Með hliðsjón af hraðari byggingu nýrra raforkukerfa eru orkugeymslukerfi, sem kjarnaþáttur til að koma jafnvægi á orkuframboð og eftirspurn og auka viðnám netkerfis, hannað í kringum orkuformbreytingu, kerfissamvinnustýringu og öruggan og hagkvæman rekstur. Markmiðið er að ná sveigjanlegri geymslu og nákvæmri losun raforku með vísindalegum arkitektúr. Kjarnahönnunarmarkmiðið er ekki aðeins að uppfylla afl- og getukröfur tiltekinna atburðarása heldur einnig að ná ákjósanlegu jafnvægi milli öryggis, skilvirkni, líftíma og hagkvæmni.
Hönnun orkugeymslukerfa byrjar með vali á undirliggjandi rökfræði orkubreytingaraðferða. Rafefnaorkugeymsla byggist á afturkræfum "rafefnafræðilegum-rafefnafræðilegum" viðbrögðum, sem nær fram orkugeymslu með afoxunarhvarfi jákvæðra og neikvæðra rafskautaefna: meðan á hleðslu stendur, knýr raforka hleðslubera (eins og litíumjónir) til að flytjast og fellast inn í neikvæða rafskautið og breyta þeim í efnaorku; við afhleðslu fara hleðsluberarnir aftur í jákvæða rafskautið og efnaorkunni er breytt aftur í raforku. Líkamleg orkugeymsla byggir á umbreytingu á stórsæjum orkuformum. Til dæmis notar dæld vatnsgeymsla rafmagn til að knýja dælu til að auka mögulega orku vatns og við raforkuframleiðslu knýr vatnið sem fellur hverfla til að breyta hugsanlegri orku í raforku. Þjappað loft geymsla notar rafmagn til að þjappa gasi og geyma þrýstingsorku; við losun orku stækkar háþrýstingsgasið og knýr rafal. Mismunandi umbreytingaraðferðir ákvarða viðbragðshraða kerfisins, orkuþéttleika og viðeigandi aðstæður. Hönnunin verður fyrst að festa tæknileiðina út frá kröfunum.
Kerfisarkitektúrhönnun leggur áherslu á samhæfingu og stigveldisstjórnun margra eininga. Fullkomið orkugeymslukerfi samanstendur af orkugeymslueiningum, aflbreytingarkerfi (PCS), rafhlöðustjórnunarkerfi (BMS), orkustjórnunarkerfi (EMS) og hjálparkerfi (hitastýring, brunavarnir, eftirlit). Orkugeymslueiningin er kjarninn í orkugeymslunni og þarf að fínstilla rað- og samhliða tengingaraðferðir út frá markspennu, getu og offramboðskröfum. PCS (Power Control System) er ábyrgt fyrir AC/DC umbreytingu og aflstjórnun, og staðfræði þess (svo sem tveggja-stig eða þriggja-stig) þarf að passa við aflstigi og skilvirknikröfur kerfisins. BMS (rafhlöðustjórnunarkerfið), sem virkar sem „taugaendarnir“, þarf að ná rauntímavöktun og jafnvægisstýringu á einstökum frumuspennu, hitastigi og innri viðnámi til að koma í veg fyrir bilanir í falli af völdum staðbundinnar ofhleðslu og of-afhleðslu. EMS (rafmagnsstjórnunarkerfið) er „heilinn“ sem hagræðir hleðslu- og afhleðsluaðferðum á kraftmikinn hátt og samhæfir aðgerðir hverrar einingar út frá netálagi, endurnýjanlegri orkuframleiðslu og raforkuverðsmerkjum. Aukakerfi veita umhverfisvernd fyrir ofangreindar kjarnaaðgerðir; til dæmis heldur hitastýringarkerfið klefanum starfandi innan viðeigandi hitastigssviðs (venjulega 25 gráður ± 5 gráður), og eldvarnarkerfið býr til snemmbúna viðvörun og varnarlínu gegn eldi.
Hönnunin þarf að samþætta djúpt atburðarásareiginleika og takmarkanir. Net-orkugeymsla leggur áherslu á hröð viðbrögð og stóra-stjórnunarmöguleika, sem krefst aukinnar kraftmikillar frammistöðu orkuframleiðslukerfisins (PCS) og net-vænni orkugeymslukerfisins (EMS). Aflgjafi-orkugeymsla á hlið þarf að laga sig að sveiflum í framleiðsla endurnýjanlegrar orku og hámarka umburðarlyndi BMS fyrir hléum hleðslu og afhleðslu. Orkugeymsla-notenda setur hagkvæmni og plássnýtingu í forgang, jafnar uppsetningu afkastagetu og uppsetningarkostnaði og gæti notað einingasamþættingu til að spara pláss. Ennfremur verður hönnunin að taka frá stækkunarviðmóti til að koma til móts við framtíðargetuuppfærslur eða tæknilegar endurtekningar.
Öryggi og hagkvæmni skipta sköpum allan lífsferilinn. Frá öryggissjónarmiði verður að byggja upp fjöl-laga varnarkerfi með rafeinangrunarhönnun, yfirspennu- og yfirstraumsvörn og varnaðarviðvörunarbúnaði. Frá efnahagslegu sjónarhorni er bætt orkuumbreytingarnýtni (td PCS skilvirkni meiri en eða jafnt og 95%), lengri líftíma (td hönnunarlotufjöldi meira en eða jafnt og 6000 sinnum) og minni orkunotkun hjálparkerfis nauðsynleg til að auka ávinning líftíma.
Í stuttu máli má segja að hönnunarreglan orkugeymslukerfa sé tæknisamþættingarferli sem byggist á orkuumbreytingaraðferðum, sem miðast við fjöl-einingasamstarf, með aðlögun atburðarásar að leiðarljósi og takmarkað af öryggi og hagkvæmni. Kjarni þess er að umbreyta stakum orkugeymslueiningum í skynjanlegt, stjórnanlegt og hagkvæmt orkustjórnunarkerfi með vísindalegum arkitektúr, sem veitir lykilstuðning fyrir ný raforkukerfi til að takast á við háan hlut endurnýjanlegrar orkuaðgangs.
