JP7147809B2 - 二次電池の劣化度判定装置及び組電池 - Google Patents
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Description
上記二次電池における所定の電圧区間での電池状態の推移に関する電池特性を取得する電池特性取得部(61)を有し、
上記電池特性取得部が取得した電池特性又は該電池特性に基づいて算出された電池特性関係値に基づいて、上記二次電池の劣化度を判定する判定部(63)と、
を備える、二次電池の劣化度判定装置にある。
上記複数の二次電池は再利用品を含んでおり、
上記複数の二次電池において、所定の電圧区間の電圧推移に関する電池特性又は該電池特性に基づいて算出された電池特性関係値が所定範囲内である、組電池にある。
上記二次電池の劣化度判定装置の実施形態について、図1~図4を用いて説明する。
本実施形態の二次電池の劣化度判定装置1は、図1に示すように、二次電池2の劣化度を判定するものであって、電池特性取得部61及び判定部63を備える。
電池特性取得部61は、二次電池2における所定の電圧区間の電圧推移に関する電池特性を取得する。
判定部63は、電池特性取得部61が取得した電池特性又は該電池特性に基づいて算出された電池特性関係値に基づいて、二次電池2の劣化度を判定する。
図1に示す劣化度判定装置1において、劣化度を判定する対象となる二次電池2の種類は限定されず、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池などの公知の二次電池を対象とすることができる。判定対象とする二次電池2は、単電池であるセルであってもよいし、単電池を複数組み合わせてなる組電池であってもよい。また、判定対象とする二次電池2は、最小単位の二次電池等であるセルを一つ又は複数備えてなる二次電池モジュールであってもよい。当該二次電池モジュールは、2、3、4又は6セル等で構成することができ、図4に示すように、組電池20に含まれる複数の二次電池モジュール21~26であってもよい。例えば、使用済みの組電池20を分解して複数の二次電池モジュール21~26を取り出して、劣化度判定装置1によって二次電池モジュール21~26の劣化度を判定することができる。そして、当該判定結果に基づいて、複数の二次電池モジュール21~26を選別することができる。
制御部7は、二次電池2の充放電を制御する充放電制御部71を備える。なお、充放電制御部71による二次電池2の充放電は、充電のみする場合、放電のみする場合、放電して充電する場合、及び充電して放電する場合のいずれの場合も含む。
検出部3は、電圧値検出部31、電流値検出部32を備える。電圧値検出部31は所定の電圧計からなり、二次電池2に接続されて二次電池2の電圧値を検出する。電流値検出部32は所定の電流計からなり、二次電池2に接続されて二次電池2に流れた電流値を取得する。なお、電圧値検出部31により検出された電圧値に基づいて、二次電池2の開放電圧が取得されるように構成されている。
まず、本実施形態では、まず、図3に示すステップS1において、準備工程として、図4に示す使用済みの組電池20から二次電池モジュール21~26を取り出す。
まず、図5に示すステップS10において、組電池20から取り出された複数の二次電池モジュール2を用意する。そして、ステップS11において、各二次電池モジュール2の電池特性を取得する。当該電池特性の取得は、本実施形態1の劣化度判定装置1において電池特性を取得する場合と同様にすることができる。その後、ステップS12において、当該電池特性又は当該電池特性に基づいて算出した電池特性関係値に基づいて二次電池モジュール2のランク付けを行う。本実施形態では、電池特性関係値として当該電池特性に基づいて二次電池モジュール2の全容量を推定し、当該全容量から算出された二次電池モジュール2の劣化度の絶対値が所定範囲内であるか否かに基づいて二次電池モジュール2のランク付けを行うものとする。そして、本実施形態では、劣化度の絶対値を5段階の所定範囲に分けて、劣化度の絶対値の小さいものから順にAランク、Bランク、Cランク、Dランク、Eランクとする。なお、ランク付けの基準は適宜設定することができる。
