当锂电池即将着火时，人工智能可以“听到”声音

美国国家标准与技术研究所 (NIST) 的研究人员开发出一种利用声音来检测锂离子电池何时将着火的方法。NIST 团队包括 Wai Cheong、Andy、Tam 和 Anthony Putorti。

锂离子电池就在我们身边：它们可以在您的手机、笔记本电脑、电动自行车或电动汽车中。可能有几个触手可及的地方，而您的大楼里可能有数百个。

这些电池很受欢迎，因为它们可以在很小的空间内存储大量能量。这种品质使它们有用，但也带来了危险。如果锂离子电池变得太热或损坏，它可能会着火甚至爆炸。电池起火的风险正在增加。2023年，纽约市消防局做出回应电动自行车电池引发268起住宅火灾，造成150人受伤、18人死亡。​​​​​ 

这些火灾非常危险，因为它们几乎立即变得非常热。电池可以喷出高达 1100 摄氏度（2012 华氏度）的火焰，几乎与喷灯一样热，大约一秒钟即可达到该温度。这与其他类型的住宅火灾有很大不同，其他类型的住宅火灾通常以闷烧或小火焰的形式缓慢发生。发生这些火灾时，烟雾有更多时间到达烟雾警报器并警告人们存在危险。

除了加热速度更快之外，锂离子电池在故障的第一阶段不会产生太多可检测到的烟雾。当有限的烟雾启动传统烟雾报警器时，可能已经来不及阻止火势蔓延了。因此，有一种方法可以及早发现这些火灾将会很有帮助。 

“在观看电池爆炸的视频时，我注意到一些有趣的事情，”谭说。– 就在火灾发生之前，电池中的安全阀破裂并发出了轻微的噪音。我想我们也许可以利用这一点。”他并不是第一个做出这一观察的人，但他想看看他是否可以亲自测试这个想法。 

在锂离子电池着火之前，化学反应会导致内部压力增大。电池开始膨胀。许多锂离子电池无法膨胀，因为它们具有坚硬的外壳。许多这些硬壳都包含一个安全阀，旨在打破和释放这种压力。安全阀破裂的声音就是谭在视频中听到的声音。这是一个与众不同的点击嘶嘶声，有点像打开一瓶苏打水的声音。

之前的研究观察到声音可以用于预警系统。但世界上有很多声音类似于安全阀破裂，例如使用订书机或掉落回形针。如果房间内的任何随机噪音触发探测器，探测器就不会很有用。因此，研究人员需要能够可靠地识别安全阀破裂声音而不检测其他噪音的软件。他们决定使用人工智能。Tam 和 Putorti 训练了一种机器学习算法来识别这种独特的噪音。 

为了使算法发挥作用，他们首先需要大量声音示例。通过与西安科技大学的实验室合作，他们录制了 38 个爆炸电池的音频。然后，他们调整了这些录音的速度和音调，将其扩展到 1,000 多个独特的音频样本，他们可以用它们来教软件安全阀破裂的声音是什么样的。

该算法运行得非常好。研究人员使用安装在相机上的麦克风，94% 的时间都能检测到电池过热的声音。 

“我试图使用各种不同的噪音来混淆算法，从人们走路的声音、关门的声音到打开可乐罐的声音，”谭解释道。“只有少数几个让探测器感到困惑。” 

谭先生介绍了他们的研究结果第十三届亚洲-大洋洲消防科学技术研讨会.他和普托尔蒂已经申请了专利，并计划用更多类型的电池和麦克风继续这一研究。在测试中，他们观察到安全阀在电池发生灾难性故障之前大约两分钟破裂。他们还计划通过对更广泛的电池进行更多实验来验证警告时间。

一旦完全开发出来，这项技术就可以用来建造一种新型的火灾报警器。这些警报器可以安装在家庭和办公楼中，或者安装在仓库和电动汽车停车场等拥有大量电池的地方。他们提供的提前警告可以让人们有时间撤离。与锂离子电池建立健康关系的关键可能只是仔细倾听。