DE2051527A1 - Method and device for fast charging of electric batteries - Google Patents

Description

McCULLOCH CORPORATION, Los Angeles, Staat Kalifornien (V.St.A.)McCULLOCH CORPORATION, Los Angeles, State of California (V.St.A.)

Verfahren und Vorrichtung zum Schnelladen von. elektrischen Batterien
Zusatz zum Patent . ... ... (Patentanmeldung P 16Method and device for rapid charging of. electric batteries
Addition to the patent. ... ... (patent application P 16

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Gegenstand des Hauptpatents ist ein Verfahren zum Schnelladen einer elektrischen Batterie mittels eines hohen Ladestromes, bei dem jeweils nach Erreichen eines bestimmten Ladezustandes der Ladevorgang für eine kurze Entladung bei hohem Entladestrom unterbrochen und schließlich beendet wird, sowie eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens. The main patent is a method for rapid charging of an electric battery by means of a high charging current, in which the charging process is interrupted for a short discharge at a high discharge current and finally terminated after a certain charge state has been reached, and an apparatus for carrying out this method.

Dem Problem der Beendigung des Ladens im richtigen Zeitpunkt kommt bei jenem Schnell adeverfahren besondere Bedeutung zu. Der vorliegenden Weiterbildung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Mittel und Wege anzugeben, mit deren Hilfe jener Zeitpunkt bestimmt und zur Beendigung des Ladens nutzbar gemacht werden kann.The problem of ending the charging process at the right time is of particular importance in this fast charging process. The present further development is therefore based on the task of specifying ways and means with the help of which that point in time can be determined and made usable for ending the loading.

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Erfindunqsgemäß wird der die Beendigung des Ladens bestimmende Ladezustand durch Überwachen einer an den Klemmen einer oder mehrerer Zellen der Batterie abnehmbaren Meßgröße festgestellt. Die überwachte Meßgröße kann die Klentspannung an einem bestimmten Zeitpunkt nach Entladebeginn oder die Frequenz der Entladeimpulse während des Schnelladevorganges sein.According to the invention, the state of charge determining the end of charging is activated by monitoring a the terminals of one or more cells of the battery detachable measurable variable determined. The monitored The measured variable can be the relaxation at a certain point in time after the start of discharge or the frequency of the Be discharge pulses during the fast charging process.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausführung di-eses Verfahrens ist gekennzeichnet durchA device according to the invention for performing this Procedure is characterized by

a) erste Schaltmittel, die bei Betätigung der Batterie Ladestrom in einer die Nenn-Stundenkapazität der Zellen übersteigenden Höhe zuführt,a) first switching means, which when the Battery charging current in a nominal hourly capacity the cells above height,

b) einen Entladestrompfad,b) a discharge current path,

c) zweite Schaltmittel 2um intermittierenden kurzzeitigen Anlegen des Entladestrompfades an die Batterie,c) second switching means 2um intermittent short-term Applying the discharge current path to the battery,

d) dritte Schaltmittel zum Feststellen der Klemmenspannung in einem bestimmten Zeitpunkt nach Anlegen des Entladestrompfades, undd) third switching means for determining the terminal voltage at a specific point in time after application of the discharge current path, and

e) vierte Schaltmittel, welche auf die dritten Schaltmittel ansprechen und den Schnelladevorgang durch Verhindern weiterer Ladestromzufuhr in einer die Nenn-Stundenkapazität der Zellen übersteigenden Höhe beenden, sobald die dritten Schaltmittel eine bestimmte Spannung feststellen (Fig· 5, 6, 7).e) fourth switching means, which on the third switching means address and the fast charging process Prevent further charging current supply in an excess of the nominal hourly capacity of the cells Stop altitude as soon as the third switching means detect a certain voltage (FIGS. 5, 6, 7).

Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Zusammenhang mit dem Gegenstand des Hauptpatents. In den Zeichnungen zeigtThe drawings illustrate embodiments of the invention in connection with the subject matter of Main patent. In the drawings shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild mit der Darstellung einer Anordnung zur manuellen oder automatischen Beendigung des Schnelladevorganges;Fig. 1 is a block diagram showing a Arrangement for manual or automatic termination of the rapid charging process;

Fig. 2 ein scheir.atisches, teilweise in Blockform gezeichnetes Diagramm einer Anordnung zur automatischen Beendigung des Schnelladevorganges in Abhängigkeit vom Durchschnittestrom während der Entladung;Fig. 2 is a Scheir.atisches, partly in block form Drawn diagram of an arrangement for the automatic termination of the rapid charging process depending on the average current during discharge;

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Fig. 3 ein schematisches, teilweise in Blockform gezeichnetes Diagramm einer Anordnung zur automatischen Beendigung des Schnelladevorganges in Abhängigkeit von der Klemmenspannung der Batterie während des Entladens;3 is a schematic, partly in block form Drawn diagram of an arrangement for the automatic termination of the rapid charging process as a function of the terminal voltage of the battery during discharging;

Fig. 4 ein Schaubild, welches die Klemmenspannung einer Batterie während der Entladung bei verschiedenen Ladungszuständen zeigt;4 is a graph showing the terminal voltage of a battery during discharge at shows different charge states;

Fig. 5 und 6Figures 5 and 6

schematische, teilweise in Blockform gezeichnete Diagramme abgewandelter Schaltungsanordnungen gemäß derjenigen in Fig. 3;schematic diagrams, some of which are drawn in block form, of modified circuit arrangements according to that in Fig. 3;

Fig. 7 ein schematisches Diagramm einer besonderen * Fig. 7 is a schematic diagram of a particular *

Anwendung der automatischen Beendigungs- % Application of the automatic termination %

Schaltung in Fig. 6;Circuit in Fig. 6;

Fig. 8 ein schematisches, teilweise in Blockform gezeichnetes Diagramm einer Anordnung zur automatischen Beendigung des Schnelladens einer Batterie in Abhängigkeit von der während eines Entladungsvorganges abgegebenen Energie; und8 is a schematic diagram, partly in block form, of an arrangement for automatic termination of rapid charging of a battery depending on the during energy emitted by a discharge process; and

Fig. 9 ein schematisches, teilweise in Blockform gezeichnetes Diagramm einer Anordnung zum automatischen Beendigen des Schneiladens einer Batterie in Abhängigkeit von der Frequenz der EntladungsintervalIe.9 is a schematic diagram, partly drawn in block form, of an arrangement for automatic termination of the snow charging of a battery depending on the frequency of the Discharge intervals.