本実施形態の劣化度判定装置1においては、二次電池モジュール2から取得した所定の電圧区間Vsの電圧推移に関する電池特性又は電池特性に基づいて算出された電池特性関係値に基づいて二次電池モジュール2の劣化度を判定する。そのため、簡素な工程で劣化度の判定を行うことができる。さらに、二次電池モジュール2の電池特性を取得する電圧区間Vsとして、二次電池モジュール2の電圧推移と劣化度とが高い相関関係を示す電圧区間Vsを設定することにより、二次電池モジュール2の劣化度を高精度に判定することができる。
上述の実施形態1では、電池特性として放電電圧特性を採用したが、図9に示す実施形態2ではこれとともに、電池特性が、二次電池モジュール2が所定の充電目標電圧VQまで充電される際の電圧推移に基づく充電電圧特性を含む。充電目標電圧VQは特に限定されないが、本実施形態では通常使用範囲Vnの下限値よりも大きく、上限値よりも小さい値としている。その他の構成要素は実施形態1の場合と同様であり、本実施形態においても実施形態1の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。
本実施形態3の劣化度判定装置1では、実施形態1の構成に加えて、図11に示すように、演算部6がインピーダンス特性取得部64を備える。インピーダンス特性取得部64は、複素インピーダンス測定を行う構成を有しており、二次電池2のインピーダンスを測定可能に構成されている。その他の構成は実施形態1と同様であって、実施形態1の同様の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態4では、実施形態1の構成に加えて、図12に示すように、初期電圧取得部65を備える。初期電圧取得部65は、図13に示すように、放電開始時T0における二次電池2の開放電圧である初期電圧VI1、VI2を取得する。そして、対応関係記憶部51には、初期電圧の値と電池特性と全容量との対応関係が予め記憶されている。当該対応関係は実施形態1の場合と同様に作成することができる。その他の構成は実施形態1と同様であって、実施形態1の同様の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態5の劣化度判定装置1は、図15に示すように、図1に示す実施形態1の構成に加え、温度検出部33を備える。そして、上述の実施形態1では電池特性取得部61は、電池特性として所定の電圧区間Vsにおける二次電池2の電圧推移に基づく放電電圧特性を取得するように構成したが、本実施形態5では、これに替えて、電池特性取得部61は、電池特性として所定の電圧区間VsA、VsBにおける二次電池2の温度推移に基づく温度特性を取得する。その他の構成は実施形態1と同様であって、実施形態1の同様の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。なお、電圧区間VsAは二次電池2の劣化度に応じて、放電電圧特性の差異が顕著となっている区間であり、電圧区間VsBは二次電池2の劣化度に応じて、充電電圧特性の差異が顕著となっている区間である。
上述の実施形態1では、推定部としての容量推定部62は、電池特性取得部61が取得した電池特性に基づいて、二次電池モジュール2の全容量を推定することとしたが、これに限らず、容量推定部62は、正極容量、負極容量、負極SOCと正極SOCとの相対関係のズレ量、二次電池モジュール21~26を構成する複数のセル間の全容量バラツキ、上記二次電池モジュール21~26の電池抵抗、正極抵抗、負極抵抗のうちの少なくともいずれか一つを推定することとしてもよい。そして、実施形態6では、容量推定部62は二次電池モジュール21~26のそれぞれの正極容量Qcを推定することとする。さらに、対応関係記憶部51には、電池特性と正極容量Qcとの対応関係が記憶されている。当該対応関係の形態及び作成方法は特に限定されず、実施形態1の場合と同様に、例えば、算出式、マップ、グラフ、表などの形態とすることができる。当該対応関係は、測定用の二次電池2を用いた機械学習により作成したり、測定用の二次電池2を用いて加速劣化試験を行って得られた実測定値を基に作成したり、二次電池2のモデルを用いて所定の電圧区間における電池特性と全容量との対応関係を論理的に導き出す算出式により作成したりすることができる。本実施形態では、対応関係記憶部51には、例えば、図20(a)~(c)に示す予測モデルに基づき、電池特性と正極容量Qcとの対応関係が記憶されている。その他の構成は、実施形態1の場合と同等であって、実施形態1の場合と同一の符号を付してその説明を省略する。
