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美國國家標準與技術研究院（NIST）最近開發出一種創新的人工智慧技術，可以在鋰離子電池發生火災前，藉由聲音進行提前預警。這項技術旨在解決現有煙霧探測器無法及時偵測鋰離子電池火災的問題，為居家與商業環境帶來更高的安全保障。
鋰離子電池火災的威脅與挑戰
鋰離子電池因其能夠在有限空間內儲存大量能量而廣受歡迎，從智慧型手機、筆記型電腦到電動自行車和電動汽車，這種電池隨處可見。然而，正因為其高能量密度，一旦過熱或損壞，鋰離子電池便會產生火災甚至爆炸。這種火災尤其危險，因為它們會極速升溫並在極短時間內達到高溫。據NIST報告指出，一個鋰離子電池在發生火災時可噴出高達1100°C（2012°F）的火焰，幾乎相當於噴燈的溫度，且能在一秒內達到如此高溫。
這與其他一般住宅火災的特性截然不同。一般火災通常由悶燒或小火苗開始，這可以為煙霧探測器發出警報提供了較充裕的時間。但鋰離子電池的火災則不一樣，火勢會在短短幾秒內迅速升溫並蔓延，因此傳統煙霧探測器往往無法及時發現火災並警告人們。
根據2023年的資料，紐約市消防局共處理了268起由電動自行車電池引發的住宅火災，這些火災共造成150人受傷和18人死亡。這樣的案例顯示，鋰離子電池的火災問題正在增長，亟需更有效的預警系統。
NIST的創新研究：利用聲音進行預警
NIST的研究團隊，包含Wai Cheong「Andy」 Tam和Anthony Putorti，在研究鋰離子電池火災的過程中，注意到一個關鍵細節：在火災發生前，電池內部的化學反應會導致壓力升高，進而使電池開始膨脹。當壓力達到一定程度時，硬殼電池中的安全閥會破裂，發出一聲獨特的「咔嚓－嘶」聲，類似於打開汽水瓶蓋的聲音。
雖然這種聲音在先前的研究中已有所記錄，但將其用於早期預警系統的難題在於，世界上存在許多類似的聲音，如用訂書機、掉落的回紋針等，這些聲音若被錯誤辨識，會導致誤報。為了克服這一挑戰，研究人員決定運用人工智慧技術來開發一個能夠精準辨識這種聲音的演算法。
如何訓練AI辨識特定聲音
為了訓練AI，研究人員與中國西安科技大學的實驗室合作，錄製了38個爆炸中的鋰離子電池聲音樣本。之後，他們調整了這些聲音的音高與播放速度，創建了超過1,000個不同的聲音樣本，供AI學習破裂安全閥的特定聲音。研究團隊使用一個裝有麥克風的攝像機，進行了各種測試，結果顯示該系統能在94%的情況下正確偵測到過熱電池的聲音。
NIST的Tam指出：「我嘗試使用各種不同的噪音來混淆演算法，包括人走路、關門、開啟可樂罐的聲音。結果只有極少數情況能夠混淆探測器。」這顯示出這項AI技術在實際應用中能夠有效分辨目標聲音，進而降低誤報的機率。
兩分鐘的黃金時間
根據NIST的測試，電池內的安全閥在電池發生災難性故障前大約兩分鐘會破裂。這樣的提前預警時間對於居家和商業場所而言極為寶貴，因為即使只有一分鐘的額外時間，也能讓人們迅速採取行動，減少火災的傷害與損失。
研究人員計劃將此技術應用到更多種類的電池和不同型號的麥克風上，以進一步驗證其效果並增加可靠性。他們還計劃在實際場景中進行更多測試，以確認在更多樣化的聲音背景下，該技術仍然能保持高效。
廣泛應用的潛力
NIST的這項技術未來有望被用來製造新型火災警報器，這種警報器可以安裝在住宅、辦公樓、倉庫以及停放大量電動車輛的車庫中。當檢測到鋰離子電池即將發生火災時，這些警報器可以即時發出警報，給人們足夠的時間進行疏散和應對。
隨著鋰離子電池被廣泛應用於現代生活，從行動裝置到大型電動設備，這類技術的需求將日益增長。NIST指出：「與鋰離子電池維持良好關係的關鍵，或許就在於仔細傾聽。」
這項研究已在第13屆亞太火災科學與技術研討會上發表，並且NIST研究團隊已經為此技術申請了專利。他們表示，這僅是開始，未來還會針對不同類型的電池進行擴展研究，以進一步提高預警系統的適用性和可靠性。
結論
鋰離子電池的普及雖然便利了人們的生活，但也帶來了潛在的安全隱患。NIST開發的這項AI技術，不僅為鋰離子電池火災提供了早期預警方案，還為火災預防科技開闢了新領域。這種預警系統一旦進一步完善並普及，有望在住宅、商業建築和各類公共場所中扮演關鍵角色，有效減少火災帶來的風險和傷害。隨著研究的深入，我們期待未來能看到這項技術在更多領域得到應用和推廣，保障人們的安全。
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