In Fig. 1 ist die zum Laden einer Batterie 1 benutzte Schaltung dargestellt. Eine Ladestromquelle 2 ist mit ä In Fig. 1, the circuit used to charge a battery 1 is shown. A charging current source 2 is with ä

der Batterie 1 über eine Steuerschaltung 3 und einen Hauptschalter 4 verbunden. Die Spannungsquelle 2 kann Gleichstrom oder auch Wechselstrom liefern, wobei letzterer durch die Steuerschaltung 3 gleichgerichtet wird. Der Hauptschalter 4 kann entweder ein elektrisch oder manuell betätigter Schalter sein. Wie in der Hauptanmeldung P 085.1-32 und der gleichzeitig eingereichten Zusatzanmeldung P .. ·. ..... (Anwaltszeichen M 161) dargelegtthe battery 1 via a control circuit 3 and a Main switch 4 connected. The voltage source 2 can Supply direct current or alternating current, the latter being rectified by the control circuit 3. Of the Main switch 4 can be either electrical or manual be operated switch. As in the main application P 085.1-32 and the additional application filed at the same time P .. ·. ..... (attorney's mark M 161)

ist, führt die Steuerschaltung 3 in Bezug auf die Batterie wiederholt die folgenden Schritte aus:is, the control circuit 3 repeatedly performs the following steps with respect to the battery:

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sie liefert einen Ladestrom von der Spannungsquelle 2 zur Batterie 1; überwacht die Klemmenspannung, Temperatur oder den Druck der Batterie 1 während des Ladens; und legt einen Entladungsstrompfad an, wenn der überwachte Parameter einen gewählten Wert annimmt. Die in Fig. 7 der Hauptanmeldung P. 16 38 085.1-32 dargestellte Schaltung könnte als Steuerschaltung 3 dienen, falls die Spannungsquelle 2 durchgehende Gleichspannung liefert. Falls jedoch die Spannungsquelle 2 Wechselspannung liefert, dann kann die in der gleichzeitig eingereichten Zusatzanmeldunq (Anwaltszeichen M 161) offenbarte Schaltanordnung als Steuerschaltung 3 verwendet werden. Ein Batteriespannungsfühler 5 kann mit Hilfe eines Schalters entweder in Reihe mit der Batterie 1 oder zu dieser parallel geschaltet werden. Wenn die Kontakte 7 und 8 des Schalters 6 geschlossen sind (vergleiche Fig. 1) so liegt der Fühler 5 parallel zur Batterie 1 und überwacht daher die Klemmenspannung der Batterie. Wenn hingegen die Kontakte 9 und 10 des Schalters 6 geschlossen sind, so liegt der Fühler 5 in Reihe mit der Batterie 1 und überwacht deren Klemmenstrom. Der Schalter 6 ist in Fig. 1 angegeben, um den Fühler 5 in allgemeiner Form darzustellen. In irgendeiner praktischen Ausführungsform der Erfindung würde der Fühler 5 gewöhnlich nur eine Klemmencharakteristik der Batterie 1 überwachen. Die Klemmencharakteristiken der Batterie 1 ändern sich und repräsentieren daher die Größe der beim Fortschreiten des Schneiladevorganges der Batterie 1 zugeführten Ladung. Ein Rückkopplungsglied 11 vom Fühler 5 zum Hauptschalter 4 und ein Indikator 12 sind in Fig. 1 schematisch dargestellt. Wenn der Hauptschalter 4 ein manueller Schalter ist, wird das Rückkopplungsglied 11 praktisch von einer Person dargestellt, die den Wert der überwachten Klenunencharakteristik am Indikator 12 abliest und den Schalter 4 von Hand öffnet, wenn die überwachte Klemmencharakteristik einen vorbestimmten Wert annimmt und damit anzeigt, daß die Batterie 1 den gewünschten Ladungszustand erreicht hat. it supplies a charging current from the voltage source 2 to the battery 1; monitors the terminal voltage, temperature or pressure of the battery 1 during charging; and creates a discharge current path when the monitored parameter assumes a selected value. The circuit shown in Fig. 7 of the main application P. 16 38 085.1-32 could serve as control circuit 3 if the voltage source 2 supplies continuous DC voltage. If, however, the voltage source 2 supplies alternating voltage, then the circuit arrangement disclosed in the additional application filed at the same time (attorney's mark M 161) can be used as the control circuit 3. A battery voltage sensor 5 can be connected either in series with the battery 1 or in parallel to it with the aid of a switch. When the contacts 7 and 8 of the switch 6 are closed (see FIG. 1), the sensor 5 is parallel to the battery 1 and therefore monitors the terminal voltage of the battery. If, however, the contacts 9 and 10 of the switch 6 are closed, the sensor 5 is in series with the battery 1 and monitors its terminal current. The switch 6 is indicated in Fig. 1 in order to show the sensor 5 in general form. In any practical embodiment of the invention , the sensor 5 would ordinarily monitor only one terminal characteristic of the battery 1. The terminal characteristics of the battery 1 change and therefore represent the amount of charge supplied to the battery 1 as the rapid charging process progresses. A feedback element 11 from the sensor 5 to the main switch 4 and an indicator 12 are shown schematically in FIG. If the main switch 4 is a manual switch, the feedback element 11 is practically represented by a person who reads the value of the monitored terminal characteristic on the indicator 12 and opens the switch 4 by hand when the monitored terminal characteristic assumes a predetermined value and thus indicates, that the battery 1 has reached the desired state of charge .