まず、本実施形態6では、図3に示す実施形態1の場合と同様に、図21に示すステップS1~S3を行う。これにより、図22(a)に示すように、電池特性取得部61により各二次電池モジュール21~26の電池特性として放電カーブを、所定の電圧区間Vsにおいて取得する。なお、所定の電圧区間は、特定のSOC範囲に対応する区間とすることができる。
上記実施形態6では、容量推定部62は、正極容量Qcを推定することとしたが、これに替えて、実施形態7では、容量推定部62は負極容量QAを推定する。すなわち、実施形態7では、図23に示すように、ステップS41において、図20(a)~(c)に示す予測モデルに基づき、電池特性と負極容量QAとの対応関係に基づいて二次電池モジュール21~26の負極容量QAを推定する。当該実施形態7においても実施形態1と同等の作用効果を奏する。
本実施形態8では、容量推定部62は二次電池モジュール21~26のそれぞれの負極SOCと正極SOCとの相対関係のズレ量を推定する。さらに、対応関係記憶部51には、電池特性と負極SOCと正極SOCとの相対関係のズレ量との対応関係が記憶されている。当該対応関係の形態及び作成方法は特に限定されず、実施形態1の場合と同様とすることができる。
本実施形態9では、対応関係記憶部51には、二次電池モジュール21~26ごとに電池特性と充放電カーブにおける放電容量の変化量との対応関係が記憶されており、容量推定部62は、所定の電圧区間Vsにおける充放電カーブにおける放電容量の変化量を推定し、判定部63は、劣化度として推定結果に基づいてセルの自己放電量が大きくなっているかを検知する。本実施形態9では、その他の構成は、実施形態1の場合と同等であって、実施形態1の場合と同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態10では、二次電池モジュール21~26はそれぞれ、6個のセルを含む。そして、対応関係記憶部51には、一つの二次電池モジュール21~26内におけるセル間の全容量バラツキと電池特性との対応関係が記憶されている。セル間の全容量バラツキとは、一つの二次電池モジュール21~26に含まれた複数のセルにおいて、各セルの全容量のバラツキの程度を示す。本実施形態10では、セル間の全容量バラツキとして、図27に示すように、複数のセルの全容量における最大Qmaxから最小Qminを差し引いた差分Qmax-minを採用する。その他の構成は、実施形態1の場合と同等であって、実施形態1の場合と同一の符号を付してその説明を省略する。
図28に示すように、実施形態11では、推定部として抵抗推定部621を有する。抵抗推定部621は、二次電池モジュール21~26の電池特性に基づいて、二次電池モジュール21~26の内部抵抗を推定する。対応関係記憶部51には、一つの二次電池モジュール21~26の内部抵抗と電池特性との対応関係が記憶されている。電池特性取得部61は、二次電池モジュール21~26が互いに接続されたスタックの状態で、パルス充放電を行って電池特性を取得することができる。電池特性を取得する電圧区間は、特定のSOC範囲に対応する所定の電圧区間とすることができる。
実施形態12の劣化度判定装置1では、抵抗推定部621により、二次電池モジュール21~26の負極抵抗を推定し、判定部63により二次電池モジュール21~26の劣化度を判定する。
実施形態13の劣化度判定装置1では、抵抗推定部621により、二次電池モジュール21~26の正極抵抗を推定し、判定部63により二次電池モジュール21~26の劣化度を判定する。本実施形態13では、二次電池モジュール21~26としてニッケル水素電池を用いることとし、電池特性取得部61は、電池特性として、低周波領域における所定電圧区間の電圧カーブを取得する。対応関係記憶部51には、電池特性としての電圧カーブと正極抵抗との対応関係が予め記憶されている。そして、判定部63は、正極反応抵抗支配領域において、抵抗推定部621により推定された正極抵抗に基づいて、二次電池モジュール21~26の劣化度を判定する。その他の構成要素は実施形態12の場合と同様であって、同一の符号を付してその説明を省略する。
2、21~27 二次電池モジュール
