DE102022130042A1

DE102022130042A1 - Batterieanordnung mit verbesserten elektrischen, thermischen, mechanischen, chemischen und/oder elektrisch isolierenden Eigenschaften, sowie Verfahren zum Herstellen einer Batterieanordnung

Info

Publication number: DE102022130042A1
Application number: DE102022130042.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Altersberger; Christian Burs; Olav Birlem
Original assignee: Audi AG; Nanowired GmbH
Current assignee: Audi AG; Nanowired GmbH
Priority date: 2022-11-14
Filing date: 2022-11-14
Publication date: 2024-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug, die mindestens eine erste Batteriezelle (12) umfasst. Dabei weist die Batterieanordnung (10) eine Nanodrahtanordnung (50) auf, die als ein Bestandteil der ersten Batteriezelle (12) ausgebildet ist oder die an einem Teil der ersten Batteriezelle (12) angeordnet ist, wobei die Nanodrahtanordnung (50) vielzählige, elektrisch leitfähige Nanodrähte (50a) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung für ein Kraftfahrzeug, die mindestens eine erste Batteriezelle umfasst. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieanordnung.
Batteriezellen gewinnen im Automobilbereich immer mehr an Bedeutung. Im Zuge der Entwicklung von Elektrofahrzeugen besteht das ständige Bestreben, Batteriezellen, die Teil einer Hochvoltbatterie eines solchen Elektrofahrzeugs sind, hinsichtlich ihrer elektrischen, thermischen, chemischen, mechanischen oder auch elektrisch isolierenden Eigenschaften zu verbessern. Beispielsweise ist es wünschenswert, die Reichweite solcher Elektrofahrzeuge zu erhöhen, zum Beispiel durch leistungsfähigere Batteriezellen, das elektrische Laden der Zellen zu beschleunigen, die Kühlung oder Temperierung der Batteriezellen zu verbessern, Bauraum zu sparen, die Zellen möglichst mechanisch stabil auszugestalten, für eine ausreichende elektrische Isolierung zu anderen Komponenten zu sorgen und auch die Fehleranfälligkeit von Zellen zu reduzieren und die Sicherheit zu erhöhen.
Die WO 2021/185616 A1 beschreibt ein Verbindungselement zum Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil, wobei das Verbindungselement auf einer ersten Verbindungsfläche an einer ersten Seite und auf einer Verbindungsfläche an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite jeweils eine Vielzahl von Nanodrähten aufweist. Weiterhin kann das Verbindungselement mit korrespondierenden Kontaktflächen des ersten und zweiten Bauteils zusammengefügt werden. Somit können die beiden Bauteile über das Verbindungselement verbunden werden. Das Verbindungselement kann folienartig ausgebildet sein.
Das Bestreben, Batteriezellen hinsichtlich ihrer Eigenschaften zu optimieren, bleibt dennoch weiterhin bestehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Batterieanordnung und ein Verfahren bereitzustellen, die es ermöglichen, den Betrieb und/oder die Eigenschaften von Batteriezellen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batterieanordnung 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.
Eine erfindungsgemäße Batterieanordnung für ein Kraftfahrzeug weist mindestens eine Batteriezelle auf. Dabei weist die Batterieanordnung zusätzlich eine Nanodrahtanordnung auf, die als ein Bestandteil der ersten Batteriezelle ausgebildet ist oder die an einem Teil der ersten Batteriezelle angeordnet ist, wobei die Nanodrahtanordnung vielzählige, elektrisch leitfähige Nanodrähte umfasst.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass sich Nanodrahtanordnungen einerseits in sehr vielen unterschiedlichen Ausprägungen bereitstellen lassen, und andererseits vor allem die Kombination aus einer solchen Nanodrahtanordnung und einer Batteriezelle enorm viele Vorteile mit sich bringt und vor allem erlaubt, die Eigenschaften und die Betriebsweise einer solchen Batteriezelle in vielerlei Hinsicht zu optimieren. Beispielsweise kann eine solche Nanodrahtanordnung als Verbindungselement zu einem weiteren Bauteil verwendet werden. Durch die verschiedenen Ausprägungen, die eine solche Nanodrahtanordnung bereitstellen kann, ist es möglich, eine solche Verwendung, zum Beispiel elektrisch leitfähig zu gestalten, insbesondere ohne nennenswerte elektrische Übergangswiderstände. Ebenso lässt sich durch eine Nanodrahtanordnung eine Verwendung mit hervorragenden thermischen Eigenschaften, das heißt eine sehr gut thermisch leitfähige Verbindung, bereitstellen. Ebenso kann durch eine Nanodrahtanordnung bei Bedarf eine elektrisch isolierende Verbindung zu einem weiteren Bauteil bereitgestellt werden. Dies ermöglicht beispielsweise, wie später näher erläutert, die Anbindung von Zellverbindern an die Zelle mit äußert geringen elektrischen Übergangswiderständen, eine hervorragende thermische Anbindung einer Batteriezelle, zum Beispiel an eine Kühlung, eine elektrisch isolierende aber thermisch gut leitfähige Anbindung von zum Beispiel Temperatursensoren an beliebiger Stelle einer solchen Zelle, z.B. direkt and die Zellpole, und so weiter. Darüber hinaus lässt sich durch eine solche Nanodrahtanordnung aber nicht nur eine Verbindung zu einem anderen Bauteil herstellen, sondern die Nanodrahtanordnung kann beispielsweise auch genutzt werden, um durch die Vielzähligen Nanodrähte eine Oberfläche der Batteriezelle enorm zu vergrößern, z.B. um das 1000-fache. Dies kann eine äußere Oberfläche sein, um zum Beispiel den Wärmeaustausch mit der Umgebung zu fördern, oder auch eine Oberfläche im Zellinneren, wodurch sich z.B. eine Filterwirkung erzielen lässt, oder sogar die Oberfläche eines Aktivmaterials des Zellkerns, um die Leistungsdichte der Batteriezelle zu erhöhen. Die verschiedenen Ausbildungsmöglichkeiten einer solchen Nanodrahtanordnung, vor allem wenn die Nanodrahtanordnung als eine Fügeverbindung genutzt wird, hat den großen Vorteil, dass sich hierbei Fügeverbindungen bereitstellen lassen, die ein Fügen bei Raumtemperatur oder im Allgemeinen bei niedrigen Temperaturen und auch bei niedrigem Druck ermöglichen. Dies ist gerade in Kombination mit Batteriezellen enorm von Vorteil, da Batteriezellen relativ Temperatur- und Druckempfindlich sind und bei zu hohem Druck beschädigt werden können und bei zu hohen Temperaturen beispielsweise ein thermisches Durchgehen einer solchen Batteriezelle droht. Insgesamt ermöglicht damit die Kombination aus einer Batteriezelle und einer Nanodrahtanordnung damit sowohl die Verbesserung der elektrischen als auch chemischen als auch mechanischen als auch thermisch leitfähigen und auch thermisch isolierenden Eigenschaften einer Batteriezelle.
Die Nanodrähte der Nanodrahtanordnung sind aus einem metallischen Material. Dabei können grundsätzlich verschiedene metallische Materialien zum Einsatz kommen. Weiterhin kann unter einem Nanodraht im Allgemeinen jeder materielle Körper verstanden werden, der eine drahtähnliche Form und eine Größe im Bereich von wenigen Nanometern bis zu wenigen Mikrometern hat. Ein Nanodraht kann zum Beispiel eine kreisförmige, ovale oder mehreckige Grundfläche aufweisen. Insbesondere kann ein Nanodraht eine hexagonale Grundfläche aufweisen. Die Nanodrähte können zum Beispiel eine Länge im Bereich von 100 Nanometern bis 100 Mikrometern aufweisen und einen Durchmesser im Bereich von 10 Nanometern bis 10 Mikrometern. Das Verbindungsprinzip, sofern die Nanodrahtanordnung als Verbindungselement verwendet wird, beruht auf der extrem großen Oberfläche, die durch die einzelnen Nanodrähte insgesamt bereitgestellt werden kann. Über diese enorm große Oberfläche können Van-der-Waals-Kräfte auf atomarer Ebene wirken und ermöglichen damit eine besonders stabile Verbindung zu einem anderen Fügepartner. Sofern die Nanodrahtanordnung nicht elektrisch isolierend ausgeführt ist, kann damit auch eine besonders gute elektrisch leitende Verbindung bereitgestellt sein. In jedem Fall wird hier deutlich vor allem eine thermisch gut leitfähige Verbindung bereitgestellt.
Im Folgenden soll kurz auf die verschiedenen Ausbildungsmöglichkeiten der Nanodrahtanordnung und deren Herstellungsmöglichkeiten eingegangen werden. Insbesondere werden im Folgenden unterschiedliche Verbindungsmöglichkeiten erläutert, die unter Verwendung der Nanodrahtanordnung bereitgestellt werden können, und die als KlettWelding, KlettWelding⁺, KlettWelding-Underfill, KlettSintering, KlettSintering⁺, KlettGluing und KlettGluing⁺ bezeichnet werden.
