DE102021120219A1

DE102021120219A1 - Battery assembly, multifunctional layer and method of manufacturing a battery assembly

Info

Publication number: DE102021120219A1
Application number: DE102021120219.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Burs; Daniel Schmid
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG; Nanowired GmbH
Priority date: 2021-08-04
Filing date: 2021-08-04
Publication date: 2023-02-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung (10) mit mindestens einer ersten Batteriezelle (12, 12a, 12b), einer Kühleinrichtung (20) zum Kühlen der mindestens einen ersten Batteriezelle (12, 12a, 12b) und einer Multifunktionsschicht (26) zum thermischen Koppeln der mindestens einen ersten Batteriezelle (12, 12a, 12b) mit der Kühleinrichtung (20), wobei die Multifunktionsschicht (26) zwischen der mindestens einen ersten Batteriezelle (12, 12a, 12b) und der Kühleinrichtung (20) angeordnet ist und eine elektrisch isolierende Trägerschicht (28) aufweist. Dabei weist die Multifunktionsschicht (26) eine auf der Trägerschicht (28) angeordnete metallische Fadenteppichstruktur (30a, 30b) auf, die einen Teil eines der mindestens einen ersten Batteriezelle (12, 12a, 12b) zugeordneten ersten thermischen Pfads von der mindestens einen ersten Batteriezelle (12, 12a, 12b) zur Kühleinrichtung (20) bereitstellt.The invention relates to a battery arrangement (10) with at least one first battery cell (12, 12a, 12b), a cooling device (20) for cooling the at least one first battery cell (12, 12a, 12b) and a multifunctional layer (26) for thermally coupling the at least one first battery cell (12, 12a, 12b) with the cooling device (20), the multifunctional layer (26) being arranged between the at least one first battery cell (12, 12a, 12b) and the cooling device (20) and an electrically insulating carrier layer (28). The multifunctional layer (26) has a metallic thread carpet structure (30a, 30b) arranged on the carrier layer (28), which separates part of a first thermal path from the at least one first battery cell, which is assigned to the at least one first battery cell (12, 12a, 12b). (12, 12a, 12b) to the cooling device (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung mit mindestens einer ersten Batteriezelle, einer Kühleinrichtung zum Kühlen der mindestens einen ersten Batteriezelle und einer Multifunktionsschicht zum thermischen Koppeln der mindestens einen ersten Batteriezelle mit der Kühleinrichtung, wobei die Multifunktionsschicht zwischen der mindestens einen ersten Batteriezelle und der Kühleinrichtung angeordnet ist und eine elektrisch isolierende Trägerschicht aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Multifunktionsschicht für eine Batterieanordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieanordnung.The invention relates to a battery arrangement having at least one first battery cell, a cooling device for cooling the at least one first battery cell and a multifunctional layer for thermally coupling the at least one first battery cell to the cooling device, the multifunctional layer being arranged between the at least one first battery cell and the cooling device and has an electrically insulating carrier layer. Furthermore, the invention also relates to a multifunctional layer for a battery arrangement and a method for producing a battery arrangement.

Batterien für Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Hochvoltbatterien für Elektro- oder Hybridfahrzeuge, umfassen typischerweise vielzählige Batteriezellen, die an eine Kühlstruktur angebunden sind. Eine solche Anbindung an eine Kühlstruktur sollte dabei verschiedene Funktionen erfüllen. Zum einen muss eine elektrische Isolierung zwischen der Kühlstruktur, die üblicherweise aus einem Metall ist, und den Batteriezellen bereitgestellt werden, um beispielsweise einen Kurzschluss zu vermeiden. Zudem sollte zwischen den Batteriezellen und der Kühlstruktur eine thermische Kopplung bereitgestellt sein, um den Wärmeaustausch und insbesondere die Wärmeabfuhr aus den Zellen in Richtung der Kühlstruktur sicherzustellen. Zudem wird eine strukturelle Anbindung der Zellmodule an die Batteriewannenstruktur benötigt, um die Festigkeit der Gesamtbatterie zu erzeugen um Betriebslasten aufzunehmen. Entweder werden Module an das Batteriegehäuse geschraubt (dann ist z.B. Gapfiller zwischen Modul und Kühlplatte. Werden die Zellen direkt (also ohne Modulbauweise) auf die Kühlplatte angebracht, kann z. B. wärmeleitfähiger Klebstoff eingesetzt werden. Zudem wird zumeist eine zusätzliche elektrische Isolierschicht eingebracht, um die elektrische Isolierung zwischen den Batteriezellen und der Kühlstruktur zu gewährleisten. Die oben genannten, bereitzustellenden Funktionen werden daher über mehrere einzelne Prozessschritte oder Lösungsansätze abgebildet, die mindestens zwei separate Schritte, oftmals aber auch mehr Prozessschritte, erfordern. Die Verwendung eines Wärmeleitmediums, wie dem oben genannten wärmeleitfähigen Klebstoff, hat dabei den Vorteil, dass dieser sich an unterschiedliche Höhen- und Spalttoleranzen besonders gut anpassen kann. Allerdings benötigt dieser eine lange Aushärtezeit des Wärmeleitmediums, die im Falle eines beschleunigten Prozesses noch bei ca. 10 Minuten liegen, wodurch zusätzliche Fertigungstakte benötigt werden.Batteries for motor vehicles, such as high-voltage batteries for electric or hybrid vehicles, typically include numerous battery cells that are connected to a cooling structure. Such a connection to a cooling structure should fulfill various functions. On the one hand, electrical insulation must be provided between the cooling structure, which is usually made of metal, and the battery cells in order to avoid a short circuit, for example. In addition, a thermal coupling should be provided between the battery cells and the cooling structure in order to ensure heat exchange and, in particular, heat dissipation from the cells in the direction of the cooling structure. In addition, a structural connection of the cell modules to the battery tray structure is required in order to generate the strength of the entire battery to absorb operating loads. Modules are either screwed to the battery housing (then there is, for example, a gap filler between the module and the cooling plate. If the cells are attached directly (i.e. without modular construction) to the cooling plate, thermally conductive adhesive can be used, for example. In addition, an additional electrical insulating layer is usually introduced, to ensure the electrical insulation between the battery cells and the cooling structure.The above-mentioned functions to be provided are therefore mapped over several individual process steps or solution approaches, which require at least two separate steps, but often also more process steps.The use of a thermally conductive medium, such as the The thermally conductive adhesive mentioned above has the advantage that it can adapt particularly well to different height and gap tolerances.However, it requires a long curing time for the thermally conductive medium, which in the case of an accelerated process is still around 10 minutes n, which requires additional production cycles.

Die DE 10 2011 013 618 A1 beschreibt eine Energiespeichervorrichtung mit mehreren Speicherzellen, einer Spanneinrichtung zum Verspannen der Speicherzellen und einer Temperiereinrichtung zum Temperieren der Speicherzellen. Die Temperiereinrichtung kann dabei als Kühlplatte ausgebildet sein, wobei zwischen der Kühlplatte und den Bodenflächen der Zellen eine Wärmeleitfolie aus elektrisch isolierendem Material angeordnet ist, welche die Kühlplatte von den Zellen elektrisch isoliert.The DE 10 2011 013 618 A1 describes an energy storage device with a plurality of storage cells, a tensioning device for tensioning the storage cells and a temperature control device for tempering the storage cells. The temperature control device can be designed as a cooling plate, with a thermally conductive film made of electrically insulating material being arranged between the cooling plate and the bottom surfaces of the cells, which electrically insulates the cooling plate from the cells.

Weiterhin beschreibt die JP 2014 216113 A ein Energiespeichermodul mit mehreren Speicherelementen, eine Wärmeübertragungsplatte und dazwischen ein Wärmeleitelement, welches elastisch ausgebildet ist. Mittels einer Verschraubung wird dabei die Wärmeübertragungsplatte gegen die Energiespeicherelemente gepresst, wodurch das Wärmeleitelement elastisch deformiert wird. Dabei können einem jeweiligen Energiespeicherelement ein oder mehrere solcher voneinander räumlich separiert angeordneter Wärmeleitelemente zugeordnet sein, zwischen welchen Lücken angeordnet sein können, um eine elastische Deformation zu erlauben. Zusätzlich ist auch eine elektrisch isolierende Schicht zwischen den Energiespeicherelementen und der Wärmetransferplatte vorgesehen.Furthermore describes the JP 2014 216113 A an energy storage module with a plurality of storage elements, a heat transfer plate and between them a heat conducting element which is designed to be elastic. The heat transfer plate is pressed against the energy storage elements by means of a screw connection, as a result of which the heat conducting element is elastically deformed. In this case, one or more such thermally conductive elements arranged spatially separated from one another can be assigned to a respective energy storage element, between which gaps can be arranged in order to allow elastic deformation. In addition, an electrically insulating layer is also provided between the energy storage elements and the heat transfer plate.

Beim Zusammenbau der oben beschriebenen Energiespeichereinheiten sind ebenfalls zahlreiche Prozessschritte erforderlich.When assembling the energy storage units described above, numerous process steps are also required.

Des Weiteren beschreibt die DE 10 2017 126 724 A1 ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil, wobei eine Vielzahl von Nanodrähten auf einer ersten Kontaktfläche des ersten Bauteils bereitgestellt wird, das erste Bauteil und das zweite Bauteil zusammengeführt werden, so dass die Vielzahl der Nanodrähte mit einer zweiten Kontaktfläche des zweiten Bauteils in Kontakt gebracht werden, und wobei zumindest die zweite Kontaktfläche auf eine Temperatur von mindestens 150 °C erwärmt wird. Bei solchen Nanodrähten kann es sich hierbei um materielle Körper in drahtähnlicher Form und einer Größe im Bereich von wenigen Nanometern bis zu wenigen Mikrometern handeln. Die Verbindung wird dadurch ausgebildet, dass sich die Nanodrähte, insbesondere die der zweiten Kontaktfläche zugewandten Enden der Nanodrähte, mit der zweiten Kontaktfläche verbinden. Diese Verbindung wird auf atomarer Ebene ausgebildet. Der dabei atomar ablaufende Vorgang ist dem beim Sintern ablaufenden ähnlich. Dieses Verfahren wird dabei auch als Klett-Welding bezeichnet.Furthermore, the DE 10 2017 126 724 A1 a method for connecting a first component to a second component, wherein a multiplicity of nanowires is provided on a first contact area of the first component, the first component and the second component are brought together such that the multiplicity of nanowires are connected to a second contact area of the second component are brought into contact, and wherein at least the second contact surface is heated to a temperature of at least 150°C. Such nanowires can be material bodies with a wire-like shape and a size in the range from a few nanometers to a few micrometers. The connection is formed in that the nanowires, in particular the ends of the nanowires facing the second contact area, connect to the second contact area. This connection is formed at the atomic level. The process that takes place at the atomic level is similar to that which takes place during sintering. This process is also referred to as Velcro welding.

In ähnlicher Weise beschreibt auch die DE 10 2018 122 007 A1 eine Anordnung mit einem ersten und einem zweiten Bauelement, sowie eine Ausgleichsstruktur, die mit einer Oberfläche des ersten Bauelements verbunden ist, wobei die erste Ausgleichsstruktur und eine Oberfläche des zweiten Bauelements über eine Nanodrahtverbindung miteinander verbunden sind. Bedingt durch die vielzähligen Nanodrähte wird eine sehr große Verbindungsoberfläche bereitgestellt. Aufgrund der großen Oberfläche der durch das beschriebene Verfahren erhaltenen Verbindung wird eine sehr große elektrische und thermische Leitfähigkeit zwischen den Bauteilen bereitgestellt. Bei den Bauteilen handelt es sich bevorzugt um Elektroni kkom ponenten.In a similar way also describes the DE 10 2018 122 007 A1 an arrangement having a first and a second component, and a balancing structure connected to a surface of the first component, the first balancing structure and a surface of the second component being connected via a nanowire connection are connected to each other. Due to the large number of nanowires, a very large connection surface is provided. Due to the large surface area of the connection obtained by the method described, a very high level of electrical and thermal conductivity is provided between the components. The components are preferably electronic components.

Da die Nanodrähte nur aus Metall bzw. metallischen Werkstoffen hergestellt werden können, lässt sich durch diese Verbindungstechnik lediglich eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Bauteilen bereitstellen. Eine elektrisch leitende Anbindung von Batteriezellen an eine Kühlstruktur ist jedoch nicht möglich, da dies beispielsweise zu Kurzschlüssen führen würde. Die DE 10 2017 104 906 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten. Hierbei wird eine Folie mit Poren senkrecht zur Folienoberfläche bereitgestellt, wobei die Nanodrähte in den Poren gewachsen werden können. Auf die Folie wird ein Mittel zum Bereitstellen eines Elektrolyten aufgelegt, und die Nanodrähte werden aus dem Elektrolyten galvanisch gewachsen.Since the nanowires can only be made of metal or metallic materials, this connection technology can only provide an electrically conductive connection between the components. However, an electrically conductive connection of battery cells to a cooling structure is not possible, since this would lead to short circuits, for example. The DE 10 2017 104 906 A1 describes a method for providing a plurality of nanowires. In this case, a foil with pores perpendicular to the foil surface is provided, it being possible for the nanowires to grow in the pores. A means for providing an electrolyte is overlaid on the foil and the nanowires are galvanically grown from the electrolyte.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterieanordnung, eine Multifunktionsschicht und ein Verfahren bereitzustellen, die eine möglichst effiziente thermische Anbindung zumindest einer Batteriezelle an eine Kühleinrichtung ermöglichen.The object of the present invention is to provide a battery arrangement, a multifunctional layer and a method which enable at least one battery cell to be thermally connected to a cooling device as efficiently as possible.

