U pozadini ubrzane izgradnje novih elektroenergetskih sustava, sustavi za pohranu energije, kao ključna komponenta za uravnoteženje ponude i potražnje energije i povećanje otpornosti mreže, dizajnirani su oko pretvorbe oblika energije, kolaborativne kontrole sustava te sigurnog i ekonomičnog rada. Cilj je znanstvenom arhitekturom postići fleksibilno skladištenje i precizno oslobađanje električne energije. Osnovni cilj dizajna nije samo zadovoljiti zahtjeve za snagom i kapacitetom specifičnih scenarija, već i postići optimalnu ravnotežu između sigurnosti, učinkovitosti, vijeka trajanja i ekonomičnosti.
Dizajn sustava za pohranu energije počinje odabirom temeljne logike mehanizama za pretvorbu energije. Elektrokemijsko skladištenje energije temelji se na reverzibilnoj "elektrokemijskoj-elektrokemijskoj" reakciji, čime se postiže skladištenje energije kroz redoks reakciju materijala pozitivne i negativne elektrode: tijekom punjenja, električna energija pokreće nositelje naboja (kao što su litijevi ioni) da migriraju i ugrađuju se u negativnu elektrodu, pretvarajući ih u kemijsku energiju; tijekom pražnjenja se nositelji naboja vraćaju na pozitivnu elektrodu, a kemijska energija se ponovno pretvara u električnu. Fizičko skladištenje energije oslanja se na pretvorbu makroskopskih oblika energije. Na primjer, crpna hidroakumulacija koristi električnu energiju za pokretanje pumpe za povećanje potencijalne energije vode, a tijekom proizvodnje električne energije padajuća voda pokreće turbinu za pretvaranje potencijalne energije u električnu energiju. Skladištenje komprimiranog zraka koristi električnu energiju za komprimiranje plina i skladištenje energije pod pritiskom; prilikom oslobađanja energije, plin pod visokim-tlakom širi se i pokreće generator. Različiti mehanizmi pretvorbe određuju brzinu odziva sustava, gustoću energije i primjenjive scenarije. Dizajn prvo mora usidriti tehnološki put na temelju zahtjeva.
Dizajn arhitekture sustava naglašava koordinaciju i hijerarhijsko upravljanje višestrukim modulima. Kompletan sustav za pohranu energije sastoji se od jedinica za pohranu energije, sustava za pretvorbu energije (PCS), sustava za upravljanje baterijama (BMS), sustava za upravljanje energijom (EMS) i pomoćnih sustava (kontrola temperature, zaštita od požara, nadzor). Jedinica za pohranu energije jezgra je pohrane energije, a njezine serijske i paralelne metode spajanja moraju se optimizirati na temelju ciljanog napona, kapaciteta i zahtjeva za redundancijom. PCS (Sustav kontrole napajanja) odgovoran je za AC/DC pretvorbu i regulaciju snage, a njegova topologija (kao što su dvije-razine ili tri-razine) mora odgovarati razini snage i zahtjevima učinkovitosti sustava. BMS (sustav upravljanja baterijom), koji djeluje kao "živčani završetak", treba postići-praćenje u stvarnom-vremenu i uravnoteženu kontrolu napona pojedinačne ćelije, temperature i unutarnjeg otpora kako bi se spriječili kaskadni kvarovi uzrokovani lokaliziranim prekomjernim punjenjem i-pražnjenjem. EMS (Electric Power Management System) je "mozak", koji dinamički optimizira strategije punjenja i pražnjenja i koordinira radnje svakog modula na temelju opterećenja mreže, proizvodnje obnovljive energije i signala cijena električne energije. Pomoćni sustavi osiguravaju zaštitu okoliša za gore navedene osnovne funkcije; na primjer, sustav kontrole temperature održava rad ćelija unutar prikladnog raspona temperature (obično 25 stupnjeva ±5 stupnjeva), a sustav zaštite od požara konstruira obrambenu liniju za rano upozorenje i suzbijanje požara.
Dizajn mora duboko integrirati karakteristike i ograničenja scenarija. Skladištenje energije-na strani mreže naglašava brzi odgovor i mogućnosti-regulacije velikih razmjera, zahtijevajući poboljšane dinamičke performanse sustava za proizvodnju električne energije (PCS) i prilagođenost-mreži sustava za pohranu energije (EMS). Skladištenje energije-na strani izvora energije mora se prilagoditi fluktuacijama u proizvodnji obnovljive energije, optimizirajući toleranciju BMS-a na povremeno punjenje i pražnjenje. Pohranjivanje energije na-korisničkoj strani daje prioritet ekonomičnosti i korištenju prostora, uravnotežujući konfiguraciju kapaciteta i troškove instalacije te može koristiti modularnu integraciju za uštedu prostora. Nadalje, dizajn mora rezervirati sučelja za proširenje za prilagođavanje budućih nadogradnji kapaciteta ili tehnoloških iteracija.
Sigurnost i ekonomska učinkovitost ključni su tijekom cijelog životnog ciklusa. Iz sigurnosne perspektive, mora se izgraditi više{1}}slojeviti obrambeni sustav pomoću dizajna električne izolacije, zaštite od prenapona i prekostruje i mehanizama za rano upozorenje na toplinski bijeg. Iz ekonomske perspektive, poboljšana učinkovitost pretvorbe energije (npr. učinkovitost PCS-a veća ili jednaka 95%), produljeni radni vijek (npr. projektirani broj ciklusa veći ili jednak 6000 puta) i smanjena potrošnja energije pomoćnog sustava potrebni su za povećanje prednosti životnog ciklusa.
Ukratko, načelo dizajna sustava za pohranu energije proces je tehnološke integracije koji se temelji na mehanizmima za pretvorbu energije, usredotočen na suradnju više-modula, vođen prilagodbom scenarija i ograničen sigurnošću i ekonomijom. Njegova je bit transformirati diskretne jedinice za pohranu energije u uočljiv, kontroliran i optimiziran sustav regulacije energije kroz znanstvenu arhitekturu, pružajući ključnu podršku novim energetskim sustavima da se nose s visokim udjelom pristupa obnovljivoj energiji.
