Ontwerp van batterijdrager voor elektrische en op afstand bediende voertuigen met kleine aluminium gesloten-cel schuimblokjes afgeschermd door aluminium buizen

Slimmere veiligheid voor toekomstige batterijen

Elektrische auto’s op de snelweg en robotvoertuigen die de zeebodem verkennen zijn allemaal afhankelijk van batterijen die zowel veilig als koel moeten blijven. Deze studie onderzoekt een nieuwe manier om de "vloer" te bouwen die die batterijen draagt en beschermt. In plaats van één dikke laag metaal schuim gebruiken de onderzoekers dat schuim in veel kleine blokjes, elk omhuld door een metalen buis. Deze slimme, door bot geïnspireerde structuur is bedoeld om botsingen te absorberen, warmte snel af te voeren en bekabeling en onderhoud te vergemakkelijken.

Van botstructuur naar batterijondersteuning

De belangrijkste bouwsteen in dit ontwerp is een klein blokje gesloten-cel aluminiumschuim, ongeveer zo groot als een suikerklontje, omgeven door een korte aluminium buis. De natuur inspireerde het idee: de vormen doen denken aan menselijke vingerbeentjes, de wervelkolom en de gehoorgang, die stijfheid, schokdemping en laag gewicht combineren. Door veel identieke blokken in patronen te rangschikken, kunnen ingenieurs panelen creëren die belastingen dragen, schokken dempen en warmte geleiden, terwijl ze in krappe ruimtes in voertuigen passen.

Waarom één grote plaat opdelen in veel kleine blokken

Conventionele aluminiumschuimplaten functioneren goed als energieabsorbers bij botsingen, maar hebben nadelen. Ze zijn duur in productie, moeilijk te vormen en te repareren, en werken als thermische dekens die warmte vasthouden in plaats van afvoeren. De nieuwe blokbenadering pakt al deze drie problemen aan. Omdat de blokken klein zijn, kunnen ze met eenvoudige gereedschappen uit standaard schuimplaten worden gesneden en vervolgens in kant-en-klare buizen worden geperst. Beschadigde blokken kunnen individueel worden vervangen. Even belangrijk: de openingen tussen blokken creëren doorgangen waar lucht of water kan stromen, waardoor een eerder isolerende laag verandert in een efficiënte koelstructuur.

Sterkere ondersteuning en snellere koeling

Het team testte twaalf blokvormen en koos een "wervelachtige" vorm voor nadere studie. Bij zijwaartse compressie absorbeerde dit blok meer energie per volume dan bloot schuim van dezelfde grootte, dankzij de stijve aluminium buis eromheen. Wanneer ze in een klein paneel voor een op afstand bediend onderwater voertuig werden gerangschikt, droegen negen van deze blokken lage batterijbelastingen, absorbeerden ze impactenergie met een comfortabele veiligheidsmarge en konden ingenieurs kabels door ingebouwde kanalen leiden. Thermische tests toonden aan dat een traditioneel schuim-sandwichpaneel ongeveer 15 minuten nodig had om warmte door te laten, terwijl het blokgebaseerde paneel voor dezelfde temperatuurstijging in slechts ongeveer 40 seconden zorgde.

Opschalen voor elektrische auto’s

Om aan te tonen dat het concept op volledige voertuigschaal werkt, ontwierpen de onderzoekers een bodembeschermplaat voor een 450 kilogram zware accupack van een elektrisch voertuig met 400 van dezelfde door wervel geïnspireerde blokken tussen twee aluminium platen. De blokarray kan meerdere keren meer impactenergie absorberen dan wat vrijkomt als de accu een halve meter zou vallen, en hij kan belastingen weerstaan van ruwweg 25 keer het gewicht van de accu. Tegelijkertijd tonen berekeningen en simulaties aan dat warmte die via de blokken wordt geleid en door bewegende lucht wordt afgevoerd snel genoeg is om het schild van bedrijfstemperaturen in de zomer binnen enkele tientallen minuten bij bescheiden rijsnelheden richting omgevingstemperatuur te koelen.

Ruimte voor groei met koeling en materialen

De modulaire aard van deze blokken opent de deur naar verdere verfijningen. De auteurs schetsen opties zoals het weven van vloeistofkoelbuisjes tussen rijen blokken, het invoegen van faseovergangsmaterialen die tijdelijk overtollige warmte opslaan, of het aanbrengen van openingen in het patroon voor nog betere luchtstroming zonder botsveiligheid op te offeren. Omdat de blokken standaard legeringen en eenvoudige bewerking gebruiken, kunnen ze worden aangepast voor verschillende omgevingen — van droge wegen tot hete woestijnen en koud zeewater — door afmetingen, tussenruimtes en toegevoegde materialen aan te passen.

Wat dit betekent voor dagelijkse bestuurders en robots

In eenvoudige bewoordingen biedt dit werk een slimmere "pantsering en radiator" voor batterijen in elektrische auto’s en afstandsbediende robots. De met schuim gevulde metalen blokken fungeren als kleine schokdempers die bij een botsing vervormen, terwijl hun metalen omhulsels en open openingen warmte afvoeren in plaats van vasthouden. Vergeleken met traditionele schuimplaten zijn de blokgebaseerde dragers makkelijker te bouwen, te repareren en te koelen, en voldoen ze toch aan strenge veiligheidseisen. Met meer tests onder echte bots- en vermoeidheidscondities kan deze door botten geïnspireerde benadering toekomstige voertuigen lichter, veiliger en betrouwbaarder maken zonder extra complexiteit aan hun batteriesystemen toe te voegen.

Bronvermelding: 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

Trefwoorden: accu's voor elektrische voertuigen, aluminiumschuim, botsbescherming, batterijkoeling, lichtgewicht constructies