Конструкция держателя батарей для электрических и дистанционно управляемых транспортных средств с использованием маленьких алюминиевых блоков закрытоячеистой пены, защищённых алюминиевыми трубками

Более умная безопасность для будущих батарей

Электромобили на шоссе и роботизированные аппараты, исследующие морское дно, зависят от батарей, которые должны оставаться одновременно безопасными и прохладными. В этом исследовании рассматривается новый способ создания «пола», который несёт и защищает эти батареи. Вместо одного толстого слоя металлической пены учёные разбивают пену на множество маленьких блоков, каждый из которых окружён металлической трубкой. Эта изящная, вдохновлённая структурой кости конструкция предназначена для поглощения ударов, быстрого отвода тепла и упрощения прокладки проводки и обслуживания.

От структуры кости к опоре для батарей

Ключевой строительный элемент в этой конструкции — крошечный кубик закрытоячеистой алюминиевой пены примерно размером с кубик сахара, окружённый короткой алюминиевой трубкой. Идея вдохновлена природой: формы перекликаются с костями пальцев, позвоночником и слуховым проходом человека, сочетая жёсткость, поглощение ударов и малый вес. Размещая множество одинаковых блоков в узоры, инженеры могут создавать панели, которые воспринимают нагрузки, смягчают удары и направляют тепло, при этом занимая мало места внутри автомобиля.

Зачем дробить одну большую пластину на множество маленьких блоков

Традиционные листы алюминиевой пены хорошо работают как поглотители ударной энергии, но имеют недостатки. Они дороги в производстве, трудно поддаются формовке и ремонту и действуют как теплоизоляция, удерживая тепло вместо его отвода. Новый подход с блоками решает все три проблемы. Поскольку блоки малы, их можно вырезать из стандартных листов пены простыми инструментами и затем запрессовать в доступные трубки. Повреждённые блоки можно заменять поодиночке. Не менее важно, что зазоры между блоками образуют открытые каналы, по которым может циркулировать воздух или вода, превращая когда-то изолирующий слой в эффективную охлаждающую структуру.

Более прочная опора и более быстрое охлаждение

Команда протестировала двенадцать форм блоков и для детального изучения выбрала «позвоночно-подобный» дизайн. При боковом сжатии этот блок поглощал больше энергии на единицу объёма, чем голая пена того же размера, благодаря жёсткой алюминиевой трубке вокруг него. Когда такие блоки были собраны в панель для дистанционно управляемого подводного аппарата, девять блоков выдерживали небольшие нагрузки от батареи, поглощали энергию удара с комфортным запасом прочности и позволяли инженерам прокладывать кабели через встроенные каналы. Тепловые испытания показали, что традиционная сэндвич-панель из пены пропускала тепло примерно за 15 минут, в то время как панель на основе блоков обеспечивала тот же перепад температуры примерно за 40 секунд.

Масштабирование для электромобилей

Чтобы показать работоспособность концепции в масштабе полного автомобиля, исследователи разработали защиту днища для аккумуляторного блока массой 450 килограммов, используя 400 таких же вдохновлённых «позвоночником» блоков, зажатых между двумя алюминиевыми пластинами. Массив блоков способен поглотить в несколько раз больше энергии удара, чем выделилось бы при падении батареи с полутора метра, и может выдерживать нагрузки примерно в 25 раз превышающие вес батареи. Одновременно расчёты и моделирование показывают, что тепло, проводимое через блоки и сносимое потоком воздуха, отводится достаточно быстро, чтобы охладить кожух от летних рабочих температур к окружающей среде в течение нескольких десятков минут при умеренной скорости движения.

Возможности для улучшения охлаждения и материалов

Модульная природа этих блоков открывает путь для дальнейших усовершенствований. Авторы предлагают варианты, такие как переплетение трубок жидкостного охлаждения между рядами блоков, вставка материалов с фазовым переходом для временного накопления избыточного тепла или организация прорезей в узоре для ещё лучшей вентиляции без ущерба для ударной безопасности. Поскольку блоки изготовлены из стандартных сплавов и простой механической обработки, их можно адаптировать для разных условий — от сухих дорог до жарких пустынь и холодной морской воды — путем настройки размеров, расстояний и дополнительных материалов.

Что это значит для обычных водителей и роботов

Проще говоря, эта работа предлагает более умное «броню и радиатор» для батарей в электромобилях и дистанционно управляемых роботах. Наполненные пеной металлические блоки действуют как крошечные амортизаторы, которые деформируются при ударе, а их металлические оболочки и открытые зазоры отводят тепло, вместо того чтобы его удерживать. По сравнению с традиционными пенопластовыми листами модульные держатели легче в производстве, ремонте и охлаждении, при этом соответствуют строгим требованиям безопасности. При дополнительном тестировании в реальных условиях ударов и усталостных нагрузок этот вдохновлённый структурой кости подход может помочь будущим транспортным средствам стать легче, безопаснее и надёжнее, не усложняя системы батарей.

Цитирование: 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

Ключевые слова: батареи электрических автомобилей, алюминиевая пена, защита при авариях, охлаждение батареи, лёгкие конструкции