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Falls jedoch der Schalter 4 ein elektrischer Schalter ist, erzeugt der Fühler 5 ein Betätigungssignal, welches über ■. as Rückkopplungsglied 11 elektrisch zum Hauptschalter 4 zurückgeführt wird und diesen öffnet. Auf diese Weise wird erfindungsgemäfl eine Klemmencharakteristik der Batterie 1 durch den Fühler 5 überwacht, und der Schnelladevorgang wird durch Öffnen des Hauptschalters 4 oder auf andere Weise, beispielsweise durch Einschalten einer hohen Impedanz in den Ladestrompfad zwecks Reduzierung des Ladestroms bis auf einen Pufferladungspegel unterbrechen, nachdem die überwachte Klemmencharakteristik ™However, if the switch 4 is an electrical switch, the sensor 5 generates an actuation signal which about ■. as feedback member 11 electrically to Main switch 4 is returned and opens it. In this way, according to the invention, a terminal characteristic becomes of the battery 1 monitored by the sensor 5, and the fast charging process is through Opening the main switch 4 or in some other way, for example by switching on a high impedance interrupt the charging current path in order to reduce the charging current down to a buffer charge level, after the monitored terminal characteristic ™

einen vorbestimmten Wert annimmt, welcher anzeigt, daß die Batterie 1 voll geladen ist oder zumindest eine gewünschte Ladungsmenge erhalten hat.assumes a predetermined value which indicates that the battery 1 is fully charged or at least has received a desired amount of charge.

In Fig. 2 ist eine Anordnung dargestellt, welche eine bestimmte Klemmencharakteristik der Batterie 1 überwacht, nämlich den Durchschnittsstrom pro Zeiteinheit. Zwischen die Ladestromquelle 2 und die Steuerschaltung 3 ist ein Unterbrecher 20 geschaltet. Wenn der durchschnittliche Strom durch eine Wicklung 21 einen vorbestimmten Wert übersteigt, öffnet der Unterbrecher 20 und beendet damit den Schnellade- ' ä FIG. 2 shows an arrangement which monitors a specific terminal characteristic of the battery 1, namely the average current per unit of time. An interrupter 20 is connected between the charging current source 2 and the control circuit 3. If the average current exceeds a predetermined value by a winding 21, the breaker 20 opens, thereby ending the rapid charge 'ä

Vorgang. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Kontakt 9 geschlossen, und die Batterie 1 liegt in Reihe mit der Wicklung 21 sowie einem normalerweise offenen Kontak Ap, welcher den Durchschnitts-Entladestrom-Fühler darstellt. Zwischen der Steuerschaltung 3 und der Batterie 1 ist über einen normalerweise geschlossenen Kontakt A^ ein alternativer Strompfad vorgesehen.Occurrence. In this embodiment of the invention, the contact 9 is closed, and the battery 1 is in series with winding 21 and a normally open contact Ap, which is the average discharge current sensor represents. Between the control circuit 3 and the battery 1 is via a normally closed contact A ^ an alternative Current path provided.

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Die Kontakte A₁ und A_ werden von einer Relais— wicklung gesteuert, welche einen Teil der Steuerschaltung 3 bildet. Wenn die in Fiq. 7 der Hauptanmeldung P 16 38 085.1-32 dargestellte Anordnung verwendet wird, so ist es die Wicklung W., welche die Kontakte A und A„ steuert. Die die Kontakte A. und A„ steuernde Relaiswicklung wird während jedes Entladeintervalls erregt und während jedes Ladein— tervalls entregt. Auf diese Weise ist während jedes Ladeintervalls die Batterie 1 über den Kontakt A. direkt an die Steuerschaltung 3 angeschlossen, während sie während jedes Entladeintervalls durch den Kontakt A₂ und die Wicklung 21 am Entladestromfühler liegt. Wie oben ausgeführt wurde, dauern die Ladeintervalle so lange, bis die Klemmenspannung, die Temperatur oder der Druck der Batterie 1 einen gewählten Wert erreicht. Da die Größe der Ladung in der Batterie im Verlauf des Schnelladevorganges ansteigt, treten die Entladeimpulse häufiger auf. Somit nimmt der durch die Wicklung 21 in der Zeiteinheit fließende Strom zu, erreicht einen vorbestimmten Wert entsprechend einem gewählten Ladezustand der Batterie 1, worauf der Unterbrecher 20 öffnet und den Schnelladevorgang beendet. In Fig. 3 ist eine Schaltanordnung dargestellt, die den Schnellade— Vorgang automatisch beendet, wenn die Klemmenspannung der Batterie 1 nach einer bestimmten Zeitspanne nach Beginn des Entladestromflusses während eines Entlade— strcmintervalles einen vorbestimmten Wert annimmt. Die Kurven in Fig. 4 stellen die Klemmenspannung der Batterie 1 als Funktion der Zeit nach Anlegen des Entladestrompfads und damit während des Entladens der Batterie im Laufe des Ladeverfahrens dar. Der Entladeimpuls beginnt am Zeitpunkt T-· Falls die Ladeschaltungen der Fig. 7 oder 10 der gleichzeitig eingereichten Zusatzanmeldung (Anwaltszeichen H 161)The contacts A ₁ and A_ are controlled by a relay winding which forms part of the control circuit 3. If the in Fiq. 7 of the main application P 16 38 085.1-32 is used, it is the winding W. which controls the contacts A and A ". The relay winding controlling contacts A. and A. is energized during each discharge interval and de-energized during each charge interval. In this way, the battery 1 is connected directly to the control circuit 3 via the contact A during each charging interval, while it is connected to _{the discharge current sensor through the contact A 2} and the winding 21 during each discharge interval. As stated above, the charging intervals last until the terminal voltage, the temperature or the pressure of the battery 1 reaches a selected value. Since the size of the charge in the battery increases in the course of the rapid charging process, the discharge pulses occur more frequently. Thus, the current flowing through the winding 21 increases in the unit of time, reaches a predetermined value corresponding to a selected state of charge of the battery 1, whereupon the interrupter 20 opens and ends the rapid charging process. 3 shows a circuit arrangement which automatically terminates the rapid charging process when the terminal voltage of the battery 1 assumes a predetermined value after a certain period of time after the start of the discharge current flow during a discharge current interval. The curves in FIG. 4 represent the terminal voltage of the battery 1 as a function of time after the discharge current path has been applied and thus during the discharge of the battery in the course of the charging process of the additional application filed at the same time (attorney's reference number H 161)

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als Ladestromquelle 2 und Steuerschaltung in Fig. verwendet werden, so fällt die Klemmenspannung von ihrem Wert zum Zeitpunkt T. mit einer Geschwindigkeit ab, welche vom Ladezustand der Batterie 1 abhängt. Mit zunehmender Ladung in der Batterie 1 verringert sich die Abnahmegeschwindigkeit. Daher steigt die Klemmenspannung der Batterie 1 nach Entladung für eine bestimmte Zeitspanne bis zum Zeitpunkt T„ mit der Größe der Ladung an.as charging current source 2 and control circuit in Fig. are used, the terminal voltage falls from its value at time T. at a rate which depends on the state of charge of battery 1. Decreased with increasing charge in battery 1 the decrease speed. Therefore, the terminal voltage of the battery 1 increases after being discharged for a certain period of time up to the point in time T "with the size of the charge.

