नई बिजली प्रणालियों के त्वरित निर्माण की पृष्ठभूमि में, ऊर्जा आपूर्ति और मांग को संतुलित करने और ग्रिड लचीलेपन को बढ़ाने के लिए एक मुख्य घटक के रूप में ऊर्जा भंडारण प्रणालियों को ऊर्जा रूप रूपांतरण, सिस्टम सहयोगात्मक नियंत्रण और सुरक्षित और किफायती संचालन के आसपास डिजाइन किया गया है। इसका उद्देश्य वैज्ञानिक वास्तुकला के माध्यम से विद्युत ऊर्जा का लचीला भंडारण और सटीक रिलीज प्राप्त करना है। मुख्य डिज़ाइन उद्देश्य न केवल विशिष्ट परिदृश्यों की शक्ति और क्षमता आवश्यकताओं को पूरा करना है, बल्कि सुरक्षा, दक्षता, जीवन काल और अर्थव्यवस्था के बीच एक इष्टतम संतुलन प्राप्त करना भी है।
ऊर्जा भंडारण प्रणालियों का डिज़ाइन ऊर्जा रूपांतरण तंत्र के अंतर्निहित तर्क के चयन से शुरू होता है। इलेक्ट्रोकेमिकल ऊर्जा भंडारण प्रतिवर्ती "इलेक्ट्रोकेमिकल -इलेक्ट्रोकेमिकल" प्रतिक्रिया पर आधारित है, जो सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रियों की रेडॉक्स प्रतिक्रिया के माध्यम से ऊर्जा भंडारण प्राप्त करता है: चार्जिंग के दौरान, विद्युत ऊर्जा चार्ज वाहक (जैसे लिथियम आयन) को स्थानांतरित करने और नकारात्मक इलेक्ट्रोड में एम्बेड करने के लिए प्रेरित करती है, उन्हें रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करती है; डिस्चार्जिंग के दौरान, चार्ज वाहक सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर लौट आते हैं, और रासायनिक ऊर्जा वापस विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। भौतिक ऊर्जा भंडारण स्थूल ऊर्जा रूपों के रूपांतरण पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, पंप किए गए हाइड्रो स्टोरेज में पानी की संभावित ऊर्जा को बढ़ाने के लिए पंप को चलाने के लिए बिजली का उपयोग किया जाता है, और बिजली उत्पादन के दौरान, गिरता पानी संभावित ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए टरबाइन चलाता है। संपीड़ित वायु भंडारण गैस को संपीड़ित करने और दबाव ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए बिजली का उपयोग करता है; ऊर्जा जारी करते समय, उच्च दबाव वाली गैस फैलती है और जनरेटर चलाती है। विभिन्न रूपांतरण तंत्र सिस्टम की प्रतिक्रिया गति, ऊर्जा घनत्व और लागू परिदृश्य निर्धारित करते हैं। डिज़ाइन को सबसे पहले आवश्यकताओं के आधार पर प्रौद्योगिकी मार्ग को अपनाना होगा।
सिस्टम आर्किटेक्चर डिज़ाइन कई मॉड्यूल के समन्वय और पदानुक्रमित प्रबंधन पर जोर देता है। एक पूर्ण ऊर्जा भंडारण प्रणाली में ऊर्जा भंडारण इकाइयाँ, एक बिजली रूपांतरण प्रणाली (पीसीएस), एक बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस), एक ऊर्जा प्रबंधन प्रणाली (ईएमएस), और सहायक प्रणालियाँ (तापमान नियंत्रण, अग्नि सुरक्षा, निगरानी) शामिल होती हैं। ऊर्जा भंडारण इकाई ऊर्जा भंडारण का मूल है, और इसकी श्रृंखला और समानांतर कनेक्शन विधियों को लक्ष्य वोल्टेज, क्षमता और अतिरेक आवश्यकताओं के आधार पर अनुकूलित करने की आवश्यकता है। पीसीएस (पावर कंट्रोल सिस्टम) एसी/डीसी रूपांतरण और पावर विनियमन के लिए जिम्मेदार है, और इसकी टोपोलॉजी (जैसे कि दो - स्तर या तीन - स्तर) को सिस्टम के पावर स्तर और दक्षता आवश्यकताओं से मेल खाने की जरूरत है। बीएमएस (बैटरी प्रबंधन