Na pozadí zrýchlenej výstavby nových energetických systémov sú systémy na skladovanie energie, ako hlavný komponent na vyrovnávanie ponuky a dopytu po energii a na zvýšenie odolnosti siete, navrhnuté okolo konverzie formy energie, systémového kolaboratívneho riadenia a bezpečnej a ekonomickej prevádzky. Cieľom je dosiahnuť flexibilné ukladanie a presné uvoľňovanie elektrickej energie prostredníctvom vedeckej architektúry. Hlavným cieľom návrhu nie je len splniť požiadavky na výkon a kapacitu špecifických scenárov, ale tiež dosiahnuť optimálnu rovnováhu medzi bezpečnosťou, účinnosťou, životnosťou a hospodárnosťou.
Návrh systémov skladovania energie začína výberom základnej logiky mechanizmov premeny energie. Elektrochemické ukladanie energie je založené na reverzibilnej „elektrochemickej-elektrochemickej“ reakcii, pri ktorej sa dosahuje ukladanie energie prostredníctvom redoxnej reakcie materiálov kladných a záporných elektród: počas nabíjania elektrická energia poháňa nosiče náboja (ako sú lítiové ióny), aby migrovali a zabudovali sa do zápornej elektródy a premieňajú ich na chemickú energiu; počas vybíjania sa nosiče náboja vracajú na kladnú elektródu a chemická energia sa premieňa späť na elektrickú energiu. Fyzické skladovanie energie závisí od premeny makroskopických foriem energie. Napríklad prečerpávacie vodné nádrže využívajú elektrickú energiu na pohon čerpadla na zvýšenie potenciálnej energie vody a počas výroby energie padajúca voda poháňa turbínu na premenu potenciálnej energie na elektrickú energiu. Skladovanie stlačeného vzduchu využíva elektrickú energiu na stlačenie plynu a uskladnenie tlakovej energie; pri uvoľňovaní energie sa vysokotlakový-plyn rozpína a poháňa generátor. Rôzne konverzné mechanizmy určujú rýchlosť odozvy systému, hustotu energie a použiteľné scenáre. Návrh musí najskôr ukotviť trasu technológie na základe požiadaviek.
Návrh architektúry systému kladie dôraz na koordináciu a hierarchické riadenie viacerých modulov. Kompletný systém skladovania energie pozostáva z jednotiek na skladovanie energie, systému premeny energie (PCS), systému riadenia batérií (BMS), systému riadenia energie (EMS) a pomocných systémov (regulácia teploty, požiarna ochrana, monitorovanie). Jednotka na uskladnenie energie je jadrom ukladania energie a jej spôsoby sériového a paralelného pripojenia je potrebné optimalizovať na základe cieľového napätia, kapacity a požiadaviek na redundanciu. PCS (Power Control System) je zodpovedný za konverziu AC/DC a reguláciu výkonu a jeho topológia (napríklad dvoj-úrovňová alebo trojúrovňová-úroveň) musí zodpovedať úrovni výkonu systému a požiadavkám na účinnosť. Systém BMS (Battery Management System), ktorý pôsobí ako „nervové zakončenia“, potrebuje dosiahnuť-monitorovanie v reálnom čase a vyváženú kontrolu napätia, teploty a vnútorného odporu jednotlivých článkov, aby sa predišlo kaskádovým zlyhaniam spôsobeným lokalizovaným prebitím a nadmerným-vybíjaním. EMS (Electric Power Management System) je „mozog“, ktorý dynamicky optimalizuje stratégie nabíjania a vybíjania a koordinuje činnosti každého modulu na základe zaťaženia siete, výstupu obnoviteľnej energie a signálov o cene elektriny. Pomocné systémy zabezpečujú ochranu životného prostredia pre vyššie uvedené základné funkcie; napríklad systém regulácie teploty udržuje články v prevádzke vo vhodnom teplotnom rozsahu (zvyčajne 25 stupňov ± 5 stupňov) a protipožiarny systém vytvára obrannú líniu včasného varovania a potlačenia požiaru.
Návrh musí hlboko integrovať charakteristiky a obmedzenia scenára. Ukladanie energie-na strane siete kladie dôraz na rýchlu odozvu a-rozsiahle možnosti regulácie, čo si vyžaduje zvýšený dynamický výkon systému na výrobu energie (PCS) a-priateľskosť systému na ukladanie energie (EMS) k sieti. Ukladanie energie-na strane zdroja energie sa musí prispôsobiť kolísaniu produkcie obnoviteľnej energie, čím sa optimalizuje tolerancia BMS voči prerušovanému nabíjaniu a vybíjaniu. Ukladanie energie-na strane používateľa uprednostňuje ekonomiku a využitie priestoru, vyrovnáva konfiguráciu kapacity a náklady na inštaláciu a na úsporu miesta môže využívať modulárnu integráciu. Okrem toho musí návrh vyhradiť rozširujúce rozhrania, aby sa prispôsobili budúcemu zvyšovaniu kapacity alebo technologickým iteráciám.
Bezpečnosť a hospodárnosť sú kľúčové počas celého životného cyklu. Z hľadiska bezpečnosti musí byť viacvrstvový obranný systém vybudovaný prostredníctvom návrhu elektrickej izolácie, prepäťovej a nadprúdovej ochrany a tepelných mechanizmov včasného varovania. Z ekonomického hľadiska je na zvýšenie výhod životného cyklu potrebná zlepšená účinnosť premeny energie (napr. účinnosť PCS väčšia alebo rovná 95 %), predĺžená životnosť cyklu (napr. počet konštrukčných cyklov väčší alebo rovný 6000-krát) a znížená spotreba energie pomocného systému.
Stručne povedané, princípom návrhu systémov na skladovanie energie je proces integrácie technológie založený na mechanizmoch premeny energie, ktorý sa sústreďuje na multi{0}}modulovú spoluprácu, riadi sa prispôsobením scenára a je obmedzený bezpečnosťou a ekonomikou. Jeho podstatou je transformovať diskrétne jednotky na ukladanie energie na vnímateľný, kontrolovateľný a optimalizovateľný systém regulácie energie prostredníctvom vedeckej architektúry, ktorý poskytuje kľúčovú podporu pre nové energetické systémy, aby sa vyrovnali s vysokým podielom prístupu k obnoviteľnej energii.