Eine erste Verbindungsmöglichkeit stellt das KlettWelding dar. Beim KlettWelding werden zunächst beide Fügepartner strukturiert. Bei der Strukturierung werden die Bereiche, die mit den Nanodrähten versehen werden sollen, definiert. Dies kann mittels einer Maskierung erfolgen. Auf diesen definierten Bereichen werden dann die Nanodrähte ausgebildet, insbesondere mittels eines galvanischen Prozesses. Hierbei wird eine Art Schwamm, der einen Elektrolyten trägt, auf das Substrat gepresst. Der metallische Rasen wächst dabei in die Porösitätsschicht des Schwamms hinein. Durch den erwähnten Strukturierungsprozess werden die Substrate in den vorgesehenen Bereichen beschichtet. Damit lassen sich Nanodrähte aus praktisch allen galvanisch abscheidbaren Metallen herstellen. Vor allem Kupfer, Gold, Silber und Nickel sind hierfür besonders gut geeignet. Somit können also beide Fügepartner mit entsprechenden Nanodrähten versehen werden. Das Erzeugen der Nanodrähte wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als NanoWiring bezeichnet. Anschließend werden die beiden Fügepartner in ihren mit Nanodrähten versehenen Bereichen zusammengedrückt. Das Fügen erfolgt hierbei bei Raumtemperatur und bei einem Druck von mindestens 15 Megapascal, zum Beispiel mit 20 Megapascal. Das Fügen mittels KlettWelding ist dabei extrem schnell und kann innerhalb weniger Millisekunden, zum Beispiel 60 Millisekunden, durchgeführt werden. Beim so genannten KlettWelding⁺ kann ganz analog vorgegangen werden mit dem Unterschied, dass während des Fügevorgangs, das heißt beim Zusammenpressen der beiden mit Nanodrähten versehenen Bereiche eine zusätzliche Erhitzung der zu fügenden Stelle stattfindet, insbesondere auf eine Temperatur von circa 160 Grad Celsius. Der Fügedruck beträgt hierbei mindestens 10 Megapascal. Dadurch kann eine noch stärkere Verbindung bereitgestellt werden. Beim so genannten KlettWelding-Underfill wird zusätzlich noch ein Klebstoff verwendet, der auf die Fügestelle, auf einen oder beide Fügepartner, vor dem Zusammenpressen aufgetragen wird. Dabei kommen verschiedene Klebstoffe in Frage, die sich in Ihren Aushärteeigenschaften bzw. Aushärtearten und Aushärtetemperaturen unterscheiden. Dies ermöglicht ein Fügen bei sehr niedrigen Temperaturen und mit einem Fügedruck von mindestens 1 Megapascal. Dadurch kann ein besonders schonendes Fügen bereitgestellt werden.
Beim KlettSintering wird nur einer der beiden Fügepartner mit Nanodrähten versehen. Der Vorbereitungsaufwand kann hierdurch reduziert werden. Die Fügetemperatur beträgt hierbei wiederum circa 170 Grad Celsius und es ist ein Fügedruck von 10 Megapascal erforderlich. Beim KlettSintering⁺ wird ein sogenanntes KlettWelding-Tape mit Nanodrähten verwendet, das Ähnlich wie ein Klebeband eingesetzt werden kann, wobei die „klebenden“ Eigenschaften jedoch nicht durch einen Klebstoff bereitgestellt, sondern durch die oben beschriebenen Nanodrähte bereitgestellt werden. Das KlettWelding-Tape kann zum Beispiel durch eine Trägerschicht bereitgestellt sein, auf welcher beidseitig vielzählige Nanodrähte angeordnet sind, die wie oben beschrieben erzeugt sind. Das KlettWelding-Tape kann flexibel ausgebildet sein. Die beiden Fügepartner müssen entsprechend nicht mit einer Nanodrahtanordnung versehen sein. Das KlettWelding-Tape kann zwischen die Fügepartner eingebracht werden und diese dann entsprechend zusammengedrückt werden. Die Fügetemperatur beträgt dabei wiederum zirka 170 Grad Celsius und der Fügedruck beträgt mindestens 10 Megapascal. Der Träger des KlettWelding-Tapes kann dabei auch elektrisch isolierend ausgeführt sein. Dies ermöglicht es zusätzlich, die Fügepartner voneinander elektrisch zu isolieren.
Beim KlettGluing erfolgt der Fügeprozess, ähnlich wie beim KlettSintering, mit dem Unterschied, dass hier bei einerseits wiederum zusätzlich ein Klebstoff verwendet wird, der auf die Fügestelle aufgebracht wird, und andererseits ist sowohl die Fügetemperatur sehr niedrig als auch der Fügedruck, der mindestens ein Megapascal beträgt. Beim KlettGluing⁺ wird wiederum wie beim KlettSintering⁺ ein KlettWelding-Tape verwendet, mit dem Unterschied, dass nun auch hier zusätzlich ein Klebstoff, insbesondere auf beide Fügeflächen der Fügepartner oder zusätzlich oder alternativ auf eine oder beide Tapeseiten, aufgebracht wird. Die Fügepartner selbst müssen dabei keine Nanodrähte aufweisen. Auch hierdurch wird es möglich, die Temperatur und den Druck gegenüber dem KlettSintering⁺ zu erniedrigen. Auch dieser Fügevorgang kann entsprechend bei einer niedrigen Temperatur mit einem Fügedruck von mindestens einem Megapascal durchgeführt werden. Da auch hierbei wiederum ein KlettWelding-Tape verwendet wird, kann auch hierdurch wiederum eine elektrisch isolierende Fügeverbindung bereitgestellt werden.
Die Nanodrahtanordnung kann also vorteilhafterweise zur Bereitstellung vielzähliger verschiedener Fügeverbindungen genutzt werden, die je nach Anforderung unterschiedlich ausgestaltet werden können. Insbesondere ist es möglich, einen Fügevorgang bei Raumtemperatur durchzuführen. Dies ist gerade für die Batteriezelle besonders schonend. Außerdem ist es auch möglich, den Fügevorgang bei sehr niedrigen Drücken durchzuführen. Dies wird vor allem durch die zusätzliche Verwendung eines Klebstoffs ermöglicht. Außerdem kann mittels eines KlettWelding-Tapes, wie z.B. beim KlettSintering⁺ oder KlettGuing⁺, auch eine elektrisch isolierende Fügeverbindung bereitgestellt werden, die zum Beispiel dennoch extrem gut thermisch leitende Eigenschaften aufweist.
Bei der von der Batteriezelle umfassten Nanodrahtanordnung beziehungsweise der an der Batteriezelle angeordneten Nanodrahtanordnung kann es sich also zum Beispiel um Nanodrähte handeln, die durch den oben beschriebenen galvanischen Prozess auf einer Oberfläche der Batteriezelle, insbesondere außerhalb der Batteriezelle oder auch im Inneren, erzeugt wurden. Es kann sich auch um ein an der Batteriezelle angebrachtes KlettWelding-Tape handeln oder es kann sich um einen Teil einer Fügeverbindung mit einem weiteren Fügepartner handeln, wobei in diesem Fall die Batteriezelle nicht notwendigerweise vor dem Herstellen der Fügeverbindung Nanodrähte aufweisen muss, sondern erst mit der Nanodrahtanordnung beim Fügen mit diesem Fügepartner verbunden wird. Mit anderen Worten kann die Batteriezellen auch denjenigen Fügepartner darstellen, der initial keine Nanodrähte aufweist. In diesem Fall stellen die Nanodrähte der an der Batteriezelle angeordneten Nanodrahtanordnung Nanodrähte dar, die durch einen weiteren Fügepartner bereitgestellt sind.
Grundsätzlich kann es sich bei der Batteriezelle um jede beliebige Art von Batteriezelle handeln, zum Beispiel um eine prismatische Batteriezelle, eine Pouchzelle oder eine Rundzelle. Die Batteriezelle kann zum Beispiel als eine Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet sein. Die Batterieanordnung kann darüber hinaus mehrere solcher Batteriezellen umfassen. Insbesondere kann die Batterieanordnung auch ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen aufweisen oder auch mehrere Batteriemodule mit jeweils mehreren Batteriezellen. Bei der Batterieanordnung kann es sich zum Beispiel um eine Hochvoltbatterie für das Kraftfahrzeug handeln. Die Batterieanordnung kann also entsprechend zum Beispiel auch ein Batteriegehäuse aufweisen, in welchem die Batteriezelle, insbesondere mehrere Batteriezellen, angeordnet sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein erster Teil der ersten Batteriezelle mit einem zweiten Teil der ersten Batteriezelle über die Nanodrahtanordnung verbunden. Die Nanodrahtanordnung kann also nicht nur dazu verwendet werden, um die Batteriezelle mit einem anderen Bauteil zu fügen, sondern beispielsweise auch um unterschiedliche Teile der Batteriezelle selbst miteinander zu verbinden. Durch das Anwenden der oben beschriebenen NanoWiring-Technologie entsteht zum Beispiel auch bei Raumtemperatur eine gas- und flüssigkeitsdichte und druckdichte Verbindung. Dabei können auch die unterschiedlichsten Materialen miteinander gefügt werden. Dies kann zum Beispiel genutzt werden, um ein Zellgehäuse der ersten Batteriezelle zu fertigen. Das Zellgehäuse kann zum Beispiel aus einem Zellbecher mit einem daran gefügten Deckel gebildet sein, wobei das Fügen unter Verwendung der Nanodrahtanordnung und/oder einer darauf basierenden Fügeverbindung erfolgen kann. Dies ermöglicht ein sicheres, das heißt auslaufsicheres Gefäß, das die Zellchemie über die gesamte Nutzungsdauer abdichtet. Das Fügen, vor allem unterschiedlicher Teile des Zellgehäuses, mittels der Nanodrahtanordnung und durch dieser bereitstellbaren Fügeverbindungen bringt dabei vielzählige Vorteile, insbesondere gegenüber herkömmlichen Fügemethoden, wie Schweißen, mit sich. Beispielsweise wird ein kalter oder kühler Verbindungsaufbau ohne Metallschmelze ermöglicht, und damit entstehen auch keine Risiken für mechanische Schädigungen der Gehäuseteile, die zum Versagen der Zelle oder Baugruppe führen könnten. Damit besteht auch keine Gefahr eines Auslaufens der Zellchemie, was die Zelle, das Modul oder die ganze Baugruppe schädigen könnte. Auch kann hierdurch der Ausschuss während der Produktion reduziert werden. Außerdem wird eine längere Lebensdauer der Zelle ermöglicht. Zudem wird eine flexible Kombination von Fügematerialen ermöglicht. Außerdem gibt es keine Abhängigkeiten der Materialstärken im Fügeprozess. Mit anderen Worten ist keine Mindestmaterialstärke erforderlich, um ein sicheres und beschädigungsfreies Fügen zu ermöglichen, im Gegensatz zum Schweißen. Dadurch können beispielsweise die Fügepartner deutlich dünner ausgestaltet werden, und Material kann eingespart werden. Diese Vorteile ergeben sich aber nicht nur, wenn über die Nanodrahtanordnung zwei Teile der Batteriezelle selbst miteinander verbunden beziehungsweise gefügt werden, sondern auch, wenn die Batteriezelle mit anderen Bauteilen verbunden wird.
