Entwurf eines Batteriehalters für elektrisch betriebene und ferngesteuerte Fahrzeuge unter Verwendung kleiner Aluminium-Blocks aus geschlossenzelligem Schaum, abgeschirmt durch Aluminiumrohre

Intelligentere Sicherheit für künftige Batterien

Elektroautos auf der Autobahn und ferngesteuerte Fahrzeuge, die den Meeresboden erkunden, sind auf Batterien angewiesen, die sowohl sicher als auch kühl bleiben müssen. Diese Studie untersucht eine neue Methode, den „Boden“ zu konstruieren, der diese Batterien trägt und schützt. Anstelle einer einzigen dicken Schicht aus Metallschaum zerlegen die Forschenden den Schaum in viele kleine Blöcke, von denen jeder von einem Metallrohr umhüllt ist. Diese clevere, von Knochen inspirierte Struktur ist so ausgelegt, dass sie Aufpralle absorbiert, Wärme schnell ableitet und die Verkabelung sowie Wartung erleichtert.

Von der Knochenstruktur zur Batterietragkonstruktion

Der zentrale Baustein dieses Designs ist ein winziger Würfel aus geschlossenzelligem Aluminium­schaum, etwa so groß wie ein Würfel Zucker, umgeben von einem kurzen Aluminiumrohr. Die Idee ist von der Natur inspiriert: Die Formen erinnern an Fingerknochen, die Wirbelsäule und den Gehörgang und vereinen Steifigkeit, Stoßdämpfung und geringes Gewicht. Durch das Anordnen vieler identischer Blöcke in Mustern können Ingenieure Platten erschaffen, die Lasten tragen, Aufpralle abfedern und Wärme leiten — und das alles bei gleichzeitig kompakter Einbaulage in Fahrzeugen.

Warum eine große Platte in viele kleine Blöcke zerlegen?

Konventionelle Aluminium­schaumplatten funktionieren gut als Aufpralldämpfer, haben aber Nachteile. Sie sind teuer in der Herstellung, schwer zu formen und zu reparieren und wirken wie Thermodecken, die Wärme eher einschließen als abgeben. Der neue Blockansatz löst alle drei Probleme. Da die Blöcke klein sind, lassen sie sich mit einfachen Werkzeugen aus Standard­schaumplatten ausschneiden und anschließend in handelsübliche Rohre einpressen. Beschädigte Blöcke können einzeln ausgetauscht werden. Ebenso wichtig: Die Zwischenräume zwischen den Blöcken schaffen offene Wege, durch die Luft oder Wasser strömen kann, wodurch eine zuvor isolierende Schicht in eine effiziente Kühlstruktur verwandelt wird.

Stärkerer Schutz und schnellere Kühlung

Das Team testete zwölf Blockformen und wählte ein „wirbelsäulenähnliches“ Design für die detaillierte Untersuchung. Bei seitlichem Zusammendrücken nahm dieser Block mehr Energie pro Volumen auf als reiner Schaum gleicher Größe, was dem steifen Aluminiumrohr zu verdanken ist. In einem kleinen Panel für ein ferngesteuertes Unterwasserfahrzeug hielten neun dieser Blöcke geringe Batterielasten, absorbierten Aufprallenergie mit komfortabler Sicherheitsreserve und ermöglichten den Ingenieuren das Verlegen von Kabeln durch integrierte Kanäle. Thermische Tests zeigten, dass eine herkömmliche Sandwich-Schaumplatte etwa 15 Minuten benötigt, bis Wärme durchgeht, während das blockbasierte Panel denselben Temperaturanstieg in nur etwa 40 Sekunden leitete.

Hochskalierung für Elektroautos

Um zu zeigen, dass das Konzept im Fahrzeugmaßstab funktioniert, entwarfen die Forschenden einen Unterbodenschutz für ein 450‑Kilogramm‑Batteriepaket eines Elektrofahrzeugs, bei dem 400 der gleichen wirbelsäuleninspirierten Blöcke zwischen zwei Aluminiumplatten eingeschichtet wurden. Die Blockanordnung kann mehrere Male mehr Aufprallenergie absorbieren, als bei einem Fall der Batterie aus einer halben Meter Höhe entstehen würde, und sie kann Lasten aushalten, die etwa dem 25‑fachen des Batteriegewichts entsprechen. Gleichzeitig deuten Berechnungen und Simulationen darauf hin, dass Wärme, die durch die Blöcke geleitet und durch vorbeiströmende Luft abgeführt wird, schnell genug ist, um den Schutz bei moderaten Fahrgeschwindigkeiten innerhalb von Minuten bis wenigen Dutzend Minuten von sommerlichen Betriebstemperaturen wieder in Richtung Umgebungstemperatur zu kühlen.

Spielraum für Kühlung und Materialanpassungen

Die modulare Natur dieser Blöcke eröffnet Möglichkeiten für weitere Verfeinerungen. Die Autorinnen und Autoren skizzieren Optionen wie das Einweben von Flüssigkeitskühlrohren zwischen den Blockreihen, das Einfügen von Phasenwechselmaterialien zur temporären Speicherung überschüssiger Wärme oder das Anordnen von Schlitzen im Muster für noch besseren Luftstrom, ohne den Aufprallschutz zu beeinträchtigen. Da die Blöcke mit Standardlegierungen und einfacher Bearbeitung hergestellt werden können, lassen sie sich für verschiedene Umgebungen — von trockenen Straßen über heiße Wüsten bis hin zu kaltem Meerwasser — durch Anpassung von Abmessungen, Abstand und Zusatzmaterialien modifizieren.

Was das für Alltagsfahrer und Roboter bedeutet

Einfach ausgedrückt bietet diese Arbeit eine intelligentere „Panzerung und Kühler“ für Batterien in Elektroautos und ferngesteuerten Robotern. Die mit Schaum gefüllten Metallblöcke wirken wie winzige Stoßdämpfer, die bei einem Aufprall verformen, während ihre Metallhüllen und offenen Zwischenräume Wärme ableiten, anstatt sie einzuschließen. Im Vergleich zu herkömmlichen Schaumplatten sind die blockbasierten Träger leichter zu bauen, zu reparieren und zu kühlen, erfüllen dabei aber weiterhin strenge Sicherheitsanforderungen. Mit weiteren Tests unter realen Crash‑ und Ermüdungsbedingungen könnte dieser von Knochen inspirierte Ansatz künftigen Fahrzeugen helfen, leichter, sicherer und zuverlässiger zu werden, ohne die Batteriesysteme unnötig zu verkomplizieren.

Zitation: Dadoura, M.H., Farahat, A.I., Al-Saady, Z.A. et al. Design of electric and remote operating vehicles battery carrier by using small aluminum closed-cell foam blocks shielded by aluminum tubes. Sci Rep 16, 9225 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39720-z

Schlüsselwörter: Batterien für Elektrofahrzeuge, Aluminium­schaum, Aufprallschutz, Batteriekühlung, leichtbau­strukturen