере такого графика, приведенном на фиг. 3.

С целью проверки обеспечения заявленного технического результата согласно настоящему изобретению в ходе осуществления описываемого конкретного примера его реализации, описываемое, соответствующим образом запрограммированное для работы с конкретным применявшимся электрохромным модулем устройство для осуществления предлагаемого способа стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля использовалось для выполнения 50 000 последовательных циклов переключения модуля между его оптическими состояниями. В качестве независимого средства контроля оптического состояния модуля применялась оптическая и БИК- (ближнего инфракрасного диапазона) спектрофотометрия в пропускании модуля, осуществлявшаяся в диапазоне длин волн электромагнитного излучения от 375 до 1380 нм с использованием УФ/ВИЗ/ИК-спектрофотометра PerkinElmer Lambda 1050. По результатам сравнения спектров пропускания подвергавшегося циклическому переключению элктрохромного модуля в полностью окрашенном и обесцвеченном оптическом состояниях, измерявшихся до и после процедуры циклирования, было выявлено, что разница в оптическом контрасте модуля по прошествии 50 000 последовательных циклов его оптического переключения составила порядка 0,81 абс.% интенсивности. Одновременно с этим, параллельный спектрофотометрический контроль использовался также для подтверждения факта завершения процесса оптического переключения электрохромного модуля из начального в конечное его оптическое. В результате было выявлено, что величина среднеквадратичного отклонения от медианного значения скорости переключения модуля, регистрировавшегося на протяжении всех 50 000 последовательных циклов смены его оптического состояния, составила порядка 5,8 %; причем снятие процессором 6 устройства управляющего напряжения, подаваемого источником питания 1 на токовводящие шины устройства, происходило на протяжении всех актов оптического переключения модуля в ходе его циклирования при достижении величины совокупного изменения интенсивности оптического пропускания в видимом диапазоне длин волн электромагнитного спектра ΔT_vis, составлявшей не менее чем 99,38 отн.% от медианного значения полного контраста электрохромного модуля, рассчитанного за все циклы его последовательного переключения. Общего снижения регистрируемой спектрофотометром скорости оптического переключения электрохромного модуля в ходе его циклирования также не наблюдалось.

В качестве еще одного примера конкретной реализации предлагаемого изобретения, реализовывалось стабилизированное управление высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля, представлявшего собой многослойный стек, расположенный на поверхности подложки из пластиковой поливинилбутиральной пленки толщиной 0,2 мм; при этом слои стека были нанесены на поверхность подложки путем химического парофазного осаждения с температурным катализом в случае двух индивидуальных токопроводящих слоев – непосредственно прилегающего к подложке и внешнего относительно нее, а также путем экструзии под давлением в случае прочих материалов. Подложка электрохромного модуля и слоевая структура непосредственно самого модуля, расположенная на ее поверхности, имели прямоугольную форму со сторонами 108 см и 92 см; соответственно, площадь поверхности электрохромного модуля составляла 0,9936 м². При этом тонкопленочные слои многослойного стека использовавшегося в примере конкретной реализации настоящего изобретения электрохромного модуля в порядке перечисления от поверхности пластиковой подложки наружу содержали следующие материалы:

субстехиометрический оксид фторида олова F-Sn-O, формирующий первый из двух токопроводящих слоев электрохромного модуля, непосредственно соприлегающих с областями обратимого введения ионов и расположенных с двух сторон от слоя, содержащего материал, формирующий проводящую ионы среду, связывающую между собой индивидуальные области обратимого введения ионов, таким образом ограничивая его между собой;

электрохромный слой, представляющий собой стабилизированный в полимерной матрице раствор следующих материалов:

- инертный апротонный растворитель – 50 об.% пропиленкарбоната,

- метакриловая ненасыщенная олигомерно-мономерная композиция – 45 об.% «Акролат-18» - являющаяся формирующей электрохромный слой основообразующей полимерной матрицей для растворения в ней прочих функциональных компонент слоя,

- противоэлектродные по отношению друг к другу анодная и катодная электрохромные составляющие – соответственно, 0,008М 5,10-дигидро-5,10-диметилфеназина и смесь 0,010М 1,1’-дибензил–4,4’-дипиридиния диперхлората и 0,0030М 1,1”-(1,3-пропандиил)бис[1’-метил-4,4’бипиридиния] тетраперхлората – формирующие в полимерной матрице слоя гетерогенные области обратимого введения ионов,