Wie Fig. 3 zeigt, ist die Batterie 1 mit der Steuerschaltung 3 über einen Kontakt 7 verbunden, während ein ηοχ-malerweise offener Kontakt A- und eine Relais- ^As Fig. 3 shows, the battery 1 is connected to the control circuit 3 via a contact 7, while a ηοχ-mally open contact A- and a relay- ^

wicklung W in Reihe und über einen Kontakt 8 ebenfalls an der Steuerschaltung 3 liegen. Der Kontakt A„ wird von dem gleichen Relais in der Steuerschaltung gesteuert, wie der Kontakt A. in der Anordnung der Fig. 2. Eine Zenerdiode 30 und ein Strombegrenzungswiderstand 31 liegen in Reihe parallel zur Batterie über einen normalerweise offenen Kontakt B. Die Wicklung 21, ein Siliziumgleichrichter 23 und ein Strombegrenzungswiderstand 24 liegen durch den Kontakt 7 ebenfalls über der Batterie 1.winding W in series and via a contact 8 as well on the control circuit 3. Contact A " is controlled by the same relay in the control circuit as contact A. in the arrangement of Fig. 2. A zener diode 30 and a current limiting resistor 31 are in series in parallel with the battery via a normally open contact B. The winding 21, a silicon rectifier 23 and a current limiting resistor 24 are also located above the battery 1 through the contact 7.

Das Relais W_ ist ein Verzögerungsrelais. Daher wird das Schließen des Kontaktes B nach dem Schließen des "The relay W_ is a delay relay. Hence will the closing of contact B after closing the "

Kontaktes A_ um die Zeitspanne T_ - T^ verzögert. Die Verbindungsstelle der Zenerdiode 30 und des Widerstandes 31 ist mit der Steuerklemme des Siliziumgleichrichters 23 verbunden. Wenn die Batterie geladen wird, ist der Siliziumgleichrichter 23 nichtleitend. Jedesmal, wenn der Kontakt A„ schließt während eines Entladungsintervalles, schließt der Kontakt B eine kurze Zeitspanne danach (nämlich zum Zeitpunkt T_ in Fig. 4) um die KlemmenspannungContact A_ delayed by the period T_ - T ^. the The connection point of the Zener diode 30 and the resistor 31 is with the control terminal of the silicon rectifier 23 connected. When the battery is being charged, the silicon rectifier 23 is non-conductive. Every time the contact A “closes during a discharge interval, it closes Contact B a short period of time thereafter (namely at time T_ in Fig. 4) by the terminal voltage

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der Batterie 1 an die Zenerdiode 30 und den mit ihr in Reihe lieqenden Widerstand 31 anzulegen. Wenn die Batterie 1 voll geladen ist oder den gewählten Ladungszustand erreicht, so übersteigt ihre an die Zenerdiode 30 und den Widerstand 31 beim Schließen des Kontaktes B angelegte Klemmenspannung die Durchschlagspannung der Zenerdiode 30, so daß Strom durch den Widerstand 31 fließt. Wenn dies geschieht, wird an die Steuerklemme des Siliziumqleichrichters 23 eine positive Spannung angelegt und zündet diesen. Der hierauf von der Batterie durch die Wicklung 21 fließende Strom reicht aus, den Kontakt des Unterbrechers 20 zu öffnen und den Schnelladevorcjanq zu beenden. Ferner öffnet mit dem Unterbrecher 20 der Relaiskontakt A„ und verhindert unnötige Entladung der geladenen Batterie 1#of the battery 1 to the Zener diode 30 and the resistor 31 lying in series with it. When the battery 1 is fully charged or reaches the selected state of charge, then exceeds their terminal voltage applied to the Zener diode 30 and the resistor 31 when the contact B closes the breakdown voltage of the Zener diode 30, so that current flows through the resistor 31. if this is done to the control terminal of the silicon rectifier 23 a positive voltage is applied and ignites it. The then from the battery through the Winding 21 flowing current is sufficient to open the contact of the breaker 20 and the Schnelladevorcjanq to end. Furthermore, the relay contact A ″ opens with the interrupter 20 and prevents unnecessary discharge of the charged battery 1 #

Fig. b zeigt eine Abwandlung der Schaltanordnung in F'ig. 3, bei der an die Stelle des Verzögerungsrelais W_ ein monostabiler Multivibrator 32 getreten ist. Die Widerstände 33 und 34 sowie der Kontakt A„ liegen über der Batterie 1. Der Trigger-Eingang des Multivibrators ist an die Verbindung der Widerstände 33 und 34 Gekoppelt, während der Ausgang des Multivibrators 32 an der Verbindungsstelle der Zenerdiode 30 mit dem Widerstand 31 liegt. Die Verbindung der Wicklung 21 und der Zenerdiode 30 ist mit der Verbindungsstelle des Kontaktes A~ und des Widerstandes 33 verbunden. Wenn der Kontakt A„ am Beginn jedes Envladungsintervalles schließt, fließt Strom von der Batterie 1 durch die Widerstände 33 und 34, wodurch der Multivibrator 31 für die Zeitspanne T„ Ί\ in seinen halbstabilen Zustand getriggert wird.FIG. B shows a modification of the switching arrangement in FIG. 3, has taken the place of the delay relay W_ a monostable multivibrator 32 at. The resistors 33 and 34 and the contact A ″ are above the battery 1. The trigger input of the multivibrator is coupled to the connection of the resistors 33 and 34, while the output of the multivibrator 32 is at the connection point of the Zener diode 30 with the resistor 31 . The connection of the winding 21 and the Zener diode 30 is connected to the junction of the contact A ~ and the resistor 33. When the contact A "closes at the beginning of each discharge interval, current flows from the battery 1 through the resistors 33 and 34, as a result of which the multivibrator 31 is triggered into its semi-stable state for the period T" \.

