研究新能源动力电池厂房建筑设计

在全球倡导节能减排、推动绿 领域低碳转型的关键力量，发展态势迅猛。新能源动力电池 能源汽车的续航里程、安全性和可靠性，因此，新 过程涉及多个复杂工艺环节，对生产环境、设备安装 载体，其建筑设计的合理性直接影响生产效率、 建筑设计，能够优化生产流程、提高空间利用率、降低运营成本， 保障生产的高效、安全、可持续进行。

1 新能源动力电池厂房建筑的主要构成

1.1生产区

生产区是新能源动力电池厂房的核心区域，涵盖电芯制造、模组组装及 Pack 集成等关键工艺流程，电芯制造是电池生产的基础环节，包括制浆、涂布、辊压、卷绕/ 叠片、装配、注液、化成等多道工序。1）制浆工序：将活性物质、导电剂、粘结剂等原料按比例混合制成均匀浆料，这是保证电芯性能的关键步骤之一；2）涂布工序：将制好的浆料均匀涂覆在集流体上形成电极片，其涂布厚度和均匀性直接影响电芯的容量和一致性；3）辊压工序：对电极片进行辊压，提高电极片的密度和强度，为后续的卷绕或叠片工序做准备；4）卷绕/ 叠片工序：将正负极片和隔膜按一定方式卷绕或堆叠，形成电芯的基本结构；5）装配工序：将卷绕或叠片好的电芯装入电池壳中，并进行焊接、密封等操作，使其成为完整的电芯；6）注液工序：向装配好的电芯中注入电解液，使电芯能够正常工作；7）化成工序：对注液后的电芯进行首次充电和放电，激活电芯内部的化学反应，使其达到最佳性能状态[1]。

1.2 仓储区

仓储区包括原材料库、 半成品 重要环节， 1）原材料库：

用于存 储存条节设备、，如已完成部；3）成品库：成品发货客 叉污染。

例如， 有序进行，提高物流效率。

1.3 辅助区

辅助区包含研发实验室、办公区、访客中心及员工生活区等，是为生产区提供支持和服务的区域。1）研发实验室：是进行电池技术研发和创新的重要场所，需配备先进的实验设备和仪器，如电化学工作站、电子显微镜、高低温试验箱等，以满足研发人员对电池材料、工艺和性能的研究需求；2）办公区：是管理人员和技术人员日常办公和管理的地方，需要提供舒适、安静的工作环境，以提高工作效率；3）访客中心：用于接待来访的客户、合作伙伴和参观人员，展示企业的产品和技术实力，促进企业的对外交流与合作；4）员工生活区：为员工提供休息、餐饮、娱乐等生活设施，保障员工的生活质量和工作积极性，辅助区需要与生产区进行物理隔离，并通过风淋净化系统衔接，这是因为生产区对环境洁净度要求较高，而辅助区人员流动频繁，可能携带灰尘和污染物进入生产区[2]。风淋净化系统能在人员进入生产区前，有效清除其身上的灰尘和污染物，确保生产区的环境质量。

1.4 动力及环保区

动力及环保区涵盖变电站、 纯水站 气处 为整 房提供能源供应和环境保护的重要区域。 照明系统、空调系统等纯水站用于生产高纯度的水， 处理站负责处理生 放到大气中，会对环境 塔等，将废气中 以减少能源传输过程 体健康。例如，变电站和空压站 ，如设置防爆门、隔音罩等。

2 新能源动力电池厂房建筑的具体设计要求

2.1 安全与消防设计

安全与消防设计是新能源动力电池厂房建筑设计的重要内容，直接关系到人员生命安全和财产安全。建筑耐火等级不低于一级，以确保在火灾发生时，厂房结构能在一定时间内保持稳定，为人员疏散和消防救援提供足够时间。防火分区面积按丙类厂房标准划分（一般≤ 6100m²），并设置独立防爆区（如电解液储存间），以有效阻止火灾蔓延，防止易燃易爆物质爆炸时影响其他区域（图 2）。疏散路径需避开净化流线，确保任一点至安全出口直线距离≤ 60m，消防救援窗间距≤ 20m，这样既能避免人员疏散对生产区洁净环境造成破坏，又能保证人员在最短时间内疏散到安全区域，方便消防人员救援[3]。此外，厂房还需配备完善的消防设施，如火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统、消火栓系统等，提高火灾的预防和扑救能力。