- индифферентный электролит – смесь 0,015М перхлората лития и 0,005М тетрабутиламмония перхлората - формирующий в полимерной матрице слоя непосредственно проводящую ионы электролитическую среду, разделяющую гомогенно растворенные в полимерной матрице, выполняющие роль противоэлектродов гетерогенные области обратимого введения ионов,

а также вспомогательные стабилизирующие компоненты полимерной матрицы слоя:

- фотоинициатор – 0,005М 2,2-диметокси-1,2-дифенилэтан-1-он,

- адгезив – 2 об.% 3-метакрилоксипропилтриметоксисилана,

- оптический отбеливатель: 0,001М терфенила,

- пластификатор – 3 об.% диэтилфталата;

и, наконец, третий индивидуальный слой, состоящий из субстехиометрического оксида фторида олова F-Sn-O, формирующий второй токопроводящий слой электрохромного модуля, непосредственно соприлегающий с гетерогенно распределенными в электрохромном слое областями обратимого введения ионов и расположенный с противоположной – относительно первого токопроводящего слоя - стороны от электрохромного слоя с растворенной в его полимерной матрице электролитической, проводящую ионы среды, связывающей между собой индивидуальные области обратимого введения ионов.

При этом, как было отмечено выше, формирование тонкопленочного электрохромного слоя осуществлялось экструзией предварительно смешанных в указанных пропорциях материалов слоя под давлением с последующей стабилизацией полимерной матрицы слоя, которая обеспечивалась выдерживанием под ультрафиолетом, с интенсивностью облучения 10 Вт/м² в диапазоне 320 – 400 нм в течение 90 мин, а затем в термокамере при 70°С.

При этом, аналогично первому ранее описанному примеру конкретной реализации изобретения, процессор 6 устройства для стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию был выполнен на основе программируемого контроллера на базе программно-аппаратной платформы STMicroelectronics семейства ST32F103. Контроллер обеспечивал стабильное питание нагрузки – подключенного управляемого электрохромного модуля - с обратной связью непосредственно от сети 220 В через преобразователь/стабилизатор напряжения Ezetil AC/DC 879920, выступавший в качестве фактического источника питания по отношению к управлявшемуся электрохромному модулю. Выходное напряжение от преобразователя подавалось на нагрузку по двум разнополюсным каналам (индивидуально для каждой из двух токовводящих шин). Рабочее напряжение составляло от 6 до 24 В; совокупное выходное напряжение на нагрузке стабилизированное - от 0,00 вольт до 4,05 В; ток длительной нагрузки составлял по 2 А на каждый из двух каналов, пиковое значение - до 3 А на каждом из двух каналов.

Подключение электрохромного модуля к разнополюсным нагрузочным каналам контроллера осуществлялось через две токовводящие шины, накладывавшиеся непосредственно на внешние относительно полимерного электрохромного слоя поверхности каждого из двух токопроводящих слоев, состоящих из субстехиометрического оксида фторида олова F-Sn-O. Каждая из двух использовавшихся разнополюсных токовводящих шин представляла собой медную ленту толщиной 200 мкм и шириной 25 мм, выполненную в виде замкнутого прямоугольного периметра со сторонами по внешнему контуру 106 и 90 см. Лента накладывалась на соответствующую токопроводящую поверхность электрохромного модуля таким образом, чтобы отступ от каждого из краев поверхности модуля составлял по 1 см. Таким образом, ограничиваемая внутри геометрического места всех точек наложения каждой из двух разнополюсных токовводящих шин на соответствующую токопроводящую поверхность электрохромного модуля прямоугольная замкнутая фигура имела, с учетом толщины медной ленты токовводящих шин, площадь, равнявшуюся 0,8585 м², что соответствует 86% от всей площади токопроводящей поверхности электрохромного модуля. При этом, аналогично случаю первого примера конкретной реализации, токовводящая шина, накладывавшаяся на токопроводящую поверхность электрохромного модуля со стороны пластиковой подложки, также располагалась на пластиковой подложке предварительно нанесению многослойного тонкопленочного стека модуля. В качестве меры дополнительной фиксации, наложенные на токопроводящие поверхности электрохромного модуля разнополюсные токовводящие шины закреплялись в заданном положении при помощи клейкой каптоновой (поли-оксидифенилен-пиромеллитимидной) ленты DuPont Kapton Tape.

