使用由铝管屏蔽的小型闭孔铝泡沫块设计电动及遥控操作车辆电池承载体

面向未来电池的更聪明安全性

高速公路上的电动汽车与探测海底的机器人车辆都依赖必须保持安全与冷却的电池。本研究探索了一种构建承载并保护这些电池的“底板”的新方法。研究人员并未使用单一厚层金属泡沫，而是将泡沫分解为许多小块，每块都被金属管包裹。这种仿骨结构旨在吸收碰撞、快速散热，并简化布线和维护。

从骨骼结构到电池支撑

该设计的关键构件是一个小立方体的闭孔铝泡沫，尺寸约如一块方糖，外围包裹一段短的铝管。灵感来自自然：其形状让人联想到手指骨、脊椎和耳道，兼具刚度、减震和轻量化。通过将许多相同的小块按一定模式排列，工程师可以制造出既能承载荷载、缓冲冲击又能引导热量的面板，同时适应车辆内部的狭窄空间。

为何将一整块板拆成许多小块

传统铝泡沫板作为碰撞吸能材料表现良好，但存在缺点：制造成本高、难以成形与修复，并且像隔热毯一样更易囤积热量而非散发。新的小块方法同时解决了这三类问题。由于块体尺寸小，可用简单工具从标准泡沫板切割后压配入现成的管件；受损的单个块体可逐一更换。同样重要的是，块与块之间留下的间隙形成了空气或水流通道，把原本绝热的层变为高效的冷却结构。

更强的支撑与更快的冷却

团队测试了十二种块形状，最终选定一种“脊柱状”设计进行详细研究。在侧向挤压下，该块单位体积吸收的能量比同等体积的裸泡沫更多，这要归功于包裹其外的刚性铝管。当这些块组合成用于遥控水下航行器的小型面板时，九个这样的块在低电池载荷下能承受冲击，具有舒适的安全裕度，并允许工程师通过内置通道布线。热学测试显示，传统泡沫夹层面板热量传透大约需要15分钟，而基于小块的面板实现相同温升只需约40秒。

向电动汽车规模的放大

为证明该概念在整车尺度上可行，研究人员为一组重450千克的电动汽车电池包设计了底护板，使用了400个相同的脊柱型小块，夹在两块铝板之间。该块阵列所能吸收的冲击能量是如果电池掉落半米时产生能量的若干倍，并且能承受大约相当于电池重量25倍的载荷。与此同时，计算与模拟表明，通过小块传导并被气流带走的热量足以在适度行驶速度下将护板从夏季工作温度在几十分钟内冷却到接近环境温度。

在冷却与材料方面的扩展空间

这些模块化小块的特性为进一步改进打开了可能。作者勾画了若干选项，例如在小块行间编织液冷管、插入能暂时存储过剩热量的相变材料，或在排列中设计槽道以在不牺牲碰撞安全的前提下实现更好的气流。由于小块采用标准合金和简单加工工艺，可以通过调节尺寸、间距和附加材料来适配不同环境——从干燥道路到炎热沙漠再到寒冷海水。

这对普通驾驶者与机器人的意义

简单来说，这项工作为电动汽车与遥控机器人提供了一种更聪明的“装甲与散热器”。充填泡沫的金属小块像微型减震器，在碰撞时可发生受控塌缩，而它们的金属外壳与开放间隙则将热量引导出来而非困住。与传统泡沫板相比，基于小块的承载体更易制造、维修与冷却，同时仍能满足严格的安全要求。在经过更多真实碰撞与疲劳条件下的测试后，这种仿骨方法有望让未来车辆在不增加电池系统复杂性的情况下变得更轻、更安全、更可靠。

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

关键词: 电动汽车电池, 铝泡沫, 碰撞防护, 电池冷却, 轻量化结构