DE3626534A1 - Charger for nickel-cadmium cells - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Ladegerät für NiCd-Zellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a charger for NiCd cells according to the preamble of claim 1.
Die Lebensdauer von NiCd-Zellen wird durch eine Überladung der Zellen verkürzt. Um Überladungen der Zellen zu verrin gern, ist es üblich, die Ladung von NiCd-Zellen mit geringem Konstantstrom vorzunehmen. Der Ladevorgang dauert aber da durch sehr lange; übliche Werte dafür sind ca. 10 bis 16 Stunden.The lifespan of NiCd cells is due to overcharging the cells shortened. To reduce cell overload like, it is common to charge NiCd cells with low Constant current. The loading process takes however there through very long; The usual values for this are approx. 10 to 16 Hours.
Es ist bekannt, daß die Zellenspannung beim Ladevorgang bis zu einem Maximum zunimmt und anschließend wieder abfällt. Es sind Ladegeräte bekannt, die mit relativ hohem Konstantstrom arbeiten, wodurch der Ladevorgang verkürzt wird, und die bei einer bestimmten Zellenspannung mittels eines Schwellwert schalters den Ladestrom abschalten bzw. den Ladevorgang be enden. Die Einstellung eines bestimmten Schwellwerts für die Beendigung des Ladevorgangs ist besonders aus zwei Gründen problematisch: Die maximale Zellenspannung ändert sich in einem relativ großen Bereich in Abhängigkeit der Rest kapazität der Zellen und der Erholphase zwischen einer Entladung und Ladung. Zusätzlich verändert sich die Nenn spannung der NiCd-Zellen durch Alterung der Zellen.It is known that the cell voltage up to increases to a maximum and then falls again. It Chargers are known that have a relatively high constant current work, which shortens the loading process, and the a certain cell voltage using a threshold value switch off the charging current or the charging process end up. The setting of a certain threshold for the Ending the charging process is particularly for two reasons problematic: The maximum cell voltage changes to a relatively large area depending on the rest capacity of the cells and the recovery phase between one Discharge and charge. In addition, the nominal changes tension of the NiCd cells due to aging of the cells.
Daraus folgt, daß bei der Wahl eines sicheren aber niedri gen Schwellwerts die Maximalkapazität nachteilig nicht er reicht wird. Wird dagegen der Schwellwert zum Erreichen der Maximalkapazität relativ hoch gewählt, besteht aus den vorgenannten Gründen trotz der Abschaltung die Gefahr der Überladung und Schädigung der Zellen.It follows that when choosing a safe but low against the threshold, the maximum capacity is not disadvantageous is enough. In contrast, the threshold to be reached the maximum capacity chosen relatively high, consists of the aforementioned reasons despite the shutdown the risk of Overloading and cell damage.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein gattungs gemäßes Ladegerät für NiCd-Zellen so weiterzubilden, daß die Maximalkapazität beim Ladevorgang erreicht wird und die Zellen sicher vor Überladung geschützt sind, wobei der Ladevorgang schnell durchgeführt werden kann.The object of the invention, in contrast, is a genus appropriate charger for NiCd cells so that the maximum capacity is reached during the charging process and the cells are safely protected against overloading, the Charging can be done quickly.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This task is carried out with the characteristic features of the Claim 1 solved.
