アルミニウム管で覆った小さな閉孔アルミフォームブロックを用いた電動車両および遠隔操作車両用バッテリーキャリアの設計

未来のバッテリーのための賢い安全性

高速道路を走る電気自動車も、海底を探索するロボット車両も、バッテリーが安全で冷却された状態を維持することに依存しています。本研究は、そうしたバッテリーを搭載し保護する「床」を構築する新たな方法を探ります。従来のような一枚の厚い金属フォームではなく、研究者らはフォームを多数の小さなブロックに分割し、それぞれを金属管で包みます。この骨に着想を得た巧妙な構造は、衝突エネルギーを吸収し、熱を速やかに放散し、配線やメンテナンスを容易にするよう設計されています。

骨構造からバッテリー支持へ

この設計の基本単位は、角砂糖ほどの大きさの閉孔アルミフォームの小立方体で、短いアルミ管に包まれています。発想は自然にヒントを得たもので、人間の指骨や脊椎、耳管の形状を想起させ、剛性、衝撃吸収、軽量性を兼ね備えます。多数の同一ブロックをパターン状に配置することで、エンジニアは荷重を支え、衝撃を和らげ、熱を導きながら、車両内部の狭い空間にも収まるパネルを作れます。

なぜ一枚の大きな板を多くの小ブロックに分けるのか

従来のアルミフォームシートは衝撃吸収材として有効ですが、欠点もあります。製造コストが高く、成形や修理が困難で、熱を閉じ込める断熱層のように働きがちです。新しいブロック方式はこれらの問題をすべて解決します。ブロックが小さいため、標準的なフォーム板から簡単な工具で切り出して市販のチューブに圧入できます。損傷したブロックは個別に交換可能です。さらに重要なのは、ブロック間の隙間が空気や水の流路を生み出し、かつて断熱的だった層を効率的な冷却構造に変える点です。

強化された支持力と高速冷却

チームは12種類のブロック形状を試験し、詳細検討には「脊椎のような」デザインを選びました。横方向からの圧縮試験で、このブロックは同じ体積の裸のフォームよりも単位体積当たり多くのエネルギーを吸収しました。これは周囲の剛性の高いアルミ管によるものです。遠隔操作式の水中ロボット向けに小さなパネルに配置した場合、9個のブロックで低いレベルのバッテリー荷重を支え、衝撃エネルギーを安全な余裕をもって吸収し、配線を内蔵チャネルを通して配することができました。熱試験では、従来のフォームサンドイッチパネルが熱を通すのに約15分かかったのに対し、ブロックベースのパネルは同じ温度上昇をわずか約40秒で達成しました。

電気自動車へのスケールアップ

概念が実車スケールでも機能することを示すために、研究者らは450キログラムの電動車両用バッテリーパックの下部シールドを設計し、同じ脊椎風ブロック400個を二枚のアルミプレートで挟みました。ブロック配列は、バッテリーが半メートル落下した場合に生じる衝撃エネルギーの数倍を吸収でき、バッテリー重量のおよそ25倍の荷重に耐えられると推定されます。同時に、ブロックを通して伝導され、走行中の空気によって掃き流される熱は、穏やかな走行速度でも数十分で高温時の動作温度から周囲温度に向けて十分に冷却する速さであることが計算とシミュレーションで示されました。

冷却と材料での拡張余地

これらブロックのモジュール性は、さらなる改良の余地を開きます。著者らは、ブロック列の間に液冷チューブを織り込む案、余剰熱を一時的に蓄える相変化材料の挿入、空気流を向上させつつ衝突安全性を損なわないスリット配置などのオプションを示しています。ブロックは標準合金と単純な機械加工で作れるため、寸法や間隔、追加材料を調整することで、乾燥した道路、灼熱の砂漠、冷たい海水など様々な環境に適合させられます。

日常の運転者とロボットにとっての意味

簡潔に言えば、本研究は電気自動車や遠隔ロボット用バッテリーに対する、より賢い「装甲兼ラジエーター」を提供します。フォーム充填された金属ブロックは、衝突時に潰れて衝撃を和らげる小さなショックアブソーバーのように働き、その金属被覆と開口部は熱を閉じ込めるのではなく導き出します。従来のフォームシートと比べ、ブロックベースのキャリアは製造や修理、冷却が容易でありながら、厳しい安全基準を満たします。実際の衝突や疲労条件下での追加試験が行われれば、この骨に着想を得たアプローチは、バッテリーシステムの複雑さを増やすことなく、将来の車両をより軽く、安全で信頼性の高いものにする可能性があります。

引用: 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

キーワード: 電気車両用バッテリー, アルミフォーム, 衝突保護, バッテリー冷却, 軽量構造