Daher stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Batterieanordnung mindestens einen von der ersten Batteriezelle verschiedenes Bauteil aufweist, wobei der ersten Batteriezelle über die Nanodrahtanordnung mit dem Bauteil verbunden ist, insbesondere elektrisch leitend oder elektrisch isoliert verbunden beziehungsweise gefügt ist. Damit lässt sich also eine besonders robuste und schonende Verbindung der Batteriezelle zu anderen Bauteilen bereitstellen. Dadurch ergeben sich die gleichen Vorteile wie oben bereits beschrieben, sowie je nach Ausführung der Verbindung und Art des Bauteils weitere Vorteile, wie sie nachfolgend noch näher erläutert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Batteriezelle einen ersten Zellpol auf, wobei die Batterieanordnung eine zweite Batteriezelle mit einem zweiten Zellpol umfasst und das Bauteil einen Zellverbinder darstellt, mittels welchem der erste Zellpol der ersten Batteriezelle elektrisch leitend mit dem zweiten Zellpol der zweiten Batteriezelle verbunden ist. Mit anderen Worten kann der Zellpol der ersten Batteriezelle über die Nanodrahtverbindung mit einem Zellverbinder kontaktiert werden, insbesondere großflächig. Gerade bei einer vollflächigen Ankontaktierung der Zellpole mit einem Zellverbinder ergeben sich zahlreiche Vorteile. Vor allem wird durch die Nanodrahtanordnung beziehungsweise durch die mittels der Nanodrahtanordnung hergestellten Fügeverbindung kein elektrischer Übergangswiderstand bereitgestellt. Damit ergibt sich auch keine zusätzliche Stromwärme und keine zusätzlichen Energieverluste, wie dies zum Beispiel bei Schweißverbindungen der Fall ist. Damit kann die entstehende Kontakt-Abwärme auch keine Schädigung der Zellchemie verursachen. Außerdem kann über die Kontaktstelle ein größerer Strom transportiert werden und selbst im Kurzschlussfall ist keine Schädigung zu befürchten. Bei gleicher Stromlast kann beispielsweise auch weniger Kabelmaterial beziehungsweise Verbindungsmaterial für die Zellverbinder eingesetzt werden. Mit anderen Worten können die Leitungsquerschnitte der Zellverbinder reduziert werden. Dies ermöglich wiederum eine Kostenreduzierung und eine Gewichtseinsparung. Auch kann eine Leistungssteigerung durch die Bauraumverkleinerung bewirkt werden. Mit anderen Worten kann der freiwerdende Bauraum auch mit zusätzlichen weiteren Batteriezellen befüllt werden, wodurch zum Beispiel auch die Reichweite des Kraftfahrzeugs letztendlich erhöht werden kann. Ein weiterer sehr großer Vorteil der Fügeverbindung mittels der Nanodrahtanordnung besteht darin, dass sich kein zusätzlicher thermischer Übergangswiderstand ergibt und damit auf die Abführung von Zellwärme gegenüber Schweißverbindungen besser ist. Damit kann sich die entstehende Zellchemieabwärme nicht aufstauen und keine Schädigung der Zellchemie verursachen. Damit können die chemischen Reaktionen der Zellen schneller stattfinden und die Zelle kann höhere Ströme liefern. Die Lebensdauer der Zellchemie und damit die Lebensdauer der Batteriezelle kann dadurch gesteigert werden.
Durch die Verwendung der Nanodrahtanordnung zur Kontaktierung der beiden Zellpole der Batteriezellen mit dem Zellverbinder lässt sich vorteilhafterweise auch eine im Notfall selbsttätig öffnender Schalter bereitstellen, wodurch die beiden Batteriezellen elektrisch voneinander entkoppelt werden können. Beispielsweise kann der Zellverbinder so ausgestaltet sein, dass dieser im mit den Zellpolen kontaktierten Zustand, z.B. durch elastische Deformation, unter mechanischer Spannung steht. Ist die Anbindung des Zellverbinders an die Zellpole zum Beispiel unter Verwendung einer Nanodrahtanordnung ausgebildet, die zusätzlich auch einen Klebstoff umfasst, so kann durch geeignete Wahl des Klebstoffs dieser so ausgestaltet sein, dass dieser ab einer bestimmten Grenztemperatur seine Klebeeigenschaften verliert beziehungsweise die Haftfähigkeit des Klebstoffs ab dieser Grenztemperatur und darüber deutlich nachlässt. Bedingt durch den unter mechanischer Spannung stehenden Zellverbinder kann sich bei reduzierter Haftfähigkeit des Klebstoffs der Zellverbinder entsprechend von der betreffenden Kontaktstelle beziehungsweise dem betreffenden Zellpol lösen. Kommt es zum Beispiel im Zuge eines thermischen Durchgehens einer Batteriezelle zu einer sehr starken Erhitzung dieser Batteriezelle über diese Grenztemperatur, so kann hierdurch automatisch die elektrische, physische und vor allem thermische Verbindung zwischen dem Zellverbinder und dieser Batteriezelle getrennt werden. Diese Batteriezelle wird damit automatisch von den Nachbarzellen elektrisch entkoppelt. Auch thermisch besteht zu diesen Nachbarzellen dann vorteilhafterweise auch keine thermische Kopplung mehr, zumindest nicht über den Zellverbinder. Dies hilft dabei, eine thermische Propagation zu stoppen und eines Ausbreitung über alle Zellen hinweg zu unterbinden.
Damit kann die mittels der Nanodrahtanordnung bereitgestellte Fügeverbindung zwischen der ersten Batteriezelle und dem weiteren Bauteil also auch als zerstörungsfrei reversibel lösbare Fügeverbindung ausgebildet sein, die so ausgestaltet ist, dass sie sich bei Erfülltsein einer bestimmte Voraussetzung, z.B. das Überschreiten eines vorgebbaren Temperaturgrenzwerts, selbsttätig und passiv, d.h. ohne Ansteuerung oder menschliches Zutun, löst. Damit lässt sich durch die Nanodrahtanordnung auch ein selbsttätig und passiv öffnender Schalter bereitstellen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Batteriezelle ein erstes Zellgehäuse auf, welches ein erstes Inneres der ersten Batteriezelle von einer Umgebung der ersten Batteriezelle separiert, wobei das erste Zellgehäuse eine dem ersten Inneren der ersten Batteriezelle zugewandte erste Innenseite und eine der Umgebung zugewandte erste Außenseite aufweist, wobei die Nanodrahtanordnung an der ersten Innenseite und/oder der ersten Außenseite angeordnet ist. Mit anderen Worten kann die Nanodrahtanordnung nicht nur außenseitig an der ersten Batteriezelle angeordnet sein, sondern zusätzlich oder alternativ auch im Inneren der Batteriezelle.
Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Batterieanordnung zum Beispiel eine zweite Batteriezelle umfasst, die ein zweites Zellgehäuse aufweist, welches ein zweites Inneres der zweiten Batteriezelle von einer Umgebung der zweiten Batteriezelle separiert, wobei das zweite Zellgehäuse eine der Umgebung zugewandt zweite erste Außenseite als das Bauteil aufweist, wobei die erste Batteriezelle mit ihrer ersten Außenseite über die Nanodrahtanordnung mit der zweiten Außenseite der zweiten Batteriezelle verbunden ist. Mit anderen Worten können die einander zugewandten Außenseiten von Batteriezellen über die Nanodrahtanordnung miteinander verbunden sein. Dadurch werden die Batteriezellen thermisch miteinander gekoppelt. In diesem Fall ist es zum Beispiel vorteilhaft, wenn diese mittels der Nanodrahtanordnung bereitgestellte Verbindung zwischen den Batteriezellen elektrisch isolierend ausgeführt ist. Damit können die Batteriezellen thermisch miteinander gekoppelt und elektrisch voneinander isoliert werden. Die Verbindung der beiden Batteriezellen über ihre Außenseiten kann dabei insbesondere ebenfalls vollflächig erfolgen, zum Beispiel können die Zellen über einen Großteil ihrer einander zugewandten Gehäuseseiten über die Nanodrahtanordnung miteinander verbunden sein. Damit wird es möglich, den thermischen Übergangswiderstand zwischen den Zellen zu eliminieren. Hierdurch kann wiederum eine bessere Abführung oder Zuführung von Zellwärme gegenüber voneinander isolierten Zellen bereitgestellt werden. Damit kann die entstehende Zellchemie-Abwärme zwischen den Zellen egalisiert werden, sodass sich die Zellchemie an allen Stellen der Batterie gleich verhält. Hierzu eignet sich vor allem das Iso-KlettWelding-Tape, das heißt das elektrisch isolierende KlettWelding-Tape. Dieses fungiert dabei als idealer Wärmeleiter bei gleichzeitig elektrischer Isolation.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellt das Bauteil eine Kühleinrichtung dar, insbesondere eine von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlplatte und/oder ein Gehäusebauteil eines Modulgehäuses oder Batteriegehäuses. Beispielsweise kann der Gehäuseboden als Kühlboden ausgebildet sein, das heißt von einem Kühlmittel durchströmbar ausgebildet sein. Die Batteriezellen können über die Nanodrahtanordnung beispielsweise an diesen Kühlboden angebunden sein, insbesondere wiederum thermisch angebunden und bevorzugt elektrisch isolierend angebunden sein. Auch hierfür eignet sich das oben genannte Iso-KlettWelding-Tape. Auch eine Anbindung an jedes beliebige andere Gehäusebauteil, zum Beispiel an ein Modulgehäusebauteil und/oder Gesamtbatteriegehäusebauteil mittels der Nanotreiberanordnung ist möglich. Eine separat bereitgestellte und von einem Kühlmittel durchströmbare Kühleinrichtung kann auch an ein solches Gehäusebauteil angebunden sein und damit indirekt an die mit an diesem Gehäusebauteil angeordnete Batteriezellen thermisch angebunden sein. Das Gehäusebauteil ist dann bevorzugt aus metallischem Material. Damit kann zum Beispiel über das Iso-KlettWelding-Tape, welches die Nanodrahtanordnung bereitstellt, auch aktiv Wärme von einer zentralisierten Stelle in den Zellverband gesendet werden um die Zellen bei zu niedriger Arbeitstemperatur auf Arbeitstemperatur zu bringen. Außerdem kann über das Iso-KlettWelding-Tape auch aktiv gekühlt werden und eine aktive Entwärmung der Zellen bereitgestellt werden, um bei Erreichen des oberen Grenzwerts der Arbeitstemperatur die Chemie der Zellen wieder in den idealen Arbeitspunkt der Zellwärme zu bringen.
Dabei ist es auch denkbar, einen Gesamtanbindungsbereich, in welchem beispielsweise eine Batteriezellenanordnung mit mehreren Batteriezellen thermisch an das Bauteil angebunden ist, strukturiert auszuführen, sodass die Nanodrahtdichte der Nanodrähte der Nanodrahtanordnung in diesem Anbindungsbereich variiert. Beispielsweise können hierbei auch erste Teilbereiche vorgesehen sein, die eine höhere Nanodrahtdichte aufweisen als zweite Teilbereiche. Unter einer Nanodrahtdichte soll dabei die Anzahl der Nanodrähte pro Fläche verstanden werden. Der Gesamtanbindungsbereich kann auch in mehrere Teilbereiche gegliedert sein, von denen ein erster Teil eine Nanodrahtanordnung umfasst und ein zweiter Teil der Teilbereiche nicht. Die Teile die eine Nanodrahtanordnung aufweisen, können mit interschiedlichen Nanodrahtdichten ausgebildet sein. Beispielsweise können im Gesamtanbindungsbereich auch mehrere Nanodrahtanordnungen räumlich verteilt und separiert voneinander angeordnet sein. Die Anordnung kann zum Beispiel von der Positionierung sogenannter Hotspotbereiche der Batteriezellen bzw. der Batterieanordnung abhängen. Damit ist es nämlich möglich, die Batteriezellen gezielt dort stärker zu kühlen, wo sich diese Hotspotbereiche befinden, das heißt Bereiche der Batterieanordnung, die sich im Betrieb stärker erwärmen als andere Bereiche der Batterieanordnung. Hotspotbereiche stellen also Bereich mit einem räumlich lokalen Temperaturmaximum dar. Dies ermöglicht die Bereitstellung einer besonders homogenen Temperaturverteilung über eine Batteriezellenanordnung hinweg. Gleiches gilt nicht nur für eine Batterieanordnung mit mehreren Batteriezellen, sondern zum Beispiel auch für eine einzelne Batteriezelle, wie die erste Batteriezelle. Auch diese kann durch geeignete Auslegung der Nanodrahtanordnung oder mehrerer Nanodrahtanordnungen und deren räumlicher Verteilung über die Oberfläche der Batteriezelle z.B. an einer oder mehreren Seiten der Batteriezelle gezielt besser oder schlechter thermisch an eine Kühlung angebunden werden, um gerade Hotspotbereiche stärker zu kühlen als andere Bereiche.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellt das Bauteil einen Sensor dar, insbesondere einen Temperatursensor und/oder Spannungssensor und/oder Stromsensor. Mittels der Nanodrahtanordnung ist als vorteilhafterweise im allgemeinen auch ein direktes Anbinden von Elektronik an die Zelle möglich, zum Beispiel im Bereich des Zellkopfes beziehungsweise der Zellpole, im Bereich der Zellwand oder des Zellbodens. Grundsätzlich ist eine Anwendung solcher Elektronik, zum Beispiel von Sensoren, an jeder beliebigen Stelle der Stelle möglich. Damit kann zum Beispiel die Messtechnik an den Ort gebracht werden, an dem die Messgröße entsteht, was vor allem bei einer Temperaturmessung, Strommessung und/oder Spannungsmessung von Vorteil ist. Die Sensoren können zum Beispiel auch direkt an den Zellpolen, bei Bedarf sogar elektrisch isolierend, angeordnet werden. Außerdem ermöglicht dies einen platzsparenden Aufbau, da eine aufwendige Verkabelung entfallen kann. Außerdem werden hierdurch qualitativ höherwertigere Messsignale bereitgestellt, da die verlustbehaftete Übertragung der Signalgröße entfällt. Dies ist wiederum den geringen elektrischen und thermischen Widerständen der durch die Nanodrahtanordnung bereitgestellten Verbindung geschuldet. Außerdem kann durch den Einsatz von Iso-KlettWelding-Tape auch eine 10 bis 20 Mikrometer dünne hoch isolierende Schicht geschaffen werden, die die elektrische Entkopplung sicherstellen kann, insbesondere bei gleichzeitiger mechanischer und thermischer Anbindung. Dies ist zum Beispiel für die Anbindung von Temperatursensoren vorteilhaft. Die Nutzung des Iso-KlettWelding-Tapes stellt dabei eine elastische Zone im Gefüge dar, die gleichzeitig Unterschiede bedingt durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten ausgleichen und überbrücken kann. Mit anderen Worten kann eine durch die Nanodrahtanordnung bereitgestellte Verbindung auch einen gewissen Toleranzausgleich zur Verfügung stellen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellt das Bauteil einen elektronischen Schalter dar, der zumindest mit dem ersten Zellpol der Zelle elektrisch leitend über die Nanodrahtanordnung verbunden ist. Somit können in vorteilhafter Weise auch elektronische Schalter direkt an die Zelle, insbesondere direkt an die Zellpole angebunden werden. Ein solcher elektronischer Schalter kann optional auch mit einem Zellverbinder kombiniert sein. Dadurch ist es beispielsweise auch möglich, einzelne Zellen aus einem elektrischen Schaltungsverbund weg- und zuzuschalten. Dies ermöglicht es beispielsweise auch, im Falle eines Defekts einer Batteriezelle, diese gezielt aus dem Zellverbund wegzuschalten. Im Falle einer Serienschaltung von Batteriezellen kann dies zum Beispiel durch zwei elektronische Schalter pro Batteriezelle realisiert sein, von denen einer in Serie zum betreffenden Batteriepol geschaltet ist und der andere Schalter parallel dazu. Somit können innerhalb eines Serienstrangs einzelne zum Beispiel defekte oder schadhafte Zellen gezielt abgeschaltet werden. Dies verringert die Strangspannung aber das Strangelement kann dennoch weiterhin genutzt werden. Denkbar ist es dabei zudem auch, durch das direkte Ankontaktieren von Überwachungsmechanismen, insbesondere wie der oben genannten Anbindung von Sensoren, zum Beispiel zur Messung der Spannung, Temperatur, Feuchtigkeit, und so weiter, dass autonom eine derartige Entscheidung getroffen wird. Eine jeweilige Zelle kann zum Beispiel als intelligente Zelle ausgebildet sein, die dann entsprechend selbst über ihre eignen Sensoren verfügt und basierend auf den Sensorsignalen selbsttätig die Entscheidung trifft, sich aus dem Verbund wegzuschalten. Denkbar ist auch das selbsttätige passive Öffnen von Schaltelementen, wie oben mit Bezug auf den unter mechanischer Spannung stehenden Zellverbinder beschrieben. Dadurch kann die Sicherheit zusätzlich erhöht werden.