Gemäß Anspruch 1 wird die Ladung in bekannter Weise mit Konstantstrom aus einer Konstantstromquelle vorgenommen. Dadurch bildet sich beim Ladevorgang ein für NiCd-Zellen typischer Spannungsverlauf der Zellenspannung in Abhängig keit der Zeit aus, der zwar nicht linear aber stetig bis zu einem Maximum ansteigt und anschließend wieder abfällt. Ein solches Spannungsmaximum tritt immer auf, wobei jedoch die Lage und Höhe von der Vorgeschichte der NiCd-Zellen, wie Entladevorgang, Restkapazität, Alterung, etc., abhän gen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Spannungsmaximum unabhängig von seiner Lage immer mit dem Kapazitätsmaximum korrespondiert. Eine Ladung über das Spannungsmaximum hinaus bringt somit keine Zunahme an ge speicherter Energie, sondern führt zu der schädlichen Überladung der Zellen. Erfindungsgemäß wird das Spannungs maximum benutzt, um die Abschaltung des Ladestroms einzu leiten.According to claim 1, the charge in a known manner Constant current made from a constant current source. This forms during the charging process for NiCd cells typical voltage curve of the cell voltage depending time, which is not linear but steady rises to a maximum and then falls again. Such a voltage maximum always occurs, however the location and height of the history of NiCd cells, such as unloading, remaining capacity, aging, etc. gen. The invention is based on the knowledge that the Voltage maximum, regardless of its position, always with the Maximum capacity corresponds. A cargo over that The maximum voltage therefore does not result in an increase stored energy, but leads to the harmful Overloading the cells. According to the voltage maximum used to switch off the charging current conduct.
Dazu wird die Zellenspannung während des Ladevorgangs hochohmig abgegriffen und einem Peak-Detektor während des Ladevorgangs zugeführt. Der Peak-Detektor erfaßt den Wert der Zellenspannung und hält einen maximalen Wert als Aus gangssignal, wenn die Zellenspannung nach Erreichen des Kapazitätsmaximums während des Ladevorgangs wieder ab sinkt.To do this, the cell voltage during the charging process tapped with high impedance and a peak detector during the Charging process fed. The peak detector detects the value the cell voltage and holds a maximum value as off output signal when the cell voltage after reaching the Capacity maximum again during the charging process sinks.
Der Ausgang des Peak-Detektors ist mit einer Triggerschal tung verbunden, der zusätzlich der Wert der Zellenspannung direkt zugeführt wird. Die Triggerschaltung vergleicht im wesentlichen beide Werte und schaltet, wenn die Zellen spannung unter den vom Peak-Detektor gehaltenen maximalen Zellenspannungswert absinkt. Dieses Schaltsignal wird ei ner Abschalteinheit zugeführt, die den Ladevorgang been det. Weiter ist eine Rücksetzeinrichtung für den Peak- Detektor vorgesehen.The output of the peak detector is with a trigger scarf device connected, which in addition the value of the cell voltage is fed directly. The trigger circuit compares in essentially both values and switches when the cells voltage below the maximum held by the peak detector Cell voltage value drops. This switching signal is egg ner shutdown unit fed that the charging process det. There is also a reset device for the peak Detector provided.
Erfindungsgemäß wird somit kein bestimmter Schwellwert am Ladegerät eingestellt, sondern für jeden Ladevorgang das veränderbare Spannungsmaximum und damit Kapazitätsmaximum für die Abschaltung des Ladevorgangs ermittelt.According to the invention, therefore, no specific threshold value is reached Charger set, but for each charging process changeable voltage maximum and thus capacity maximum determined for switching off the charging process.
Vorteilhaft wird dadurch die Vorgeschichte der Zellen, wie Belastungsart, Alterung der Zellen, Restkapazität, etc. berücksichtigt. Es wird eine Schnelladung mit sicherer Ab schaltung möglich, wobei die Ladezeit nur etwa ein Zehntel gegenüber dem üblichen Verfahren mit geringem Konstant strom ist (Ladezeit nun ca. 1,5 Std.). Die Zellenzahl ist in gewissen Bereichen (bis ca. 10 Zellen) beliebig. Eine Überladung wird mit Sicherheit vermieden, wodurch eine lange Lebensdauer der NiCd-Zellen gewährleistet ist.The history of the cells, such as Type of load, cell aging, remaining capacity, etc. considered. It will be a quick charge with a safe Ab circuit possible, the charging time only about a tenth compared to the usual method with low constant current (charging time now approx. 1.5 hours). The number of cells is in certain areas (up to approx. 10 cells). A Overcharging is avoided with certainty, resulting in a long life of the NiCd cells is guaranteed.
Gemäß Anspruch 2 ist es für die Funktion zweckmäßig, zwi schen die NiCd-Zelle und den Peak-Detektor ein Tiefpaßfil ter zu schalten.According to claim 2, it is useful for the function, between the NiCd cell and the peak detector form a low-pass film switch.
