民用機(jī)場(chǎng)新能源電動(dòng)車輛火災(zāi)防范策略

□ 鄂爾多斯伊金霍洛國(guó)際機(jī)場(chǎng)有限公司 楊鐵軍 彭 震/文

近年來，各機(jī)場(chǎng)大力貫徹落實(shí)“民航打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃工作方案”，大批新能源電動(dòng)車輛及設(shè)備投入機(jī)場(chǎng)運(yùn)行，機(jī)場(chǎng)電動(dòng)車輛數(shù)量、種類快速上升；與此同時(shí)，電動(dòng)車輛動(dòng)力系統(tǒng)的熱失控導(dǎo)致的各類火災(zāi)隱患，也成為機(jī)場(chǎng)管理機(jī)構(gòu)的關(guān)注焦點(diǎn)。

民用機(jī)場(chǎng)電動(dòng)車輛應(yīng)用現(xiàn)狀

2018年，民航局印發(fā)《民航貫徹落實(shí)<打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃>工作方案》，該方案的主旨是以改革創(chuàng)新為動(dòng)力，堅(jiān)持實(shí)事求是，堅(jiān)守安全底線，強(qiáng)化規(guī)劃引領(lǐng)，以機(jī)場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)車輛“油改電”和APU替代項(xiàng)目為抓手，不斷推動(dòng)行業(yè)結(jié)構(gòu)性節(jié)能減排工作走向深入；作為此工作方案的重要內(nèi)容，各機(jī)場(chǎng)實(shí)施了大量地面車輛的“油改電”。

（一）機(jī)場(chǎng)電動(dòng)車輛運(yùn)行工況同社會(huì)車輛差異較大

機(jī)場(chǎng)目前運(yùn)行的電動(dòng)車輛可以分為兩類，一類為普通社會(huì)車型，如輕型卡車、乘用車等；另一種為電驅(qū)動(dòng)地面專用設(shè)備，即電動(dòng)特種車輛。上述兩類電動(dòng)車輛在機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的工況和普通社會(huì)道路差異很大。機(jī)場(chǎng)道面平整、坡度小，同時(shí)場(chǎng)內(nèi)運(yùn)行速度低、啟動(dòng)扭矩一般較大，但大量的機(jī)場(chǎng)電動(dòng)車輛直接借用社會(huì)車輛底盤，動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行效率較低、特定環(huán)境下“三電系統(tǒng)（電池、電機(jī)、控制器）”發(fā)熱量較大。

（二）機(jī)場(chǎng)電動(dòng)車輛車型復(fù)雜，總體數(shù)量較小

目前，全國(guó)運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)新能源電動(dòng)車輛總數(shù)在11000臺(tái)左右，除個(gè)別樞紐機(jī)場(chǎng)，如北京大興、北京首都、上海虹橋等機(jī)場(chǎng)的電動(dòng)車輛總數(shù)超過1000臺(tái)以外，大量機(jī)場(chǎng)的新能源電動(dòng)車輛數(shù)量較??；同時(shí)，由于保障航空器地面運(yùn)行工作需要，電動(dòng)車輛車型眾多、復(fù)雜，存在大量定制車型，造成同一型號(hào)的電動(dòng)車輛數(shù)量較少。

（三）機(jī)場(chǎng)管理機(jī)構(gòu)缺乏電動(dòng)車輛準(zhǔn)入、運(yùn)行管理、年度安全檢驗(yàn)等方面的技術(shù)規(guī)范

多數(shù)機(jī)場(chǎng)管理機(jī)構(gòu)在實(shí)施地面車輛“油改電”工作中，缺乏把電動(dòng)車輛納入機(jī)場(chǎng)運(yùn)行體系的“準(zhǔn)入政策”，目前在用新能源電動(dòng)車輛存在電池類型、電壓等級(jí)、運(yùn)行性能等方面的差異，給日常運(yùn)行、安全風(fēng)險(xiǎn)防范帶來一定的困難。

新能源電動(dòng)車輛電池系統(tǒng)的循環(huán)壽命多數(shù)在2000～3000次左右，隨著新能源電動(dòng)車輛使用年限的增加，早期投入使用的新能源車輛電池包已經(jīng)出現(xiàn)性能衰減，包括儲(chǔ)能下降、電機(jī)單元內(nèi)阻增大、電池單元壓差過大的現(xiàn)象。在車輛運(yùn)行管理過程中，對(duì)于電池包性能的健康監(jiān)控和檢驗(yàn)，缺乏相應(yīng)技術(shù)規(guī)范，造成機(jī)場(chǎng)管理機(jī)構(gòu)無從下手。

新能源電動(dòng)車輛年度安全檢驗(yàn)同傳統(tǒng)內(nèi)燃車輛存在很大不同，對(duì)于電池包安全性檢驗(yàn)，缺乏相應(yīng)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；新能源車輛年檢集中在燈光、剎車、外觀等項(xiàng)目。新能源電動(dòng)車輛的安全檢驗(yàn)工作針對(duì)性不強(qiáng)。