В качестве обратной связи применялись следующие показатели измерений: управляющее напряжение U_упр. между токовводящими шинами; сила тока через электрохромный модуль I; а также температура электрохромного модуля T. Измерение напряжения осуществлялось непосредственно в точках подключения питающих проводов от токовводящих шин к выходам нагрузки с использованием аппаратного вольтметра в качестве средства измерения напряжения 7; с его же помощью проводилось также и амперометрическое измерение силы тока, осуществлявшееся посредством измерения напряжения на известном шунтирующем сопротивлении, подключенном параллельно электрохромному модулю (по аналогии со выше описываемого первого примера конкретной реализации). Температура электрохромного модуля измерялась с использованием датчика-термопары, также подключенного по шунту к аппаратному вольтметру, причем выводы термопары были закреплены на расстоянии 18 мм по направлению к центру функциональной поверхности электрохромного модуля от одной из меньших по длине сторон токовводящей шины, наложенной на токопроводящую поверхность электрохромного модуля, обращенную к стеклянной подложке модуля, с использованием той же каптоновой клейкой ленты, что использовалась и для фиксации соответствующей токовводящей шины.

Для обеспечения обратной связи с процессором 6 и передачи ему на обработку измеренных значений управляющего напряжения U_упр., силы тока через электрохромный модуль I, температуры электрохромного модуля T и продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t, применялась цепь операционных усилителей, выполнявшая роль циклического базиса 10 в составе схемы устройства. Опрос процессором 6 внешних датчиков по цепи его обратной связи с циклическим базисом 10 осуществлялся с периодичностью: для значений управляющего напряжения U_упр., а также температуры электрохромного модуля T – каждые 0,4 с; а для силы тока через электрохромный модуль I, а также продолжительности t оптического переключения электрохромного модуля – каждые 200 мс. Точность стабилизации напряжения на контроллере составляла не мнее 0,01 В в диапазоне от 0,15 В до 0,20 В и 0,005 В в диапазоне от 0,20 В и до 4,05 В.

При этом процессор 6 осуществляет стабилизированное управление высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля в соответствии с приведенным выше описанием согласно представленному на фиг. 2 алгоритму. Для этого программа работы процессора была первоначально написана на высокоуровневом языке программирования C++, а затем преобразована в машинный код при помощи компилятора STMicroelectronics. Соответственно, процессор 6 управляющего устройства осуществляет вычисление величины электрического управляющего напряжения U_упр., прикладываемого между разнополюсными токовводящими шинами, необходимого для обеспечения максимального значения эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин. с другой стороны, в соответствии с приведенным выше описанием способа стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля, а также промежуточные вспомогательные вычисления соответствующих значений совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.и.в., амплитудной асимптоты R_макс., безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. и силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн., на основании измеренных значений управляющего напряжения U_упр., силы тока через электрохромный модуль I, температуры электрохромного модуля T и продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t. В случае определения процессором устройства факта достижения измеренной силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, значения, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для измеренной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с заданным полным омическим сопротивлением R_полн., процессор инициирует отключение приложения управляющего напряжения U_упр. к разнополюсным токовводящим шинам через резистивный сброс напряжения с нагрузки. Кроме того инициация резистивного сброса напряжения с нагрузки осуществлялась процессором 6 согласно программе его работы в случае достижения измеренной температурой электрохромного модуля T значения, лежащего вне пределов диапазона, составляющего от –80 до +165 °С.

Конфигурирование процессора 6 для соответствия конкретному экземпляру нагрузки (подключаемого управляемого электрохромного модуля) осуществлялось через ввод предварительно задаваемых параметров реализуемого способа управления: линейной функции зависимости величины безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. от температуры электрохромного модуля T, величины максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин., полного омического сопротивления электрохромного модуля R_полн., заданных аппроксимацией экспоненциальной регрессией коэффициентов c и k экспоненциальной зарядово-временной функциональной совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и. от продолжительности оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, линейной функции зависимости амплитудной асимптоты R_макс. от температуры электрохромного модуля T, а также функции расчета значения силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн..