Mit Anspruch 3 wird vorgeschlagen, die Triggerschaltung bzw. Vergleicherschaltung mit einer Schalthysterese zu versehen, wobei die Triggerschaltung zweckmäßig als ein "floating Schmitt-Trigger" ausgebildet ist. Dadurch wird erreicht, daß bei entsprechender Einstellung der Hystere sespannung sicher erst beim Überschreiten des Zellen spannungsmaximums geschaltet wird und nicht schon vorher bei evtl. geringfügigen Spannungsschwankungen.Claim 3 proposes the trigger circuit or comparator circuit with a switching hysteresis provided, the trigger circuit expediently as a "floating Schmitt trigger" is formed. This will achieved that with appropriate setting of the hysteresis voltage only safely when the cells are exceeded voltage maximum is switched and not before with possibly slight voltage fluctuations.
Nach Anspruch 4 ist der Peak-Detektor mit einem Konden sator beschaltet, dessen Leckstrom sehr gering ist. In diesem Kondensator steckt die Spannungsinformation des Peak-Detektors. Mit dem Rücksetzeingang des Peak-Detektors kann diese Spannungsinformation gelöscht werden. Der Rück setzeingang ist dabei rückwirkungsfrei bezüglich der Spannungsinformation im Kondensator.According to claim 4, the peak detector is with a condenser connected, the leakage current is very low. In the voltage information of the Peak detector. With the reset input of the peak detector this voltage information can be deleted. The back The input of the set has no effect on the Voltage information in the capacitor.
Mit Anspruch 5 wird eine zweckmäßige Ausführung zum Start des Ladevorgangs angegeben, wobei durch Betätigung der Rücksetzeinrichtung, z. B. eines Schalters, die Spannungs information im Peak-Detektor gelöscht wird, wodurch der Ladevorgang beginnt. Eine Rücksetzung des Peak-Detektors oder der Startvorgang kann auch in bekannter Weise durch mechanisch betätigbare Schalter beim Einsetzen bzw. Ent nehmen der Zellen am Ladegerät erfolgen.With claim 5 is an appropriate execution to start of the charging process, and by pressing the Reset device, e.g. B. a switch, the voltage information in the peak detector is deleted, causing the Charging begins. A reset of the peak detector or the starting process can also be carried out in a known manner mechanically operated switches when inserting or removing take the cells on the charger.
Als zusätzliche Sicherungseinrichtung gegen ein Überladen kann gemäß Anspruch 6 zusätzlich ein Sicherheitskreis für eine (fest eingestellte) Überspannung vorgesehen sein, der zweckmäßig ebenfalls mit der Abschalteinheit verbunden ist.As an additional safety device against overloading can additionally a safety circuit for a (fixed) overvoltage can be provided, the expediently also connected to the shutdown unit is.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen näher er läutert. The invention is based on an embodiment with further features, details and advantages he closer purifies.
Es zeigenShow it
Fig. 1 ein Diagramm, in dem in Abhängigkeit der Ladezeit der Verlauf der Zellenspannung angegeben ist, Fig. 1 is a diagram showing the function of the charging time of the course of the cell voltage is specified,
Fig. 2 ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Lade geräts, Fig. 2 apparatus, a basic circuit diagram of the charging according to the invention,
Fig. 3 ein Schaltbild einer konkreten Ausführung, in dem der Übersichtlichkeit halber an sich bekannte Be schaltungsbauteile weggelassen wurden. Fig. 3 is a circuit diagram of a specific embodiment, in which circuit components known per se have been omitted for the sake of clarity.