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Wenn sich der Multivibrator in diesem halbstabilen Zustand befindet, liegt an seinem Ausgang negatives Potential. Aus diesem Grunde ist der Siliziumgleichrichter 23 ungeachtet der Klemmenspannung der Batterie 1 nicht in der Lage zu zünden. Nach jener Zeitspanne kehrt der Multivibrator 32 in seinen stabilen Zustand zurück:, in welchem an seiner Ausgangsklemme positives Potential liegt. Wenn zu diesen Zeitpunkt Id.h. zum Zeitpunkt T,. in Fig. 4) die Klemmenspannung der Batterie 1 ausreichend hoch ist, zündet der Siliziumgleichrichter 23 und der Kontakt des Unterbrechers öffnet, so daß der Schnelladevorgang beendet wird.When the multivibrator is in this semi-stable State, there is a negative potential at its output. Because of this, the silicon rectifier 23 unable to ignite regardless of the terminal voltage of battery 1. After that period of time the multivibrator 32 returns to its stable state back: in which there is positive potential at its output terminal. If at this point in time Id.h. to the Time T ,. 4) the terminal voltage of the battery 1 is sufficiently high, the silicon rectifier ignites 23 and the contact of the interrupter opens, so that the rapid charging process is ended.

Flg. 6 zeiqt eine weitere Abwandlung der Schaltanordnung in Fig. 3, in welcher an die Stelle des Verzögerungsrelais W_ß ein Verzögerungskreis 39 getreten ist. Der Verzögerungskreis 39 liegt über dem Lastwiderstand 40, welcher in den Schaltkreis über der Batterie 1 als Entladungsstrompfad eingeschaltet wird, wenn der Relaiskontakt A.. schließt, welcher mit dem Widerstand 40 über der Batterie 1 in Reihe lieqt. Der Verzögerunqskreis 39 schließt ferner einen Widerstand 41 ein, welcher in Serie mit der Parallelanordnung eines Kondensators 42 und eines Widerstandes 43 liegt. Der Spannungspegel-Fühlerkreis der Zenerdiode 30 und des Widerstandes 31 lieqt am Kondensator 42.Flg. 6 shows a further modification of the switching arrangement in FIG. 3, in which the delay relay W _{ß is replaced by} a delay circuit 39. The delay circuit 39 lies across the load resistor 40, which is switched into the circuit across the battery 1 as a discharge current path when the relay contact A .. , which is in series with the resistor 40 across the battery 1, closes. The delay circuit 39 also includes a resistor 41 which is in series with the parallel arrangement of a capacitor 42 and a resistor 43. The voltage level sensor circuit of the Zener diode 30 and the resistor 31 are connected to the capacitor 42.

Wenn am Beginn jedes Entladungsintervalls der Kontakt A₂ schließt, fließt Strom von der Batterie 1 durch den Widerstand 41 und beginnt den Kondensator 42 zu laden. When the contact A ₂ closes at the beginning of each discharge interval, current flows from the battery 1 through the resistor 41 and the capacitor 42 begins to charge.

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Am Ende jedes Entladungsimpulses und beim Öffnen des Kontaktes A^. entlädt der Kondensator 42 über den Widerstand 43 parallel zu der Reihenschaltung der Widerstände 41 und -10. Wenn die Ladung der Batterie zunimmt und die Klemmenspannung während der Endladungsvorgänge ansteigt, wird der Kondensator 42 auf diese höhere Spannung geladen.At the end of each discharge pulse and when opening of contact A ^. the capacitor 42 overdischarges the resistor 43 in parallel with the series connection of the resistors 41 and -10. When the cargo of the Battery increases and the terminal voltage increases during the discharge processes, the capacitor becomes 42 charged to this higher voltage.

Die Spannung über dem Kondensator 42 liegt an der Zenerdioce 30 und dem Widerstand 31. Wenn die Kondensatorspannung die Zenerspannung der Diode 30 übersteigt, tließt Strom durch den Widerstand 31 und den Kathodentoranschluß des Siliziumgleichrichterc 23, so daß dieser zündet. Demgemäß fließt Strom von der Batterie 1 durch die Wicklung 21 und öffnet den Kontakt des Unterbrechers 20, so daß der Schnellladevorgang beendet wird. Der Verzögerungskreis kann auch weggelassen werden, wenn die Ansprechzeit des Spannungsfühlerkreises bzw. der dazugehörenden Elemente wie der Zenerdiode 30 hinreichend lang ist.The voltage across capacitor 42 is across Zenerdioce 30 and resistor 31. When the If the capacitor voltage exceeds the Zener voltage of the diode 30, current will flow through the resistor 31 and the cathode port connection of the silicon rectifier 23, so that it ignites. Accordingly, current flows from the battery 1 through the winding 21 and opens the contact of the breaker 20, so that the rapid charging process is terminated. The delay circuit can also be omitted if the response time of the Voltage sensor circuit or the associated elements how the zener diode 30 is sufficiently long.

In manchen Fällen ist es wünschenswert, am Ende des Schnelladevorqanues eine Pufferladung aufzubringen. In Fig. 7 ist ein Schaltkreis hierfür dargestellt. Dabei sind die Ladestromquelle 2 und die Steuerschaltung 3 gemäß Fig. 10 der obengenannten gleichzeitigen Anmeldung (Anwaltszeichen M 161) in Verbindung mit dem Batteriespannungsfühler der Fig. 6 verwendet. Anstelle der Wicklung 21 ist eine Relaiswicklung W„ vorgesehen, um die Beendigung des Schnelladevorganges zu steuern. Zusätzlich liegt ein Siliziumgleichrichter 30 in Reihe mit einem Strombegrenzungswiderstand 50 und eine Sekundärwicklung 66 nimmt die Stelle des Relaiskontaktes Ap und des Lastwiderstandes 40 in der oben erläuterten Fig. 6 ein. . In some cases it is desirable to apply a trickle charge at the end of the quick charge pre-qanue. A circuit for this is shown in FIG. The charging current source 2 and the control circuit 3 according to FIG. 10 of the abovementioned simultaneous application (attorney's mark M 161) are used in connection with the battery voltage sensor of FIG. Instead of the winding 21, a relay winding W ″ is provided in order to control the termination of the rapid charging process. In addition, a silicon rectifier 30 is connected in series with a current limiting resistor 50 and a secondary winding 66 takes the place of the relay contact Ap and the load resistor 40 in FIG. 6 explained above. .