Dies Aufgabe wird gelöst durch eine Batterieanordnung, eine Multifunktionsschicht und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.This object is achieved by a battery arrangement, a multifunction layer and a method having the features according to the respective independent patent claims. Advantageous configurations of the invention are the subject matter of the dependent patent claims, the description and the figures.

Bei einer erfindungsgemäßen Batterieanordnung mit mindestens einer ersten Batteriezelle, einer Kühleinrichtung zum Kühlen der mindestens einen ersten Batteriezelle und eine Multifunktionsschicht zum thermischen Koppeln der mindestens einen ersten Batteriezelle mit der Kühleinrichtung ist die Multifunktionsschicht zwischen der mindestens einen ersten Batteriezelle und der Kühleinrichtung angeordnet und weist eine elektrisch isolierende Trägerschicht auf. Dabei weist die Multifunktionsschicht eine auf der Trägerschicht angeordnete metallische Fadenteppichstruktur auf, die einen Teil eines der mindestens einen ersten Batteriezelle zugeordneten ersten thermischen Pfads von der mindestens einen ersten Batteriezelle zur Kühleinrichtung bereitstellt.In a battery arrangement according to the invention with at least one first battery cell, a cooling device for cooling the at least one first battery cell and a multifunctional layer for thermally coupling the at least one first battery cell to the cooling device, the multifunctional layer is arranged between the at least one first battery cell and the cooling device and has an electrically insulating carrier layer. The multifunctional layer has a metallic thread carpet structure arranged on the carrier layer, which provides part of a first thermal path from the at least one first battery cell to the cooling device, which is assigned to the at least one first battery cell.

Eine solche metallische Fadenteppichstruktur kann also in Form einer teppichähnlichen Fadenanordnung vielzähliger kleiner, im Wesentlichen paralleler Fäden bereitgestellt sein. Diese Teppichfäden können dabei zum Beispiel in Form der im Stand der Technik beschriebenen Nanodrähte bereitgestellt werden. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass eine solche metallische Fadenteppichstruktur auch für die Anbindung einer ersten Batteriezelle an eine Kühleinrichtung genutzt werden kann, wenn die zu verbindenden Bauteile, hier die mindestens eine erste Batteriezelle und die Kühleinrichtung, nicht direkt über diese metallische Fadenteppichstruktur verbunden werden, sondern wenn diese metallische Fadenteppichstruktur auf einer elektrisch isolierenden Trägerschicht angeordnet ist. Durch die auf dieser Trägerschicht angeordnete metallische Fadenteppichstruktur, insbesondere einseitig oder auch beidseitig auf der Trägerschicht, ist eine Multifunktionsschicht bereitgestellt, an welcher die mindestens eine Batteriezelle und die Kühleinrichtung auf unterschiedlichen Seiten angeordnet und dadurch vorteilhafterweise über die metallische Fadenteppichstruktur besonders effizient thermisch gekoppelt werden können, während gleichzeitig durch die elektrisch isolierende Trägerschicht für die notwendige elektrische Isolierung der mindestens einen ersten Batteriezelle von der Kühleinrichtung gesorgt ist. Durch die Multifunktionsschicht, die mit der metallischen Fadenteppichstruktur ausgebildet ist, kann also gleichzeitig eine elektrische Isolierung zwischen der mindestens einen Batteriezelle und der Kühleinrichtung bereitgestellt werden, sowie eine besonders gute thermische Kopplung. Zudem ermöglicht es die Fadenteppichstruktur auch, die mindestens eine erste Batteriezelle und/oder die Kühleinrichtung mechanisch an die Multifunktionsschicht anzubinden beziehungsweise die mindestens eine erste Batteriezelle mechanisch über die Multifunktionsschicht an die Kühleinrichtung anzubinden. Somit kann die Verbindung der Batteriezellen mit der Kühlstruktur, die vorliegend durch die Kühleinrichtung bereitgestellt ist, tragend, insbesondere über Verpressen, hergestellt werden.Such a metallic thread carpet structure can thus be provided in the form of a carpet-like thread arrangement of numerous small, essentially parallel threads. These carpet threads can be provided, for example, in the form of the nanowires described in the prior art. The invention is based on the finding that such a metallic thread carpet structure can also be used to connect a first battery cell to a cooling device if the components to be connected, here the at least one first battery cell and the cooling device, are not connected directly via this metallic thread carpet structure but when this metallic thread carpet structure is arranged on an electrically insulating carrier layer. The metallic thread carpet structure arranged on this carrier layer, in particular on one side or both sides of the carrier layer, provides a multifunctional layer on which the at least one battery cell and the cooling device can be arranged on different sides and can therefore advantageously be thermally coupled particularly efficiently via the metallic thread carpet structure. while at the same time the electrically insulating carrier layer ensures the necessary electrical insulation of the at least one first battery cell from the cooling device. The multifunctional layer, which is formed with the metallic thread carpet structure, can therefore simultaneously provide electrical insulation between the at least one battery cell and the cooling device, as well as particularly good thermal coupling. In addition, the thread carpet structure also makes it possible to connect the at least one first battery cell and/or the cooling device mechanically to the multifunction layer or to connect the at least one first battery cell mechanically to the cooling device via the multifunction layer. The connection of the battery cells to the cooling structure, which is presently provided by the cooling device, can thus be produced in a load-bearing manner, in particular by pressing.

Ein besonders großer Vorteil der Erfindung besteht jedoch darin, dass es mittels der Multifunktionsschicht möglich ist, im Anbindungsbereich, in welchem die mindestens eine erste Batteriezelle an die Kühleinrichtung über die Multifunktionsschicht gekoppelt ist, gezielt eine gewünschte thermische Leitfähigkeit einstellen zu können. Dies wiederum beruht auf der Erkenntnis, dass sich ein solcher metallischer Fadenteppich, der im Rahmen der vorliegenden Erringung als Fadenteppichstruktur bezeichnet wird, zum Beispiel in einem gewünschten Anbindungsbereich gezielt mit einer bestimmten Struktur, die im Folgenden auch als Substruktur bezeichnet wird, bereitstellen lässt. Mit anderen Worten muss sich ein solcher Fadenteppich nicht großflächig im gesamten Kopplungsbereich, über welchen die mindestens eine erste Batteriezelle an die Kühleinrichtung angebunden ist, erstrecken, sondern auch nur partiell, zum Beispiel unter Ausbildung eines bestimmten Musters, zum Beispiel eines Linienmusters, wie dies später noch näher erläutert wird. Ist beispielsweise die gesamte Kopplungsfläche mit einem solchen Fadenteppich versehen, so ist die thermische Leitfähigkeit dieser gesamten Kopplungsfläche höher als wenn beispielsweise nur die Hälfte der Kopplungsfläche effektiv mit einem solchen Fadenteppich versehen wäre. Eine solche Fadenteppichstruktur erlaubt es also durch ihr Herstellungsverfahren, wie ein solches beispielsweise in der eingangs genannten DE 10 2017 104 906 A1 beschrieben ist, unter Umständen auch extrem filigrane Strukturen in auf einer relativ kleinen Anbindungsfläche von typischerweise zwischen 10 cm² und 100 cm² auszubilden, was beispielsweise unter Verwendung eines Gapfillers nicht möglich wäre. Somit lässt es sich durch die beschriebene Multifunktionsschicht zudem auch erreichen, dass unterschiedliche Zellen der Batterieanordnung unterschiedlich stark über die Multifunktionsschicht mit der Kühleinrichtung gekoppelt werden können, indem die jeweils zugeordneten Anbindungsbereiche mit unterschiedlichen Fadenteppichsubstrukturen ausgestaltet sind, so dass in diesen unterschiedlichen Anbindungsbereichen den Zellen jeweils zugeordnete unterschiedliche thermische Leitfähigkeiten der Multifunktionsschicht bereitgestellt werden können. Dies hat den Hintergrund, dass eine durch die Kühleinrichtung bereitgestellte Kühlung der Batteriezelle nicht immer sonderlich homogen bereitgestellt werden kann. Beispielsweise kann die Kühleinrichtung durch eine Kühlplatte mit integrierten, von einem Kühlmedium, wie beispielsweise Wasser, durchströmbaren Kühlkanälen ausgebildet sein oder eine solche umfassen. Solche Kühlkanäle können zum Beispiel mäanderförmig eine solche Kühlplatte von einem Zuführanschluss bis zu einem Abführanschluss durchlaufen. Das dem Zuführanschluss zugeführte Kühlmedium ist dabei typischerweise deutlich kühler als das aus dem Abführanschluss aus der Kühlplatte herausgeführte Kühlmedium, welches im Verlauf die von den Batteriezellen abzuführende Wärme aufgenommen hat. Je nach Verlauf solcher Kühlkanäle kann es sein, dass durch die Kühleinrichtung besser gekühlte Bereiche, die dem Zuführanschluss näher gelegen sind, sowie schlechter gekühlte Bereiche bereitgestellt werden. Durch eine geeignet ausgestaltete Multifunktionsschicht lässt sich eine solche räumliche Inhomogenität der Kühleffizienz der Kühleinrichtung vorteilhafterweise kompensieren. So kann zum Beispiel auch für eine große Kühlplatte mit beispielsweise einer Kühleinrichtung in Kombination mit der Multifunktionsschicht eine besonders homogene Kühlung aller über die Multifunktionsschicht an die Kühleinrichtung angebundenen Batteriezellen bereitgestellt werden. Auch ist es beispielsweise denkbar, dass eine Batterie, wie zum Beispiel eine Hochvoltbatterie, unterschiedliche Arten von Batteriezellen umfasst, die zum Beispiel einen unterschiedlichen Kühlbedarf haben können. Auch in diesem Fall lässt sich vorteilhafterweise eine entsprechende Anpassung durch die Multifunktionsschicht bereitstellen. Zudem kann Wärme auch gezielt stärker in Hotspots, d.h. stärker erwärmten Bereichen der Batteriezellenanordnung, durch geeignete Anpassung der Multifunktionsschicht abgeführt werden.A particularly great advantage of the invention, however, is that the multifunction layer makes it possible to set a desired thermal conductivity in a targeted manner in the connection area in which the at least one first battery cell is coupled to the cooling device via the multifunction layer. This in turn is based on the knowledge that such a metallic thread carpet, which is referred to as a thread carpet structure in the context of the present invention, can be provided with a specific structure, which is also referred to below as a substructure, for example in a desired connection area. In other words, such a carpet of threads does not have to extend over a large area in the entire coupling area via which the at least one first battery cell is connected to the cooling device, but also only partially, for example under formation a certain pattern, for example a line pattern, as will be explained later in more detail. If, for example, the entire coupling surface is provided with such a carpet of threads, the thermal conductivity of this entire coupling surface is higher than if, for example, only half of the coupling surface were effectively provided with such a carpet of threads. Such a thread carpet structure allows for its manufacturing process, such as that in the above-mentioned example DE 10 2017 104 906 A1 is described, under certain circumstances extremely filigree structures can also be formed on a relatively small connection area of typically between 10 cm ² and 100 cm ² , which would not be possible using a gap filler, for example. The described multifunction layer can also be used to ensure that different cells of the battery arrangement can be coupled to the cooling device to different extents via the multifunction layer, in that the respectively assigned connection areas are designed with different thread carpet substructures, so that in these different connection areas the cells are each assigned different thermal conductivities of the multifunctional layer can be provided. The background to this is that cooling of the battery cell provided by the cooling device cannot always be provided particularly homogeneously. For example, the cooling device can be formed by a cooling plate with integrated cooling channels through which a cooling medium, such as water, can flow, or can comprise such. Such cooling channels can, for example, meander through such a cooling plate from a supply connection to a discharge connection. The cooling medium fed to the feed connection is typically significantly cooler than the cooling medium fed out of the cooling plate from the discharge connection, which has absorbed the heat to be removed from the battery cells over the course of the process. Depending on the course of such cooling channels, it may be the case that the cooling device provides better cooled areas that are closer to the feed connection and poorly cooled areas. Such a spatial inhomogeneity of the cooling efficiency of the cooling device can advantageously be compensated for by a suitably configured multifunction layer. For example, a particularly homogeneous cooling of all battery cells connected to the cooling device via the multifunctional layer can also be provided for a large cooling plate with, for example, a cooling device in combination with the multifunctional layer. It is also conceivable, for example, for a battery, such as a high-voltage battery, to include different types of battery cells, which can have different cooling requirements, for example. In this case, too, a corresponding adaptation can advantageously be provided by the multifunction layer. In addition, heat can also be dissipated more specifically in hotspots, ie areas of the battery cell arrangement that are more strongly heated, by suitably adapting the multifunctional layer.