20 組電池
33 温度検出部
61 電池特性取得部
62 容量推定部
621 抵抗推定部
63 判定部
64 インピーダンス特性取得部
65 初期電圧取得部
Claims (18)
- 二次電池(2、21、22、23、24、25、26、27)の劣化度を判定する劣化度判定装置(1)であって、
上記二次電池における所定の電圧区間での電池状態の推移に関する電池特性を取得する電池特性取得部(61)と、
上記電池特性取得部が取得した電池特性又は該電池特性に基づいて算出された電池特性関係値に基づいて、上記二次電池の劣化度を判定する判定部(63)と、
を備え、
上記電池特性は、上記二次電池が所定の放電目標電圧まで放電される際の電圧推移、及び上記二次電池が上記放電目標電圧まで放電されて放電が停止された後の電圧推移の少なくとも一つに基づく放電電圧特性を含み、
上記電圧推移は、上記電圧区間における上記二次電池の区間容量、上記電圧区間における上記二次電池の容量変化に対する上記二次電池の電圧変化の割合、上記電圧区間における経過時間に対する上記二次電池の電圧変化の割合、上記放電目標電圧まで放電されたときの総放電容量に対する上記電圧区間の区間容量の容量比の少なくとも一つに基づいて算出され、
上記電圧区間は、上記二次電池の劣化度に応じて、上記放電電圧特性の差異が顕著となっている区間である、二次電池の劣化度判定装置。 - 上記電池特性は、上記二次電池が所定の充電目標電圧まで充電される際の電圧推移、及び上記二次電池が上記充電目標電圧まで充電されて充電が停止された後の電圧推移の少なくとも一つに基づく充電電圧特性を含む、請求項1に記載の二次電池の劣化度判定装置。
- 二次電池(2、21、22、23、24、25、26、27)の劣化度を判定する劣化度判定装置(1)であって、
上記二次電池における所定の電圧区間での電池状態の推移に関する電池特性を取得する電池特性取得部(61)と、
上記電池特性取得部が取得した電池特性又は該電池特性に基づいて算出された電池特性関係値に基づいて、上記二次電池の劣化度を判定する判定部(63)と、
を備え、
上記電池特性は、上記二次電池が所定の充電目標電圧まで充電される際の電圧推移、及び上記二次電池が上記充電目標電圧まで充電されて充電が停止された後の電圧推移の少なくとも一つに基づく充電電圧特性を含み、
上記電圧推移は、上記電圧区間における上記二次電池の区間容量、上記電圧区間における上記二次電池の容量変化に対する上記二次電池の電圧変化の割合、上記電圧区間における経過時間に対する上記二次電池の電圧変化の割合、上記充電目標電圧まで充電されたときの総充電容量に対する上記電圧区間の区間容量の容量比の少なくとも一つに基づいて算出され、
上記電圧区間は、上記二次電池の劣化度に応じて、上記充電電圧特性の差異が顕著となっている区間である、二次電池の劣化度判定装置。 - 二次電池(2、21、22、23、24、25、26、27)の劣化度を判定する劣化度判定装置(1)であって、
上記二次電池における所定の電圧区間での電池状態の推移に関する電池特性を取得する電池特性取得部(61)と、
上記電池特性取得部が取得した電池特性又は該電池特性に基づいて算出された電池特性関係値に基づいて、上記二次電池の劣化度を判定する判定部(63)と、
を備え、
上記電池特性は、上記二次電池が所定の放電目標電圧まで放電される際の電圧推移、及び上記二次電池が上記放電目標電圧まで放電されて放電が停止された後の電圧推移の少なくとも一つに基づく放電電圧特性を含み、
上記電圧推移は、上記電圧区間における上記二次電池の区間容量、上記電圧区間における上記二次電池の容量変化に対する上記二次電池の電圧変化の割合、上記電圧区間における経過時間に対する上記二次電池の電圧変化の割合、上記放電目標電圧まで放電されたときの総放電容量に対する上記電圧区間の区間容量の容量比の少なくとも一つに基づいて算出され、
上記電圧区間の少なくとも一部は、上記放電目標電圧から上記二次電池の電圧値についての通常使用範囲における下限値までの範囲に含まれている、二次電池の劣化度判定装置。 - 二次電池(2、21、22、23、24、25、26、27)の劣化度を判定する劣化度判定装置(1)であって、
上記二次電池における所定の電圧区間での電池状態の推移に関する電池特性を取得する電池特性取得部(61)と、
