U pozadini ubrzane izgradnje novih elektroenergetskih sistema, sistemi za skladištenje energije, kao osnovna komponenta za balansiranje ponude i potražnje za energijom i povećanje otpornosti mreže, dizajnirani su oko konverzije oblika energije, kolaborativne kontrole sistema i sigurnog i ekonomičnog rada. Cilj je postići fleksibilno skladištenje i precizno oslobađanje električne energije kroz naučnu arhitekturu. Osnovni cilj dizajna nije samo ispunjavanje zahtjeva za snagom i kapacitetom specifičnih scenarija, već i postizanje optimalne ravnoteže između sigurnosti, efikasnosti, životnog vijeka i ekonomičnosti.
Dizajn sistema za skladištenje energije počinje odabirom osnovne logike mehanizama konverzije energije. Elektrohemijsko skladištenje energije zasniva se na reverzibilnoj "elektrohemijskoj-elektrohemijskoj" reakciji, postižući skladištenje energije kroz redoks reakciju materijala pozitivnih i negativnih elektroda: tokom punjenja, električna energija pokreće nosioce naboja (kao što su litijum joni) da migriraju i ugrade se u negativnu elektrodu, pretvarajući ih u hemijsku energiju; tokom pražnjenja, nosioci naboja se vraćaju na pozitivnu elektrodu, a hemijska energija se ponovo pretvara u električnu energiju. Fizičko skladištenje energije oslanja se na konverziju makroskopskih oblika energije. Na primjer, pumpna hidroakumulacija koristi električnu energiju za pogon pumpe kako bi povećala potencijalnu energiju vode, a tokom proizvodnje energije, voda koja pada pokreće turbinu da bi pretvorila potencijalnu energiju u električnu energiju. Skladištenje komprimovanog vazduha koristi električnu energiju za komprimovanje gasa i skladištenje energije pritiska; prilikom oslobađanja energije, plin pod visokim-pritiskom se širi i pokreće generator. Različiti mehanizmi konverzije određuju brzinu odziva sistema, gustinu energije i primjenjive scenarije. Dizajn prvo mora sidriti tehnološku rutu na osnovu zahtjeva.
Dizajn arhitekture sistema naglašava koordinaciju i hijerarhijsko upravljanje višestrukim modulima. Kompletan sistem za skladištenje energije sastoji se od jedinica za skladištenje energije, sistema za konverziju energije (PCS), sistema upravljanja baterijama (BMS), sistema za upravljanje energijom (EMS) i pomoćnih sistema (kontrola temperature, zaštita od požara, nadzor). Jedinica za skladištenje energije je jezgro skladištenja energije, a njene metode serijskog i paralelnog povezivanja moraju biti optimizovane na osnovu ciljnih zahteva napona, kapaciteta i redundantnosti. PCS (Sistem kontrole napajanja) je odgovoran za AC/DC konverziju i regulaciju snage, a njegova topologija (kao što je dva-nivoa ili tri-nivoa) treba da odgovara nivou snage sistema i zahtjevima efikasnosti. BMS (Sistem upravljanja baterijom), koji djeluje kao "nervni završeci", treba postići praćenje-u realnom vremenu i balansiranu kontrolu napona pojedinačnih ćelija, temperature i unutrašnjeg otpora kako bi spriječio kaskadne kvarove uzrokovane lokaliziranim prekomjernim punjenjem i prekomjernim-pražnjenjem. EMS (Electric Power Management System) je "mozak" koji dinamički optimizuje strategije punjenja i pražnjenja i koordinira radnje svakog modula na osnovu opterećenja mreže, izlaza obnovljive energije i signala cijene električne energije. Pomoćni sistemi obezbeđuju zaštitu životne sredine za gore navedene osnovne funkcije; na primer, sistem za kontrolu temperature održava ćelije koje rade u odgovarajućem temperaturnom opsegu (obično 25 stepeni ±5 stepeni), a sistem zaštite od požara konstruiše odbrambenu liniju za rano upozoravanje i suzbijanje požara.
Dizajn treba duboko integrirati karakteristike scenarija i ograničenja. Skladištenje energije{1}}na strani mreže naglašava brzu reakciju i -mogućnosti regulacije velikih razmjera, zahtijevajući poboljšane dinamičke performanse sistema za proizvodnju energije (PCS) i -prijateljstvo sistema za skladištenje energije (EMS). Skladištenje energije sa strane izvora{5}}treba da se prilagodi fluktuacijama u izlazu obnovljive energije, optimizirajući toleranciju BMS-a na povremeno punjenje i pražnjenje. Korisnička{7}}korisnička pohrana energije daje prioritet ekonomičnosti i korišćenju prostora, balansirajući konfiguraciju kapaciteta i troškove instalacije, i može koristiti modularnu integraciju radi uštede prostora. Štaviše, dizajn mora da rezerviše interfejse za proširenje kako bi se prilagodili budućim nadogradnjama kapaciteta ili tehnološkim iteracijama.
Sigurnost i ekonomska efikasnost su ključne tokom cijelog životnog ciklusa. Sa sigurnosne perspektive, višeslojni odbrambeni sistem-mora se izgraditi kroz dizajn električne izolacije, zaštitu od prenapona i prekomjerne struje, te mehanizme ranog upozorenja o termičkom bijegu. Iz ekonomske perspektive, poboljšana efikasnost konverzije energije (npr. PCS efikasnost veća od ili jednaka 95%), produženi životni vijek ciklusa (npr. projektovani broj ciklusa veći od ili jednak 6000 puta) i smanjena potrošnja energije pomoćnog sistema su neophodni da bi se poboljšale prednosti životnog ciklusa.
Ukratko, princip dizajna sistema za skladištenje energije je proces integracije tehnologije zasnovan na mehanizmima konverzije energije, usredsređen na više-modulnu saradnju, vođen adaptacijom scenarija, i ograničen bezbednošću i ekonomijom. Njegova suština je da transformiše diskretne jedinice za skladištenje energije u primetan, kontrolisan i optimizovan sistem regulacije energije kroz naučnu arhitekturu, pružajući ključnu podršku novim energetskim sistemima da se nose sa visokim udelom pristupa obnovljivoj energiji.