Durch die Batterieanordnung kann beispielsweise eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, bereitgestellt sein. Die Batterieanordnung ist daher vorzugsweise als eine Hochvoltbatterie ausgebildet. Entsprechend umfasst die Batterieanordnung vorzugsweise nicht nur eine einzelne Batteriezelle, wie die hier genannte erste Batteriezelle, sondern vorzugsweise mehrere, insbesondere vielzählige Batteriezellen. Optional können solche Batteriezellen auch zu Zellmodulen zusammengefasst sein. Darüber hinaus können die Batteriezellen als prismatische Batteriezellen oder Pouch-Zellen oder Rundzellen ausgebildet sein. Eine Ausbildung der mindestens einen Batteriezelle als eine Rundzelle ist dabei besonders vorteilhaft, da gerade hierbei die Multifunktionsschicht neben dem besonders hohen Maß an Flexibilität bezüglich der geometrischen Ausbildung der Anbindungsbereichs zusätzlich auch Stabilität bezüglich der mechanischen Anbindung bereitstellt, die gerade bei Rundzellen sehr von Vorteil ist, da diese nicht zu Zellpacks verspannt werden, wie dies z.B. oft bei prismatischen Zellen der Fall ist. Die Kühleinrichtung ist vorzugsweise als ein Kühlboden ausgebildet. Mit anderen Worten kann die Kühleinrichtung gleichzeitig zum Beispiel einen Boden eines Batteriegehäuses, in welchem die mindestens eine erste Batteriezelle aufgenommen ist, darstellen. Weiterhin wird die mindestens eine erste Batteriezelle derart über die Multifunktionsschicht an die Kühleinrichtung angebunden, dass eine Bodenseite der mindestens einen ersten Batteriezelle der Kühleinrichtung zugewandt ist, wobei die Bodenseite einer Batteriezelle diejenige Seite der Batteriezelle darstellt, die einer Terminalseite der Batteriezelle gegenüberliegt. Im Falle einer Rundseite ist eine solche Bodenseite, sowie auch die Terminalseite im Wesentlichen rund. Eine Terminalseite der Batteriezelle umfasst wiederum mindestens ein Zellterminal beziehungsweise einen Zellpolanschluss. Beispielsweise kann mittig auf der Terminalseite ein erste Zellpolanschluss bereitgestellt sein, z.B. für einen Pluspol, und der andere Zellpolanschluss, z.B. für das negative Potential, kann auf der Terminalseite randseitig über die Mantelfläche des Zellgehäuses abgreifbar sein. Die Terminalseite der Batteriezelle stellt also diejenige Seite der Batteriezelle dar, über welche auch die Verschaltung der Batteriezellen untereinander erfolgt. Weiterhin kann es sich bei der mindestens einen ersten Batteriezelle beispielsweise um eine Lithium-Ionen-Zelle handeln. Die Kühleinrichtung kann dabei zum Beispiel einfach als massive Kühlplatte oder massives Kühlblech ausgebildet sein, an welcher auf der der mindestens einen ersten Batteriezelle gegenüberliegenden Seite eine Kühlstruktur angebunden ist, oder die Kühleinrichtung kann durch eine Kühlplatte mit integrierten Kühlkanälen ausgebildet sein. Die mindestens eine erste Batteriezelle weist dabei vorzugsweise ein metallisches Zellgehäuse auf. Ebenfalls ist auch die Kühleinrichtung vorzugsweise aus metallischem Material gebildet. Die elektrisch isolierende Trägerschicht ist vorzugsweise aus Kunststoff oder umfasst zumindest einen Kunststoff. Besonders bevorzugt ist die Trägerschicht als eine Kunststofffolie bereitgestellt. Diese ist vorzugsweise möglichst dünn ausgestaltet und weist zum Beispiel eine Foliendicke im Bereich zwischen 10 µm und 50 µm auf, zum Beispiel 20 µm. Besonders bevorzugt ist die Trägerschicht zudem aus Polyimid gebildet. Die metallische Fadenteppichstruktur umfasst, wie beschrieben, einen Fadenteppich, der wiederum vielzählige metallische Fäden umfasst. Diese metallischen Fäden stehen mit ihrer Längserstreckungsrichtung also im Wesentlichen senkrecht auf der Trägerschicht. Die durch eine solche metallische Fadenteppichstruktur bereitgestellte Oberfläche ist damit extrem groß. Dadurch lässt sich auch eine sehr gute thermische Leitfähigkeit, insbesondere im Bereich zwischen 0,5 W/mK und 10 W/mK pro Anbindungsbereich für eine jeweilige Batteriezelle bereitstellen. Wie ebenfalls bereits erwähnt, ist es bevorzugt, dass die metallische Fadenteppichstruktur eine metallische Nanostruktur darstellt beziehungsweise aufweist. Insbesondere kann es sich bei den Fäden der Fadenteppichstruktur um die zum Stand der Technik bereits beschriebenen Nanodrähte handeln. Unter einem Nanodraht kann dabei jeder materielle Körper verstanden werden, der eine drahtähnliche Form und eine Größe im Bereich von wenigen Nanometern bis zu wenigen Mikrometern hat. Ein solcher Faden beziehungsweise Nanodraht kann also zum Beispiel eine kreisförmige, ovale oder mehreckige Grundfläche aufweisen. Die Fäden der Fadenteppichstruktur können darüber hinaus grundsätzlich aus jedem beliebigen Metall gebildet sein und sind vorzugsweise aus Kupfer. Ein solcher Faden der Fadenteppichstruktur kann beispielsweise einen Durchmesser im Bereich zwischen 2 µm und 3 µm aufweisen und eine Höhe, das heißt eine Fadenlänge, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Trägerschicht, zwischen vorzugsweise 20 µm und 40 µm.For example, a battery for a motor vehicle, in particular an electric or hybrid vehicle, can be provided by the battery arrangement. The battery arrangement is therefore preferably designed as a high-voltage battery. Correspondingly, the battery arrangement preferably comprises not just a single battery cell, such as the first battery cell mentioned here, but preferably a plurality of, in particular numerous, battery cells. Optionally, such battery cells can also be combined into cell modules. In addition, the battery cells can be designed as prismatic battery cells or pouch cells or round cells. Forming the at least one battery cell as a round cell is particularly advantageous, since it is precisely here that the multifunctional layer, in addition to the particularly high degree of flexibility with regard to the geometric design of the connection area, also provides stability with regard to the mechanical connection, which is particularly advantageous for round cells. since these are not braced into cell packs, as is often the case with prismatic cells, for example. The cooling device is preferably designed as a cooling floor. In other words, the cooling device can simultaneously represent, for example, a base of a battery housing in which the at least one first battery cell is accommodated. Furthermore, the at least one first battery cell is connected to the cooling device via the multifunctional layer in such a way that a bottom side of the at least one first battery cell faces the cooling device, with the bottom side of a battery cell representing that side of the battery cell which is opposite a terminal side of the battery cell. In the case of a round side, such a bottom side, as well as the terminal side, is essentially round. A terminal side of the battery cell in turn comprises at least one cell terminal or one cell pole connection. For example, a first cell pole connection can be provided centrally on the terminal side, eg for a positive pole, and the other cell pole connection, eg for the negative potential, can be tapped on the terminal side at the edge via the lateral surface of the cell housing. The terminal side of the battery cell thus represents that side of the battery cell via which the battery cells are also connected to one another. Furthermore, the at least one first battery cell can be a lithium-ion cell, for example. The cooling device can, for example, simply be a massive cooling system be formed as a plate or solid cooling plate, to which a cooling structure is connected on the side opposite the at least one first battery cell, or the cooling device can be formed by a cooling plate with integrated cooling channels. The at least one first battery cell preferably has a metallic cell housing. The cooling device is also preferably made of metallic material. The electrically insulating carrier layer is preferably made of plastic or comprises at least one plastic. The carrier layer is particularly preferably provided as a plastic film. This is preferably designed to be as thin as possible and has, for example, a film thickness in the range between 10 μm and 50 μm, for example 20 μm. In addition, the carrier layer is particularly preferably formed from polyimide. As described, the metallic thread carpet structure comprises a thread carpet, which in turn comprises numerous metallic threads. These metallic threads are therefore essentially perpendicular to the carrier layer with their direction of longitudinal extension. The surface provided by such a metallic thread carpet structure is therefore extremely large. This also makes it possible to provide very good thermal conductivity, in particular in the range between 0.5 W/mK and 10 W/mK per connection area for a respective battery cell. As also already mentioned, it is preferred that the metallic thread carpet structure represents or has a metallic nanostructure. In particular, the threads of the thread carpet structure can be the nanowires already described in the prior art. A nanowire can be understood to mean any material body that has a wire-like shape and a size in the range from a few nanometers to a few micrometers. Such a thread or nanowire can therefore have a circular, oval or polygonal base area, for example. In addition, the threads of the thread carpet structure can in principle be made of any desired metal and are preferably made of copper. Such a thread of the thread carpet structure can, for example, have a diameter in the range between 2 μm and 3 μm and a height, ie a thread length, in particular in a direction perpendicular to the carrier layer, between preferably 20 μm and 40 μm.

Bei einer sehr vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Batteriezelle und/oder die Kühleinrichtung mittels der metallischen Fadenteppichstruktur an der Multifunktionsschicht haftend angebunden. Über die beschriebene Fadenteppichstruktur kann also zudem auch eine besonders stabile mechanische Verbindung zwischen der Multifunktionsschicht und der mindestens einen Batteriezelle und/oder der Kühleinrichtung hergestellt werden. Im Allgemeinen weist die Trägerschicht zwei Seiten auf, nämlich eine der mindestens einen ersten Batteriezelle zugewandte erste Seite und eine der Kühleinrichtung zugewandte zweite Seite. Dabei kann die metallische Fadenteppichstruktur auf der ersten Seite und/oder der zweiten Seite der Trägerschicht angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist eine solche metallische Fadenteppichstruktur sowohl auf der ersten Seite der Trägerschicht als auch auf der zweiten Seite der Trägerschicht angeordnet. So können über diese metallische Fadenteppichstruktur sowohl eine Anbindung an die Batteriezellen als auch eine Anbindung der Multifunktionsschicht an die Kühleinrichtung bereitgestellt werden. Mit anderen Worten kann die oben genannte haftende Verbindung durch die metallische Fadenteppichstruktur sowohl zwischen der Multifunktionsschicht und der mindestens einen ersten Batteriezelle bereitgestellt werden, wenn die Fadenteppichstruktur auf der ersten Seite der Trägerschicht angeordnet ist, und/oder zwischen der Multifunktionsschicht und der Kühleinrichtung, wenn die metallische Fadenteppichstruktur auf der zweiten Seite der Trägerschicht angeordnet ist. Diese haftende Verbindung kann insbesondere dadurch ausgebildet werden, dass sich die Fäden, das heißt die Nanodrähte, mit der entsprechenden Kontaktfläche der mindestens einen ersten Batteriezelle und/oder der Kühleinrichtung verbinden. Diese Verbindung kann beispielsweise auf atomarer Ebene ausgebildet werden, zum Beispiel mittels des eingangs erwähnten Klett-Weldings. Dies basiert darauf, dass die Vander-Waals-Bindungskräfte zwischen den Atomen bzw. Molekülen auf eine mechanische Verklammerung durch Verkettung bewirken. Zur Verbesserung der Haftung können zudem auch optional die Bodenoberflächen beziehungsweise Bodenseiten der Batteriezellen sowie die der Multifunktionsschicht zugewandte erste Kühlseite der Kühleinrichtung ebenfalls mit einer solchen metallischen Fadenteppichstruktur versehen sein. Die haftende Verbindung kann dann ähnlich wie bei einem Klettverschluss zwischen den einzelnen, von den jeweiligen Fadenteppichstrukturen bereitgestellten Fäden entstehen. Um die Batteriezellen an die Kühleinrichtung über diese Multifunktionsschicht anzubinden, ist es bevorzugt, insbesondere im Zuge eines später noch näher erläuterten Herstellungsverfahrens zum Herstellen einer Batterieanordnung, dass ein gleichzeitiges Fügen der mindestens einen ersten Batteriezelle, der Multifunktionsschicht und der Kühleinrichtung durch Verpressen, das heißt durch mechanische Kraftbeaufschlagung, erfolgt. Dieser Fügeprozess kann dabei durch zusätzliche Wärmeeinbringung oder Ultraschallanregung zwecks Verkürzung der Prozesszeit und Verbesserung der mechanischen Haftung unterstützt werden. Die Multifunktionsschicht kann dabei als vorgefertigter Bestandteil bereitgestellt werden. Dies erlaubt extrem kurze Fertigungszeiten, da lediglich diese einzelne Multifunktionsschicht zwischen die Kühleinrichtung und die mindestens eine Batteriezelle eingebracht werden muss. Somit kann über die metallische Fadenteppichstruktur auch eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung zur mindestens einen ersten Batteriezelle und/oder zur Kühleinrichtung, insbesondere sowohl zwischen Batteriezelle und Multifunktionsschicht, als auch zwischen Multifunktionsschicht und der Kühleinrichtung hergestellt werden.In a very advantageous further embodiment of the invention, the first battery cell and/or the cooling device is/are adhesively bonded to the multifunctional layer by means of the metallic thread carpet structure. A particularly stable mechanical connection between the multifunctional layer and the at least one battery cell and/or the cooling device can also be produced via the described thread carpet structure. In general, the carrier layer has two sides, namely a first side facing the at least one first battery cell and a second side facing the cooling device. The metallic thread carpet structure can be arranged on the first side and/or the second side of the carrier layer. Such a metallic thread carpet structure is particularly preferably arranged both on the first side of the carrier layer and on the second side of the carrier layer. Both a connection to the battery cells and a connection of the multifunctional layer to the cooling device can be provided via this metallic thread carpet structure. In other words, the above-mentioned adhesive connection can be provided by the metallic thread carpet structure both between the multifunctional layer and the at least one first battery cell if the thread carpet structure is arranged on the first side of the carrier layer, and/or between the multifunctional layer and the cooling device if the metallic thread carpet structure is arranged on the second side of the carrier layer. This adhesive connection can be formed in particular by the threads, that is to say the nanowires, connecting to the corresponding contact surface of the at least one first battery cell and/or the cooling device. This connection can be formed, for example, at the atomic level, for example by means of the Velcro welding mentioned at the outset. This is based on the fact that the Van der Waals binding forces between the atoms or molecules cause mechanical interlocking through chaining. To improve adhesion, the bottom surfaces or bottom sides of the battery cells and the first cooling side of the cooling device facing the multifunction layer can also optionally also be provided with such a metallic thread carpet structure. The adhesive connection can then arise similar to a hook and loop fastener between the individual threads provided by the respective thread carpet structures. In order to connect the battery cells to the cooling device via this multifunctional layer, it is preferred, in particular in the course of a manufacturing method for manufacturing a battery arrangement, which will be explained in more detail later, that the at least one first battery cell, the multifunctional layer and the cooling device be simultaneously joined by pressing, i.e. by mechanical application of force, takes place. This joining process can be supported by additional heat input or ultrasonic stimulation in order to shorten the process time and improve mechanical adhesion. The multifunction layer can be provided as a prefabricated component. This allows extremely short production times, as only this single multifunctional layer is between the coolers direction and at least one battery cell must be introduced. A non-positive and/or positive connection to the at least one first battery cell and/or to the cooling device can thus also be produced via the metallic thread carpet structure, in particular both between the battery cell and the multifunction layer and between the multifunction layer and the cooling device.

Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist auf der ersten und/oder zweiten Seite der Trägerschicht als Teil des ersten thermischen Pfads ein der ersten Batteriezelle zugeordneter erster Anbindungsbereich bereitgestellt, der einen ersten Teil der metallischen Fadenteppichstruktur darstellt, wobei der erste Anbindungsbereich eine erste Fadenteppichsubstruktur aufweist, die durch mindestens einen ersten Strukturbereich, in welchem ein metallsicher Fadenteppich angeordnet ist, und mindestens einen ersten Freibereich gebildet ist, in welchem kein metallischer Fadenteppich angeordnet ist. Der Freibereich kann damit beispielsweise lediglich durch die Trägerschicht als solche bereitgestellt sein, das heißt ohne darauf angeordneten Fadenteppich. Der Anbindungsbereich, hier der erste Anbindungsbereich, definiert also einen Bereich auf der Trägerschicht und insbesondere auch einen Bereich der Multifunktionsschicht, über welchen die mindestens eine erste Batteriezelle oder die Kühleinrichtung an die Multifunktionsschicht angebunden ist. Ist also beispielsweise die metallische Fadenteppichstruktur auf der ersten Seite der Trägerschicht angeordnet, so stellt auch der Anbindungsbereich denjenigen Bereich dar, über welchen die mindestens eine erste Batteriezelle an die Multifunktionsschicht angebunden ist. Ist dagegen zusätzlich oder alternativ die Fadenteppichstruktur auf der zweiten Seite der Trägerschicht angeordnet, so stellt der Anbindungsbereich denjenigen Bereich dar, über welchen die Kühleinrichtung an die Multifunktionsschicht angebunden ist. Auch in diesem Fall kann der Anbindungsbereich einer jeweiligen ersten Batteriezelle zugeordnet sein, insbesondere dadurch, dass diese einen Bereich bereitstellt, der sich unterhalb der zugeordneten Batteriezelle in Bezug auf eine definierte Richtung befindet, die insbesondere senkrecht zur Kühleinrichtung und zur Trägerschicht definiert ist. Weist die Batterieanordnung darüber hinaus mehrere Batteriezellen auf, wie dies bevorzugt ist, so kann einer jeweiligen solchen Batteriezelle ein entsprechender Anbindungsbereich zugeordnet sein. Die Fadenteppichstruktur kann dabei also in die jeweiligen Anbindungsbereiche gegliedert sein. Ein jeweiliger solcher Anbindungsbereich ist wiederum mit einer Substruktur, nämlich der Fadenteppichsubstruktur, ausgebildet. Dies bedeutet, dass sich der Fadenteppich im Anbindungsbereich nicht homogen über die Trägerschicht erstreckt, sondern in strukturierter Form, zum Beispiel unter Ausbildung eines bestimmten Musters. Der Anbindungsbereich gliedert sich also in den mindestens einen ersten Strukturbereich und den mindestens einen Freibereich, wobei nur in dem mindestens einen ersten Strukturbereich ein metallischer Fadenteppich angeordnet ist. Die thermische Leitfähigkeit in einem solchen mindestens einen ersten Strukturbereich ist damit deutlich höher als in einem Freibereich. Durch das Verhältnis, insbesondere das Flächenverhältnis zwischen Strukturbereich und Freibereich innerhalb eines solchen Anbindungsbereichs lässt sich die gewünschte thermische Leitfähigkeit des Anbindungsbereichs damit gezielt einstellen. Grundsätzlich ist es dabei auch denkbar, dass der Anbindungsbereich ohne Ausbildung eines bestimmten Musters zum Beispiel zu einem Anteil durch den Strukturbereich und zu einem anderen Anteil durch den Freibereich gebildet ist. Ein Muster beziehungsweise eine strukturierte Ausbildung hat jedoch den großen Vorteil, dass sich hierdurch eine deutlich homogenere Wärmeabfuhr über den gesamten Anbindungsbereich bereitstellen lässt. Wie oben bereits beschrieben lassen sich durch die Fadenteppichstruktur auch äußerst filigrane Strukturen ausbilden. Beispielsweise kann durch den mindestens einen Strukturbereich und den mindestens einen Freibereich innerhalb des ersten Anbindungsbereichs eine Substruktur mit einem Strukturmuster gebildet sein, wobei die Substruktur, das heißt die erste Fadenteppichsubstruktur, eine linienförmige Substruktur und/oder eine gitterförmige Substruktur und/oder eine Substruktur mit Ringen, insbesondere konzentrischen Ringen, ist und/oder ein Schachbrettmuster bereitstellt. Im Allgemeinen kann eine solche Fadenteppichsubstruktur aus Strukturbereichen und Freibereichen gebildet sein, die zum Beispiel als gerade oder gebogene Linien, offen oder geschlossen, verlaufen und/oder die als runde und/oder elliptische und/oder eckige Flächen beliebiger Geometrie ausgebildet sind. Zudem können sich die genannten Linien auch überkreuzen. Um eine möglichst homogene Temperaturverteilung innerhalb des Anbindungsbereichs zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn solche Fläche oder Linien, zum Beispiel die, die einem Freibereich zugeordnet sind oder die, die einem Strukturbereich zugeordnet sind, sehr filigran ausgestaltet sind und zum Beispiel eine sehr geringe Linienbreite aufweisen. Dies lässt sich durch eine Nanostruktur sehr einfach bewerkstelligen.In a further very advantageous embodiment of the invention, a first connection area assigned to the first battery cell is provided on the first and/or second side of the carrier layer as part of the first thermal path and represents a first part of the metallic thread carpet structure, the first connection area being a first thread carpet substructure which is formed by at least one first structural area, in which a carpet of metal threads is arranged, and at least one first free area, in which no carpet of metal threads is arranged. The free area can thus be provided, for example, only by the carrier layer as such, ie without a carpet of threads arranged thereon. The connection area, here the first connection area, therefore defines an area on the carrier layer and in particular also an area of the multifunction layer via which the at least one first battery cell or the cooling device is connected to the multifunction layer. If, for example, the metallic thread carpet structure is arranged on the first side of the carrier layer, then the connection area also represents the area via which the at least one first battery cell is connected to the multifunction layer. If, on the other hand, the thread carpet structure is additionally or alternatively arranged on the second side of the carrier layer, then the connection area represents that area via which the cooling device is connected to the multifunctional layer. In this case, too, the connection area can be assigned to a respective first battery cell, in particular in that it provides an area that is located below the assigned battery cell in relation to a defined direction, which is defined in particular perpendicularly to the cooling device and to the carrier layer. If the battery arrangement also has a number of battery cells, as is preferred, a corresponding connection area can be assigned to a respective battery cell of this type. The thread carpet structure can thus be divided into the respective connection areas. A respective connection area of this type is in turn formed with a substructure, namely the thread carpet substructure. This means that the carpet of threads does not extend homogeneously over the carrier layer in the connection area, but rather in a structured form, for example forming a specific pattern. The connection area is thus divided into the at least one first structural area and the at least one free area, with a metallic thread carpet being arranged only in the at least one first structural area. The thermal conductivity in such at least one first structure area is thus significantly higher than in a free area. The desired thermal conductivity of the connection area can thus be adjusted in a targeted manner by the ratio, in particular the area ratio, between the structure area and the free area within such a connection area. In principle, it is also conceivable that the connection area is formed without forming a specific pattern, for example partly by the structured area and partly by the free area. However, a pattern or a structured design has the great advantage that a significantly more homogeneous heat dissipation can be provided over the entire connection area. As already described above, extremely filigree structures can also be formed by the thread carpet structure. For example, the at least one structural area and the at least one free area within the first connection area can form a substructure with a structural pattern, with the substructure, i.e. the first thread carpet substructure, being a linear substructure and/or a lattice-shaped substructure and/or a substructure with rings , in particular concentric rings, and/or provides a checkerboard pattern. In general, such a thread carpet substructure can be formed from structural areas and free areas that run, for example, as straight or curved lines, open or closed, and/or are designed as round and/or elliptical and/or angular surfaces of any geometry. In addition, the lines mentioned can also cross. In order to enable a temperature distribution that is as homogeneous as possible within the connection area, it is advantageous if such areas or lines, for example those assigned to a free area or those assigned to a structural area, are designed very delicately and, for example, have a very small line width exhibit. This can be accomplished very easily with a nanostructure.

Bei einer weiteren, sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung weist die Batterieanordnung mindestens eine zweite Batteriezelle auf, wobei die Multifunktionsschicht zwischen der mindestens einen zweiten Batteriezelle und der Kühleinrichtung angeordnet ist, wobei auf der ersten und/oder zweiten Seite der Trägerschicht als Teil eines zweiten thermischen Pfads, der der zweiten Batteriezelle zugeordnet ist, ein der zweiten Batteriezelle zugeordneter zweiter Anbindungsbereich bereitgestellt ist, der einen zweiten Teil der Fadenteppichstruktur darstellt, wobei der zweite Anbindungsbereich eine zweite Fadenteppichsubstruktur aufweist, die durch mindestens einen zweiten Strukturbereich, in welchem ein metallsicher Fadenteppich angeordnet ist, und mindestens einen zweiten Freibereich gebildet ist, in welchem kein metallischer Fadenteppich angeordnet ist, wobei der ersten und der zweite Anbindungsbereich jeweils lokal begrenzt sind und voneinander räumlich separiert sind. Diese räumlich separierte Anordnung der Anbindungsbereiche ist dabei vor allem dann von großem Vorteil, wenn diese auf der ersten Seite der Trägerschicht angeordnet sind, das heißt, wenn die jeweiligen Anbindungsbereiche direkt mit der ersten und zweiten Batteriezelle gekoppelt werden. Durch die räumliche Separation dieser Anbindungsbereiche lässt sich gleichzeitig auch eine elektrische Trennung der Anbindungsbereiche bewerkstelligen. Ist die metallische Fadenteppichstruktur alternativ oder zusätzlich auf einer weiteren Fadenteppichstruktur auf der zweiten Seite der Trägerschicht, das heißt zwischen der Trägerschicht und der Kühleinrichtung, angeordnet, so kann diese auch in räumlich nicht voneinander separierte, jeweilige Anbindungsbereiche gegliedert sein oder auch großflächig mit einem Fadenteppich ausgebildet sein. Eine elektrische Isolierung zwischen den Batteriezellen und der Kühleinrichtung ist ja bereits durch die elektrisch isolierende Trägerschicht bereitgestellt. Die lokal begrenzte und voneinander räumlich separierte Ausbildung der Anbindungsbereiche hat jedoch noch einen weiteren sehr großen Vorteil, insbesondere wenn diese Anbindungsbereiche auf der ersten Seite der Trägerstruktur angeordnet sind. Dadurch lassen sich nämlich, wie eingangs bereits erwähnt, gezielt für die jeweiligen Batteriezellen spezifische Wärmeabfuhreigenschaften, insbesondere auch unterschiedliche thermische Leitfähigkeiten in den jeweiligen Anbindungsbereichen bereitstellen.In a further, very advantageous embodiment of the invention, the battery arrangement has at least one second battery cell, with the multifunctional layer being arranged between the at least one second battery cell and the cooling device, with the first and/or second side of the carrier layer being part of a second thermal path , Which is assigned to the second battery cell, one of the second battery cell assigned ordered second connection area is provided, which represents a second part of the thread carpet structure, wherein the second connection area has a second thread carpet substructure, which is formed by at least one second structural area, in which a metallic thread carpet is arranged, and at least one second free area, in which no metallic Thread carpet is arranged, wherein the first and the second connection area are each locally limited and are spatially separated from each other. This spatially separated arrangement of the connection areas is particularly advantageous when they are arranged on the first side of the carrier layer, that is, when the respective connection areas are coupled directly to the first and second battery cells. Due to the spatial separation of these connection areas, an electrical separation of the connection areas can also be achieved at the same time. If the metallic thread carpet structure is arranged alternatively or additionally on a further thread carpet structure on the second side of the carrier layer, i.e. between the carrier layer and the cooling device, this can also be divided into respective connection areas that are not spatially separated from one another or can also be formed with a thread carpet over a large area be. Electrical insulation between the battery cells and the cooling device is already provided by the electrically insulating carrier layer. However, the locally limited and spatially separated design of the connection areas has another very great advantage, in particular if these connection areas are arranged on the first side of the support structure. In this way, as already mentioned, specific heat dissipation properties, in particular also different thermal conductivities in the respective connection areas, can be provided in a targeted manner for the respective battery cells.

