Projekt nośnika baterii pojazdów elektrycznych i zdalnie sterowanych z użyciem małych zamkniętokomórkowych bloków pianki aluminiowej osłoniętych rurkami aluminiowymi

Inteligentniejsze bezpieczeństwo dla przyszłych baterii

Samochody elektryczne na autostradzie i roboty-badacze eksplorujące dno morskie polegają na bateriach, które muszą pozostać bezpieczne i chłodne. W tym badaniu przedstawiono nowy sposób budowy „podłogi”, która podtrzymuje i chroni te baterie. Zamiast stosować jedną grubą warstwę pianki metalowej, badacze dzielą tę piankę na wiele małych bloków, z których każdy jest owinięty metalową rurką. Ta pomysłowa, inspirowana strukturą kości konstrukcja ma pochłaniać energię zderzeń, szybko odprowadzać ciepło oraz ułatwiać prowadzenie okablowania i konserwację.

Od struktury kości do podparcia baterii

Kluczowym elementem tego projektu jest mała kostka zamkniętokomórkowej pianki aluminiowej, wielkości mniej więcej kostki cukru, otoczona krótką rurką aluminiową. Pomysł zainspirowała natura: kształty przywodzą na myśl paliczki palca, kręgosłup i kanał ucha — połączenie sztywności, tłumienia wstrząsów i niskiej masy. Układając wiele identycznych bloków w wzory, inżynierowie mogą tworzyć panele, które przenoszą obciążenia, amortyzują uderzenia i ukierunkowują przepływ ciepła, jednocześnie mieszcząc się w ograniczonej przestrzeni pojazdów.

Dlaczego dzielić jedną dużą płytę na wiele małych bloków

Konwencjonalne arkusze pianki aluminiowej dobrze sprawdzają się jako elementy pochłaniające energię zderzeń, ale mają wady. Są drogie w wytwarzaniu, trudne do formowania i naprawy oraz działają jak termoizolacja, która zatrzymuje ciepło zamiast je oddawać. Nowe podejście z blokami rozwiązuje te trzy problemy. Ponieważ bloki są małe, można je wycinać ze standardowych płyt piankowych prostymi narzędziami i wciskać w gotowe rurki. Uszkodzone bloki da się wymieniać pojedynczo. Co równie istotne, szczeliny między blokami tworzą otwarte kanały, przez które może płynąć powietrze lub woda, przekształcając dawną warstwę izolującą w efektywną strukturę chłodzącą.

Mocniejsze podparcie i szybsze chłodzenie

Zespół przetestował dwanaście kształtów bloków i do szczegółowych badań wybrał projekt przypominający „kręgosłup”. Pod bocznym ściskaniem ten blok zaabsorbował więcej energii na jednostkę objętości niż sama pianka o tym samym rozmiarze, dzięki sztywnej aluminiowej rurce wokół niego. Po ułożeniu w mały panel dla zdalnie sterowanego pojazdu podwodnego, dziewięć takich bloków podtrzymywało niewielkie obciążenia baterii, pochłaniało energię uderzenia z komfortowym zapasem bezpieczeństwa i pozwalało inżynierom prowadzić kable przez wbudowane kanały. Testy termiczne wykazały, że tradycyjny panel „kanapowy” z pianki potrzebował około 15 minut, aby ciepło przeszło przez warstwę, podczas gdy panel z bloków osiągnął taki sam wzrost temperatury w zaledwie około 40 sekund.

Skalowanie do samochodów elektrycznych

Aby pokazać, że koncepcja działa w skali pełnego pojazdu, badacze zaprojektowali osłonę podwozia dla pakietu baterii o masie 450 kilogramów, używając 400 tych samych bloków inspirowanych kręgosłupem, umieszczonych między dwiema aluminiowymi płytami. Matryca bloków może pochłonąć wielokrotnie więcej energii uderzenia niż ta, która powstałaby przy upadku baterii z półmetrowej wysokości, i może wytrzymać obciążenia rzędu około 25 razy większe niż masa baterii. Jednocześnie obliczenia i symulacje wskazują, że przewodzenie ciepła przez bloki i jego usuwanie przez przepływające powietrze jest wystarczająco szybkie, by obniżyć temperaturę osłony z letnich warunków roboczych w kierunku temperatury otoczenia w przeciągu kilkudziesięciu minut przy umiarkowanych prędkościach jazdy.

Przestrzeń do rozwoju — chłodzenie i materiały

Modułowy charakter tych bloków otwiera drogę do dalszych ulepszeń. Autorzy szkicują opcje takie jak plecenie rur chłodzenia cieczą między rzędami bloków, wstawianie materiałów zmieniających fazę, które tymczasowo magazynują nadmiar ciepła, czy rozmieszczenie szczelin w układzie dla jeszcze lepszego przepływu powietrza bez utraty bezpieczeństwa przy zderzeniach. Ponieważ bloki wykonane są ze standardowych stopów i prostych obróbków, można je dostosować do różnych warunków — od suchych dróg po gorące pustynie i zimne wody morskie — poprzez regulację wymiarów, odstępów i dodatkowych materiałów.

Co to znaczy dla codziennych kierowców i robotów

Mówiąc prosto, ta praca oferuje inteligentniejszą „zbroję i chłodnicę” dla baterii w samochodach elektrycznych i zdalnych robotach. Wypełnione pianką metalowe bloki działają jak maleńkie amortyzatory, które załamują się podczas zderzenia, podczas gdy ich metalowe powłoki i otwarte szczeliny kierują ciepło na zewnątrz zamiast je zatrzymywać. W porównaniu z tradycyjnymi arkuszami piankowymi nośniki oparte na blokach są łatwiejsze w budowie, naprawie i chłodzeniu, a mimo to spełniają rygorystyczne wymagania bezpieczeństwa. Po przeprowadzeniu dodatkowych testów w rzeczywistych warunkach zderzeniowych i zmęczeniowych, inspirowane strukturą kości podejście może pomóc w tworzeniu lżejszych, bezpieczniejszych i bardziej niezawodnych przyszłych pojazdów bez zwiększania złożoności ich systemów bateryjnych.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: baterie pojazdów elektrycznych, pianka aluminiowa, ochrona przy zderzeniach, <keyword>konstrukcje lekkie