防范機(jī)場(chǎng)電動(dòng)車輛熱失控是安全保障工作的重點(diǎn)

電動(dòng)車輛熱失控指的是電池單元在內(nèi)外因素影響下，產(chǎn)生大量熱能，由于散熱不良造成電池單元本身溫度持續(xù)提高；在高溫作用下，電池單元中的電解質(zhì)會(huì)產(chǎn)生進(jìn)一步的負(fù)反應(yīng)，產(chǎn)生更大的熱能，最終導(dǎo)致燃燒和火災(zāi)。

（一）鋰離子動(dòng)力電池?zé)崾Э氐奶攸c(diǎn)

目前，民用機(jī)場(chǎng)電動(dòng)車輛動(dòng)力電池一般為磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，兩種鋰離子電池的熱失控特點(diǎn)各不相同。

磷酸鐵鋰電池在機(jī)場(chǎng)電動(dòng)車輛占比較高，其熱失控溫度（高溫誘發(fā)熱失控的溫度）較高，一般在180攝氏度以上；同時(shí)，磷酸鐵鋰鋰電池?zé)崾Э睾螽a(chǎn)生的煙氣中，氧含量較低。

三元鋰電池，包括NCM（鎳鈷錳）和NCA（鎳鈷鋁）電池在機(jī)場(chǎng)電動(dòng)車上也有應(yīng)用，其熱失控溫度較低，一般在120攝氏度左右；同時(shí)，三元鋰離子電池由于電解質(zhì)產(chǎn)生負(fù)反應(yīng)中的氧含量較高，造成三元鋰電池更容易燃燒。

（二）觸發(fā)動(dòng)力電池系統(tǒng)熱失控的原因

筆者搜集整理了2020年上半年部分電動(dòng)車輛事故的原因及事故造成的損失（表1）。這些事故中，有40%是停放時(shí)發(fā)生自燃，20%是充電時(shí)發(fā)生自燃，20%是車輛行駛過程中發(fā)生自燃，20%是碰撞引發(fā)起火。

有研究發(fā)現(xiàn)，誘發(fā)電動(dòng)車輛電池?zé)崾Э氐脑蚩梢苑譃閮?nèi)部原因和外部原因兩類。內(nèi)部原因是指電池本身的質(zhì)量存在問題，如電池密閉不良、內(nèi)部短路、導(dǎo)電異常、電解液不足、水分或雜質(zhì)混入等。外部原因根據(jù)觸發(fā)的特征可以分為機(jī)械觸發(fā)、電觸發(fā)和熱觸發(fā)三類。機(jī)械觸發(fā)是指電池在使用過程中，由于受到外界擠壓、碰撞、浸水等發(fā)生短路，產(chǎn)生大量熱，并引發(fā)副反應(yīng)產(chǎn)熱，進(jìn)而引起溫度急劇升高導(dǎo)致熱失控。電觸發(fā)是指電池在充放電過程中由于發(fā)生過充過放現(xiàn)象而造成電池內(nèi)部發(fā)生微短路，產(chǎn)生大量的熱，從而觸發(fā)副反應(yīng)產(chǎn)熱，最終導(dǎo)致電池發(fā)生熱失控。熱觸發(fā)是指由外界高溫引起電池溫度升高，從而觸發(fā)一系列副反應(yīng)產(chǎn)熱，使電池溫度急劇升高，最終導(dǎo)致熱失控。這三類觸發(fā)原因之間具有一定的聯(lián)系，最終都?xì)w于“熱”。

（三）鋰離子電池火災(zāi)的特征

鋰離子電池火災(zāi)蔓延速度快。鋰離子電池火災(zāi)的性質(zhì)屬于氣體火災(zāi)，電池單元泄露大量的電解液在高溫情況下釋放出大量的可燃?xì)怏w和氧氣，在外界空氣助燃作用下，從冒煙到爆燃時(shí)間一般不會(huì)超過兩分鐘。

火焰溫度高是鋰離子電池燃燒的另外一個(gè)重要特征。鋰離子電池火災(zāi)溫度可達(dá)900度以上，遠(yuǎn)高于一般汽油、柴油內(nèi)燃機(jī)400度左右的火焰溫度，對(duì)于周邊構(gòu)建物、航空器會(huì)造成嚴(yán)重的二次災(zāi)害。

表1： 2020年上半年部分電動(dòng)車輛事故原因

鋰離子電池火災(zāi)難以撲滅。由于鋰離子電池火災(zāi)過程中會(huì)自行釋放出氫氣、碳?xì)浠衔?、氧氣、一氧化碳燈光氣體，難以找到有效的滅火劑；同時(shí)，鋰離子電池火災(zāi)在撲滅后，還極易發(fā)生復(fù)燃。