2.2 工艺适应性设计

工艺适应性设计是确保厂房满足电池生产工艺要求的关键，采用大跨度柱网结构（如钢结构或混凝土框架），满足设备安装、产线扩展及重型设备荷载需求（局部荷载可达 25-30kN/m²）。大跨度柱网结构能提供宽敞空间，便于大型生产设备安装和布局，也为未来产线扩展创造条件，满足重型设备荷载需求则能确保厂房结构承受设备重量，保证设备安全运行。建筑层高需匹配工艺设备净空要求，如涂布烘干区需预留更高空间，不同工艺设备对净空高度要求不同，设计厂房层高时需充分考虑，避免因层高不足影响设备安装和使用。此外，厂房的地面平整度和承载能力也需满足工艺设备要求，确保设备稳定运行。

2.3 环境控制要求

环境控制要求是保证电池生产质量的重要因素，洁净区需达到 ISO14644 标准（万级至十万级），采用高效空气过滤系统，正压维持 5-10Pa，温湿度精度控制 ±1℃ /±5%RH。高效空气过滤系统能有效过滤空气中的灰尘颗粒和微生物，确保洁净区空气质量符合标准，正压维持可防止外界污染物进入洁净区，保证环境稳定性。精确的温湿度控制能满足电池生产对温湿度的严格要求，提高电池性能和一致性，防静电设计贯穿地面（环氧树脂或防静电 PVC）、墙面（金属壁板）及设备接地系统。在电池生产过程中，静电可能引发电池自放电、短路等问题，严重影响电池性能和质量，采用相关防静电措施，能有效防止静电产生和积累，保障电池生产的安全和质量。

2.4 环保与节能要求

环保与节能要求是新能源动力电池厂房建筑设计的重要发展方向，废气处理采用 NMP 回收装置及酸碱洗涤塔，废水实施分质处理。NMP 回收装置可对生产过程中产生的 NMP 废气进行回收和再利用，减少资源浪费和环境污染 [4]。酸碱洗涤塔能处理酸碱废气，去除有害物质。废水分质处理根据废水性质和污染物含量不同，采用不同处理工艺，提高处理效率和效果。优先采用光伏屋面、余热回收系统，照明系统能效等级不低于一级，光伏屋面利用太阳能发电，为厂房提供部分电力支持，减少对传统能源的依赖。余热回收系统将生产过程中产生的余热回收利用，如用于加热水或供暖等，提高能源利用效率，照明系统高能效等级能降低照明能耗，减少能源浪费。通过这些环保与节能措施，可降低厂房运营成本，实现可持续发展。

3 新能源动力电池厂房建筑的设计要点分

3.1 工艺流程导向的空间布局

工艺流程导向的空间布局是新能源动力电池厂房建筑设计的核心原则之一，遵循“投料→前段→中段→后段→成品”单向流原则，避免回流污染，制浆、涂布等高污染工序独立设区，与装配、化成区设置缓冲隔离带，单向流原则使原材料、半成品和成品按顺序流动，避免交叉污染和物流混乱，高污染工序独立设区并设置缓冲隔离带，可有效防止污染物影响其他区域，保证产品质量。物流通道宽度≥3m，AGV 路径与人员通道分离，物料入口设置拆包间及货物风淋室。合适的物流通道宽度保证物流运输顺畅，避免拥堵。AGV 路径与人员通道分离提高物流运输的安全性和效率，防止人员与 AGV 碰撞，拆包间及货物风淋室在物料进入厂房前进行拆包和清洁处理，防止灰尘和污染物进入生产区。