上記電池特性取得部が取得した電池特性又は該電池特性に基づいて算出された電池特性関係値に基づいて、上記二次電池の劣化度を判定する判定部(63)と、
を備え、
上記電池特性は、上記二次電池が所定の充電目標電圧まで充電される際の電圧推移、及び上記二次電池が上記充電目標電圧まで充電されて充電が停止された後の電圧推移の少なくとも一つに基づく充電電圧特性を含み、
上記電圧推移は、上記電圧区間における上記二次電池の区間容量、上記電圧区間における上記二次電池の容量変化に対する上記二次電池の電圧変化の割合、上記電圧区間における経過時間に対する上記二次電池の電圧変化の割合、上記充電目標電圧まで充電されたときの総充電容量に対する上記電圧区間の区間容量の容量比の少なくとも一つに基づいて算出され、
上記電圧区間の少なくとも一部は、上記充電目標電圧から上記二次電池の電圧値についての通常使用範囲における下限値までの範囲に含まれている、二次電池の劣化度判定装置。 - 上記二次電池が放電又は充電されたときのインピーダンスに関するインピーダンス特性を取得するインピーダンス特性取得部を有し、
上記判定部は、上記インピーダンス特性取得部により取得された上記インピーダンス特性又は該インピーダンス特性から算出されたインピーダンス特性関係値と、上記電池特性又は上記電池特性関係値とに基づいて上記劣化度を判定する、請求項1~5のいずれか一項に記載の二次電池の劣化度判定装置。 - 上記電池特性取得部が上記電池特性の取得を開始するときの上記二次電池の開放電圧である初期電圧を取得する初期電圧取得部を有し、
上記判定部は、上記初期電圧取得部により取得された上記初期電圧又は上記初期電圧に基づいて算出された初期電圧関係値と、上記電池特性又は上記電池特性関係値とに基づいて上記劣化度を判定する、請求項1~6のいずれか一項に記載の二次電池の劣化度判定装置。 - 上記電池特性取得部は、上記二次電池の温度を検出する温度検出部(33)を有し、上記電池特性は上記温度検出部により取得された上記所定の電圧区間における上記二次電池の温度推移に基づく温度特性を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の二次電池の劣化度判定装置。
- 上記電池特性関係値として、上記電池特性を用いて上記二次電池の全容量、正極容量、負極容量、負極SOCと正極SOCとの相対関係のズレ量、上記二次電池を構成する複数のセル間の全容量バラツキ、上記二次電池の電池抵抗、正極抵抗、負極抵抗のうちの少なくともいずれか一つを推定する推定部(62、621)を備え、
上記判定部は、上記推定部の推定結果に基づいて、上記二次電池の劣化度を判定する、請求項1~8のいずれか一項に記載の二次電池の劣化度判定装置。 - 複数の二次電池(2、21、22、23、24、25、26、27)を含む組電池(20)であって、
上記複数の二次電池は再利用品を含んでおり、
上記複数の二次電池は、上記二次電池における所定の電圧区間の電池状態の推移に関する電池特性又は該電池特性に基づいて算出された電池特性関係値が所定範囲内であって、
上記電池特性は、上記二次電池が所定の放電目標電圧まで放電される際の電圧推移、及び上記二次電池が上記放電目標電圧まで放電されて放電が停止された後の電圧推移の少なくとも一つに基づく放電電圧特性を含み、
上記電圧推移は、上記電圧区間における上記二次電池の容量変化量、上記電圧区間における上記二次電池の容量変化に対する上記二次電池の電圧変化の割合、上記電圧区間における経過時間に対する上記二次電池の電圧変化の割合、上記放電目標電圧まで放電されたときの総放電容量に対する上記電圧区間の区間容量の容量比の少なくとも一つに基づいて算出され、
上記電圧区間は、上記二次電池の劣化度に応じて、上記放電電圧特性の差異が顕著となっている区間である、組電池。 - 上記複数の二次電池は、上記二次電池が所定の充電目標電圧まで充電される際の充電による電圧推移、及び上記二次電池が上記充電目標電圧まで充電されて充電が停止された後の電圧推移の少なくとも一つに基づく充電電圧特性を含む上記電池特性又は上記電池特性関係値が所定範囲内である、請求項10に記載の組電池。
- 複数の二次電池(2、21、22、23、24、25、26、27)を含む組電池(20)であって、
上記複数の二次電池は再利用品を含んでおり、