Daher stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn der zweite Anbindungsbereich einen zweiten Freibereich aufweist, in welchem ein metallischer Fadenteppich angeordnet ist, wobei dem ersten Anbindungsbereich ein erstes Bedeckungsverhältnis und dem zweiten Anbindungsbereich ein zweites Bedeckungsverhältnis zugeordnet ist, welche jeweils als ein Quotient aus einer Fläche des Strukturbereichs und der Fläche des Freibereichs definiert sind, wobei sich das erste und das zweite Bedeckungsverhältnis voneinander unterscheiden. Das Bedeckungsverhältnis gibt also das Verhältnis von mit dem Fadenteppich bedeckter Fläche zu nicht bedeckter Fläche für einen jeweiligen Anbindungsbereich an. Im Übrigen kann dabei die Multifunktionsschicht auch Anbindungsbereiche aufweisen, die vollständig durch einen Strukturbereich bereitgestellt sind, das heißt die vollständig von einem metallischen Fadenteppich bedeckt sind. Andere Anbindungsbereiche können dagegen nur zum Teil mit einem solchen Fadenteppich bedeckt sein. Der definierte Quotient ist dabei mit der thermischen Leitfähigkeit dem jeweiligen Anbindungsbereich korreliert. Je größer dieser Quotient ist, desto größer ist auch die thermische Leitfähigkeit im betreffenden Anbindungsbereich. Dadurch, dass sich die Bedeckungsverhältnisse zumindest zweier Anbindungsbereiche, die zwei unterschiedlichen Batteriezellen zugeordnet sind, voneinander unterscheiden, lässt sich, wie dies eingangs beschrieben wurde, eine Inhomogenität der Kühleffizienz, die von der Kühleinrichtung bereitgestellt wird, vorteilhafterweise kompensieren. Entsprechend ist es also besonders vorteilhaft, wenn diese den jeweiligen Anbindungsbereichen zugeordneten Bedeckungsverhältnisse an die Ausbildung der Kühleinrichtung und die Position der betreffenden Batteriezelle in Bezug auf die Kühleinrichtung, insbesondere die Kühlfläche, angepasst sind. Dabei müssen sich nicht notwendigerweise alle vorhandenen Anbindungsbereiche hinsichtlich ihres Bedeckungsverhältnisses voneinander unterscheiden. Es können auch Anbindungsbereiche mit gleichem Bedeckungsverhältnis vorgesehen sein. Vorzugsweise weist ein Anbindungsbereich, welcher ausgehend von einem Kühlmediumzuführanschluss der Kühleinrichtung in Strömungsrichtung eines in der Kühleinrichtung verlaufenden Kühlkanals weiter vom Zuführanschluss entfernt ist als ein anderer Anbindungsbereich ein größeres Bedeckungsverhältnis aufweist als der andere Anbindungsbereich. Dadurch kann in diesem weiter entfernten Anbindungsbereich eine höhere thermische Leitfähigkeit und eine bessere Wärmeabfuhr zur Kühleinrichtung bereitgestellt werden, was insbesondere die kühleinrichtungsbedingten Inhomogenitäten ausgleicht, so dass insgesamt für die beiden über die jeweiligen Anbindungsbereiche an der Kühleinrichtung angebundenen Batteriezellen eine gleiche Wärmemenge pro Zeiteinheit abtransportierbar ist. Mit anderen Worten kann insbesondere eine sehr homogene Kühlwirkung für alle Batteriezellen bereitgestellt werden.It is therefore a further very advantageous embodiment of the invention if the second connection area has a second free area in which a metallic thread carpet is arranged, with a first coverage ratio being assigned to the first connection area and a second coverage ratio being assigned to the second connection area, which are each assigned as a The quotient of an area of the structural area and the area of the free area are defined, with the first and the second coverage ratio differing from one another. The coverage ratio therefore indicates the ratio of the area covered with the carpet of threads to the area not covered for a respective connection area. Moreover, the multifunction layer can also have connection areas that are completely provided by a structural area, that is to say that are completely covered by a carpet of metallic threads. Other connection areas, on the other hand, can only be partially covered with such a carpet of threads. The defined quotient is correlated with the thermal conductivity of the respective connection area. The greater this quotient, the greater the thermal conductivity in the relevant connection area. Because the coverage ratios of at least two connection areas that are assigned to two different battery cells differ from one another, an inhomogeneity in the cooling efficiency provided by the cooling device can advantageously be compensated for, as was described at the outset. Accordingly, it is particularly advantageous if these coverage ratios assigned to the respective connection areas are adapted to the design of the cooling device and the position of the relevant battery cell in relation to the cooling device, in particular the cooling surface. In this case, it is not necessary for all existing connection areas to differ from one another in terms of their coverage ratio. Connection areas with the same coverage ratio can also be provided. Preferably, a connection area which, starting from a cooling medium feed connection of the cooling device, is further away from the feed connection in the flow direction of a cooling channel running in the cooling device than another connection area has a greater coverage ratio than the other connection area. As a result, higher thermal conductivity and better heat dissipation to the cooling device can be provided in this connection area that is further away, which in particular compensates for the inhomogeneities caused by the cooling device, so that overall the same amount of heat per unit of time can be removed for the two battery cells connected to the cooling device via the respective connection areas. In other words, in particular a very homogeneous cooling effect can be provided for all battery cells.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Batteriezelle einen Zellboden auf, wobei die erste Batteriezelle derart an der Multifunktionsschicht angeordnet ist, dass der Zellboden der Multifunktionsschicht zugewandt ist, wobei der Zellboden eine zweite metallische Fadenteppichstruktur aufweist, die an der Multifunktionsschicht angeordnet ist, insbesondere am ersten Anbindungsbereich. Die jeweiligen Fäden der metallischen Fadenteppiche können sich so besonders fest miteinander verbinden, ähnlich dem Funktionsprinzip eines Klettverschlusses. In a further advantageous embodiment of the invention, the first battery cell has a cell base, the first battery cell being arranged on the multifunctional layer in such a way that the cell base faces the multifunctional layer, the cell base having a second metallic thread carpet structure which is arranged on the multifunctional layer, especially in the first connection area. The respective threads of the metallic thread carpets can thus be connected to one another particularly firmly, similar to the functional principle of a Velcro fastener.

Entsprechend stellt es auch eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Kühleinrichtung eine erste Kühlseite aufweist, die der Multifunktionsschicht zugewandt ist, wobei die erste Kühlseite eine dritte metallische Fadenteppichstruktur aufweist, die an der Multifunktionsschicht angeordnet ist, insbesondere an zumindest einer vierten metallischen Fadenteppichstruktur, die auf der zweiten Seite der Trägerschicht angeordnet ist.Accordingly, it also represents a further advantageous embodiment of the invention when the cooling device has a first cooling side which faces the multifunctional layer, the first cooling side having a third metallic thread carpet structure which is arranged on the multifunctional layer, in particular on at least a fourth metallic thread carpet structure , which is arranged on the second side of the carrier layer.

Der auf der ersten Seite der Trägerschicht angeordnete Fadenteppich eines ersten Anbindungsbereichs greift somit in den Fadenteppich an dem Zellboden der ersten Batteriezelle, und/oder der an der zweiten Seite der Trägerschicht angeordnete Fadenteppich greift in den an der Kühleinrichtung angeordneten Fadenteppich. Dadurch kann eine besonders stabile Anordnung der ersten Batteriezelle an der Kühleinrichtung über diese Multifunktionsschicht erreicht werden. Die Multifunktionsschicht wirkt damit ähnlich einem doppelseitigen Klebeband. Die Anbindung erfolgt dabei, wie ebenfalls bereits beschrieben, vorzugsweise über Verpressen. Dabei kann die Multifunktionsschicht beispielsweise auf eine erste Seite der Kühleinrichtung aufgebracht werden, die Batteriezellen auf die Multifunktionsschicht aufgesetzt werden, und anschließend können die Zellen, die Multifunktionsschicht und die Kühleinrichtung aneinandergepresst werden. Dies führt zu einem äußerst stabilen Verbund.The carpet of threads arranged on the first side of the carrier layer of a first connection area thus engages in the carpet of threads on the cell bottom of the first battery cell, and/or the carpet of threads arranged on the second side of the carrier layer engages in the carpet of threads arranged on the cooling device. As a result, a particularly stable arrangement of the first battery cell on the cooling device can be achieved via this multifunctional layer. The multifunctional layer thus acts like a double-sided adhesive tape. The connection is made, as also already described, preferably by pressing. The multifunction layer can be applied to a first side of the cooling device, for example, the battery cells can be placed on the multifunction layer, and then the cells, the multifunction layer and the cooling device can be pressed together. This leads to an extremely stable bond.

Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Multifunktionsschicht für eine Batterieanordnung, die mindestens eine Batteriezelle und eine Kühleinrichtung zum Kühlen der mindestens eine Batteriezelle umfasst, wobei die Multifunktionsschicht zum thermischen Koppeln der mindestens einen Batteriezelle mit der Kühleinrichtung zwischen der mindestens einen Batteriezelle und der Kühleinrichtung anordenbar ist und eine elektrisch isolierende Trägerschicht aufweist. Dabei weist die Multifunktionsschicht eine auf der Trägerschicht angeordnete metallische Fadenteppichstruktur auf, die einen Teil eines der mindestens einen Batteriezelle zugeordneten thermischen Pfads von der mindestens einen Batteriezelle zur Kühleinrichtung bereitstellt. Furthermore, the invention also relates to a multifunctional layer for a battery arrangement, which comprises at least one battery cell and a cooling device for cooling the at least one battery cell, wherein the multifunctional layer for thermally coupling the at least one battery cell to the cooling device can be arranged between the at least one battery cell and the cooling device and an electrically insulating support layer. In this case, the multifunctional layer has a metallic thread carpet structure arranged on the carrier layer, which provides part of a thermal path from the at least one battery cell to the cooling device that is assigned to the at least one battery cell.

Der für die erfindungsgemäße Batterieanordnung und ihre Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Multifunktionsschicht. Zudem können die für die erfindungsgemäße Batterieanordnung und ihre Ausgestaltungen beschriebenen weiteren Merkmale der Multifunktionsschicht auch weitere korrespondierende Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Multifunktionsschicht darstellen.The advantages described for the battery arrangement according to the invention and its configurations apply in the same way to the multifunctional layer according to the invention. In addition, the further features of the multifunctional layer described for the battery arrangement according to the invention and its configurations can also represent further corresponding developments of the multifunctional layer according to the invention.

Auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterieanordnung oder eines ihrer Ausgestaltungen soll als zur Erfindung gehörend angesehen werden. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.A motor vehicle with a battery arrangement according to the invention or one of its configurations should also be regarded as belonging to the invention. The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieanordnung mit mindestens einer Batteriezelle, einer Kühleinrichtung zum Kühlen der mindestens einen Batteriezelle und einer Multifunktionsschicht zum thermischen Koppeln der mindestens einen Batteriezelle mit der Kühleinrichtung, wobei die Multifunktionsschicht zwischen der mindestens einen Batteriezelle und der Kühleinrichtung angeordnet wird und eine elektrisch isolierende Trägerschicht aufweist. Dabei weist die Multifunktionsschicht eine auf der Trägerschicht angeordnete metallische Fadenteppichstruktur auf, wobei die Multifunktionsschicht derart zwischen der mindestens einen Batteriezelle und der Kühleinrichtung angeordnet wird, dass die metallische Fadenteppichstruktur einen Teil eines der mindestens einen Batteriezelle zugeordneten thermischen Pfads von der mindestens einen Batteriezelle zur Kühleinrichtung bereitstellt.Furthermore, the invention relates to a method for producing a battery arrangement with at least one battery cell, a cooling device for cooling the at least one battery cell and a multifunctional layer for thermally coupling the at least one battery cell to the cooling device, the multifunctional layer being arranged between the at least one battery cell and the cooling device is and has an electrically insulating carrier layer. The multifunctional layer has a metallic thread carpet structure arranged on the carrier layer, the multifunctional layer being arranged between the at least one battery cell and the cooling device in such a way that the metallic thread carpet structure provides part of a thermal path from the at least one battery cell to the cooling device, which is assigned to the at least one battery cell .