3.2 洁净度分级控制策略

洁净度分级控制策略是确保 要手段，核心工艺区（如涂布、装配）按 ISO 7 级（万级）设计，模组车间按 10Pa，门禁系统联动压差监控。不同工艺环节对洁 模组车间要求相对较低，按 ISO8 级控制。压差梯度保 统联动压差监控实时监测压差变化，及时调整不符合 ，接缝处填充硅胶密封，观察窗采用双层钢化玻璃。 封性，硅胶密封进一步提高围护结构密封性，防止空气 防止外界空气和污染物通过观察窗进入洁净区。

3.3 结构荷载与设备基础设计

结构荷载与设备基础设计是保证 全和设备稳定运行的关键，涂布机、辊压机区域荷载按 25-30kN/m² 设计，卷绕 / 叠片区按 震沟。不同设备对结构荷载要求不同，重型设备要求较高，按 25- 5-20kN/m² 设计。独立浇筑的设备基础减少设备运行对厂 保证设备稳定运行。重型设备上方预留吊装孔，结构梁柱避开 的安装和维护，可通过吊装孔进行设备吊装操作，结构梁柱避开主要 结构梁柱冲突，保证工艺管线安装和维护方便[5]。

3.4 特殊防护体系构建

特殊防护体系构建是保障厂房安全运行的重要措施，防爆区（如电解液存储间）采用不发火地面、防爆电气设备，墙体耐火极限≥ 3h，泄爆面积 ⋅≥0.05m²/m³ ，不发火地面防止在防爆区摩擦产生火花引发爆炸事故。防爆电气设备能在易燃易爆气体或粉尘环境中安全运行，防止电气火花引发爆炸。墙体耐火极限≥ 3h 保证火灾发生时墙体稳定，防止火灾蔓延，泄爆面积≥ 0.05m²/m³ 在爆炸发生时及时释放爆炸压力，减少对厂房结构和人员的伤害。锂电池老化测试区设置独立排烟系统，火灾报警系统联动气体灭火装置，锂电池老化测试区在测试过程中可能产生烟雾和有害气体，独立排烟系统及时将其排出室外，保证测试区空气质量，火灾报警系统联动气体灭火装置在火灾发生时及时报警并自动启动灭火装置，提高火灾扑救能力。

4 结语：

综上所述，新能源动力电池厂房建筑设计是一个复杂的系统工程，需综合考虑生产工艺、安全消防、环境控制、环保节能等多方面因素，通过科学合理的功能分区，合理布局生产区、仓储区、辅助区和动力及环保区，可优化生产流程，提高生产效率。严格的环境控制要求，如洁净度、温湿度、防静电等方面的控制，能保证电池生产的质量和稳定性，精准的结构荷载匹配和设备基础设计，可确保厂房结构安全和设备稳定运行，多重安全防护体系的构建，如防爆、防火、排烟等措施，能保障人员生命安全和财产安全。

参考文献：

[1] 袁观富 ， 吴金池 ， 俞栋华 . 基于大跨度钢结构厂房的 H 形截面钢柱拼接施工技术 [J]. 山西建筑 ，2024，50（10）：97-100.

[2] 罗俊麟 . 浅谈锂电池厂房及配套建筑防排烟系统设计 [J]. 消防界 （ 电子版 ），2024，10（04）：37-39.

[3] 崔立源 ， 应慧珺 ， 刘明明 ， 等 . 设计与工艺共生的新能源超级工厂——记中创新航科技集团股份有限公司江苏三期项目 [J]. 中国建筑金属结构 ，2023，22（09）：2-3.

[4] 宋旭光 . 新发展理念下新能源行业消防安全的风险与对策 [J]. 冶金管理 ，2023，（03）：105-107.

[5] 苗争 ， 何鹏 . 锂离子动力电池厂房消防设计注意事项研究 [J]. 消防界 （ 电子版 ），2023，9（01）：82-84.

作者简介：刘钊（1987.12-），男，汉族，高级工程师，本科，黑龙江，主要工作方向：建筑设计