上記複数の二次電池は、上記二次電池における所定の電圧区間の電池状態の推移に関する電池特性又は該電池特性に基づいて算出された電池特性関係値が所定範囲内であって、
上記電池特性は、上記二次電池が所定の充電目標電圧まで充電される際の充電による電圧推移、及び上記二次電池が上記充電目標電圧まで充電されて充電が停止された後の電圧推移の少なくとも一つに基づく充電電圧特性を含み、
上記電圧推移は、上記電圧区間における上記二次電池の容量変化量、上記電圧区間における上記二次電池の容量変化に対する上記二次電池の電圧変化の割合、上記電圧区間における経過時間に対する上記二次電池の電圧変化の割合、上記充電目標電圧まで充電されたときの総充電容量に対する上記電圧区間の区間容量の容量比の少なくとも一つに基づいて算出され、
上記電圧区間は、上記二次電池の劣化度に応じて、上記充電電圧特性の差異が顕著となっている区間である、組電池。 - 複数の二次電池(2、21、22、23、24、25、26、27)を含む組電池(20)であって、
上記複数の二次電池は再利用品を含んでおり、
上記複数の二次電池は、上記二次電池における所定の電圧区間の電池状態の推移に関する電池特性又は該電池特性に基づいて算出された電池特性関係値が所定範囲内であって、
上記電池特性は、上記二次電池が所定の放電目標電圧まで放電される際の電圧推移、及び上記二次電池が上記放電目標電圧まで放電されて放電が停止された後の電圧推移の少なくとも一つに基づく放電電圧特性を含み、
上記電圧推移は、上記電圧区間における上記二次電池の容量変化量、上記電圧区間における上記二次電池の容量変化に対する上記二次電池の電圧変化の割合、上記電圧区間における経過時間に対する上記二次電池の電圧変化の割合、上記放電目標電圧まで放電されたときの総放電容量に対する上記電圧区間の区間容量の容量比の少なくとも一つに基づいて算出され、
上記電圧区間の少なくとも一部は、上記放電目標電圧から上記二次電池の電圧値についての通常使用範囲における下限値までの範囲に含まれている、組電池。 - 複数の二次電池(2、21、22、23、24、25、26、27)を含む組電池(20)であって、
上記複数の二次電池は再利用品を含んでおり、
上記複数の二次電池は、上記二次電池における所定の電圧区間の電池状態の推移に関する電池特性又は該電池特性に基づいて算出された電池特性関係値が所定範囲内であって、
上記電池特性は、上記二次電池が所定の充電目標電圧まで充電される際の充電による電圧推移、及び上記二次電池が上記充電目標電圧まで充電されて充電が停止された後の電圧推移の少なくとも一つに基づく充電電圧特性を含み、
上記電圧推移は、上記電圧区間における上記二次電池の容量変化量、上記電圧区間における上記二次電池の容量変化に対する上記二次電池の電圧変化の割合、上記電圧区間における経過時間に対する上記二次電池の電圧変化の割合、上記充電目標電圧まで充電されたときの総充電容量に対する上記電圧区間の区間容量の容量比の少なくとも一つに基づいて算出され、
上記電圧区間の少なくとも一部は、上記充電目標電圧から上記二次電池の電圧値についての通常使用範囲における下限値までの範囲に含まれている、組電池。 - 上記複数の二次電池は、上記二次電池が放電又は充電されたときのインピーダンスに関するインピーダンス特性又は該インピーダンス特性に基づいて算出されたインピーダンス特性関係値が所定範囲内である、請求項10~14のいずれか一項に記載の組電池。
- 上記複数の二次電池は、上記電池特性の取得を開始するときの上記二次電池の開放電圧である初期電圧又は該初期電圧に基づいて算出された初期電圧関係値が所定範囲内である、請求項10~15のいずれか一項に記載の組電池。
- 上記複数の二次電池は、上記所定の電圧区間における上記二次電池の温度推移に基づく温度特性を含む上記電池特性又は上記電池特性関係値が所定範囲内である、請求項10~16のいずれか一項に記載の組電池。
- 上記電池特性関係値は、上記電池特性を用いて推定した上記二次電池の全容量、正極容量、負極容量、負極SOCと正極SOCとの相対関係のズレ量、上記二次電池を構成する複数のセル間の全容量バラツキ、上記二次電池の電池抵抗、正極抵抗、負極抵抗のうちの少なくともいずれか一つに基づいて判定された劣化度である、請求項10~17のいずれか一項に記載の組電池。
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