Auch hier gelten die für die erfindungsgemäße Batterieanordnung und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.Here, too, the advantages mentioned for the battery arrangement according to the invention and its configurations apply in the same way to the method according to the invention.

Vorzugweise wird dabei zudem die Multifunktionsschicht in eine Position zwischen der Kühleinrichtung und der mindestens einen Batteriezelle gebracht. Anschließend wird die Anordnung verpresst, indem eine Anpresskraft auf die Kühleinrichtung in Richtung der mindestens einen Batteriezelle und/oder eine Anpresskraft auf die mindestens eine Batteriezelle in Richtung der Kühleinrichtung bereitgestellt wird. Die Anpresskraft kann dabei mit einer Ultraschallerregung gekoppelt sein und/oder vor und/oder während des Anpressens kann zumindest ein Teil der Batterieanordnung erwärmt werden.In this case, the multifunctional layer is preferably also brought into a position between the cooling device and the at least one battery cell. The arrangement is then pressed by providing a pressing force on the cooling device in the direction of the at least one battery cell and/or a pressing force on the at least one battery cell in the direction of the cooling device. The pressing force can be coupled with an ultrasonic excitation and/or at least part of the battery arrangement can be heated before and/or during the pressing.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterieanordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes developments of the method according to the invention, which have features as have already been described in connection with the developments of the battery arrangement according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.The invention also includes the combinations of features of the described embodiments. The invention also includes implementations that each have a combination of the features of several of the described embodiments, unless the embodiments were described as mutually exclusive.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Batterieanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Multifunktionsschicht in einer Draufsicht für eine Batterieanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung eines Anbindungsbereichs der Multifunktionsschicht mit einer Fadenteppichsubstruktur gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 eine schematische Darstellung eines Anbindungsbereichs der Multifunktionsschicht mit einer Fadenteppichsubstruktur gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine schematische Darstellung der Batterieanordnung während der Herstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 eine schematische Darstellung der Batterieanordnung, insbesondere vor einem Verpressen, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Exemplary embodiments of the invention are described below. For this shows:

1 a schematic representation of a battery arrangement according to an embodiment of the invention;
2 a schematic representation of a multifunction layer in a plan view for a battery arrangement according to an embodiment of the invention;
3 a schematic representation of a connection area of the multifunctional layer with a thread carpet substructure according to a first exemplary embodiment of the invention;
4 a schematic representation of a connection area of the multifunctional layer with a thread carpet substructure according to a second exemplary embodiment of the invention;
5 a schematic representation of the battery assembly during manufacture according to an embodiment of the invention;
6 a schematic representation of the battery arrangement, in particular before pressing, according to a further embodiment of the invention.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and that each also develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is also intended to encompass combinations of the features of the embodiments other than those illustrated. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols designate elements with the same function.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batterieanordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batterieanordnung 10 weist dabei mehrere Batteriezellen 12 auf, von denen exemplarisch eine erste Batteriezelle 12a und eine zweite Batteriezelle 12b dargestellt sind. In diesem Beispiel sind die Batteriezellen 12 als Rundzellen ausgebildet und weisen eine Terminalseite 14 mit daran angeordneten Zellpolen 16 auf, insbesondere einem Pluspol 16a und einem Minuspol 16b. Der Terminalseite 14 ist eine Bodenseite 18 der Batteriezellen 12 angeordnet. Weiterhin weist die Batterieanordnung 10 eine Kühleinrichtung auf, die in diesem Beispiel als eine Kühlplatte 20 ausgebildet ist, die weiterhin in diesem Beispiel einen integrierten von einem Kühlmedium 22 durchströmbaren Kühlkanal 24 aufweist. Weiterhin sind die Batteriezellen 12 über ihre Bodenseite 18 an der Kühleinrichtung 20, insbesondere an einer ersten Kühlseite 20a der Kühleinrichtung 20 angebunden. Die Anbindung ist hierbei über eine Multifunktionsschicht 26 bereitgestellt. Diese Multifunktionsschicht 26 übernimmt dabei mehrere Anbindungsaufgaben gleichzeitig. Insbesondere sorgt diese Multifunktionsschicht 26 einerseits für eine sehr gute thermische Kopplung der jeweiligen Batteriezellen 12 mit der Kühleinrichtung 20, sowie für eine mechanische Anbindung der Zellen 12 an die Kühleinrichtung 20. Zudem sorgt die Multifunktionsschicht 26 gleichzeitig für eine elektrische Isolierung zwischen den Batteriezellen 12 und der Kühleinrichtung 20, insbesondere auch ohne dabei die Batteriezellen 12 untereinander miteinander elektrisch zu koppeln. 1 shows a schematic representation of a battery arrangement 10 according to an embodiment of the invention. The battery arrangement 10 has a plurality of battery cells 12, of which a first battery cell 12a and a second battery cell 12b are shown as examples. In this example, the battery cells 12 are designed as round cells and have a terminal side 14 with cell poles 16 arranged thereon, in particular a positive pole 16a and a negative pole 16b. A bottom side 18 of the battery cells 12 is arranged on the terminal side 14 . Furthermore, the battery arrangement 10 has a cooling device, which in this example is embodied as a cooling plate 20 which, in this example, also has an integrated cooling channel 24 through which a cooling medium 22 can flow. Furthermore, the battery cells 12 are connected to the cooling device 20 via their bottom side 18 , in particular to a first cooling side 20a of the cooling device 20 . In this case, the connection is provided via a multifunction layer 26 . This multifunction layer 26 takes on several connection tasks at the same time. In particular, this multifunctional layer 26 ensures very good thermal coupling of the respective battery cells 12 to the cooling device 20, as well as mechanical connection of the cells 12 to the cooling device 20. In addition, the multifunctional layer 26 simultaneously ensures electrical insulation between the battery cells 12 and the Cooling device 20, in particular without electrically coupling the battery cells 12 to one another.

Dies lässt sich nun vorteilhafterweise dadurch erreichen, indem diese Multifunktionsschicht 26 zum einen eine elektrisch isolierende Trägerschicht 28 umfasst. Diese weist wiederum eine erste Seite 28a auf, die den Batteriezellen 12 zugewandt ist, und eine zweite Seite 28b, die der Kühleinrichtung 20 zugewandt ist. Auf mindestens einer dieser beiden Seiten 28a, 28b der Trägerschicht 28 ist zudem eine metallische Fadenteppichstruktur 30a, 30b angeordnet. In diesem Beispiel ist auf beiden Seiten 28a, 28b der Trägerschicht 28 eine solche metallische Fadenteppichstruktur 30a, 30b angeordnet. Diese Fadenteppichstruktur 30a, 30b ist dabei insbesondere als Nanostruktur ausgebildet und umfasst vielzählige kleine Fäden 32, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 lediglich einer mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Abmessungen eines solchen Fadens 32 beziehungsweise Nanodrahts 32 können dabei im Nanometerbereich beziehungsweise Mikrometerbereich liegen. Die einzelnen Fäden 32 stehen dabei von der Trägerschicht 28 in der hier dargestellten z-Richtung ab und bilden dabei eine teppichähnliche Struktur. Die Fäden 32 können in der dargestellten z-Richtung zum Beispiel eine Länge zwischen 20 und 40 µm aufweisen und beispielsweise einen Durchmesser im einstelligen Mikrometerbereich, zum Beispiel zwischen 2 und 3 µm. Einer jeweiligen Batteriezelle 12 kann dabei ein jeweiliger Anbindungsbereich 34a, 34b der Multifunktionsschicht 26 zugeordnet sein. In diesem Beispiel ist also die erste Batteriezelle 12a über ihren zugeordneten Anbindungsbereich 34a der Multifunktionsschicht 26 an die darunterliegende Kühleinrichtung 20 angebunden, und die zweite Batteriezelle 12b ist über den ihr zugeordneten Anbindungsbereich 34b an die Kühleinrichtung 20 angebunden. Die Fadenteppichstruktur 30a, die auf der ersten Seiten der Trägerschicht 28 angeordnet ist, kann sich also in diese Anbindungsbereiche 34a, 34b gliedern, die zumindest auf der ersten Seite 28a der Trägerschicht 28 räumlich voneinander separiert sind.This can now advantageously be achieved in that this multifunctional layer 26 comprises an electrically insulating carrier layer 28 on the one hand. This in turn has a first side 28a which faces the battery cells 12 and a second side 28b which faces the cooling device 20 . A metallic thread carpet structure 30a, 30b is also arranged on at least one of these two sides 28a, 28b of the carrier layer 28. In this example, such a metallic thread carpet structure 30a, 30b is arranged on both sides 28a, 28b of the carrier layer 28. This thread carpet structure 30a, 30b is designed in particular as a nanostructure and includes numerous small threads 32, of which for reasons of clarity in 1 only one is provided with a reference number. The dimensions of such a thread 32 or nanowire 32 can be in the nanometer range or micrometer range. The individual threads 32 protrude from the carrier layer 28 in the z-direction shown here and form a carpet-like structure. The threads 32 can have a length of between 20 and 40 μm in the illustrated z-direction, for example, and a diameter in the single-digit micrometer range, for example between 2 and 3 μm. A respective connection area 34a, 34b of the multifunction layer 26 can be assigned to a respective battery cell 12 . In this example, the first battery cell 12a is connected to the underlying cooling device 20 via its assigned connection area 34a of the multifunctional layer 26, and the second battery cell 12b is connected to the cooling device 20 via the connection area 34b assigned to it. The thread carpet structure 30a, which is arranged on the first side of the backing layer 28, can ie divided into these connection areas 34a, 34b, which are spatially separated from one another at least on the first side 28a of the carrier layer 28.

2 zeigt noch einmal eine schematische Darstellung der Multifunktionsschicht in einer Draufsicht von oben auf die in 1 dargestellte z-Achse. Die Fadenteppichstruktur 30a ist dabei ausschließlich in den jeweiligen Anbindungsbereichen 34 angeordnet beziehungsweise kann die Gesamtheit der in diesen Anbindungsbereichen 34 vorhandenen metallischen Fadenteppiche als die metallische Fadenteppichstruktur 30a auf der ersten Seiten 28a der Trägerschicht 28 bildend angesehen werden. Die metallische Fadenteppichstruktur 30a gliedert sich damit in die jeweiligen Fadenteppiche in den einzelnen Anbindungsbereichen 34. Zwischen den jeweiligen Anbindungsbereichen 34 ist auf der ersten Seite 28a der Trägerschicht 28 keine metallische Fadenteppichstruktur und auch sonst keine metallische Struktur vorhanden. Mit anderen Worten sind die einzelnen Fadenteppichstruktureinheiten der einzelnen Anbindungsbereiche 34 voneinander räumlich und elektrisch voneinander isoliert. Dies gewährleistet, dass die einzelnen Zellen 12 voneinander elektrisch isoliert sind. Weiterhin können die einzelnen Anbindungsbereiche 34 an die Geometrie der Bodenseiten 18 der jeweiligen Batteriezellen 12 angepasst sein. In diesem Fall sind die Anbindungsbereiche 34 ebenfalls mit einer runden Geometrie ausgebildet, was jedoch nicht notwendigerweise der Fall sein muss. Hinsichtlich der geometrischen Abmessungen dieser Anbindungsbereiche 34 können diese genauso groß ausgebildet sein, wie die Bodenseiten 18 der Batteriezellen 12 oder auch etwas größer, wie zum Beispiel auch in 1 dargestellt, was den Vorteil hat, dass hierdurch Fertigungstoleranzen beim Setzen der Batteriezellen 12 auf die Multifunktionsschicht 26 kompensiert werden können. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass die Anbindungsbereiche 34 etwas kleiner ausgestaltet sind hinsichtlich ihrer geometrischen Abmessungen als die Bodenseiten 18 der jeweiligen Batteriezellen 12. Die Multifunktionsschicht 26 umfasst dabei so viele Anbindungsbereiche 34 wie Batteriezellen 12 an die Kühleinrichtung 20 angebunden werden sollen. Die geometrische Anordnung der Anbindungsbereiche 34 korrespondiert dann entsprechend zur geometrischen Anordnung der Batteriezellen 12, so dass jede Batteriezelle 12 über genau einen nur ihr zugeordneten Anbindungsbereich 34 an die Kühlstruktur 20 angebunden ist. In 2 sind lediglich einige solcher Anbindungsbereiche 34 auf der Trägerschicht 28 in einer rein exemplarischen geometrischen Anordnung dargestellt. 2 shows once again a schematic representation of the multifunction layer in a top view of the in 1 shown z-axis. The thread carpet structure 30a is arranged exclusively in the respective connection areas 34 or the entirety of the metallic thread carpets present in these connection areas 34 can be regarded as forming the metallic thread carpet structure 30a on the first side 28a of the carrier layer 28 . The metallic thread carpet structure 30a is thus divided into the respective thread carpets in the individual connection areas 34. Between the respective connection areas 34 there is no metallic thread carpet structure on the first side 28a of the carrier layer 28 and no other metallic structure either. In other words, the individual thread carpet structure units of the individual connection areas 34 are spatially and electrically insulated from one another. This ensures that the individual cells 12 are electrically isolated from one another. Furthermore, the individual connection areas 34 can be adapted to the geometry of the bottom sides 18 of the respective battery cells 12 . In this case, the connection areas 34 are also designed with a round geometry, but this does not necessarily have to be the case. With regard to the geometric dimensions of these connection areas 34, they can be designed to be just as large as the bottom sides 18 of the battery cells 12 or also somewhat larger, as for example also in 1 shown, which has the advantage that this allows manufacturing tolerances to be compensated for when the battery cells 12 are placed on the multifunctional layer 26 . Alternatively, it can also be provided that the connection areas 34 are designed somewhat smaller in terms of their geometric dimensions than the bottom sides 18 of the respective battery cells 12. The multifunctional layer 26 comprises as many connection areas 34 as battery cells 12 are to be connected to the cooling device 20. The geometric arrangement of the connection areas 34 then corresponds accordingly to the geometric arrangement of the battery cells 12, so that each battery cell 12 is connected to the cooling structure 20 via precisely one connection area 34 that is assigned only to it. In 2 only some of such connection areas 34 on the carrier layer 28 are shown in a purely exemplary geometric arrangement.