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Die Wirkungsweise des Steuerkreises der ί-'ig. 7 ist im einzelnen in der obengenannten gleichzeitigen Patentanwelduna beschrieben unu soll unter Bezugnahme darauf als hier wiederholt gelten.The mode of operation of the control circuit of the ί-'ig. 7 is described in detail in the aforementioned simultaneous patent application and is intended by reference then count as repeated here.

Jene Schal tun-; ist durch die Hinzufügung eines normalerweise offenen Relaiskontaktes C- zwischen de;r: Tor und der Kathode des Gleichrichters 70 modifiziert. Sobald dieser Kontakt schließt, ist der Gleichrichter 70 daran gehindert, durch Zünden einen Strompfad geringen Widerstandes für den Durchgang von Ladestrom zur Verfügung zu stellen. Es fließt jedoch ein geringer Ladestrom durch den Strompfad der Diode 75 und des Widerstandes 76 von höherem Widerstand, so caß der Batterie 1 nach Beendigung des Schneiladevorganges noch eine Puff erladung zugeführt wird. Das Schließen des Relaiskontaktes C_ erfolgt,folgendermaßen: Beim Zünden des gesteuerten Gleichrichters 80 wird die Klemmenspannung der Batterie 1 an den Klemmenf ühl er gelegt, um in Abhängigkeit vom Erreichen einer bestimmten Klemmenspannung (welcher ein gewählter Ladezustand der Batterie 1 zugehört) den gesteuerten Gleichrichter 23 zu betätigen. Dessen Zündunq läßt ausreichenden Strom durch die RelaiswickJiinq W_ zu dessen Erregung fließen, so daß der Kontakt C„ schließt. Damit öffnet gleichzeitig der Kontakt C. und schaltet die Sekundärwicklung 66 aus dem Schaltkreis heraus, so daß die gesteuerten Gleichrichter 23 und 80 durch die Batterie 1 positiv vorgespannt bleiben. Auf diese Weise bleibt auch die Wicklung W erregt und hält den Relaiskontakt C„ für die Zuführung weiterer Pufferladung geschlossen.Do that scarf; is modified by the addition of a normally open relay contact C- between the de; r: gate and the cathode of rectifier 70. As soon as this contact closes, the rectifier 70 is prevented from providing a low-resistance current path for the passage of charging current by triggering. However, a low charging current flows through the current path of the diode 75 and the resistor 76 of higher resistance, so caß the battery 1 after completion of the Schneiladevorganges still a buffer charge is supplied. The closing of the relay contact C_ takes place as follows: When the controlled rectifier 80 is ignited, the terminal voltage of the battery 1 is applied to the terminal sensor in order to activate the controlled rectifier 23 depending on the reaching of a certain terminal voltage (to which a selected state of charge of the battery 1 belongs) to operate. Its ignition allows sufficient current to flow through the relay winding W_ to excite it, so that the contact C "closes. This simultaneously opens the contact C. and switches the secondary winding 66 out of the circuit, so that the controlled rectifiers 23 and 80 remain positively biased by the battery 1. In this way, the winding W also remains energized and keeps the relay contact C ″ closed for the supply of further buffer charge.

in Fig. 6 ist eine Schaltanordnung dargestellt, bei der üer Schnelladevorgang in Abhängigkeit von derIn Fig. 6, a switching arrangement is shown in the üer fast charging process as a function of the

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1 0 9 8 1 0 / 1 A 6 U 1 0 9 8 1 0/1 A 6 U

durch die Batterie während eines Entladungsintervalls abgegebenen Energie im Vergleich zu der während des benachbarten Ladungsintervalls eingeführten Energie automatisch beendet wird. Wenn der Schnelladevorgang fortschreitet, nimmt die während der Ladeintervalle in die Batterie 1 eingeführte Energie ab, während die von der Batterie 1 während der Entladeintervalle abgegebene Energie zunimmt, bis die eingeführte Energie und die abgegebene Energie bei aufeinanderfolgenden Lade- und Entladeintervallen die Gleiche ist. Wenn dieser Gleichgewichtszustand auftritt, ist die Batterie 1 voll Geladen. Gemäß Fig. 8 ist ein Widerstand 90 in Reihe mit der Batterie 1 und dem Kontakt 9 geschaltet. Die Spannung am Widerstand 90 liegt am Eingang einer Brückenschaltung 91. Die Zweige der Brückenschaltung werden von Dioden 92 und 93, deren Verbindung mit dem einen Ende des Widerstandes 9o, sowie den RC-Gliedern 94 und 9 5 gebildet, deren Verbindung mit dem anderen Ende des Widerstandes 90 verbunden ist. Die Endanschlüsse eines Potentiometers 96 liegen am Ausgang der Brücke yi. Mit anderen Worten: die Verbindung der Diode 92 und des RC-Gliedes -94 ist mit dem einen Endanschluß des Potentiometers 96, und die Verbindung des RC-Gliedes 95 mit der Diode 93 ist mit dem anderen Endanschluß des Potentiometers 96 verbunden. Der Gleitabgriff des Potentiometers 96 liegt direkt an der Steuerklemme des Gleichrichters 23. Während der Lade— intervalle fließt Strom von der Ladestromquelle 2 durch die Diode 93 und lädt das RC-Glied 95. Während der EntladeintervalIe fließt Strom von der Batterie 1 durch die Diode 92 und lädt das RC-Glied 94. Somit ist die Spannung am RC-Glied 95 der in die Batterie 1 während der Ladeintervalle eingeführten Energie proportional, während die Spannung am RC-Glied 94 der von der Batterie 1by the battery during a discharge interval delivered energy compared to the energy introduced during the adjacent charge interval terminates automatically. As the fast charge progresses, it decreases during the charging intervals Energy introduced into the battery 1, while that given off by the battery 1 during the discharge intervals Energy increases until the energy introduced and the energy released at successive Charging and discharging intervals is the same. When this equilibrium condition occurs, the battery is 1 fully loaded. According to FIG. 8, a resistor 90 is connected in series with the battery 1 and the contact 9. The voltage across resistor 90 is at the input of a bridge circuit 91. The branches of the bridge circuit are of diodes 92 and 93, their connection to one end of the resistor 9o, and the RC elements 94 and 9 5 formed, the connection of which is connected to the other end of the resistor 90. The end connections a potentiometer 96 are at the output of the bridge yi. In other words: the connection of the Diode 92 and the RC element -94 is with one end connection of the potentiometer 96, and the connection of the RC element 95 with the diode 93 is with the other End connection of the potentiometer 96 connected. The sliding tap of the potentiometer 96 is directly on the Control terminal of the rectifier 23. During the charging intervals, current flows through from the charging current source 2 the diode 93 and charges the RC element 95. During the discharge intervals Current flows from the battery 1 through the diode 92 and charges the RC element 94. Thus, the voltage at the RC element 95 of the energy introduced into the battery 1 during the charging intervals proportionally, while the voltage at the RC element 94 of the battery 1

