Glede na pospešeno gradnjo novih elektroenergetskih sistemov so sistemi za shranjevanje energije kot osrednja komponenta za uravnoteženje ponudbe in povpraševanja po energiji ter izboljšanje odpornosti omrežja zasnovani okoli pretvorbe oblike energije, skupnega nadzora sistema ter varnega in ekonomičnega delovanja. Cilj je doseči prilagodljivo shranjevanje in natančno sproščanje električne energije z znanstveno arhitekturo. Glavni cilj zasnove ni samo izpolnitev zahtev glede moči in zmogljivosti posebnih scenarijev, temveč tudi doseganje optimalnega ravnovesja med varnostjo, učinkovitostjo, življenjsko dobo in ekonomičnostjo.
Zasnova sistemov za shranjevanje energije se začne z izbiro osnovne logike mehanizmov za pretvorbo energije. Elektrokemično shranjevanje energije temelji na reverzibilni "elektrokemični-elektrokemični" reakciji, ki dosega shranjevanje energije z redoks reakcijo materialov pozitivne in negativne elektrode: med polnjenjem električna energija poganja nosilce naboja (kot so litijevi ioni), da migrirajo in se vgradijo v negativno elektrodo ter jih pretvorijo v kemično energijo; med praznjenjem se nosilci naboja vrnejo na pozitivno elektrodo, kemična energija pa se pretvori nazaj v električno. Fizično shranjevanje energije temelji na pretvorbi makroskopskih oblik energije. Na primer, črpalna hidroelektrarna uporablja elektriko za pogon črpalke za povečanje potencialne energije vode, med proizvodnjo električne energije pa padajoča voda poganja turbino za pretvorbo potencialne energije v električno energijo. Skladiščenje stisnjenega zraka uporablja elektriko za stiskanje plina in shranjevanje tlačne energije; pri sproščanju energije se-plin pod visokim tlakom razširi in poganja generator. Različni mehanizmi pretvorbe določajo hitrost odziva sistema, gostoto energije in uporabne scenarije. Zasnova mora najprej zasidrati tehnološko pot na podlagi zahtev.
Zasnova sistemske arhitekture poudarja koordinacijo in hierarhično upravljanje več modulov. Celoten sistem za shranjevanje energije je sestavljen iz enot za shranjevanje energije, sistema za pretvorbo energije (PCS), sistema za upravljanje baterije (BMS), sistema za upravljanje z energijo (EMS) in pomožnih sistemov (nadzor temperature, požarna zaščita, nadzor). Enota za shranjevanje energije je jedro shranjevanja energije, njene metode serijske in vzporedne povezave pa je treba optimizirati glede na ciljno napetost, zmogljivost in zahteve glede redundance. PCS (sistem za nadzor napajanja) je odgovoren za pretvorbo AC/DC in regulacijo moči, njegova topologija (na primer dvo-nivojska ali tri-nivojska) pa mora ustrezati ravni moči sistema in zahtevam učinkovitosti. BMS (sistem za upravljanje baterije), ki deluje kot "živčni končiči", mora doseči-nadzor v realnem času in uravnotežen nadzor nad napetostjo, temperaturo in notranjim uporom posamezne celice, da prepreči kaskadne okvare, ki jih povzroči lokalizirano prekomerno polnjenje in čezmerno-praznjenje. EMS (Electric Power Management System) so "možgani", ki dinamično optimizirajo strategije polnjenja in praznjenja ter usklajujejo dejanja vsakega modula na podlagi obremenitve omrežja, proizvodnje obnovljive energije in signalov cen električne energije. Pomožni sistemi zagotavljajo varstvo okolja za zgoraj navedene ključne funkcije; na primer, sistem za nadzor temperature vzdržuje celice, ki delujejo v ustreznem temperaturnem območju (običajno 25 stopinj ±5 stopinj), protipožarni sistem pa zgradi obrambno linijo za zgodnje opozarjanje in zatiranje požarov.
Zasnova mora globoko integrirati značilnosti in omejitve scenarija. Shranjevanje energije-na strani omrežja poudarja hiter odziv in-zmožnosti regulacije velikega obsega, kar zahteva izboljšano dinamično zmogljivost sistema za proizvodnjo električne energije (PCS) in-prijaznost sistema za shranjevanje energije (EMS) omrežju. Shranjevanje energije-na strani vira energije se mora prilagoditi nihanjem v izhodu obnovljive energije, s čimer optimizira toleranco BMS na občasno polnjenje in praznjenje. Shranjevanje energije-na strani uporabnika daje prednost ekonomičnosti in izrabi prostora, uravnavanju konfiguracije zmogljivosti in stroškov namestitve ter lahko uporablja modularno integracijo za prihranek prostora. Poleg tega mora zasnova rezervirati razširitvene vmesnike za prilagoditev prihodnjih nadgradenj zmogljivosti ali tehnoloških iteracij.
Varnost in ekonomska učinkovitost sta ključni v celotnem življenjskem ciklu. Z varnostnega vidika je treba zgraditi več-plastni obrambni sistem prek zasnove električne izolacije, prenapetostne in previsoke tokovne zaščite ter mehanizmov za zgodnje opozarjanje na toplotni ugon. Z ekonomskega vidika so za izboljšanje prednosti življenjskega cikla potrebni izboljšana učinkovitost pretvorbe energije (npr. učinkovitost PCS večja ali enaka 95 %), podaljšana življenjska doba (npr. načrtno število ciklov več kot ali enako 6000-krat) in zmanjšana poraba energije pomožnega sistema.
Če povzamemo, je načelo načrtovanja sistemov za shranjevanje energije proces tehnološke integracije, ki temelji na mehanizmih za pretvorbo energije, osredotočen na sodelovanje več-modulov, voden s prilagajanjem scenarijev ter omejen z varnostjo in ekonomičnostjo. Njegovo bistvo je preoblikovati diskretne enote za shranjevanje energije v zaznaven, nadzorovan in optimiziran sistem za regulacijo energije prek znanstvene arhitekture, ki zagotavlja ključno podporo novim energetskim sistemom za spopadanje z visokim deležem dostopa do obnovljive energije.