Bein einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Nanodrahtanordnung im ersten Inneren der ersten Batteriezelle angeordnet, insbesondere an der ersten Innenseite des Zellgehäuses. Hierbei dient die Nanodrahtanordnung nicht zum Herstellen einer Fügeverbindung zu einem weiteren Bauteil oder einem anderen Teil der Batteriezelle. Hier können dagegen andere sehr vorteilhafte Eigenschaften einer solchen Nanodrahtanordnung genutzt werden. Beispielsweise lässt sich hierdurch eine Reinigungs- und Filterfunktion der Zellchemie beziehungsweise des Elektrolyten im Inneren der Batteriezelle bereitstellen. Durch die NanoWiring-Strukturen, das heißt das die Nanodrahtstrukturen der Nanodrahtanordnung, können zum Beispiel Schadstoffe in der Zellchemie herausgefiltert werden. Feststoffe und Partikel können sich zwischen den Nanodrahtstrukturen der Nanodrahtanordnung verfangen und zum Beispiel keine Klumpenbildung verursachen. Die Nanodrahtanordnung hat damit einen ähnlichen Effekt wie die Korallenwirkung bei Wasser. Auch können durch die Nanodrahtstrukturen der Nanodrahtanordnung in der Zellchemie entstehende gasförmige Zerfallsprodukte in der Zelle katalytisch wieder zu Feststoffen oder Flüssigkeiten rückgewandelt werden. Dadurch lässt sich beispielsweise ein in der Zelle entstehendes thermisches Event verlangsamen oder sogar aufhalten. Hierdurch kann wiederum die Sicherheit erhöht werden. Die innenseitig in der Zelle angeordnete Nanodrahtanordnung kann aber auch noch andere Funktionen übernehmen. Ist zum Beispiel die Nanodrahtanordnung elektrisch isolierend ausgestaltet, so kann durch die Nanodrahtanordnung, zum Beispiel durch Anwendung des beschriebenen KlettWelding-Tapes, der Zellkern vom Zellmantel, das heißt dem Zellgehäuse, elektrisch isoliert, aber dennoch thermisch gekoppelt angebunden werden. So kann der Zellkern auch zur zentralen Entwärmung der Zelle verwendet werden. Dies erhöht wiederum die Lebensdauer der Zellchemie. Unter einem Zellkern ist dabei insbesondere ein Elektrodenwickel oder Elektrodenstack zu verstehen. Ein solcher Wickel oder Stack besteht dabei aus mehreren Lagen von Anodenschichten und Kathodenschichten, die zueinander durch Separatorschichten voneinander elektrisch isoliert sind.
Wird eine solche Nanodrahtanordnung zum Beispiel im Inneren der Batteriezelle verwendet, und dabei an der kompletten Innenseite des Zellgehäuses angeordnet, so ist dieses nicht nur gegenüber dem Zellkern elektrisch isoliert, wenn die Nanodrahtanordnung zusätzlich elektrisch isolierend ausgeführt ist, sondern das Innere der Batteriezelle ist zusätzlich auch gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert. Mit anderen Worten kann eine elektrische Isolierung des Zellgehäuses nach außen entfallen. Die Anbindung der Batteriezelle beziehungsweise deren Zellgehäuse an eine Kühleinrichtung oder andere Batteriezellen über die Nanodrahtanordnung, wie oben beschrieben, muss dann zum Beispiel nicht mehr notwendigerweise ebenfalls elektrisch isolierend ausgeführt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Nanodrahtanordnung im ersten Inneren der ersten Batteriezelle als ein Teil einer Oberfläche einer Aktivmaterialschicht eines im ersten Inneren der ersten Batteriezelle angeordneten Zellkerns angeordnet. Die Aktivmaterialschicht kann zum Beispiel eine Kathodenschicht oder eine Anodenschicht darstellen. Insbesondere stellt die Aktivmaterialschicht eine Beschichtung der Elektrodenlagen des oben beschriebenen Elektrodenstacks oder Elektrodenwickels dar. Dadurch kann die aktive Oberfläche der Aktivmaterialschicht enorm vergrößert werden. Hierdurch kann wiederum eine enorme Leistungssteigerung der Batteriezelle bereitgestellt werden, insbesondere auf äußerst geringem Bauraum. Dies ermöglicht die Verkleinerung der Zelle im Durchmesser und eine Verringerung des Zellvolumens, wodurch eine höhere Leistungsdichte erreicht werden kann. Außerdem können bei gleichem Bauraum mehr Zellen verwendet beziehungsweise miteinander verschaltet werden. Damit kann bei gleicher Leistungsabgabe der Stromfluss reduziert werden. Die thermische Belastung der Zellchemie ist dadurch reduziert, was wieder zu einer längeren Lebensdauer der Zellen führt. Bei konstanter Spannung kann entsprechend auch eine Verringerung des Zellgewichts und damit eines Gewichts des Kraftfahrzeugs erreicht werden.
Insgesamt lässt sich eine Oberfläche, auf welcher die Nanodrahtanordnung aufgebracht ist, zum Beispiel die Oberfläche der aktiven Materialschicht oder die Oberfläche der ersten Innenseite des ersten Zellgehäuses, enorm vergrößern, insbesondere um einen Faktor 1000. Dies kann nicht nur im Zellinneren genutzt werden, sondern z.B. auch außenseitig am Zellgehäuse, um einen verbesserten temperaturaustausch über die Zellaußenseite mit der Umgebung zu ermöglichen.
Die Batterieanordnung und insbesondere die erste Batteriezelle kann darüber hinaus nicht nur eine Nanodrahtanordnung sondern auch mehrere aufweisen. Diese können alle wie oben beschreiben ausgebildet sein und auch unterschiedlich ausgebildet sein, um unterschiedliche Funktonen zu erfüllen.
Insgesamt lässt sich somit eine Nanodrahtanordnung oder auch mehrere unterschiedliche Nanodrahtanordnungen in Kombination mit einer Batteriezelle zur Bereitstellung vielfältiger unterschiedlicher Funktionen nutzen, zum Beispiel zur besonders effizienten vollflächigen Ankontaktierung der Pole am Zellverbinder, zur vollflächigen thermischen Verbindung von Zellen beziehungsweise den Zellgehäusen untereinander, zur Bereitstellung gas- und flüssigkeitsdichter Verbindungen, zum Beispiel zwischen Bauteilen der Zelle selbst, zum direkten Abschalten oder Kurzschließen von Zellen, zum Beispiel unter Verwendung elektronischer Schaltelemente, zur Verwendung an der Zellinnenwand und im Bereich des Zellkerns, insbesondere zur Leistungssteigerung, zur Zellchemiereinigung und innenseitigen elektrischen Isolierung, wobei erst durch die vielzähligen verschiedenen Bereitstellungsmöglichkeiten der Nanodrahtanordnung und auf Nanodrahtanordnungen basierender Fügeverbindungen keine Limitierung in der Positionierung dieser Nanodrahtanordnung beziehungsweise der Herstellung der Fügeverbindungen der Zelle besteht.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer Batterieanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieanordnung mit mindestens einer ersten Batteriezelle, wobei eine Nanodrahtanordnung, die vielzählige, elektrisch leitfähige Nanodrähte aufweist, als ein Bestandteil der ersten Batteriezelle ausgebildet wird oder in einem Teil der ersten Batteriezelle angeordnet wird.
Die mit Bezug auf die Batterieanordnung und ihre Ausführungsformen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
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.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Quersdchnittsdarstellung einer Batterieanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung zur Bereitstellung einer Fügeverbindung unter Verwendung einer Nanodrahtanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung zur Herstellung einer Fügeverbindung unter Verwendung einer Nanodrahtanordnung zur Verwendung in einer Batterieanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
4 eine schematische Darstellung der Herstellung einer weiteren Fügeverbindung unter Verwendung einer Nanodrahtanordnung zur Verwendung in einer Batterieanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

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.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batterieanordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batterieanordnung 10 weist dabei eine erste Batteriezelle 12 auf. Außerdem weist in diesem Beispiel die Batterieanordnung 10 noch eine zweite Batteriezelle 14 auf. Die Batterieanordnung 10 kann im Allgemeinen zum Beispiel als Batteriemodul oder auch als Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug ausgebildet sein. Entsprechend kann die Batterieanordnung 10 noch vielzählige weitere Batteriezellen 12, 14 umfassen, wobei die Erfindung und ihre Ausführungsformen nun anhand der beiden dargestellten Batteriezellen 12, 14 exemplarisch erläutert werden sollen. Die erste und die zweite Batteriezelle 12, 14 können grundsätzlich identisch oder auch unterschiedlich ausgebildet sein. Im Folgenden wird der grundlegende Aufbau der Batteriezelle mit Bezug auf die erste Batteriezelle 12 erläutert, wobei die beschriebenen Merkmale in analoger Weise auch für die zweite Batteriezelle 14 und jede optionale weitere Batteriezelle umgesetzt sein können. Die Batteriezellen 12 können zum Beispiel als Teil eines Batteriestapels 16 bereitgestellt sein. Diese Batteriestapel 16 können mehreren, in einer Stapelrichtung nebeneinander angeordnete Batteriezellen umfassen, wobei die Stapelrichtung vorliegend zur darstellten x-Richtung korrespondiert. Im dargestellten Beispiel sind also die erste und die zweite Batteriezelle 12, 14 in x-Richtung nebeneinander angeordnet. Außerdem sind die Batteriezellen 12, 14 vorliegende auf einem Träger 18 angeordnet, der zum Beispiel durch einen Boden eines Batteriegehäuses 20 bereitgestellt sein kann. Außerdem kann dieser Träger 18 gleichzeitig auch als Kühleinrichtung 22 ausgebildet sein und zum Beispiel so ausgebildet sein, dass der Träger 18 von einem Kühlmittel, vorzugsweise einer Kühlflüssigkeit, durchströmbar ist. Zu diesem Zweck kann der Träger 18 zum Beispiel mit Kühlkanälen ausgebildet sein. Die erste Batteriezelle 12 weist weiterhin ein Batteriegehäuse 24 auf. Das Zellgehäuse 24 umfasst wiederum eine Oberseite 26, eine bezüglich der z-Richtung gegenüberliegende Unterseite 28, die im vorliegenden Beispiel dem Träger 18 zugewandt ist, eine Vorderseite 30 und eine der Vorderseite 30 bezüglich der x-Richtung gegenüberliegende Rückseite 32, die vorliegend der Vorderseite 30 der zweiten Batteriezelle 14 zugewandt ist. Im vorliegenden Beispiel sind zudem an der Oberseite 26 zwei Zellpole der Batteriezelle 12 angeordnet, von denen vorliegend nur ein Zellpol 34 dargestellt ist. Das Zellgehäuse 24 schließt zudem ein Zellinneres 36 ein. Im Zellinneren befinden sich ein Zellkern 38, der als Elektrodenwickel oder Elektrodenstack ausgebildet sein kann. Im vorliegenden Beispiel umfasst der Kern 38 eine Anode 40 und eine Kathode 42, die von einem Separator 44 elektrisch getrennt sind. Außerdem befindet sich im Zellinneren 36 ein vorliegend nicht näher dargestellter Elektrolyt. Das Zellgehäuse 24 separiert also folglich das Zellinnere 36 von einer Umgebung 46 der Batteriezelle 12. Eine Innenseite des Gehäuses 24 ist vorliegend mit 24a bezeichnet und eine Außenseite mit 24b. Die Außenseite 24b ist entsprechend der Umgebung 46 zugewandt, und die Innenseite 24a dem Zellinneren 36.