प्रणाली), जो "तंत्रिका अंत" के रूप में कार्य करती है, को स्थानीय ओवरचार्जिंग और अधिक डिस्चार्जिंग के कारण होने वाली कैस्केडिंग विफलताओं को रोकने के लिए व्यक्तिगत सेल वोल्टेज, तापमान और आंतरिक प्रतिरोध की वास्तविक समय निगरानी और संतुलित नियंत्रण प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। ईएमएस (इलेक्ट्रिक पावर मैनेजमेंट सिस्टम) "मस्तिष्क" है, जो चार्जिंग और डिस्चार्जिंग रणनीतियों को गतिशील रूप से अनुकूलित करता है और ग्रिड लोड, नवीकरणीय ऊर्जा आउटपुट और बिजली मूल्य संकेतों के आधार पर प्रत्येक मॉड्यूल के कार्यों का समन्वय करता है। सहायक प्रणालियाँ उपरोक्त मुख्य कार्यों के लिए पर्यावरण संरक्षण प्रदान करती हैं; उदाहरण के लिए, तापमान नियंत्रण प्रणाली उपयुक्त तापमान सीमा (आमतौर पर 25 डिग्री ±5 डिग्री) के भीतर काम करने वाली कोशिकाओं को बनाए रखती है, और अग्नि सुरक्षा प्रणाली आग के खिलाफ प्रारंभिक चेतावनी और दमन रक्षा लाइन का निर्माण करती है।
डिज़ाइन को परिदृश्य विशेषताओं और बाधाओं को गहराई से एकीकृत करने की आवश्यकता है। ग्रिड साइड ऊर्जा भंडारण तेजी से प्रतिक्रिया और बड़े पैमाने पर विनियमन क्षमताओं पर जोर देता है, जिसके लिए बिजली उत्पादन प्रणाली (पीसीएस) के उन्नत गतिशील प्रदर्शन और ऊर्जा भंडारण प्रणाली (ईएमएस) की ग्रिड मित्रता की आवश्यकता होती है। पावर स्रोत {{5}साइड एनर्जी स्टोरेज को नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन में उतार-चढ़ाव के अनुकूल होने की जरूरत है, जिससे रुक-रुक कर होने वाली चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के लिए बीएमएस की सहनशीलता को अनुकूलित किया जा सके। उपयोक्ता साइड ऊर्जा भंडारण क्षमता विन्यास और स्थापना लागत को संतुलित करते हुए अर्थशास्त्र और स्थान उपयोग को प्राथमिकता देता है, और स्थान बचाने के लिए मॉड्यूलर एकीकरण को नियोजित कर सकता है। इसके अलावा, डिज़ाइन को भविष्य की क्षमता उन्नयन या तकनीकी पुनरावृत्तियों को समायोजित करने के लिए विस्तार इंटरफेस को आरक्षित करना होगा।
पूरे जीवनचक्र में सुरक्षा और आर्थिक दक्षता महत्वपूर्ण हैं। सुरक्षा के दृष्टिकोण से, विद्युत इन्सुलेशन डिज़ाइन, ओवरवॉल्टेज और ओवरकरंट सुरक्षा, और थर्मल रनअवे प्रारंभिक चेतावनी तंत्र के माध्यम से एक बहुस्तरीय रक्षा प्रणाली का निर्माण किया जाना चाहिए। आर्थिक दृष्टिकोण से, बेहतर ऊर्जा रूपांतरण दक्षता (उदाहरण के लिए, पीसीएस दक्षता 95% से अधिक या उसके बराबर), विस्तारित चक्र जीवन (उदाहरण के लिए, डिज़ाइन चक्र गणना 6000 गुना से अधिक या उसके बराबर), और कम सहायक प्रणाली ऊर्जा खपत जीवनचक्र लाभों को बढ़ाने के लिए आवश्यक है।
संक्षेप में, ऊर्जा भंडारण प्रणालियों का डिज़ाइन सिद्धांत ऊर्जा रूपांतरण तंत्र पर आधारित एक प्रौद्योगिकी एकीकरण प्रक्रिया है, जो बहु-मॉड्यूल सहयोग पर केंद्रित है, जो परिदृश्य अनुकूलन द्वारा निर्देशित है, और सुरक्षा और अर्थशास्त्र द्वारा बाधित है। इसका सार एक वैज्ञानिक वास्तुकला के माध्यम से असतत ऊर्जा भंडारण इकाइयों को एक बोधगम्य, नियंत्रणीय और अनुकूलन योग्य ऊर्जा विनियमन प्रणाली में बदलना है, जो नवीकरणीय ऊर्जा पहुंच के उच्च अनुपात से निपटने के लिए नई बिजली प्रणालियों के लिए महत्वपूर्ण सहायता प्रदान करता है।