Auf der zweiten Seite 28b der Trägerschicht 28 kann die Fadenteppichstruktur 30b genauso ausgestaltet sein, zum Beispiel wie in 2 für die oberseitige Fadenteppichstruktur 30a dargestellt und/oder oben beschrieben. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass sich die Fadenteppichstruktur 30b auf der Unterseite 28b der Trägerschicht 28 über die gesamte Trägerschicht 28 hinweg erstreckt. Mit anderen Worten muss die Fadenteppichstruktur 30b auf der Unterseite 28b nicht notwendigerweise in einzelne, räumlich separierte Anbindungsbereiche 34 gegliedert sein.On the second side 28b of the carrier layer 28, the thread carpet structure 30b can be configured in exactly the same way, for example as in FIG 2 for the top thread carpet structure 30a and/or described above. Alternatively, however, it is also conceivable for the thread carpet structure 30b to extend over the entire carrier layer 28 on the underside 28b of the carrier layer 28 . In other words, the thread carpet structure 30b does not necessarily have to be divided into individual, spatially separated connection areas 34 on the underside 28b.

Zudem ist es auch denkbar, dass die obere Fadenteppichstruktur 30a oder die untere Fadenteppichstruktur 30b durch eine andere Anbindungsmöglichkeit substituiert ist. Beispielsweise kann die Trägerschicht über einen Klebstoff oder einer Wärmeleitpaste, wie dem Gapfiller auch direkt, d.h. anstelle der oberen Fadenteppichstruktur 30a oder der unteren Fadenteppichstruktur 30b, an die Zellen 12 bzw. die Kühleinrichtung 20 angebunden sein. Das Vorsehen sowohl einer Fadenteppichstruktur 30a, 30b beidseitig auf der Trägerschicht 28 hat jedoch den großen Vorteil, dass sich das Herstellungsverfahren bzw. der Batteriezusammenbau enorm vereinfacht, da die Multifunktionsschicht 26 als eine Art Multifunktionsfolie ähnlich einem doppelseitigem Klebeband vorab bereitgestellt werden kann. So muss diese lediglich zwischen Kühlboden 20 und Zellen 12 eingelegt werden und verpresst werden. Hierbei sind dann keine weiteren Wartezeiten erforderlich wie im Falle der Verwendung eines Wärmeleitklebstoffs.In addition, it is also conceivable that the upper thread carpet structure 30a or the lower thread carpet structure 30b is substituted by another connection option. For example, the carrier layer can also be connected directly to the cells 12 or the cooling device 20 via an adhesive or a thermally conductive paste, such as the gap filler, i.e. instead of the upper thread carpet structure 30a or the lower thread carpet structure 30b. However, the provision of a thread carpet structure 30a, 30b on both sides of the carrier layer 28 has the great advantage that the manufacturing process or battery assembly is simplified enormously, since the multifunctional layer 26 can be provided in advance as a type of multifunctional film similar to a double-sided adhesive tape. This only has to be inserted between the cooling floor 20 and the cells 12 and pressed. In this case, no further waiting times are required as in the case of using a thermally conductive adhesive.

Die geometrische Abmessung eines solchen Anbindungsbereichs 34 beträgt dabei vorzugsweise zwischen 10 und 100 cm². Dies entspricht typischen Zellformaten im Kraftfahrzeugbereich. Zudem ist die Multifunktionsschicht 26 vorzugsweise so ausgestaltet, dass die Wärmeleitfähigkeit in einem jeweiligen Anbindungsbereich 34 vorzugsweise zwischen einschließlich 0,5 und 10 W/mK beträgt. Die Scherfestigkeit in einem jeweiligen Anbindungsbereich 34 der Multifunktionsschicht 26 liegt dabei vorzugsweise zwischen einschließlich 0,5 und 10 MPa. Die elektrische Durchschlagsfestigkeit der elektrischen Isolationsschicht, das heißt der Trägerschicht 28, liegt dabei vorzugsweise zwischen 3 und 10 kV. Die metallische Fadenteppichstruktur 30a, 30b kann dabei ähnlich gestaltet sein wie bei einem Klettverschluss, zum Beispiel durch Surfi-Sculpt vom Unternehmen TWI oder Klett-Welding von NanoWired, und ist vorzugsweise aus Kupfer. Die elektrische Isolationsschicht 28 ist vorzugsweise als eine durchgängige, flächige elektrisch isolierende Schicht 28 ausgebildet, welche eine Biegeelastizität aufweist, vorzugsweise ausgeführt aus Polyimid. Beispielsweise kann diese Isolationsschicht 28 als Kunststofffolie bereitgestellt werden. Diese ist zur Bildung der jeweiligen Anbindungsbereiche 34 lokal und beidseitig von der metallischen Fadenteppichstruktur 30a, 30b umgeben.The geometric dimension of such a connection area 34 is preferably between 10 and 100 cm ² . This corresponds to typical cell formats in the automotive sector. In addition, the multifunctional layer 26 is preferably designed in such a way that the thermal conductivity in a respective connection area 34 is preferably between 0.5 and 10 W/mK inclusive. The shear strength in a respective connection area 34 of the multifunctional layer 26 is preferably between 0.5 and 10 MPa inclusive. The dielectric strength of the electrical insulation layer, ie the carrier layer 28, is preferably between 3 and 10 kV. The metallic thread carpet structure 30a, 30b can be designed similarly to a Velcro fastener, for example by Surfi-Sculpt from the company TWI or Klett-Welding from NanoWired, and is preferably made of copper. The electrical insulation layer 28 is preferably designed as a continuous, flat electrically insulating layer 28 which has bending elasticity, preferably made of polyimide. For example, this insulating layer 28 can be provided as a plastic film. This is surrounded locally and on both sides by the metallic thread carpet structure 30a, 30b to form the respective connection areas 34.

Ein besonders großer Vorteil der Multifunktionsschicht 26 besteht nun darin, dass sich durch das Vorsehen einer solchen metallischen Fadenteppichstruktur 30a, 30b eine optimale Anpassung der thermischen Wärmeleitfähigkeit in den jeweiligen Anbindungsbereichen 34 angepasst an die jeweiligen Batteriezellen 12 und deren Position auf der Kühleinrichtung 20 und/oder angepasst auf eventuell vorhandene oder zu erwartende Hotspots bereitstellen lässt. Dies lässt sich insbesondere dadurch besonders einfach und vorteilhaft realisieren, indem die metallische Fadenteppichstruktur 30a in den jeweiligen Anbindungsbereichen 34 eine Substruktur aufweist, wie diese anhand von 3 und 4 veranschaulicht ist.A particularly great advantage of the multifunctional layer 26 is that the provision of such a metallic thread carpet structure 30a, 30b enables an optimal adaptation of the thermal conductivity in the respective connection areas 34 to the respective battery cells 12 and their position on the cooling device 20 and/or adapted to any existing or expected hotspots. This can be realized in a particularly simple and advantageous manner in that the metallic thread carpet structure 30a has a substructure in the respective connection areas 34, as shown in FIG 3 and 4 is illustrated.

3 und 4 zeigen dabei jeweils einen Teilbereich 26' der Multifunktionsschicht 26 mit einem jeweiligen Anbindungsbereich 34a, 34b, der mit einer solchen Substruktur 36 ausgestaltet ist. In beiden Fällen ist diese Substruktur 36 aus mindestens einem Strukturbereich 38 und mindestens einem Freibereich 40 gebildet. In den Freibereichen 40 ist dabei keine metallische Fadenteppichstruktur 30a angeordnet, in dem Strukturbereich 38 dagegen schon. Mit anderen Worten besteht die Multifunktionsschicht 28 in den Freibereichen 40 ausschließlich aus der Trägerschicht 28 beziehungsweise Abschnitten von dieser. Im Beispiel in 3 ist diese Substruktur 36 durch konzentrische Ringe gebildet. In diesem Fall umfasst die Substruktur 36 drei Strukturbereiche 38 und drei Freibereiche 40. Diese verlaufen jeweils als konzentrische Ringe. Im Beispiel in 4 umfasst die Substruktur 36 nur einen zusammenhängenden, gitterförmigen Strukturbereich 38 und neun Freibereiche 40, die in diesem Beispiel rechteckig ausgebildet sind, grundsätzlich aber jede Struktur haben können. 3 and 4 each show a partial area 26′ of the multifunction layer 26 with a respective connection area 34a, 34b, which is designed with such a substructure 36. In both cases, this substructure 36 is formed from at least one structure area 38 and at least one free area 40 . No metallic thread carpet structure 30a is arranged in the free areas 40, but in the structure area 38 it is. In other words, the multifunction layer 28 in the free areas 40 consists exclusively of the carrier layer 28 or sections thereof. In the example at 3 this substructure 36 is formed by concentric rings. In this case, the substructure 36 comprises three structure areas 38 and three free areas 40. These each run as concentric rings. In the example at 4 the substructure 36 includes only one cohesive, lattice-shaped structure area 38 and nine free areas 40, which are rectangular in this example, but can in principle have any structure.

Grundsätzlich kann diese Substruktur 36 durch jedes beliebige Muster aus Freibereichen 40 und Strukturbereichen 38 gebildet sein. Durch eine entsprechende Wahl des Musters oder Musterparameters, wie zum Beispiel Linienbreiten oder Ähnliches, der einzelnen Bereiche 38, 40 lässt sich somit vorteilhafterweise ein bestimmtes Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der Strukturbereiche 38 zur Gesamtfläche der Freibereiche 40 bereitstellen. Diese Verhältnis bestimmt dabei die thermische Leitfähigkeit im jeweiligen Anbindungsbereich 34. So können für unterschiedliche Anbindungsbereiche 34a, 34b beliebig angepasste und unterschiedliche thermische Wärmeleitfähigkeiten bereitgestellt werden. Dadurch ergibt sich also eine prozentuale, auf der Oberfläche 28a befindliche metallische Fadenteppichstruktur 30a der Funktionsschicht, das heißt der Multifunktionsschicht 26. Das Flächenverhältnis der Flächen der Bereiche 38 mit der metallischen Fadenteppichstruktur 30a zur gesamten Anbindungsfläche 18`, die zur Fläche der Bodenseite 18 einer jeweiligen Batteriezelle 12 korrespondiert, und zumindest näherungsweise mit der Fläche des Anbindungsbereichs 34 übereinstimmt, beträgt dabei vorzugsweise zwischen 0,005 : 1 und 1 : 1. Mit anderen Worten kann ein solcher Strukturbereich 38 maximal auch den gesamten Anbindungsbereich 34 beziehungsweise die gesamte Kopplungsfläche 18` bereitstellen oder minimal auch nur 5 Promille davon. Dadurch lässt sich die gewünschte thermische Leitfähigkeit besonders flexibel auf die gegebenen Anforderungen einstellen.In principle, this substructure 36 can be formed by any desired pattern of free areas 40 and structure areas 38 . A specific ratio between the total area of the structural areas 38 and the total area of the free areas 40 can thus advantageously be provided by appropriate selection of the pattern or pattern parameter, such as line widths or the like, of the individual areas 38 , 40 . This ratio determines the thermal conductivity in the respective connection area 34. In this way, any adapted and different thermal conductivities can be provided for different connection areas 34a, 34b. This results in a percentage of the metallic thread carpet structure 30a of the functional layer, i.e. the multifunctional layer 26, located on the surface 28a Battery cell 12 corresponds, and at least approximately corresponds to the area of connection area 34, is preferably between 0.005:1 and 1:1 also only 5 per thousand of it. As a result, the desired thermal conductivity can be adjusted particularly flexibly to the given requirements.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines Fügeprozesses zum Fügen der Batterieanordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batterieanordnung 10 kann dabei, wie zuvor bereits beschrieben, ausgebildet sein und umfasst wiederum exemplarisch zwei Batteriezellen 12, eine Kühleinrichtung 20 und eine dazwischen anzuordnende Multifunktionsschicht 26. Diese Komponenten werden dabei zunächst aufeinander angeordnet, das heißt die Multifunktionsschicht 26 auf der Oberseite 20a der Kühlplatte 20 und in den einzelnen Anbindungsbereichen 34 der Multifunktionsschicht 26 wiederum die einzelnen Batteriezellen 12. Anschließend kann diese Anordnung 10 mittels Pressplatten 40 verpresst werden, wobei dieses Verpressen durch die Pfeile 42 veranschaulicht ist. Diese Pfeile 42 veranschaulichen zudem die Kraftrichtungen der beim Verpressen wirkenden Kräfte. Somit kann die Verbindung der Zellen 12 mit der Kühlstruktur 20 tragend über ein solches Verpressen 42 hergestellt werden. Hierdurch kann vorteilhafterweise ein gleichzeitiges Fügen von Zelle 12, Funktionsschicht 26 und Kühlplatte 20 durch Verpressen, das heißt durch mechanische Kraftbeaufschlagung, bereitgestellt werden. Weiterhin kann dieser Fügeprozess zusätzlich durch eine Wärmeeinbringung und/oder Ultraschallanregung zwecks Verkürzung der Prozesszeit und Verbesserung der mechanischen Haftung unterstützt werden. Die durch die Pfeile veranschaulichten Anpresskräfte 42 können also entsprechend entweder kontinuierlich oder zusätzlich ultraschallangeregt ausgebildet sein. Dies erlaubt eine besonders einfache Fertigung der Batterieanordnung 10, da lediglich die multifunktionale Funktionsschicht 26 zwischen die Zellen 12 und der Kühlstruktur 20 eingelegt werden muss und anschließend die Batteriezellen 12 angedrückt werden müssen. 5 shows a schematic representation of a joining process for joining the battery arrangement 10 according to an embodiment of the invention. The battery arrangement 10 can be designed as already described above and in turn comprises, for example, two battery cells 12, a cooling device 20 and a multifunctional layer 26 to be arranged between them. These components are initially arranged one on top of the other, i.e. the multifunctional layer 26 on the upper side 20a of the cooling plate 20 and, in turn, the individual battery cells 12 in the individual connection areas 34 of the multifunctional layer 26 . This arrangement 10 can then be pressed by means of pressing plates 40 , this pressing being illustrated by the arrows 42 . These arrows 42 also illustrate the direction of force of the forces acting during pressing. The connection of the cells 12 to the cooling structure 20 can thus be produced in a load-bearing manner via such a pressing 42 . As a result, a simultaneous joining of cell 12, functional layer 26 and cooling plate 20 can advantageously be provided by pressing, ie by applying mechanical force. Furthermore, this joining process can also be supported by introducing heat and/or ultrasonic excitation in order to shorten the process time and improve the mechanical adhesion. The contact pressure forces 42 illustrated by the arrows can therefore be designed either continuously or additionally with ultrasound stimulation. This allows a particularly simple manufacture of the battery arrangement 10 since only the multifunctional functional layer 26 has to be inserted between the cells 12 and the cooling structure 20 and then the battery cells 12 have to be pressed on.