In Fig. 1 ist der typische Verlauf der Zellenspannung beim Laden einer NiCd-Zelle mit konstantem Ladestrom über die Zeit als Kurve 1 aufgetragen. Es ist zu erkennen, daß die Zellenspannung beim Ladevorgang stetig ansteigt und nach Erreichen eines Maximums 2 wieder abfällt. Dieses Spannungsmaximum 2 korrespondiert mit dem Kapazitätsmaxi mum, d.h. mit der maximal speicherbaren Energie. Die Lage des Maximums 2 ist je nach Vorgeschichte der zu ladenden Zellen unterschiedlich. Zur Ermittlung dieses veränder lichen Spannungsmaximums 2 in Verbindung mit einer Been digung des Ladevorgangs sind die in den Fig. 2 und 3 ge zeigten Schaltungen vorgesehen.In Fig. 1 shows the typical course of the cell voltage during charging of a NiCd cell with a constant charging current is plotted over time as curve 1. It can be seen that the cell voltage rises steadily during the charging process and drops again after a maximum 2 has been reached. This voltage maximum 2 corresponds to the maximum capacity, that is to say the maximum storable energy. The location of the maximum 2 differs depending on the history of the cells to be loaded. The circuits shown in FIGS . 2 and 3 are provided to determine this variable maximum voltage 2 in conjunction with completion of the charging process.
Im Blockschaltbild der Fig. 2 ist mit einer Energiever sorgungseinheit 3 eine Ladestromschaltung 4 und eine Lade erhaltungsstromschaltung 5 verbunden. Diese Schaltungstei le sind für die Ladung mit NiCd-Zellen 6 verbunden.In the block diagram of FIG. 2, a charging current circuit 4 and a charging maintenance current circuit 5 are connected to a power supply unit 3 . These circuit parts are connected to NiCd cells 6 for charging.
An den NiCd-Zellen 6 wird hochohmig die Spannung abge griffen und einem Peak-Detektor 7 zugeführt, der Verbin dung mit einem "floating Schmitt-Trigger" 8 mit Hysterese verhalten hat. Über die Leitung 9 wird die Zellenspannung direkt ebenfalls dem Schmitt-Trigger zugeführt, der einen Vergleich zwischen dieser Spannung und dem Ausgang des Peak-Detektors durchführt und bei einem Überschreiten der Hysteresespannung schaltet. An den Schmitt-Trigger ist eine Abschaltlogik 10 angeschlossen, die über einen Schal ter 11 in die Ladestromschaltung 4 eingreift. Die Ab schaltlogik 10 dient auch zum Einschalten des Ladevor gangs.At the NiCd cells 6 , the voltage is tapped at high resistance and fed to a peak detector 7 , which has behaved with a "floating Schmitt trigger" 8 with hysteresis. Via line 9 , the cell voltage is also fed directly to the Schmitt trigger, which carries out a comparison between this voltage and the output of the peak detector and switches when the hysteresis voltage is exceeded. A shutdown logic 10 is connected to the Schmitt trigger and engages with the charging current circuit 4 via a switch 11 . From the switching logic 10 also serves to turn on the charging process.
In der Schaltungsausführung nach Fig. 3 sind für die Schaltungseinheiten nach Fig. 2 die gleichen Bezugszeichen verwendet. Es ist auch in Fig. 3 die Ladestromschaltung 4 und die Ladeerhaltungsstromschaltung 5 zu erkennen, die auf Anschlüsse 12 für NiCd-Zellen wirken. Über ein Tief paßfilter 13 wird die Zellenspannung abgegriffen und über eine Leitung 14 dem Peak-Detektor 7 zugeführt. Über die weitere Leitung 9 wird die Zellenspannung ebenfalls dem Schmitt-Trigger 8 zugeführt, der eingangsseitig über die Leitung 15 mit dem Ausgang des Peak-Detektors verbunden ist. Der Widerstand 16 bestimmt im wesentlichen die Größe der Schalthysterese. Über die Ausgangsleitung 17 ist der Schmitt-Trigger 8 mit der Abschaltlogik 10 verbunden, die über die Leitung 18 und die Schaltereinheit 11 den Lade vorgang nach einer Ansteuerung durch den Schmitt-Trigger abschaltet und beendet. Das Ende des Ladevorgangs wird durch eine Leuchtdiode 19, die ebenfalls mit der Abschalt logik 10 verbunden ist, angezeigt. Mit 20 ist ein Sicher heitskreis zur Ermittlung evtl. Überspannungen an der NiCd-Zelle bezeichnet, dem die Zellenspannung über die Leitung 21 zugeführt wird. Dieser Sicherheitskreis erhöht weiter die Sicherheit gegen Überladung, ist jedoch prinzi piell nicht notwendig. Wenn