Die Technologie- und Produktziele von Energiespeicherzellen und Leistungszellen unterscheiden sich: Leistungsbatterien zielen auf hohe Energiedichte und geringe Lebensdauer ab, während Energiespeicherzellen auf lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit bei geringerer Leistungsanforderung ausgelegt sind. Es bestehen deutliche Unterschiede zwischen den beiden Batterietypen, und immer weniger können in der Produktion gemeinsam genutzt werden. Viele führende Lithium-Batterie-Hersteller planen daher die Einrichtung spezieller Produktionslinien für Energiespeicherzellen. Doch worin genau besteht der Unterschied zwischen Energiespeicherzellen und Leistungsbatterien?

Gemäß der Klassifizierung ihrer Anwendungsgebiete lassen sich Lithium-Ionen-Batterien in Verbraucher-, Leistungs- und Energiespeicherbatterien unterteilen. Derzeit weisen Leistungs- und Energiespeicherbatterien das größte Entwicklungspotenzial für Lithium-Batterien auf. Batterien für Elektrofahrzeuge und Batterien für Energiespeichergeräte zählen im Wesentlichen zu den Energiespeicherbatterien.

Zwischen Energiespeicherbatterien und Leistungsbatterien bestehen keine Unterschiede in den technischen Prinzipien, aber aufgrund unterschiedlicher Anwendungsszenarien stellen die tatsächlichen Anwendungen unterschiedliche Anforderungen an die Leistung und Lebensdauer der beiden.

Batteriesysteme zur Leistungs- und Energiespeicherung lassen sich je nach Produktform in Batteriezellen, Module und Akkupacks unterteilen. Die Batteriezelle ist die grundlegende Einheit des Batteriesystems. Mehrere Batteriezellen können zu einem Modul und dieses wiederum zu einem Akkupack zusammengefügt werden. Der Akkupack ist die finale Anwendungsform in Elektrofahrzeugen.

Ein vollständiges elektrochemisches Energiespeichersystem besteht im Wesentlichen aus einem Batteriepack, einem Batteriemanagementsystem (BMS), einem Energiemanagementsystem (EMS), einem Energiespeicherumrichter (PCS) und anderen elektrischen Geräten.

Der Akku ist die wichtigste Komponente des Energiespeichersystems; das Batteriemanagementsystem ist hauptsächlich für die Überwachung, Bewertung, den Schutz und den Ausgleich des Akkus zuständig; das Energiemanagementsystem ist für die Datenerfassung, die Netzwerküberwachung und die Energieplanung zuständig; der Energiespeicherwandler kann den Lade- und Entladevorgang des Akkus steuern und Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln.

In der Kostenstruktur des Energiespeichersystems ist die Batterie mit 60 % der Kosten die wichtigste Komponente. Darauf folgen der Wechselrichter (20 %) und das Energiemanagementsystem (EMS) (10 %). Die Kosten für das Batteriemanagementsystem (BMS) betragen 5 %, die übrigen Kosten ebenfalls 5 %.

Der Begriff „Antriebsbatterie“ bezeichnet den Akku von Elektrofahrzeugen, der die Energie für den Betrieb des gesamten Fahrzeugs liefert. Die Antriebsbatterie eines Fahrzeugs besteht im Wesentlichen aus folgenden fünf Systemen: Batteriemodul, Batteriemanagementsystem, Wärmemanagementsystem, elektrisches System und Struktursystem.

Die Kosten des Antriebsbatteriesystems setzen sich aus verschiedenen Kostenfaktoren zusammen, darunter Batterien, Strukturbauteile, Batteriemanagementsystem (BMS), Gehäuse, Hilfsmaterialien und Herstellungskosten. Die Batteriezelle macht etwa 80 % der Kosten aus, während die Kosten des Akkupacks (einschließlich Strukturbauteile, BMS, Gehäuse, Hilfsmaterialien, Herstellungskosten usw.) etwa 20 % der Gesamtkosten des Akkupacks ausmachen.

Im Akkupack ist das Batteriemanagementsystem (BMS) das Herzstück. Es steuert die Koordination der verschiedenen Komponenten und Funktionen des Akkupacks und ist somit direkt dafür verantwortlich, ob der Akkupack Elektrofahrzeuge sicher und zuverlässig mit Strom versorgen kann. Selbstverständlich beeinflussen auch die Verbindungsverfahren, die Raumaufteilung, die strukturelle Festigkeit und die Systemschnittstellen der Bauteile die Leistungsfähigkeit des Akkupacks maßgeblich.

Das Batteriemanagementsystem für Energiespeicher ähnelt dem Batteriemanagementsystem für Antriebsbatterien. Da Antriebsbatterien jedoch in Hochgeschwindigkeits-Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, stellen sie höhere Anforderungen an die Ansprechgeschwindigkeit und die Leistungscharakteristik der Batterie, die Genauigkeit der Ladezustandsbestimmung (SOC) und die Anzahl der berechneten Zustandsparameter. Entsprechende Einstellfunktionen müssen ebenfalls über das Batteriemanagementsystem realisiert werden.

Bezogen auf Material, Verdichtungsdichte usw.

Antriebsbatterien und Energiespeicherbatterien haben sehr unterschiedliche Anforderungen an die Zyklenlebensdauer. Am Beispiel von Elektrofahrzeugen lässt sich die theoretische Lebensdauer eines ternären Lithium-Eisenphosphat-Akkus auf 1200 Zyklen zurückführen. Bei einer Nutzungshäufigkeit von etwa 120 Lade- und Entladezyklen alle drei Tage pro Jahr beträgt die theoretische Lebensdauer des ternären Lithium-Akkus zehn Jahre.

Energiespeicherbatterien werden häufiger geladen und entladen. Bei gleicher Lebensdauer von 10 Jahren gelten daher höhere Anforderungen an die Zyklenfestigkeit. Werden Energiespeicherkraftwerke und Haushaltsspeicher einmal täglich geladen und entladen, muss die Zyklenfestigkeit von Lithium-Ionen-Batterien in der Regel über 3500 Zyklen liegen. Bei höherer Lade- und Entladefrequenz sind üblicherweise über 5000 Zyklen erforderlich.

Aus Sicht der Batteriestruktur beeinflussen Faktoren wie Materialart, Verdichtungsdichte der positiven und negativen Elektrode, Feuchtigkeit, Dichte der Beschichtungsschicht und andere Faktoren die Zyklenleistung der Batterie.