Использовавшиеся в рамках данного примера конкретной реализации предварительно задаваемые параметры осуществляемого способа приведены в таблице ниже:

U_макс. (T) U_макс. (T) = - 0,0042T + 1,2737 <В> U_мин. 0,15 В R_полн. R_полн. = 38,7 Ом + R_о.в.и. <Ом> c - 0,26036 k 0,02226 R_макс. (T) = - 4,9771T + 462,2618 <Ом> I_утечки I_утечки = 0,1 U_упр./ R_полн.

Методы их определения были также аналогичны тем, что использовались для подготовки к осуществлению стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля из первого ранее описанного примера конкретной реализации согласно настоящему изобретению:

Так, вид функции линейной зависимости U_макс. (T) был определен путем предварительно проведенных экспериментов по циклической вольтамперометрии электрохромного модуля, стабилизированное управление высокоскоростным переключением которого осуществлялось в рамках описываемого примера конкретной реализации. Данные предварительные экспериментальные вольтамперометрические измерения осуществлялись при двух температурах электрохромного модуля, измерявшихся при помощи описанной выше термопары, регистрация детектирования температуры по которой в дальнейшем применялась и непосредственно при работе описываемого в примере устройства , и составивших +23,48 °С и + 47,31 °С; причем большая из указанных температур поддерживалась путем ИК-прогрева электрохромного модуля, а меньшая составила температуру электрохромного модуля при его нахождении в обычных лабораторных условиях без дополнительного внешнего теплового воздействия. В дальнейшем искомая функциональная зависимость была получена прямой линеаризацией по набору из двух точек (U_макс.; T).

Величина максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин.. определялась в точке максимального удаления от меньшей стороны квадрата контура наложения использовавшихся токовводящих шин, составлявшего в рамках описываемой, применявшейся в данном примере конкретной реализации геометрии токовводящих шин и поверхности электрохромного модуля соответственно 50,5 см. При этом поверхностное омическое сопротивление токопроводящих слоев использовавшегося электрохромного модуля, состоявших субстехиометрического оксида фторида олова F-Sn-O, составляло по 30 Ом/квадр. для каждого из двух индивидуальных токопроводящих слоев, как было экспериментально определено путем прямого измерения с использованием бесконтактной емкостной стратометрии. В результате результирующее максимальное падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин.. составило 0,15 В.

Полное омическое сопротивление электрохромного модуля, как сумма постоянной части, а также вклада от совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и,, зависящего в свою очередь от продолжительности протекания процесса переключения модуля от начального оптического состояния к конечному, а также от температуры электрохромного модуля, было также предварительно определено в ходе экспериментов по циклической вольтамперометрии электрохромного модуля, в рамках которых также был предварительно выявлен характерный для конкретного использовавшегося в данном примере реализации модуля вид функциональной зависимости U_макс. (T). С этой целью график функции зависимости силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, от длительности приложения к электрохромному модулю постоянного внешнего напряжения от источника питания, установленного на значении 0,5 В был преобразован, в соответствии с законом Ома для участка цепи в график зависимости полного омического сопротивления электрохромного модуля R_полн. от времени воздействия внешнего напряжения; после чего постоянное слагаемое в R_полн. было определено как величина регистрируемого полного сопротивления в начальный момент времени t = 0.

При этом экспериментальная кривая зависимости кривой зависимости выхода совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и. на насыщение от продолжительности оптического переключения R_о.в.и.(t) была в результате также получена путем смещения графика зависимости полного омическое сопротивление электрохромного модуля от длительности приложения к электрохромному модулю постоянного внешнего напряжения от источника питания в ходе экспериментов по циклической вольтамперометрии модуля смещением последнего на величину оффсета, равную величине ранее определенного, согласно описанному выше, постоянного слагаемого в R_полн.. При этом последующая аппроксимация такой пересчитываемой в разность полного сопротивления электрохромного модуля и совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля [R_полн. - R_о.в.и..] в соответствии с законом Ома кривой, полученной путем предварительного снятия в свою очередь кривой падения тока на электрохромном модуле при постоянном управляющем напряжении U_упр., экспоненциальной регрессией, осуществленной численным образом по методу наименьших квадратов, позволила в результате выявить коэффициенты с и k согласно уравнению (2) описания предлагаемого способа стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля выше, составившие в случае данного примера конкретной реализации - 0,26036 и 0,02226 соответственно.