der Sicherheitskreis an spricht, greift ein entsprechendes Signal ebenfalls in die Abschaltlogik 10 ein und führt zur Beendigung des Ladevor gangs. Ein Ansprechen des Sicherheitskreises wird durch eine Leuchtdiode 22 angezeigt.In the circuit embodiment of FIG. 3 2 the same reference numerals are for the circuit units shown in FIG. Used. The charging current circuit 4 and the trickle charge current circuit 5 , which act on connections 12 for NiCd cells, can also be seen in FIG. 3. The cell voltage is tapped via a low-pass filter 13 and fed to the peak detector 7 via a line 14 . Via the further line 9 , the cell voltage is likewise fed to the Schmitt trigger 8 , which is connected on the input side via line 15 to the output of the peak detector. The resistor 16 essentially determines the size of the switching hysteresis. Via the output line 17 , the Schmitt trigger 8 is connected to the switch-off logic 10 , which switches off and ends the charging process after being activated by the Schmitt trigger via the line 18 and the switch unit 11 . The end of the charging process is indicated by an LED 19 , which is also connected to the shutdown logic 10 . With 20 a safety circuit for determining possible overvoltages on the NiCd cell is designated, to which the cell voltage is supplied via line 21 . This safety circuit further increases safety against overloading, but is in principle not necessary. When the safety circuit speaks to, a corresponding signal also intervenes in the switch-off logic 10 and leads to the end of the charging process. A response of the safety circuit is indicated by an LED 22 .
Das Starten des Ladevorgangs wird mit Hilfe der Einheit 23 vorgenommen. Mit Hilfe eines Schalters 24 wird ein Rück setzsignal an den Rücksetzeingang 25 des Peak-Detektors gegeben, wodurch die Spannungsinformation im Peak-Detektor gelöscht wird. Entsprechend wird der Schmitt-Trigger und die Abschaltlogik umgesteuert, so daß der Ladevorgang be ginnt. Der Start wird mit Hilfe einer Leuchtdiode 26 ange zeigt.The charging process is started with the aid of the unit 23 . With the help of a switch 24 , a reset signal is given to the reset input 25 of the peak detector, whereby the voltage information in the peak detector is deleted. Accordingly, the Schmitt trigger and the shutdown logic are reversed so that the loading process begins. The start is indicated by means of a light-emitting diode 26 .
Die dargestellte Schaltung eines Ladegeräts hat folgende Funktion:The charger circuit shown has the following Function:
Vor dem Ladevorgang wird die zu ladende NiCd-Zelle mit den Anschlüssen 12 verbunden. Anschließend wird der Schalter 24 betätigt, wodurch der Peak-Detektor zurückgesetzt wird und über den Schmitt-Trigger und die Abschaltlogik 10 der Ladestrom über die Schaltungsteile 4 und 5 eingeschaltet und der NiCd-Zelle zugeführt wird. Während des Ladevor gangs erhöht sich entsprechend der Fig. 1 die Zellen spannung. Dieser Spannungswert wird sowohl dem Peak-Detek tor 7 als auch dem Schmitt-Trigger 8 zugeführt. Wenn das Spannungsmaximum überschritten ist, bleibt der Ausgang des Peak-Detektors 7 auf dem Maximalwert, während der Spannungswert auf der Leitung 9 absinkt. Bei einer ent sprechend der Schalthysterese eingestellten kleinen Spannungsdifferenz schaltet der Schmitt-Trigger 8 und der Ladevorgang wird über die Abschaltlogik 10 beendet.Before the charging process, the NiCd cell to be charged is connected to the terminals 12 . The switch 24 is then actuated, as a result of which the peak detector is reset and the charging current is switched on via the circuit parts 4 and 5 via the Schmitt trigger and the switch-off logic 10 and is fed to the NiCd cell. During the charging process, the cell voltage increases according to FIG. 1. This voltage value is fed to both the peak detector 7 and the Schmitt trigger 8 . When the voltage maximum is exceeded, the output of the peak detector 7 remains at the maximum value, while the voltage value on line 9 drops. In the case of a small voltage difference set accordingly to the switching hysteresis, the Schmitt trigger 8 switches and the charging process is ended via the switch-off logic 10 .