Die erste und die zweite Batteriezelle 12, 14 sind vorliegend zudem über einen elektrisch leitenden Zellverbinder 48 miteinander verbunden. Insbesondere sind ihre jeweiligen Zellpole 34 über diesen Zellverbinder 48 elektrisch leitend miteinander verbunden.
Das Zellgehäuse 24 kann sich zudem in einem Zellbecher 24' und einen Deckel 24" gliedern. Der Zelldeckel 24" stellt auch die Oberseite 26 der Batteriezelle 12 beziehungsweise des Gehäuses 24 bereit. Der Deckel 24" ist dabei auf dem Zellbecher 24' angeordnet und mit diesem gefügt.
Weiterhin sind die Anode 40 und die Kathode 42 über entsprechende Ableiter mit den jeweiligen Polen einer Zelle 12 elektrisch leitend verbunden, was vorliegend jedoch nicht dargestellt ist.
Darüber hinaus weist die Batterieanordnung 10 nunmehr eine Nanodrahtanordnung 50 auf, insbesondere vielzählige Nanodrahtanordnungen 50 zur Bereitstellung unterschiedlicher Funktionen, wie diese nun im Folgenden näher beschrieben werden.
Jede solche Nanodrahtanordnung 50 umfasst dabei im Allgemeinen vielzählige kleine Nanodrähte 50a. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist vorliegend nur ein solcher Nanodraht 50a in 1 mit einem Bezugszeichen versehen.
Beispielsweise sind im vorliegenden Beispiel die Zellpole 34 über jeweils eine Nanodrahtanordnung 50, die im vorliegenden Beispiel zudem als elektrisch leitende Fügeverbindung 52 ausgebildet ist, mit dem Zellverbinder 48 vollflächig kontaktiert. Dadurch kann eine besonders gut elektrisch leifähige Verbindung zwischen den Polen 34 und dem Zellverbinder 48 bereitgestellt werden. Insbesondere ergibt sich durch eine solche Fügeverbindung 52 kein nennenswerter Übergangswiderstand. Thermische Verluste können damit auf ein Minimum reduziert werden. Dies erlaubt beispielsweise höhere Ströme und/oder die Ausbildung der Zellverbinder 48 mit geringerem Leitungsquerschnitt.
Durch die Zellkontaktierung an den Zellverbinder 48 mittels einer solchen Nanodrahtanordnung 50 ist zudem noch die Möglichkeit bereitgestellt, diese Fügeverbindung 52 als zerstörungsfrei lösbare Fügeverbindung 54 unter Verwendung eines zusätzlichen Klebstoffs 56 (vergleiche zum Beispiel 3) bereitzustellen. Die Verwendung eines solchen Klebstoffs 56 erlaubt es vorteilhafterweise, die Fügeverbindung 52, 54 so auszugestalten, dass diese sich bei Überschreiben eines vorbestimmten Temperaturgrenzwerts selbsttätig löst. Zu diesem Zweck kann der Zellverbinder 48 zum Beispiel so ausgebildet sein, dass dieser im ungelösten Zustand Z1 unter mechanischer Spannung steht. Erhitzt sich beispielsweise wie im vorliegend dargestellten Beispiel die zweite Batteriezelle 14 so stark, dass die vorbestimmte Grenztemperatur im Bereich dieser Fügeverbindung 52, 54 überschritten wird, so verliert der Klebstoff 56 seine Hafteigenschaften. Die verbleibenden durch die Nanodrähte selbst bereitgestellten Haftkräfte sind geringer als die entgegenwirkende Spannkraft des gespannten Zellverbinders 48. Bedingt durch die mechanische Spannung des Zellverbinders 48 löst sich entsprechend die Kontaktierung zwischen dem Zellverbinder 48 und dem Zellpol 34 der zweiten Zelle 14. Der Zellverbinder geht damit in den gelösten Zustand Z2 über, wie diese in 1 gestrichelt dargestellt ist. Diese erlaubt es vorteilhafterweise, die beiden Zellpole 34 im Falle eines thermischen Durchgehens der zweiten Batteriezelle 14 und in korrespondierender Weise auch im Falle eines thermischen Durchgehens der ersten Batteriezelle 12, voneinander elektrisch, physisch und vor allem thermisch zu separieren. Die thermische Kopplung über den Zellverbinder 48 kann damit unterbrochen werden. Dies verlangsamt eine thermische Propagation über alle Batteriezellen hinweg, oder kann diese sogar unterbinden.
Weiterhin umfasst in diesem Beispiel die Batterieanordnung 10 auch einen Sensor 58. Dieser ist im vorliegenden Beispiel direkt an einen der Zellpole 34, insbesondere ebenfalls über eine Nanodrahtanordnung 50, angebunden. Die Nanodrahtanordnung 50 ist dabei in diesem Fall ebenfalls als eine Fügeverbindung 52 ausgebildet, über welche der Sensor 58 an den Zellpol 34 gefügt ist. Grundsätzlich kann in gleicher Weise der Sensor 58 an jeder beliebigen anderen Stelle der Zelle 12 angeordnet werden, insbesondere auch an dem Gehäuse 24. Je nach Art des Sensors 58 kann die Fügeverbindung 52 unterschiedlich ausgestaltet sein, zum Beispiel als elektrisch leitende Fügeverbindung 54 oder auch als elektrisch isolierende Fügeverbindung 60, die zum Beispiel durch ein elektrisch isolierendes KlettWelding-Tape 62 bereitgestellt werden kann. Der Sensor 58 kann zum Beispiel als Temperatursensor ausgebildet sein, wobei dann eine elektrisch isolierende Anbindung von Vorteil ist, zumindest wenn dieser an den Zellpol 34 angebunden wird, oder der Sensor 58 kann auch aus Stromsensor oder Spannungssensor ausgebildet sein, wobei dann eine elektrisch leitende Fügeverbindung 54 vorteilhaft ist. Auch in diesem Fall hat die Anbindung des Sensors 58 über eine Nanodrahtanordnung 50 an die Zelle 12 den großen Vorteil, dass der thermische Widerstand dieser Verbindung 52 äußerst gering ist. In Falle einer elektrischen Ankontaktierung ist zudem auch der elektrische Widerstand sehr gering. Die Signalqualität der Messsignale kann dadurch gesteigert werden. Durch die direkte Kontaktierungsmöglichkeit reduziert sich auch der Verkabelungsaufwand.