При этом за счет предварительного снятия кривых падения тока на электрохромном модуле при постоянном управляющем напряжении U_упр. при двух различных температурах электрохромного модуля T, выполненного в ходе экспериментальных вольтамперометрических измерений, осуществлявшихся при двух температурах электрохромного модуля, составивших +23,48 °С и + 47,31 °С, с целью описанного выше получения вида функции линейной зависимости U_макс. (T), а также последующего их пересчета в разность полного сопротивления электрохромного модуля и совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля [R_полн. - R_о.в.и..] в соответствии с законом Ома, при также определенной ранее согласно описанному выше постоянной части оффсета R_полн., были получены две ассимптотические точки (R_макс. T) для, соответственно, двух известных температур электрохромного модуля. В результате линейной аппроксимации по двум полученным точкам вида (R_макс.; T), был получен итоговый вид искомой линейной функции зависимости амплитудной асимптоты R_макс. – характеристического для использовавшегося в данном примере конкретной реализации электрохромного модуля максимального значения совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов, к которому оно стремиться в ходе осуществления процесса оптического переключения от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию – от температуры электрохромного модуля R_макс. (T).

Наконец, в результате определения следующих функциональных параметров работы электрохромного модуля в ходе предварительных экспериментов по его циклической вольтамперометрии: полного сопротивления электрохромного модуля R_полн., коэффициентов аппроксимации экспоненциальной регрессией с и k, а также амплитудной асимптоты R_макс. совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и. – была получена возможность определить функцию силы тока утечки I_утечки от величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к использовавшемуся в рамках описываемого примера конкретной реализации электрохромному модулю с известным полным омическим сопротивлением R_полн., как асимптотический предел кривой падения тока на электрохромном модуле при постоянном управляющем напряжении U_упр..

С целью проверки обеспечения заявленного технического результата согласно настоящему изобретению в ходе осуществления описываемого конкретного примера его реализации, описываемое, соответствующим образом запрограммированное для работы с конкретным применявшимся электрохромным модулем устройство для осуществления предлагаемого способа стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля использовалось для выполнения 50 000 последовательных циклов переключения модуля между его оптическими состояниями. В качестве независимого средства контроля оптического состояния модуля применялась оптическая и БИК- (ближнего инфракрасного диапазона) спектрофотометрия в пропускании модуля, осуществлявшаяся в диапазоне длин волн электромагнитного излучения от 375 до 1380 нм с использованием УФ/ВИЗ/ИК-спектрофотометра PerkinElmer Lambda 1050. По результатам сравнения спектров пропускания подвергавшегося циклическому переключению элктрохромного модуля в полностью окрашенном и обесцвеченном оптическом состояниях, измерявшихся до и после процедуры циклирования, было выявлено, что разница в оптическом контрасте модуля по прошествии 50 000 последовательных циклов его оптического переключения составила порядка 0,94 абс.% интенсовности. Одновременно с этим, параллельный спектрофотометрический контроль использовался также для подтверждения факта завершения процесса оптического переключения электрохромного модуля из начального в конечное его оптическое состояние. В результате было выявлено, что величина среднеквадратичного отклонения от медианного значения скорости переключения модуля, регистрировавшегося на протяжении всех 50 000 последовательных циклов смены его оптического состояния, составила порядка 3,4%; причем снятие процессором 6 устройства управляющего напряжения, подаваемого источником питания 1 на токовводящие шины устройства, происходило на протяжении всех актов оптического переключения модуля в ходе его циклирования при достижении величины совокупного изменения интенсивности оптического пропускания в видимом диапазоне длин волн электромагнитного спектра ΔT_vis, составлявшей не менее чем 99,22 отн.% от медианного значения полного контраста электрохромного модуля, рассчитанного за все циклы его последовательного переключения. Общего снижения регистрируемой спектрофотометром скорости оптического переключения электрохромного модуля в ходе его циклирования также не наблюдалось.