1 Π 9 R 1 8 / 1 /, B A1 Π 9 R 1 8/1 /, B A

während der Entladeintervalle abgegebenen Energie proportional ist. Wenn die Spannung am RC-Glied 95 uric die Spannung am RC-Glied 94 gleich sind, ist die Brückenschaltüng 91 ausgeglichen. Der Abgriff des Potentiometers 96 wird so eingestellt, daß er für diesen Zustand eine Triggerspannung dem gesteuerten Gleichrichter 23 zuführt, dadurch den Kontakt des Unterbrechers 20 öffnet und den Schneiladevorgang beendet. In manchen Fällen mag es aus Zeitqründen wünschenswert sein, den Schnelladevorgang vor Erreichen des Gleichgewichtszustandes zu beenden. Dann wird der Gleitabgriff des Potentiometers 96 μ so eingestellt, daß der Gleichrichter 23 bei einem anderen Verhältnis der eingeführten zur abgegebenen Energie zündet. Die Beendigung des Schneiladevoraanges auf der Grundlage der Energieabqabe hat gegenüber der Beendigung aufgrund anderer Klemmencharakteristiken den Vorteil, daß der gleiche vorbestimmte Wert, nämlich die Gleichheit der abgegebenen mit der eingeführten Energie für alle Batterietypen gilt. Wenn der Schnelladevorgang^auf der Grundlage anderer Klemmencharakteristiken beendet wird, beispielsweise in Abhängigkeit vom durchschnittlichen Entladestrom, der Klemmenspannung zu einem bestimmten Zeitpunktenergy released during the discharge intervals is proportional. If the voltage at the RC element 95 and the voltage at the RC element 94 are the same, the bridge circuit 91 is balanced. The tap of the potentiometer 96 is set so that it supplies a trigger voltage to the controlled rectifier 23 for this state, thereby opening the contact of the interrupter 20 and terminating the fast charging process. In some cases it may be desirable for time reasons to stop the rapid charge process before equilibrium is reached. Then the sliding tap of the potentiometer 96 μ is set so that the rectifier 23 ignites at a different ratio of the energy introduced to the energy output. The termination of the snow charging cycle on the basis of the energy delivery has the advantage over the termination based on other terminal characteristics that the same predetermined value, namely the equality of the delivered and the energy introduced, applies to all battery types. When the fast charging process ^ is terminated on the basis of other terminal characteristics, for example depending on the average discharge current, the terminal voltage at a certain point in time

nach Entladebeginn oder der Frequenz der Entladein- % after the start of discharge or the frequency of the discharge in %

tervalle, so hängt der vorbestimmte Wert, bei dessen Erreichen der Vorgang beendet wird, von der zu ladenden Batterietype ab. Dann kann es erforderlich sein, die Parameter der Schaltanordnungen zu verstellen, um sie unterschiedlichen Batterien anzupassen.intervals, the predetermined value, upon reaching which the process is ended, depends on the value to be loaded Battery type. Then it may be necessary to adjust the parameters of the switching arrangements, to adapt them to different batteries.

In Fig. 9 ist eine Schaltanordnung dargestellt, die den Schnelladevorgang automatisch in Abhängigkeit von der Frequenz der Entladeintervalle beendet.In Fig. 9, a circuit arrangement is shown which the fast charging process automatically depending on terminated by the frequency of the discharge intervals.

109818/1A6A109818 / 1A6A

Die Ladestromquelle 2 ist über einen Unterbrecher 20 mit der Steuerschaltung 3 verbunden, dessen Kontakte in Abhängigkeit vom Stromfluß durch eine Wicklung 21 öffnen. Die Batterie 1 ist mit der Steuerschaltung 3 über einen Kontakt 9 und einen Frequenzfühler 2 2 verbunden, welcher eine Spannung in Abhängigkeit von einer gewählten Frequenz der Entladestromimpulse von der Batterie 1 erzeugt. Die Wicklung 21, ein silizium-gesteuerter Gleichrichter 23 und ein Strombegrenzungswiderstand 24 liegen in Reihe über der Batterie 1. Die Steuerklemme des Siliziumgleichrichters 23 ist mit dem Ausgang des Frequenzfühlers 22 verbunden. Die Steuerschaltung 3 liegt ferner direkt an der Batterie 1, und zwar über einen normalerweise geschlossenen Relaiskontakt A. (vergleiche Fig. 2). Während der Ladeintervalle ist der Kontakt A, geschlossen und stellt einen direkten Strompfad zwischen der Steuerschaltung 3 und der Batterie 1 her, welcher den Frequenzfühler 22 umgeht. Während der Entiadeintervalle stellt der Frequenzfühler 22 den einzigen Strompfad zwischen dem Steuerkreis 3 und der Batterie 1 dar. Wenn die Batterie 1 geladen wird, bleibt der gesteuerte Gleichrichter 23 nicht-leitend. Erreicht die Frequenz der Entladeintervalle einen vorbestimmten Wert, welcher einem gewählten Ladezustand der Batterie 1 entspricht, so liefert der Ausgan g der des FrequenzfühJers 22 eine zum Zünden des gesteuerten Gleichrichters 23 ausreichende Spannung. Demgemäß fließt ausreichender Strom von der Batterie 1 durch die Wicklung 21, um den Kontakt des Unterbrechers 20 zu öffnen und den Schnelladevorgang zu beenden.The charging current source 2 is connected to the control circuit 3 via an interrupter 20, whose Open contacts depending on the flow of current through a winding 21. The battery 1 is with the Control circuit 3 connected via a contact 9 and a frequency sensor 2 2, which a voltage generated by the battery 1 as a function of a selected frequency of the discharge current pulses. the Winding 21, a silicon-controlled rectifier 23 and a current limiting resistor 24 are located in Row above the battery 1. The silicon rectifier control terminal 23 is connected to the output of the frequency sensor 22. The control circuit 3 is also located directly to the battery 1, via a normally closed relay contact A. (see Fig. 2). Contact A is closed during the charging intervals and establishes a direct current path between the control circuit 3 and the battery 1, which the frequency sensor 22 bypasses. During the Entiadeintervalle the frequency sensor 22 sets the only current path between the control circuit 3 and the battery 1. When the battery 1 is charged, the controlled remains Rectifier 23 non-conductive. If the frequency of the discharge intervals reaches a predetermined value, which corresponds to a selected state of charge of the battery 1, the output of the frequency sensor 22 supplies a sufficient voltage to ignite the controlled rectifier 23. Accordingly, sufficient current flows from the Battery 1 through the winding 21 to open the contact of the breaker 20 and the rapid charging process to end.