Außerdem ist in diesem Beispiel die erste Zelle 12 mit ihrer Unterseite 28 auch an die Kühleinrichtung 22 über eine Nanodrahtanordnung 50 angebunden. Auch in diesem Fall fungiert die Nanodrahtanordnung 50 damit als eine Fügeverbindung 52. Diese ist vorzugsweise als elektrisch isolierende Fügeverbindung 60 ausgebildet, zum Beispiel wiederum bereitgestellt durch ein elektrisch isolierendes KlettWelding-Tape 62. Dadurch kann eine äußert gute thermische Anbindung an die Kühleinrichtung 22 bereitgestellt werden. In analoger Weise kann auch die zweite Batteriezelle 14 sowie jede weitere optionale Batteriezelle an die Kühleinrichtung 22 über eine solche Nanodrahtanordnung 50 angebunden sein. Außerdem besteht hierbei die Möglichkeit, diese Anbindungen unterschiedlich auszugestalten. Wie im vorliegenden Beispiel dargestellt ist eine erste Anbindungsfläche F1 über welche die erste Batteriezelle 12 an die Kühleinrichtung 22 angebunden ist, größer als eine zweite Anbindungsfläche F2, bei welcher die zweite Batteriezelle 14 und die Kühleinrichtung 22 angebunden ist. Dies erlaubt es beispielsweise, die Wärmeabfuhr gezielt an lokal unterschiedliche Wärmeentwicklungen der Batterieanordnung 10 anzupassen. Entwickelt beispielsweise die erste Batteriezelle 12 mehr Wärme als die zweite Batteriezelle 14, zum Beispiel weil die erste Batteriezelle 12 zentral im Batteriemodul angeordnet ist, während sich die zweite Batteriezelle 14 an einem Randbereich des Batteriemoduls befindet, so kann entsprechend auch die erste Batteriezelle 12 durch die größere Anbindungsfläche F1 stärker gekühlt werden als die zweite Batteriezelle 14. Dadurch stellt sich in etwa in der ersten und zweiten Batteriezelle 12, 14 eine gleiche Betriebstemperatur ein. Somit können Temperaturunterschiede zwischen den Zellen 12, 14 gezielt ausgeglichen werden. Auch kann es sein, dass die Kühleinrichtung 22 lokal unterschiedliche Kühlleistungen bereitstellt. Auch dies kann durch die unterschiedlichen Anbindungsbereiche F1, F2 kompensiert werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Förderung eines Temperaturausgleichs zwischen den Zellen 12, 14 besteht zudem darin, die Zellen 12, 14 beziehungsweise ihre Zellgehäuse 24 außenseitig direkt miteinander zu koppeln, insbesondere wiederum über eine Nanodrahtanordnung 50, die auch in diesem Fall als Fügeverbindung 52 fungiert, vorzugsweise wiederum als elektrisch isolierende Fügeverbindung 60. Damit können die Außenseiten 24b, insbesondere im vorliegenden Beispiel die Vorderseite 30 der zweiten Zelle 14 mit der Rückseite 32 der ersten Zelle 12 elektrisch isolierend und thermisch gut gekoppelt miteinander verbunden werden.
Außerdem kann auch die Fügeverbindung 52 zwischen dem Gehäusedeckel 24" und dem Zellbecher 24' unter Verbindung einer Nanodrahtanordnung 50 ausgeführt sein. Diese kann zum Beispiel durch eine elektrisch leitende Verbindung 54 oder auch als elektrisch isolierende Verbindung 60 ausgeführt sein. Auf eine Schweißverbindung als Fügeverbindung kann damit vorteilhafterweise verzichtet werden. Das Fügen des Zelldeckels 24" und des Zellbechers 24' gestalten sich damit deutlich schonender. Auch muss hierbei keine Mindestmaterialstärke beziehungsweise Mindest-Wandstärke des Zellgehäuses 24 bereitgestellt werden. Eine solche Fügeverbindung 52 lässt sich deutlich prozesssicherer umsetzen.
Die Nanodrahtverbindung 50 kann aber nicht nur dazu dienen, eine Fügeverbindung 52 bereitzustellen, sondern kann auch zu anderen vorteilhaften Zwecken genutzt werden. Insbesondere kann eine Nanodrahtanordnung 50 auch im Zellinneren 36 Anwendung finden. Im vorliegenden Beispiel ist eine solche Nanodrahtanordnung 50 an der Innenseite 24a des Zellgehäuses 24 angeordnet. Durch diese vielzähligen Nanodrähte 50a kann eine Filterwirkung erzielt werden. Dabei können Partikel aus dem Elektrolyten gefiltert werden, eine Verklumpung zu größeren Teilchen verhindert werden, oder auch im Inneres 36 entstehendes Gas, z.B. im Falle eines beginnenden thermischen Events, in einen Feststoff zurück gewandelt werden. Dadurch kann ein solches thermisches Durchgehen der Zelle 12 verlangsamt oder sogar verhindert werden.
Außerdem kann hierdurch auch eine elektrische Isolierung zwischen dem Zellgehäuse 24 und dem mit Elektrolyt befüllten Inneren 36, und insbesondere dem Zellkern 38 bereitgestellt werden. Zur Bereitstellung einer solchen elektrisch isolierenden Nanodrahtanordnung 50 kann zum Beispiel wiederum ein elektrisch isolierendes KlettWelding-Tape 62 verwendet werden. Dadurch ist das Zellgehäuse 24 auch automatisch nach außen hin elektrisch isoliert ausgeführt. Die Anbindung an die Kühleinrichtung 22, sowie der Zellgehäuse 24 untereinander kann dann zum Beispiel alternativ zu einer elektrisch isolierenden Verbindung 60 auch elektrisch leitend ausgeführt sein.
Gemäß einem weiteren Beispiel sind vorliegend auch die Aktivmaterialschichten der Anode 40 und der Kathode 42 mit einer Nanodrahtanordnung 50 ausgebildet. Hierdurch kann die Oberfläche der Anode 40 und der Kathode 42 beziehungsweise ihrer Aktivmaterialien enorm vergrößert werden. Diese Ausgestaltung ist unabhängig von der geometrischen Ausgestaltung des Zellkerns 38, da sich die Nanodrahtanordnung 50 grundsätzlich in jeder beliebigen Formgebung auf jede beliebige Fläche aufbringen lässt. Die Flächen, die mit einer solchen Nanodrahtanordnung 50 ausgebildet werden, können zum Beispiel rund, eckig, oder in einer Freiform gestaltet sein, sie können flexibel sein oder steif sein. Beispielsweise kann eine Anode 40 und/oder Kathode 42 mit einer solchen Nanodrahtanordnung 50 ausgebildet werden und anschließend mit dem dazwischen befindlichen Separator 44 zu einem Zellwickel gewickelt werden, ohne dabei die Nanodrähte 50a der Nanodrahtanordnungen 50 zu zerstören. Auf diese Weise lässt sich also auch die Energiedichte innerhalb der Zelle 12 deutlich steigern. Entsprechendes gilt auch wieder für die zweite Zelle 14 sowie jede weitere optionale Zelle.
Auch können elektronische Schalter oder ähnliche Bauteile über eine solche Nanodrahtanordnung 50 an die Zelle 14 angebunden werden, insbesondere im Bereiche ihrer Zellpole 34. Diese können beispielsweise auch zwischen die Zellpole 34 und die entsprechenden Zellverbinder 48 zwischengeschaltet sein. Dies erlaubt auch ein selektives Wegschalten, zum Beispiel einzelner defekter Zellen, und ein Überbrücken dieser.
Im Folgenden sollen verschiedene Ausführungsformen für die Nanodrahtverbindung 50 und die durch diese bereitstellbaren Fügeverbindungen 52 beschreiben werden.
2 zeigt dabei eine schematische Darstellung der einzelnen Verfahrensschritte zum Bereitstellen einer Fügeverbindung 52, wie sie zum Beispiel beim KlettWelding, beim KlettWelding⁺ und beim KlettWelding-Underfill zum Einsatz kommen. Dabei wird zunächst in einem ersten Schritt S1 eine Strukturierung der beiden Fügepartner A, B durchgeführt. Dabei können die miteinander zu fügenden Bereiche 64a, 64b der Fügepartner A, B definiert werden, insbesondere durch Maskierung. Im Zuge dessen können auch Beschichtungen oder ähnliches auf die entsprechenden Flächen der Fügepartner A, B aufgebracht werden. Im nächsten Schritt S2 werden dann die Nanodrähte 50a erzeugt, die entsprechend eine Nanodrahtanordnung 50 auf den jeweiligen Bereichen 64a, 64b der beiden Fügepartner A, B bilden. Im nächsten Schritt S3 werden die Fügepartner A, B zueinander positioniert, insbesondere so, dass sich die jeweiligen Nanodrahtanordnungen 50 in den jeweiligen Bereichen 64a, 64b gegenüberliegen.
Beim KlettWelding und beim KlettWelding⁺ werden die Fügepartner A, B in einem nächsten Schritt S4 dann entsprechend aneinander gepresst, wodurch die Fügeverbindung 52 bereitgestellt wird. Insbesondere wird diese als entsprechend leitfähige Fügeverbindung 54 bereitgestellt. Beim KlettWelding erfolgt das Fügen bei Raumtemperatur und bei einem Fügedruck von mindestens 15 MPa. Beim KlettWelding⁺ erfolgt das fügen bei einer deutlich höheren Temperatur, zum Beispiel bei 170°C, und bei einem etwas geringeren Druck von mindestens 10 MPa. Beim KlettWelding Underfill kann zusätzlich noch ein Klebstoff 56 zwischen den Fügepartnern A, B im Fügebereich verwendet werden. Dabei kommen unterschiedliche Klebstoffe infrage, zum Beispiel solche die thermisch aushärten oder die durch UV-Licht und/oder Feuchtigkeit aushärten. Die Aushärtetemperatur kann entsprechend ebenfalls variieren, und auch bei Raumtemperatur liegen, z.B. beim Aushärten mittels UV-Licht. Durch die zusätzliche Verwendung des Klebstoffs 56 ist das Fügen bei sehr geringer Temperatur möglich, und vor allem bei sehr niedrigem Druck von zum Beispiel mindestens 1 MPa.