Таким образом, на основании вышеизложенного, реализованный в рамках предлагаемого способа и с использованием описанного устройства процесс стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию продемонстрировал следующую совокупность искомых характеристик: стабильность процесса переключения, за счет единовременно реализованного поддержания значения эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в безопасных пределах окислительно-восстановительного потенциала на всем протяжении процесса циклирования модуля, наряду с отсутствием регистрировавшихся по итогам всего периода циклирования: накопления дефектов необратимого внедрения в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов электрохромного модуля, а также протекания паразитных тепловых эффектов при диссипации энергии в выполняющих по отношению друг к другу роль противоэлектродов областях обратимого введения ионов от приложения управляющего напряжения, обеспечивающего оптическое переключение от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, к электрохромному модулю, выражающихся в радикальном снижении величины контраста электрохромного модуля, а также последовательном росте длительности его переключения между крайними оптическими состояниями на протяжении всего периода циклирования; в результате чего была подтверждена возможность реализовать циклическую долговечность эксплуатации электрохромного модуля на уровне не менее 50 000 последовательных циклов переключения между оптическими состояниями; а также, наряду с этим, минимизацию длительности переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию за счет поддержания максимально допустимой, с точки зрения стабильности процесса переключения, эффективной разности потенциалов между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в каждый момент времени протекания процесса его оптического переключения на протяжении всего периода циклирования модуля вследствие реализации предложенного алгоритма управления процессом его оптического переключения – что подтверждает достижение заявленного технического результата настоящего изобретения.

Изобретение относится к способам и устройствам для управления оптическим переключением электрохромных устройств. Сущность изобретения заключается в том, что согласно способу стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля управление оптическим переключением обеспечивается приложением к нему управляющего напряжения от источника питания, определяемого таким образом, чтобы обеспечиваемая прикладываемым напряжением эффективная разность потенциалов в электрохромном модуле в каждый момент времени процесса переключения поддерживалась на максимальном уровне, одновременно с этим оставаясь в предварительно определенных безопасных пределах, характерных для протекающей электрохимической реакции оптического переключения. Технический результат заключается в обеспечении стабильности процесса переключения, исключении паразитных тепловых эффектов, минимизации длительности оптического переключения электрохромных модулей. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

1. Способ стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, включающий этапы, согласно которым к электрохромному модулю прикладывается управляющее напряжение для управления высокоскоростным оптическим переключением от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, причем приложение управляющего напряжения U_упр. осуществляется через токовводящие шины, отличающийся тем, что прикладываемое управляющее напряжение поддерживается таким образом, чтобы значение эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля принимало максимальное значение в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс., с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин., с другой стороны, причем величина безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. зависит от температуры электрохромного модуля T как заданная линейная функция температуры, индивидуальная для конкретного материала проводящей ионы среды электрохромного модуля, а величина максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин. определяется как величина падения управляющего напряжения U_упр. в точке поверхности электрохромного модуля, расположенной на максимальном линейном удалении от всех точек наложения токовводящей шины, при протекании электрического тока по проводящей поверхности с предварительно определенным поверхностным сопротивлением R_пов., инвариантным по отношению к температуре электрохромного модуля; при этом отношение эффективной разности потенциалов U_эфф. к прикладываемому управляющему напряжению U_упр. равно отношению совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и. к предварительно заданному полному омическому сопротивлению электрохромного модуля R_полн., причем совокупное омическое сопротивление областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и. является экспоненциальной зарядово-временной функцией от продолжительности оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию вида: R_о.в.и. = R_макс. × (1 – e^(c-kt)), где t - продолжительность оптического переключения; c и k - предварительно заданные аппроксимацией экспоненциальной регрессией коэффициенты; а амплитудная асимптота R_макс. является линейной функцией от температуры электрохромного модуля T, предварительно задаваемой через линейную аппроксимацию по двум точкам, лежащим в температурном диапазоне применимости способа стабилизированного управления; кроме того, перед завершением переключения периодически определяется температура электрохромного модуля T и сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, при этом определяется, имеет ли сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, значение, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн.; при этом в том случае если сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, имеет значение, которое больше значения силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн., то для последнего измеренного значения температуры электрохромного модуля Т и актуального значения продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t переопределяются соответствующие значения величин: совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.в.и., амплитудной асимптоты R_макс. и безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс., после чего для переопределенных значений перечисленных величин корректируется прикладываемое к электрохромному модуля через токовводящие шины управляющее напряжения U_упр. таким образом, чтобы значение эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля принимало максимальное значение в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс., с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин., с другой стороны; причем в том случае если, в свою очередь, подтверждается, что сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, имеет значение, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн., то процесс оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию завершается путем снятия приложения управляющего напряжения U_упр. к токовводящим шинам; при этом периодичность определения температуры электрохромного модуля T и силы тока I, протекающего через электрохромный модуль, составляет не более чем каждые 300 с оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, а допустимый температурный диапазон стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля находится в пределах от –80 до +165 °С.