機(jī)場(chǎng)新能源電動(dòng)車輛火災(zāi)防范策略

（一）加強(qiáng)電動(dòng)車輛準(zhǔn)入管理

機(jī)場(chǎng)管理機(jī)構(gòu)加強(qiáng)對(duì)自有車輛、各駐場(chǎng)單位新能源電動(dòng)車輛準(zhǔn)入管理，對(duì)車輛關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)加以規(guī)范，如電池類型、充電電壓等級(jí)、主動(dòng)滅火裝置、續(xù)航里程、環(huán)境適應(yīng)性等指標(biāo)；同時(shí)，對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)新能源地面專用車輛，如擺渡車、靠機(jī)勤務(wù)車輛，為駐場(chǎng)單位提供采購指南，有利于規(guī)范車型及后續(xù)的運(yùn)行管理。

（二）制定電動(dòng)車輛年度安全檢驗(yàn)及電池包專項(xiàng)檢驗(yàn)方案

目前，民航行業(yè)還未出臺(tái)專門針對(duì)機(jī)場(chǎng)新能源電動(dòng)專用設(shè)備的年度安全檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)范，各機(jī)場(chǎng)管理機(jī)構(gòu)可以根據(jù)飛行區(qū)現(xiàn)有車型，參考車輛制造廠技術(shù)資料，因地制宜，制定本機(jī)場(chǎng)的電動(dòng)車輛年度安全檢驗(yàn)方案。

電池包安全性直接影響到電動(dòng)車輛的運(yùn)行安全，對(duì)于出現(xiàn)性能衰減的電動(dòng)車輛，在完成整車安全檢驗(yàn)的同時(shí)，以適當(dāng)間隔增加電池包專項(xiàng)檢驗(yàn)，及時(shí)掌握電池包物理、化學(xué)參數(shù)變化，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患、實(shí)現(xiàn)安全關(guān)口前移。

（三）技術(shù)手段防范電動(dòng)車輛火災(zāi)

電池包火災(zāi)是一個(gè)從溫度、短路等因素出發(fā)，出現(xiàn)電解液、隔膜失效，進(jìn)而出現(xiàn)泄露、冒煙導(dǎo)致火災(zāi)的一個(gè)演化過程，如能及時(shí)掌握電池包性能變化趨勢(shì)，了解電池系統(tǒng)健康狀態(tài)，對(duì)于防范電池包熱失控具有重要意義。

依托于通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等平臺(tái)的電動(dòng)車輛在線監(jiān)控技術(shù)發(fā)展迅速，為保障電動(dòng)車輛的安全運(yùn)行提供了新的解決方案，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控電池包內(nèi)電池單元的電壓、溫度等參數(shù)，同時(shí)通過大數(shù)據(jù)運(yùn)算，可以發(fā)現(xiàn)早期的性能衰減問題。

（三）加強(qiáng)人員培訓(xùn)，掌握新能源車輛運(yùn)行和應(yīng)急響應(yīng)技能

通過培訓(xùn)，駕駛?cè)藛T掌握不同環(huán)境下的車輛操作程序。環(huán)境溫度對(duì)于電動(dòng)車輛運(yùn)行安全影響巨大，大量的車輛熱失控發(fā)生在高溫環(huán)境下；同時(shí)，在低溫環(huán)境下充放電，也會(huì)造成電池包壽命的急劇衰減。

制定完善的電動(dòng)車輛應(yīng)急響應(yīng)程序。駕駛員要熟悉所駕駛車輛的基本參數(shù)：電池包的電壓等級(jí)、充電容量，電池類型、外形尺寸及安裝位置，車輛的最高和最低行駛速度，車輛儀表功能及故障告警，尤其是溫度告警，并能夠在車輛發(fā)生故障告警，特別是溫度類告警之后做出正確處置。

對(duì)于靠機(jī)車輛，要掌握在車輛失去動(dòng)力之后的應(yīng)急撤離方案；對(duì)于旅客運(yùn)輸車輛，如擺渡車，駕駛員要熟練掌握人員應(yīng)急撤離程序。

（四）制定新能源電動(dòng)車輛火災(zāi)專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案

明確電動(dòng)車輛火災(zāi)滅火戰(zhàn)術(shù)。機(jī)場(chǎng)消防部門針對(duì)新能源電動(dòng)車輛的實(shí)戰(zhàn)和演習(xí)經(jīng)驗(yàn)匱乏，機(jī)場(chǎng)管理機(jī)構(gòu)根據(jù)有關(guān)電動(dòng)車輛應(yīng)急救援指南國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，明確滅火戰(zhàn)術(shù)，對(duì)機(jī)場(chǎng)消防工作提供指導(dǎo)。

消防人員熟悉新能源電動(dòng)車輛。機(jī)場(chǎng)管理機(jī)構(gòu)在引進(jìn)新能源車輛后，及時(shí)將車輛結(jié)構(gòu)、電池包位置、高壓線纜走向等信息告知消防人員，便于開展滅火任務(wù)。

新能源電動(dòng)車在民用機(jī)場(chǎng)的應(yīng)用屬于起步階段，揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮電動(dòng)車輛節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)，解決運(yùn)行中的安全隱患，實(shí)現(xiàn)新能源電動(dòng)車輛的安全運(yùn)行對(duì)于建設(shè)平安機(jī)場(chǎng)、綠色機(jī)場(chǎng)具有重要意義。