美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员开发出了一种利用声音来检测锂离子电池即将起火的方法。NIST团队成员包括魏章（安迪）谭（Wai Cheong “Andy” Tam）和安东尼·普托蒂（Anthony Putorti）。
锂离子电池无处不在：它们可能存在于你的手机、笔记本电脑、电动自行车或电动汽车中。你伸手可及之处可能就有好几块，而你的建筑物里可能有数百块。
这些电池之所以受欢迎，是因为它们能在较小的空间内存储大量能量。这一特性使它们非常有用，但同时也带来了危险。如果锂离子电池过热或受损，它可能会起火甚至爆炸。而电池起火的风险正在增加。
这些火灾之所以如此危险，是因为它们几乎会瞬间变得酷热无比。一块电池可以喷射出高达1100摄氏度（2012华氏度）的火焰，几乎和喷火灯一样热，而且它在一秒钟左右就能达到这个温度。这与其他类型的住宅火灾截然不同，后者通常是以较慢的闷烧或小火焰开始。对于那些火灾，烟雾有更多时间到达烟雾报警器并警告人们危险来临。
除了加热速度更快之外，锂离子电池在故障初期产生的烟雾也很少，难以检测。等到那有限的烟雾触发传统烟雾报警器时，可能已经来不及阻止火势蔓延了。因此，有一种能够早期检测这些火灾的方法将非常有帮助。
“在观看电池爆炸的视频时，我注意到了一件有趣的事，”Tam说，“就在火灾发生之前，电池的安全阀会破裂，并发出一点声音。我想我们也许可以利用这一点。”他并不是第一个观察到这一现象的人，但他想亲自验证这个想法是否可行。
在锂离子电池起火之前，内部会发生化学反应导致压力积聚。电池开始膨胀。许多锂离子电池单元由于外壳坚硬而无法膨胀。这些坚硬的外壳中许多都装有一个安全阀，设计用于压力过大时破裂释放压力。Tam在视频中听到的正是这种安全阀破裂的声音，它是一种独特的“咔嚓-嘶嘶”声，有点像打开一瓶苏打水的声音。
先前的研究已经观察到，声音可以被用于早期预警系统。但世界上有很多声音与安全阀破裂的声音相似，比如使用订书机或掉落回形针的声音。如果房间里的任何随机噪音都能触发探测器，那么这样的探测器将毫无用处。因此，研究人员需要一种能够可靠识别安全阀破裂声音且不会检测到其他噪音的软件。他们决定使用人工智能。Tam和Putorti训练了一个机器学习算法来识别这种独特的声音。
为了使算法有效，他们首先需要大量的声音样本。通过与西安科技大学的一个实验室合作，他们录制了38块爆炸电池的音频。然后，他们调整了这些录音的速度和音调，将其扩展成1000多个独特的音频样本，用于教软件识别安全阀破裂的声音。
该算法的效果非常出色。研究人员使用安装在摄像头上的麦克风，在94%的情况下成功检测到了过热电池发出的声音。
“我尝试用各种不同的噪音来迷惑算法，包括人们走路的录音、关门的声音、打开可乐罐的声音，”Tam解释道，“只有少数几种噪音迷惑了探测器。”
Tam在第13届亚洲-大洋洲火灾科学与技术研讨会上展示了他们的研究成果。他和Putorti已经申请了专利，并计划对更多类型的电池和麦克风继续这一研究方向。在他们的测试中，他们观察到安全阀在电池发生灾难性故障前大约两分钟破裂。他们还计划通过对更多种类的电池进行更多实验来验证这一预警时间。
一旦这项技术完全开发成熟，就可以用来构建一种新型的火灾报警器。这些报警器可以安装在住宅和办公大楼中，或者安装在仓库和电动汽车停车库等电池密集的地方。它们提供的提前预警可以为人们争取到撤离的时间。与锂离子电池建立良好关系的关键可能就在于仔细聆听。
（文：AI音频时代）