2. Устройство для стабилизированного управления высокоскоростным оптическим переключением электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию для осуществления способа по п. 1, содержащее источник питания для подачи напряжения с заданными значениями на переключаемый электрохромный модуль, две токовводящие шины, которые приведены в непосредственный механический контакт с токопроводящими поверхностями электрохромного модуля, соприлегающими с выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля, для осуществления приложения управляющего напряжения U_упр., а также процессор, выполненный с возможностью прикладывать управляющее напряжение для управления оптическим переключением электрохромного модуля, отличающееся тем, что токовводящие шины устройства выполнены разнополюсными таким образом, чтобы геометрическое место всех точек наложения каждой из двух разнополюсных токовводящих шин на соответствующую токопроводящую поверхность электрохромного модуля описывало замкнутую фигуру, ограничивающую внутри себя не менее 30% всей площади токопроводящей поверхности электрохромного модуля; кроме того, устройство дополнительно содержит: средство измерения управляющего напряжения U_упр. между токовводящими шинами, через которые осуществляется приложение управляющего напряжения; амперметр для непрерывного измерения силы тока через электрохромный модуль I; датчик температуры для измерения температуры электрохромного модуля T; а также циклический базис для измерения продолжительности t оптического переключения электрохромного модуля и передачи измеренных значений управляющего напряжения U_упр., силы тока через электрохромный модуль I, температуры электрохромного модуля T и продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t процессору не реже чем каждые 300 с оптического переключения электрохромного модуля от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию; при этом процессор устройства соединен с источником питания и циклическим базисом устройства и выполнен с возможностью вычисления величины электрического управляющего напряжения U_упр., прикладываемого между разнополюсными токовводящими шинами, необходимого для обеспечения максимального значения эффективной разности потенциалов U_эфф. между выполняющими по отношению друг к другу роль противоэлектродов областями обратимого введения ионов электрохромного модуля в диапазоне, ограниченном величиной безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс., с одной стороны, и величиной максимального падения потенциала вдоль ограниченной геометрическим местом всех точек наложения токовводящей шины токопроводящей поверхности электрохромного модуля U_мин., с другой стороны, а также с возможностью вычисления соответствующих значений совокупного омического сопротивления областей обратимого введения ионов электрохромного модуля R_о.и.в., амплитудной асимптоты R_макс., безопасного предела окислительно-восстановительного потенциала U_макс. и силы тока утечки, характерного для актуальной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с полным омическим сопротивлением R_полн., на основании измеренных значений управляющего напряжения U_упр., силы тока через электрохромный модуль I, температуры электрохромного модуля T и продолжительности оптического переключения электрохромного модуля t, причем процессор устройства выполнен также с возможностью определять, достигает ли измеренная сила тока I, протекающего через электрохромный модуль, значения, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для измеренной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с заданным полным омическим сопротивлением R_полн., кроме того, процессор устройства выполнен с возможностью отключения приложения управляющего напряжения U_упр. к разнополюсным токовводящим шинам в случаях, если выполняется по меньшей мере одно из двух условий, первым из которых является достижение измеренной силой тока I, протекающего через электрохромный модуль, значения, которое меньше или равно значению силы тока утечки, характерного для измеренной величины прикладываемого управляющего напряжения U_упр. к электрохромному модулю с заданным полным омическим сопротивлением R_полн., а вторым из которых является достижение измеренной температурой электрохромного модуля T значения, лежащего вне пределов диапазона, составляющего от –80 до +165 °С.