Conception de châssis porteur de batterie pour véhicules électriques et téléopérés en utilisant de petits blocs en mousse d'aluminium à cellules fermées protégés par des tubes en aluminium

Sécurité plus intelligente pour les batteries de demain

Les voitures électriques sur autoroute et les engins robotisés explorant les fonds marins dépendent tous de batteries qui doivent rester à la fois sûres et fraîches. Cette étude explore une nouvelle façon de construire le « plancher » qui supporte et protège ces batteries. Plutôt que d’utiliser une unique couche épaisse de mousse métallique, les chercheurs fragmentent cette mousse en nombreux petits blocs, chacun enveloppé dans un tube métallique. Cette structure astucieuse, inspirée de l’os, est conçue pour absorber les chocs, dissiper rapidement la chaleur et faciliter le câblage et l’entretien.

De la structure osseuse au support de batterie

Le bloc de base de ce concept est un petit cube de mousse d’aluminium à cellules fermées, à peu près de la taille d’un morceau de sucre, entouré d’un court tube en aluminium. L’idée vient de la nature : les formes évoquent les phalanges, la colonne vertébrale et le conduit auditif, qui combinent rigidité, absorption des chocs et faible masse. En arrangeant de nombreux blocs identiques en motifs, les ingénieurs peuvent créer des panneaux capables de porter des charges, d’amortir des impacts et de diriger la chaleur, tout en s’insérant dans des espaces restreints à l’intérieur des véhicules.

Pourquoi diviser une grande plaque en nombreux petits blocs

Les plaques conventionnelles en mousse d’aluminium fonctionnent bien comme absorbeurs d’impact mais ont des inconvénients. Elles sont coûteuses à fabriquer, difficiles à mettre en forme et à réparer, et agissent comme des couvertures thermiques qui emprisonnent la chaleur au lieu de l’évacuer. La nouvelle approche par blocs s’attaque à ces trois problèmes. Parce que les blocs sont petits, ils peuvent être découpés à partir de plaques standards avec des outils simples puis emmanchés dans des tubes disponibles dans le commerce. Les blocs endommagés peuvent être remplacés individuellement. Tout aussi important, les interstices laissés entre les blocs créent des voies ouvertes où l’air ou l’eau peuvent circuler, transformant une couche autrefois isolante en une structure de refroidissement efficace.

Soutien renforcé et refroidissement accéléré

L’équipe a testé douze formes de blocs et a choisi un design « semblable à une colonne » pour une étude détaillée. Sous compression latérale, ce bloc a absorbé plus d’énergie par volume que la mousse nue de même taille, grâce au tube d’aluminium rigide qui l’entoure. Lorsqu’ils sont disposés en petit panneau pour un véhicule téléopéré sous-marin, neuf de ces blocs ont supporté de faibles charges de batterie, absorbé l’énergie d’impact avec une marge de sécurité confortable et permis aux ingénieurs de faire passer les câbles via des canaux intégrés. Les essais thermiques ont montré qu’un panneau sandwich en mousse traditionnel mettait environ 15 minutes pour que la chaleur traverse l’épaisseur, tandis que le panneau à base de blocs atteignait la même élévation de température en seulement environ 40 secondes.

Passer à l’échelle des voitures électriques

Pour démontrer que le concept fonctionne à l’échelle d’un véhicule complet, les chercheurs ont conçu un bouclier sous-châssis pour un pack batterie de 450 kilogrammes en utilisant 400 des mêmes blocs inspirés de la colonne, pris en sandwich entre deux plaques d’aluminium. Le réseau de blocs peut absorber plusieurs fois plus d’énergie d’impact que celle générée si la batterie tombait d’un demi-mètre, et il peut supporter des charges d’environ 25 fois le poids de la batterie. Parallèlement, des calculs et des simulations indiquent que la chaleur conduite à travers les blocs et emportée par l’écoulement d’air est suffisamment rapide pour refroidir le bouclier depuis des températures de fonctionnement estivales vers des conditions ambiantes en l’espace de dizaines de minutes à des vitesses de conduite modestes.

Potentiel d’évolution grâce au refroidissement et aux matériaux

Le caractère modulaire de ces blocs ouvre la voie à d’autres améliorations. Les auteurs esquissent des options telles que le tissage de tubes de refroidissement liquide entre les rangées de blocs, l’insertion de matériaux à changement de phase pour stocker temporairement l’excès de chaleur, ou l’agencement d’entailles dans le motif pour un meilleur flux d’air sans sacrifier la sécurité en cas de choc. Parce que les blocs utilisent des alliages standards et une usinage simple, ils peuvent être adaptés à différents environnements — des routes sèches aux déserts chauds en passant par les eaux froides — en ajustant dimensions, espacements et matériaux additionnels.

Ce que cela signifie pour les conducteurs et les robots du quotidien

En termes simples, ce travail propose une « armure et radiateur » plus intelligente pour les batteries des voitures électriques et des robots téléopérés. Les blocs métalliques remplis de mousse agissent comme de petits amortisseurs qui se déforment en cas de choc, tandis que leurs enveloppes métalliques et les espaces ouverts canalisent la chaleur au lieu de l’emprisonner. Comparés aux feuilles de mousse traditionnelles, les supports à base de blocs sont plus faciles à construire, à réparer et à refroidir, tout en répondant aux exigences strictes de sécurité. Avec davantage d’essais en conditions réelles de choc et de fatigue, cette approche inspirée de l’os pourrait aider les véhicules futurs à devenir plus légers, plus sûrs et plus fiables sans ajouter de complexité aux systèmes de batterie.

Citation: 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

Mots-clés: batteries de véhicules électriques, mousse d'aluminium, protection contre les chocs, refroidissement des batteries, structures légères