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Claims (8)

AnsprücheExpectations Verfahren zum Schnelladen einer elektrischen Batterie mittels eines hohen Ladestroms, bei dem jeweils nach Erreichen eines bestimmten Ladezustandes der Ladevoryang für eine kurze Entladung bei hohem Entladestrom unterbrochen und schließlich beendet wird, nach Patent . ... ... (Patentanmeldung P 16 38 085.1), dadurch gekennzeichnet, daß der die Beendigung des Ladens bestimmende Ladezustand durch (|Method for rapid charging of an electric battery by means of a high charging current, in which After reaching a certain state of charge, the charging route for a short discharge interrupted at high discharge current and finally ended, according to patent. ... ... (patent application P 16 38 085.1), characterized in that the state of charge determining the end of charging is indicated by (| Überwachen einer an den Klemmen einer oder mehrerer Zellen der Batterie abnehmbaren Meßgröße festgestellt wire.Monitoring of a measurable variable detected at the terminals of one or more cells of the battery which can be removed wire. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die überwachte Meßgröße die Klemmenspannung an einem bestimmten Zeitpunkt nach Entladebeginn ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the monitored measured variable is the terminal voltage a certain point in time after the start of unloading. 3. Verfahren nnch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die überwachte Meßgröße die Frequenz der Entladeimpulse während des Schnelladevorganges ist. 3. The method according to claim 1, characterized in that the monitored measured variable is the frequency of the discharge pulses during the rapid charging process. 4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach " Anspruch 2, gekennzeichnet durch4. Apparatus for carrying out the method according to "Claim 2, characterized by a) erste Schaltmittel, die bei Betätigung der Batterie Ladestrom in einer die Nenn-Stundenkapazität der Zellen übersteigenden Höhe zuführt, a) first switching means that, when the battery is actuated, charge current in a nominal hourly capacity the cells above height, b) einen Entladestrompfad,b) a discharge current path, c) zweite Schaltmittel zum intermittierenden kurzzeitigen Anlegen des Entladestrompfades an die Batterie,c) second switching means for intermittent short-term application of the discharge current path to the battery, 1 Π 9 8 1 8 / 1 /, 6 A1 Π 9 8 1 8/1 /, 6 A d) dritte Schaltmittel zum Feststellen der Klemmenspannung in einem bestimmten Zeitpunkt nach Anlegen des Entladestrompfades, undd) third switching means for determining the terminal voltage at a specific point in time after applying the discharge current path, and e) vierte Schaltmittel, welche auf die dritten Schaltmittel ansprechen und den Schnelladevorgang durch Verhindern weiterer Ladestromzufuhr in einer die Nenn-Stundenkapazität der Zellen übersteigenden Höhe beenden, sobald die dritten Schaltmittel eine bestimmte Spannung feststellen (Fig. 5, 6, 7).e) fourth switching means, which respond to the third switching means, and the rapid charging process by preventing further charging current supply in one of the nominal hourly capacity of the Exceeding cells terminate as soon as the third switching means has a certain voltage determine (Fig. 5, 6, 7). 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Verzögerungsnetzwerk, welches die Anlegung der Klemmenspannung an die dritten Schaltmittel verzögert (Fig. 3, 5, 6 und 7).5. The device according to claim 4, characterized by a delay network, which the application of the Terminal voltage delayed to the third switching means (Figures 3, 5, 6 and 7). 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsnetzwerk einen Multivibrator enthält, dessen Ausgangssignal um ein gewähltes Intervall nach dem Auftreten des Eingangssignales auftritt, und daß die vierten Schaltmittel einen steuerbaren Schalter enthalten, welcher durch den Multivibrator während des gewählten Zeitintervalls abgeschaltet wird ( Fig. 5).6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the delay network contains a multivibrator, whose output signal occurs at a selected interval after the occurrence of the input signal, and that the fourth switching means contain a controllable switch, which by the multivibrator during the selected time interval is switched off (Fig. 5). 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsnetzwerk RC-Glieder mit vorbestimmter Zeitkonstante aufweist (Fig. 6 und 7).7. Apparatus according to claim 5, characterized in that the delay network RC elements with a predetermined Has time constant (Figs. 6 and 7). 8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladestrompfad die Spule eines Verzögerungsrelais enthält und die dritten Schaltmittel an die Spule über einen Kontakt des Verzögerungsrelais angeschlossen sind (Fig. 3).8. Apparatus according to claim 4, characterized in that that the discharge current path is the coil of a delay relay and the third switching means is connected to the coil via a contact of the delay relay are (Fig. 3). 1 0 9 B j 0 / 1 /, 6 /♦1 0 9 B j 0/1 /, 6 / ♦ LeerseiteBlank page