Zusammenfassend wird festgestellt, daß mit der Erfindung ein Ladegerät zur schnellen und sicheren Ladung von NiCd- Zellen zur Verfügung gestellt wird.In summary it is stated that with the invention a charger for fast and safe charging of NiCd Cells is made available.
Claims (6)
mit einer Konstantstromquelle für den Ladestrom,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wenigstens eine zu ladende NiCd-Zelle (6) hoch ohmig mit einem Peak-Detektor (7) verbunden ist, der ei nen maximalen Zellenspannungswert erfaßt und hält,
daß eine Triggerschaltung (floating Schmitt-Trigger 8) eingangsseitig sowohl mit dem Ausgang (15) des Peak-De tektors (7) als auch hochohmig direkt mit der NiCd-Zelle (Leitung 9) verbunden ist und die Triggerschaltung (8) bei einer Abnahme des Zellenspannungswertes gegenüber dem vom Ausgang des Peak-Detektors (7) abgegebenen maximalen Zellenspannungswertes schaltet, bzw. seine Ausgangs spannung ändert,
daß die Triggerschaltung (8) ausgangsseitig (Leitung 17) mit einer Abschalteinheit (10) verbunden ist, die beim Schalten der Triggerschaltung (8) den Ladevorgang unterbricht bzw. abschaltet, und
daß eine Rücksetzeinrichtung (23) für den Peak-Detektor (7) vorgesehen ist.1. Charger for NiCd cells
with a constant current source for the charging current,
characterized,
that the at least one NiCd cell ( 6 ) to be charged is connected with a high resistance to a peak detector ( 7 ) which detects and maintains a maximum cell voltage value,
that a trigger circuit (floating Schmitt trigger 8 ) is connected on the input side both to the output ( 15 ) of the peak detector ( 7 ) and also with high resistance directly to the NiCd cell (line 9 ) and the trigger circuit ( 8 ) in the event of a decrease switches the cell voltage value to the maximum cell voltage value emitted by the output of the peak detector ( 7 ), or changes its output voltage,
that the trigger circuit ( 8 ) on the output side (line 17 ) is connected to a switch-off unit ( 10 ) which interrupts or switches off the charging process when the trigger circuit ( 8 ) is switched, and
that a reset device ( 23 ) is provided for the peak detector ( 7 ).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863626534 DE3626534A1 (en) | 1986-08-06 | 1986-08-06 | Charger for nickel-cadmium cells |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863626534 DE3626534A1 (en) | 1986-08-06 | 1986-08-06 | Charger for nickel-cadmium cells |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3626534A1 true DE3626534A1 (en) | 1988-02-11 |
Family
ID=6306756
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863626534 Withdrawn DE3626534A1 (en) | 1986-08-06 | 1986-08-06 | Charger for nickel-cadmium cells |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3626534A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0479248A2 (en) * | 1990-10-01 | 1992-04-08 | Sanyo Electric Co., Limited. | Quick charge control apparatus and control method thereof |
WO1995013645A1 (en) * | 1993-11-09 | 1995-05-18 | Braun Aktiengesellschaft | Circuit for controlling a charging current circuit for a storage cell |
-
1986
- 1986-08-06 DE DE19863626534 patent/DE3626534A1/en not_active Withdrawn
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EP0479248A3 (en) * | 1990-10-01 | 1994-06-29 | Sanyo Electric Co | Quick charge control apparatus and control method thereof |
WO1995013645A1 (en) * | 1993-11-09 | 1995-05-18 | Braun Aktiengesellschaft | Circuit for controlling a charging current circuit for a storage cell |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |