民用机场新能源电动车辆火灾防范策略

□ 鄂尔多斯伊金霍洛国际机场有限公司 杨铁军 彭 震/文

近年来，各机场大力贯彻落实“民航打赢蓝天保卫战三年行动计划工作方案”，大批新能源电动车辆及设备投入机场运行，机场电动车辆数量、种类快速上升；与此同时，电动车辆动力系统的热失控导致的各类火灾隐患，也成为机场管理机构的关注焦点。

民用机场电动车辆应用现状

2018年，民航局印发《民航贯彻落实<打赢蓝天保卫战三年行动计划>工作方案》，该方案的主旨是以改革创新为动力，坚持实事求是，坚守安全底线，强化规划引领，以机场场内车辆“油改电”和APU替代项目为抓手，不断推动行业结构性节能减排工作走向深入；作为此工作方案的重要内容，各机场实施了大量地面车辆的“油改电”。

（一）机场电动车辆运行工况同社会车辆差异较大

机场目前运行的电动车辆可以分为两类，一类为普通社会车型，如轻型卡车、乘用车等；另一种为电驱动地面专用设备，即电动特种车辆。上述两类电动车辆在机场运行的工况和普通社会道路差异很大。机场道面平整、坡度小，同时场内运行速度低、启动扭矩一般较大，但大量的机场电动车辆直接借用社会车辆底盘，动力系统运行效率较低、特定环境下“三电系统（电池、电机、控制器）”发热量较大。

（二）机场电动车辆车型复杂，总体数量较小

目前，全国运输机场新能源电动车辆总数在11000台左右，除个别枢纽机场，如北京大兴、北京首都、上海虹桥等机场的电动车辆总数超过1000台以外，大量机场的新能源电动车辆数量较小；同时，由于保障航空器地面运行工作需要，电动车辆车型众多、复杂，存在大量定制车型，造成同一型号的电动车辆数量较少。

（三）机场管理机构缺乏电动车辆准入、运行管理、年度安全检验等方面的技术规范

多数机场管理机构在实施地面车辆“油改电”工作中，缺乏把电动车辆纳入机场运行体系的“准入政策”，目前在用新能源电动车辆存在电池类型、电压等级、运行性能等方面的差异，给日常运行、安全风险防范带来一定的困难。

新能源电动车辆电池系统的循环寿命多数在2000～3000次左右，随着新能源电动车辆使用年限的增加，早期投入使用的新能源车辆电池包已经出现性能衰减，包括储能下降、电机单元内阻增大、电池单元压差过大的现象。在车辆运行管理过程中，对于电池包性能的健康监控和检验，缺乏相应技术规范，造成机场管理机构无从下手。

新能源电动车辆年度安全检验同传统内燃车辆存在很大不同，对于电池包安全性检验，缺乏相应检验标准；新能源车辆年检集中在灯光、刹车、外观等项目。新能源电动车辆的安全检验工作针对性不强。

防范机场电动车辆热失控是安全保障工作的重点

电动车辆热失控指的是电池单元在内外因素影响下，产生大量热能，由于散热不良造成电池单元本身温度持续提高；在高温作用下，电池单元中的电解质会产生进一步的负反应，产生更大的热能，最终导致燃烧和火灾。

（一）锂离子动力电池热失控的特点

目前，民用机场电动车辆动力电池一般为磷酸铁锂电池和三元锂电池，两种锂离子电池的热失控特点各不相同。

磷酸铁锂电池在机场电动车辆占比较高，其热失控温度（高温诱发热失控的温度）较高，一般在180摄氏度以上；同时，磷酸铁锂锂电池热失控后产生的烟气中，氧含量较低。

三元锂电池，包括NCM（镍钴锰）和NCA（镍钴铝）电池在机场电动车上也有应用，其热失控温度较低，一般在120摄氏度左右；同时，三元锂离子电池由于电解质产生负反应中的氧含量较高，造成三元锂电池更容易燃烧。

（二）触发动力电池系统热失控的原因

笔者搜集整理了2020年上半年部分电动车辆事故的原因及事故造成的损失（表1）。这些事故中，有40%是停放时发生自燃，20%是充电时发生自燃，20%是车辆行驶过程中发生自燃，20%是碰撞引发起火。

有研究发现，诱发电动车辆电池热失控的原因可以分为内部原因和外部原因两类。内部原因是指电池本身的质量存在问题，如电池密闭不良、内部短路、导电异常、电解液不足、水分或杂质混入等。外部原因根据触发的特征可以分为机械触发、电触发和热触发三类。机械触发是指电池在使用过程中，由于受到外界挤压、碰撞、浸水等发生短路，产生大量热，并引发副反应产热，进而引起温度急剧升高导致热失控。电触发是指电池在充放电过程中由于发生过充过放现象而造成电池内部发生微短路，产生大量的热，从而触发副反应产热，最终导致电池发生热失控。热触发是指由外界高温引起电池温度升高，从而触发一系列副反应产热，使电池温度急剧升高，最终导致热失控。这三类触发原因之间具有一定的联系，最终都归于“热”。

（三）锂离子电池火灾的特征

锂离子电池火灾蔓延速度快。锂离子电池火灾的性质属于气体火灾，电池单元泄露大量的电解液在高温情况下释放出大量的可燃气体和氧气，在外界空气助燃作用下，从冒烟到爆燃时间一般不会超过两分钟。

火焰温度高是锂离子电池燃烧的另外一个重要特征。锂离子电池火灾温度可达900度以上，远高于一般汽油、柴油内燃机400度左右的火焰温度，对于周边构建物、航空器会造成严重的二次灾害。

表1： 2020年上半年部分电动车辆事故原因

锂离子电池火灾难以扑灭。由于锂离子电池火灾过程中会自行释放出氢气、碳氢化合物、氧气、一氧化碳灯光气体，难以找到有效的灭火剂；同时，锂离子电池火灾在扑灭后，还极易发生复燃。

机场新能源电动车辆火灾防范策略

（一）加强电动车辆准入管理

机场管理机构加强对自有车辆、各驻场单位新能源电动车辆准入管理，对车辆关键技术指标加以规范，如电池类型、充电电压等级、主动灭火装置、续航里程、环境适应性等指标；同时，对于高风险新能源地面专用车辆，如摆渡车、靠机勤务车辆，为驻场单位提供采购指南，有利于规范车型及后续的运行管理。

（二）制定电动车辆年度安全检验及电池包专项检验方案

目前，民航行业还未出台专门针对机场新能源电动专用设备的年度安全检验技术规范，各机场管理机构可以根据飞行区现有车型，参考车辆制造厂技术资料，因地制宜，制定本机场的电动车辆年度安全检验方案。

电池包安全性直接影响到电动车辆的运行安全，对于出现性能衰减的电动车辆，在完成整车安全检验的同时，以适当间隔增加电池包专项检验，及时掌握电池包物理、化学参数变化，有利于及时发现隐患、实现安全关口前移。

（三）技术手段防范电动车辆火灾

电池包火灾是一个从温度、短路等因素出发，出现电解液、隔膜失效，进而出现泄露、冒烟导致火灾的一个演化过程，如能及时掌握电池包性能变化趋势，了解电池系统健康状态，对于防范电池包热失控具有重要意义。

依托于通信技术、物联网、大数据等平台的电动车辆在线监控技术发展迅速，为保障电动车辆的安全运行提供了新的解决方案，可以实时监控电池包内电池单元的电压、温度等参数，同时通过大数据运算，可以发现早期的性能衰减问题。

（三）加强人员培训，掌握新能源车辆运行和应急响应技能

通过培训，驾驶人员掌握不同环境下的车辆操作程序。环境温度对于电动车辆运行安全影响巨大，大量的车辆热失控发生在高温环境下；同时，在低温环境下充放电，也会造成电池包寿命的急剧衰减。

制定完善的电动车辆应急响应程序。驾驶员要熟悉所驾驶车辆的基本参数：电池包的电压等级、充电容量，电池类型、外形尺寸及安装位置，车辆的最高和最低行驶速度，车辆仪表功能及故障告警，尤其是温度告警，并能够在车辆发生故障告警，特别是温度类告警之后做出正确处置。

对于靠机车辆，要掌握在车辆失去动力之后的应急撤离方案；对于旅客运输车辆，如摆渡车，驾驶员要熟练掌握人员应急撤离程序。

（四）制定新能源电动车辆火灾专项应急预案

明确电动车辆火灾灭火战术。机场消防部门针对新能源电动车辆的实战和演习经验匮乏，机场管理机构根据有关电动车辆应急救援指南国家标准，明确灭火战术，对机场消防工作提供指导。

消防人员熟悉新能源电动车辆。机场管理机构在引进新能源车辆后，及时将车辆结构、电池包位置、高压线缆走向等信息告知消防人员，便于开展灭火任务。

新能源电动车在民用机场的应用属于起步阶段，扬长避短，充分发挥电动车辆节能、环保的特点，解决运行中的安全隐患，实现新能源电动车辆的安全运行对于建设平安机场、绿色机场具有重要意义。