3 zeigt eine schematische Darstellung des Ablaufs eines Fügevorgangs gemäß weiteren Ausführungsbeispielen. Der erste Schritt S1 ist dabei identisch zu dem zu 2 Beschriebenen. Auch der Schritt S2` wird ähnlich ausgeführt der zu 2 beschriebene Schritt S2, allerdings wird vorliegend in Schritt S2` eine Nanodrahtanordnung 50 nur auf einem der Fügepartner A erzeugt, und nicht auf beiden Fügepartnern A, B. Anschließend werden die Fügepartner A, B in Schritt S3` zueinander positioniert, insbesondere wie zu Schritt S3 in 2 beschrieben, und anschließend aneinander gepresst, wie in Schritt S4` dargestellt. Diese Vorgehensweise findet z.B. beim KlettSintering statt. Dabei erfolgt das Fügen in Schritt S4` bei einer Fügetemperatur von zum Beispiel 170°C und einem Fügedruck von mindestens 10 MPa. Beim sogenannten KlettGlueing kommt zusätzlich noch ein Klebstoff 56 zum Einsatz, der zwischen die beiden Fügepartner A, B aufgebracht wird, insbesondere an den zu fügenden Stellen 64a, 64b. Im vorliegenden Beispiel wurde der Klebstoff 56 auf nur einen der Fügepartner A, B aufgetragen. Eine Auftragung auf beide oder auf den anderen der beiden Fügepartner A, B ist ebenfalls möglich. Durch die Verwendung des Klebstoffs 56, der insbesondere wiederum wie zur 2 beschrieben ausgebildet sein kann, lässt sich der Fügevorgang im Schritt S4` bei sehr niedriger Temperatur, und vor allem wieder bei deutlich niedrigerem Druck von mindestens 1 MPa ausführen. Die Verwendung eines Klebstoffs 56 mit niedriger Viskosität ist dabei vorteilhaft. Dadurch lässt sich also wiederum insgesamt eine Fügeverbindung 52, insbesondere eine elektrisch leitende Fügeverbindung 54 bereitstellen.
4 zeigt eine schematische Darstellung des Ablaufs zur Bereitstellung einer Fügeverbindung 52 gemäß weiteren Ausführungsbeispielen. Auch hierbei erfolgt wiederum in Schritt S1 eine Strukturierung der beiden Fügepartner A, B in den beiden zu fügenden Bereichen 64a, 64b. Allerdings wird nun auf keinen der Fügepartner A, B direkt eine Nanodrahtanordnung 50 erzeugt, sondern die Nanodrahtanordnung 50 wird in diesem Beispiel in Form eines KlettWelding-Tapes 62 bereitgestellt. Dieses wird in Schritt S2" bereitgestellt. Das KlettWelding-Tape 62 weist eine Trägerschicht 66 und vielzählige beidseitig darauf angeordnete Nanodrähte 50a auf. Das Tape 62 kann dabei flexibel ausgebildet sein. In Schritt S3" werden die Fügepartner A, B und das Tape 62 zueinander positioniert und in Schritt S4" miteinander durch Verpressen gefügt. Diese Vorgehensweise findet beim KlettSintering⁺ und KlettGlueing⁺ statt, wobei beim KlettGlueing wiederum zusätzlich ein Klebstoff 56 verwendet wird. Dieser kann in Schritt S3" auf einen oder beide Fügepartner A, B auf die entsprechenden zu fügenden Stellen 64a, 64b aufgetragen werden. Während beim KlettSintering⁺ das Fügen wiederum bei sehr hoher Temperatur, zum Beispiel bei 170°C, und hohem Druck, zum Beispiel von mindestens 10 MPa, erfolgt, kann durch die zusätzliche Verwendung des Klebstoffs 56 die Fügetemperatur und der Druck erniedrigt werden, insbesondere auf eine sehr niedrige Temperatur und einen Fügedruck von mindestens 1 MPa. Hierdurch lässt sich eine Fügeverbindung 52 bereitstellen, die insbesondere als elektrisch isolierende Fügeverbindung 60 ausgebildet sein kann.
Bei mindestens einem dieser Fügepartner A, B kann es sich um eine Batteriezelle 12, 14 handeln. Beim anderen Fügepartner A, B kann es sich auch um eine Batteriezelle 12, 14 handeln, insbesondere auch um einen anderen Teil der gleichen Batteriezelle 12, 14, oder auch um ein anderes Bauteil, z.B. eine Kühleinrichtung 22, einen Sensor 58, einen Zellverbinder 48, einen elektronischen Schalter, oder Ähnliches.
Gerade beim KlettWelding, wie zur 2 beschrieben, lässt sich der Fügevorgang äußerst schnell, insbesondere im Bereich von 60 ms oder unwesentlich länger, ausführen. Bei der Verwendung höherer Drücke oder Temperaturen, lassen sich noch stabilere Fügeverbindungen bereitstellen. Durch die Verwendung von Klebstoffen 56 kann sowohl Fügetemperatur als auch Druck reduziert werden. Dies ermöglicht deutlich schonendere Fügevorgänge, wie dies zum Beispiel in Kombination mit Batteriezellen 12, 14 sehr vorteilhaft ist.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung Anwendungen und Anordnungen nanostrukurierter Oberflächen für Batteriezellen und deren Verkettung bereitgestellt werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2021185616 A1 [0003]

Claims

Batterieanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug, die mindestens eine erste Batteriezelle (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieanordnung (10) eine Nanodrahtanordnung (50) aufweist, die als ein Bestandteil der ersten Batteriezelle (12) ausgebildet ist oder die an einem Teil der ersten Batteriezelle (12) angeordnet ist, wobei die Nanodrahtanordnung (50) vielzählige, elektrisch leitfähige Nanodrähte (50a) umfasst.
Batterieanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - ein erster Teil (24`) der ersten Batteriezelle (12) mit einem zweiten Teil (24") der ersten Batteriezelle (12) über die Nanodrahtanordnung (50) verbunden, insbesondere gefügt ist; und/oder - die Batterieanordnung (10) mindestens ein von der ersten Batteriezelle (12) verschiedenes Bauteil (18, 20, 22, 14, 48, 58) aufweist, wobei die erste Batteriezelle (12) über die Nanodrahtanordnung (50) mit dem Bauteil (18, 20, 22, 14, 48, 58) verbunden ist, insbesondere elektrisch leitend oder elektrisch isoliert verbunden bzw. gefügt ist.
Batterieanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Batteriezelle (12) einen ersten Zellpol (34) aufweist, wobei die Batterieanordnung (10) eine zweite Batteriezelle (14) mit einem zweiten Zellpol (34) umfasst und das Bauteil (18, 20, 22, 14, 48, 58) einen Zellverbinder (48) darstellt, mittels welchem der erste Zellpol (34) der ersten Batteriezelle (12) elektrisch leitend mit dem zweiten Zellpol (34) der zweiten Batteriezelle (12) verbunden ist.
Batterieanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Batteriezelle (12) ein erstes Zellgehäuse (24) aufweist, welches ein erstes Inneres (36) der ersten Batteriezelle (12) von einer Umgebung (46) der ersten Batteriezelle (12) separiert, wobei das erste Zellgehäuse (24) eine dem ersten Inneren (36) der ersten Batteriezelle (12) zugewandte erste Innenseite (24a) und eine der Umgebung (46) zugewandte erste Außenseite (24b) aufweist, wobei die Nanodrahtanordnung (50) an der ersten Innenseite (24a) und/oder der ersten Außenseite (24b) angeordnet ist.
Batterieanordnung (10) nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieanordnung (10) eine zweite Batteriezelle (14) umfasst, die ein zweites Zellgehäuse (24) aufweist, welches ein zweites Inneres (36) der zweiten Batteriezelle (14) von einer Umgebung (46) der zweiten Batteriezelle (14) separiert, wobei das zweite Zellgehäuse (24) eine der Umgebung (46) zugewandte zweite erste Außenseite (24b) als das Bauteil (18, 20, 22, 14, 48, 58) aufweist, wobei die erste Batteriezelle (12) mit ihrer ersten Außenseite (24b) über die Nanodrahtanordnung (50) mit der zweiten Außenseite (24b) der zweiten Batteriezelle (14) verbunden ist.
Batterieanordnung (10) nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (18, 20, 22, 14, 48, 58) eine Kühleinrichtung (22) darstellt, insbesondere - eine von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlplatte (22); und/oder - ein Gehäusebauteil (18) eines Modulgehäuses oder Batteriegehäuses (20).
Batterieanordnung (10) nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (18, 20, 22, 14, 48, 58) einen Sensor (58) darstellt, insbesondere einen Temperatursensor und/oder Spannungssensor und/oder Stromsensor.
Batterieanordnung (10) nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (18, 20, 22, 14, 48, 58) einen elektronischen Schalter darstellt, der zumindest mit dem ersten Zellpol (34) der ersten Batteriezelle (12) elektrisch leitend über die Nanodrahtanordnung (50) verbunden ist.
Batterieanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanodrahtanordnung (50) im ersten Inneren (36) der ersten Batteriezelle (12) angeordnet ist, insbesondere an der ersten Innenseite (24a) des Zellgehäuses (24) und/oder als ein Teil einer Oberfläche einer Aktivmaterialschicht (40, 42) eines im ersten Inneren (36) der ersten Batteriezelle (12) angeordneten Zellkerns (38).
Verfahren zum Herstellen einer Batterieanordnung (10) mit mindestens einer ersten Batteriezelle (12) dadurch gekennzeichnet, dass eine Nanodrahtanordnung (50), die vielzählige, elektrisch leitfähige Nanodrähte (50a) aufweist, als ein Bestandteil der ersten Batteriezelle (12) ausgebildet wird oder an einem Teil der ersten Batteriezelle (12) angeordnet wird.