Weiterhin können auch metallische Fadenstrukturen, d.h. Fadenteppichstrukturen, an den Fügeflächen von Batteriezelle 12 und Kühlboden 20 zur Verbesserung der Verbindungseigenschaften angeordnet werden, wie dies in 6 veranschaulicht ist. 6 zeigt wiederum eine schematische Darstellung einer Batterieanordnung 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Insbesondere kann diese ebenfalls wie zuvor beschrieben ausgebildet sein, bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede. In diesem Beispiel weisen die Bodenseiten 18 der Batteriezellen 12 ebenfalls jeweils eine metallische Fadenteppichstruktur 30c auf, sowie auch die erste Seite 20a der Kühlstruktur 20. Die an den Bodenseiten 18 angeordneten metallischen Fadenteppichstrukturen sind hierbei mit 30c bezeichnet, und die am Kühlboden 20 angeordneten metallischen Fadenteppichstrukturen mit 30d. Auch diese sind wiederum innerhalb der jeweiligen Anbindungsbereiche 34 angeordnet, das heißt in einem Bereich zwischen der jeweiligen Bodenseite 18 der betreffenden Batteriezelle 12 und dem entgegen z-Richtung darunterliegenden Teilbereich der ersten Seite 20a des Kühlbodens 20. Die mit Bezug auf 3 und 4 beschriebenen Substrukturen 36 können dabei nicht nur in der metallischen Fadenteppichstruktur 30a auf der ersten Seite 28a der Trägerschicht 28 angeordnet sein, sondern können im Übrigen auch korrespondierend oder auch alternativ in der metallischen Fadenteppichstruktur 30b auf der zweiten Seite 28b der Trägerschicht 28 ausgebildet sein sowie zusätzlich oder alternativ auch in der metallischen Fadenteppichstruktur 30c an den Bodenseiten 18 der Zellen 12 sowie an den metallischen Fadenteppichstrukturen 30d auf dem Bodenseite 20.Furthermore, metallic thread structures, ie thread carpet structures, can also be arranged on the joining surfaces of battery cell 12 and cooling base 20 to improve the connection properties, as is shown in 6 is illustrated. 6 FIG. 1 again shows a schematic representation of a battery arrangement 10 according to a further exemplary embodiment of the invention. In particular, this can also be done as before described, except for the differences described below. In this example, the bottom sides 18 of the battery cells 12 also each have a metallic thread carpet structure 30c, as well as the first side 20a of the cooling structure 20. The metallic thread carpet structures arranged on the bottom sides 18 are denoted by 30c, and the metallic thread carpet structures arranged on the cooling base 20 with 30d. These are in turn arranged within the respective connection areas 34, ie in an area between the respective bottom side 18 of the relevant battery cell 12 and the opposite z-direction underlying portion of the first side 20a of the cooling base 20. The reference to 3 and 4 Substructures 36 described can not only be arranged in the metallic thread carpet structure 30a on the first side 28a of the carrier layer 28, but can also be formed correspondingly or alternatively in the metallic thread carpet structure 30b on the second side 28b of the carrier layer 28 as well as additionally or alternatively also in the metallic thread carpet structure 30c on the bottom sides 18 of the cells 12 and on the metallic thread carpet structures 30d on the bottom side 20.

Zudem ist es auch hier denkbar, dass die Anbindung an die Zellen 12 und/oder den Kühlboden 20 nicht beidseitig durch eine solche metallische Fadenteppichstruktur 30a, 30b, 30c, 30d realisiert sein muss, sondern beispielsweise einseitig mittels einer anderen Anbindungsmöglichkeit, zum Beispiel mittels einer aushärtbaren Wärmeleitpaste. Mit anderen Worten kann zum Beispiel eine solche metallische Fadenteppichstruktur nur auf der ersten Seite 28a oder nur auf der zweiten Seite 28b der Trägerstruktur 28 vorgesehen sein. Dabei ist den Ausgestaltungsmöglichkeiten keine Grenze gesetzt. In addition, it is also conceivable here that the connection to the cells 12 and/or the cooling floor 20 does not have to be implemented on both sides by such a metallic thread carpet structure 30a, 30b, 30c, 30d, but rather on one side by means of another connection option, for example by means of a curable thermal paste. In other words, such a metallic thread carpet structure can be provided only on the first side 28a or only on the second side 28b of the carrier structure 28, for example. There are no limits to the design options.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine multifunktionale Anbindung von Batteriezellen an eine Kühlstruktur bereitgestellt werden kann. Ermöglicht wird dabei der Einsatz einer multifunktionalen Funktionsschicht, welche der Batteriezellenanordnung angepasst ist. Hierbei wird die Verbindung der Zellen mit der Kühlstruktur tragend über Verpressen hergestellt, und neben einer mechanischen Verbindung mit hoher Festigkeit auch gleichzeitig eine gute thermische Kopplung und eine elektrische Isolierung ermöglicht.Overall, the examples show how a multifunctional connection of battery cells to a cooling structure can be provided by the invention. This enables the use of a multifunctional functional layer, which is adapted to the battery cell arrangement. Here, the connection of the cells to the cooling structure is produced by pressing, and in addition to a mechanical connection with high strength, good thermal coupling and electrical insulation are also made possible at the same time.

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DE 102017126724 A1 [0006]
DE 102018122007 A1 [0007]
DE 102017104906 A1 [0008, 0013]

Claims

Battery arrangement (10) with at least one first battery cell (12, 12a, 12b), a cooling device (20) for cooling the at least one first battery cell (12, 12a, 12b) and a multifunctional layer (26) for thermally coupling the at least one first battery cell (12, 12a, 12b) with the cooling device (20), the multifunctional layer (26) being arranged between the at least one first battery cell (12, 12a, 12b) and the cooling device (20) and having an electrically insulating carrier layer (28). , characterized in that the multifunctional layer (26) has a metallic thread carpet structure (30a, 30b) arranged on the carrier layer (28), which separates part of a first thermal path assigned to the at least one first battery cell (12, 12a, 12b) from the at least a first battery cell (12, 12a, 12b) for the cooling device (20).

Battery arrangement (10) after claim 1 , characterized in that the first battery cell (12, 12a, 12b) and/or the cooling device (20) is adhesively bonded to the multifunctional layer (26) by means of the metallic thread carpet structure (30a, 30b), in particular the metallic thread carpet structure (30a, 30b) has a metallic nanostructure.

Battery arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier layer (28) has a first side (28a) facing the at least one first battery cell (12, 12a, 12b) and a second side (28a) facing the cooling device (20). 28b), wherein the metallic thread carpet structure (30a, 30b) is arranged on the first side (28a) and/or the second side (28b) of the carrier layer (28).

Battery arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that on the first and/or second side (28a, 28b) of the carrier layer (28) there is a first connection region (34, 34a , 34b) is provided, which represents a first part of the metallic thread carpet structure (30a, 30b), wherein the first connection area (34, 34a, 34b) has a first thread carpet substructure (36) which is formed by at least one first structure area (38), in in which a carpet of metal threads is arranged, and at least one first free area (40) is formed in which no carpet of metal threads is arranged.

Battery arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the battery arrangement (10) comprises at least one second battery cell (12, 12a, 12b), the multifunctional layer (26) between the at least one second battery cell (12, 12a, 12b ) and the cooling device (20), wherein the carrier layer (28) is arranged on the first and/or second side (28a, 28b) as part of a second thermal path which is assigned to the second battery cell (12, 12a, 12b), a second connection area (34, 34a, 34b) assigned to the second battery cell (12, 12a, 12b) is provided, which represents a second part of the thread carpet structure (30a, 30b), the second connection area (34, 34a, 34b) being a second Thread carpet substructure (36), which is formed by at least one second structural area (38), in which a metal-safe thread carpet is arranged, and at least one second free area (40), in which no metal is cher thread carpet is arranged, wherein the first and the second connection area (34, 34a, 34b) are each locally limited and are spatially separated from each other.

Battery arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the second connection area (34, 34a, 34b) has a second free area (40) in which a metallic thread carpet is arranged, the first connection area (34, 34a, 34b ) a first coverage ratio and the second connection area (34, 34a, 34b) are assigned a second coverage ratio, which are each defined as a quotient of an area of the structural area (38) and the area of the free area (40), with the first and the second coverage ratio differ from each other.

Battery arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first battery cell (12, 12a, 12b) has a cell base (18), the first battery cell (12, 12a, 12b) being arranged on the multifunctional layer (26) in this way is that the cell floor (18) faces the multifunction layer (26), the cell floor (18) having a second metallic thread carpet structure (30c) which is arranged on the multifunction layer (26), in particular on the first connection area (34, 34a, 34b).

Battery arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device (20) has a first cooling side (20a) which faces the multifunctional layer (26), the first cooling side (20a) having a third metallic thread carpet structure (30d) which is arranged on the multifunctional layer (26), in particular on at least a fourth metallic thread carpet structure (30b) which is arranged on the second side of the carrier layer (28).

Multifunctional layer (26) for a battery arrangement (10), which comprises at least one battery cell (12, 12a, 12b) and a cooling device (20) for cooling the at least one battery cell (12, 12a, 12b), the multifunctional layer (26) for thermal coupling of the at least one battery cell (12, 12a, 12b) to the cooling device (20) can be arranged between the at least one battery cell (12, 12a, 12b) and the cooling device (20) and has an electrically insulating carrier layer (28), characterized characterized in that the multifunctional layer (26) has a metallic thread carpet structure (30a, 30b) arranged on the carrier layer (28), which separates part of a thermal path assigned to the at least one battery cell (12, 12a, 12b) from the at least one battery cell (12 , 12a, 12b) to the cooling device (20).

Method for producing a battery arrangement (10) with at least one battery cell (12, 12a, 12b), a cooling device (20) for cooling the at least one battery cell (12, 12a, 12b) and a multifunctional layer (26) for thermally coupling the at least one Battery cell (12, 12a, 12b) with the cooling device (20), the multifunctional layer (26) being arranged between the at least one battery cell (12, 12a, 12b) and the cooling device (20) and having an electrically insulating carrier layer (28). , characterized in that the multifunctional layer (26) has a metallic thread carpet structure (30a, 30b) arranged on the carrier layer (28), the multifunctional layer (26) being positioned between the at least one battery cell (12, 12a, 12b) and the cooling device ( 20) is arranged that the metallic thread carpet structure (30a, 30b) a part of one of the at least one battery cell (12, 12a, 12b) associated thermal path of d it provides at least one battery cell (12, 12a, 12b) for the cooling device (20).