本发明涉及新能源汽车技术领域，更具体的说，涉及一种可更换电芯的电池包。
背景技术：
作为对于常规内燃机动车的环保以及节能的代替，纯电动汽车的地位变得越来越重要。为了提供用于运行电动机的电能，电动汽车具有可再充电的电池组，电动汽车的有效行驶距离与电池组的容量成比例。
由于电动车用于电池组的结构空间有限，电池组的容量增大需要通过提高电池组的能量密度以及最大化利用电池包空间，从而使得电池包能够携带更多的能量来提升电动车的行驶里程数。
随着新能源行业的发展，电池模组由vda(verbandderautomobilindustrie，德国汽车工业协会)尺寸转而向更大的590模组发展，电芯的尺寸和容量都有持续增加的趋势。
目前，已有类似ctp(celltopack，无模组动力电池包)电池包和刀片电池等电池包方案。因为ctp电池包方案能够最大程度地使用电池包空间，减少电池包结构件和模组结构件的使用，提升电芯的使用空间，使得电池包的量产成本下降，电池包能量密度提升。因此，ctp电池包方案作为未来电池和电池包的发展方向，被各大电池厂和主机厂的广泛认可。
ctp电池包方案减少了电池包结构件、模组结构件和固定件的使用，为保证电芯与电池包的连接强度，目前的处理方案是大量引入结构胶、导热结构胶和电芯绑带等方式来保证电芯的固定，而不采用类似螺栓连接这种可拆卸方式的机械连接方式，其原因主要有以下三点：
1)带有机械连接面的电芯可制造性较低，成本较高；
2)不可避免仍需要类似于导热胶或裂隙填充物(gapfiller)来提升电芯到热管理系统的导热性能；
3)大尺寸容量电芯导致其连接强度无法保证，且在电池包内需要占用大量空间，电芯越多，螺栓用量越大。
在ctp电池包中结构胶和导热结构胶大量使用，当ctp电池包的电芯出现问题需要更换时，需要加入溶胶剂和高温处理，花费较长的时间才能将与电池包相连的问题电芯拆卸下来。
目前，溶胶剂成本较高且无匹配的溶胶剂方案，高温对电池也有破坏作用，致使修理过程难度大、耗时长、成本高且对电芯都有不可逆影响。
由于上述原因，使得ctp电池包的可维护性问题突显出来，ctp电池包所采用的电芯均为尺寸和容量较大的电芯。
不同于目前的vda尺寸电芯，多数ctp电池包方案采用的电芯尺寸为厚度较大或者长度较长(刀片电池)的电芯，在电芯的生产环节，电芯的一致性和尺寸公差问题较vda尺寸电芯要低一些，其成本也会更高，而ctp电池包的可维护性较差，导致在电池包安装中，如果一个电芯出现问题，则整个ctp电池包都必须报废或者耗费相当时间和成本进行拆卸、更换和维修。
如果在使用过程中电池包出现了问题，ctp电池包无法采用现阶段的模组一样进行快速更换方式，导致维修时间长，维修难度大，维修成本高等诸多问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供可更换电芯的电池包，解决现有技术的ctp电池包难以单独快速更换电芯模块的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种可更换电芯的电池包，包括电芯模块和电池包壳体：
所述电芯模块，包括多个电芯、电器连接盒和电池管理系统区域分割组成，采用快插高压连接方式将电芯的高压连接位置和低压连接位置设置在电池包底部；
所述电池包壳体，下部为可拆卸结构。
在一实施例中，所述电芯，以一定数量为单位，按照预设间距进行排布，中间加入定位隔片组成电芯模块。
在一实施例中，所述电芯模块，包括高压连接排线和跨纵梁高压连接排线，从电池包底部通过实现高压连接，完成所有位置的电芯模块的更换；
所述高压连接排线，为连接电池模块之间的两端的高压连接铝排；
所述跨纵梁高压连接排线，为跨过纵梁的连接电池模块之间的两端的高压连接铝排。
在一实施例中，所述电芯模块，内部电芯之间采用电芯间高压连接排线进行高压连接，所述电芯间高压连接排线，为电池模块内部的电芯之间的高压连接铝排。
在一实施例中，所述电芯模块之间，采用高压输出接插件进行快插高压连接，电芯模块的输出侧设置有高压输出接插件。
在一实施例中，所述电池包壳体，包括水冷板上盖，为水冷板与电池包上盖进行结合连接构成。
在一实施例中，所述电芯，顶部与水冷板上盖之间，采用裂隙填充物进行连接结合。
在一实施例中，所述电芯模块还包括电芯模块支撑板，与电芯底部连接，采用结构胶进行粘接结合：
所述电芯模块支撑板，底部四个方向留有溢胶口，两边为折弯结构，为电芯提供夹紧力；
所述电芯支撑板，以螺栓连接的方式与电池包壳体相连，将整个电芯模块与电池包壳体进行固定。
在一实施例中，所述电池包壳体，还包括电池包壳体横向边框、电池包壳体纵向边框和纵梁：
所述电池包壳体横向边框、电池包壳体纵向边框和纵梁以焊接方式进行密封连接，作为电池包整体的承重结构；
所述电池包壳体横向边框、电池包壳体纵向边框和水冷板上盖以激光焊接方式进行连接。
在一实施例中，所述电池包壳体横向边框，对应的x轴前侧开设方形槽口，作为电池包的高压\低压输出接插件和防爆阀的安装接口位置；
所述电池包壳体横向边框，对应的x轴后侧开设圆孔，作为水冷管接口；
水冷管，通过水冷管接口输出，与水冷管接口部分设有密封圈。
在一实施例中，所述电池包壳体，还包括底部护板，运用铝合金挤出形成腔体，通过密封圈配合下壳体槽与电池包壳体横向边框、电池包壳体纵向边框连接，进行电池包壳体的密封。
在一实施例中，所述电芯模块，与电池包壳体之间的距离为15～20mm。
本发明提出的一种可更换电芯的ctp电池包，当ctp电池包中电芯出现问题时，可以通过bms确认问题电芯位置，确定需要更换的电芯模块的位置，进行电芯模块的更换操作，能够免去电池包从车上拆卸下来的操作流程，在车身即可完成拆卸和安装，效率更高。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包的安装图；
图2揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包的零件爆炸图；
图3揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包的内部空间布置图；
图4揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包的高压连接示意图；
图5揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包的电芯模块的结构图；
图6揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包壳体结构图；
图7揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包的纵向空间应用示意图；
图8揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包的底部视图；
图9揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包的电芯模块拆除示意图；
图10揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包的壳体密封示意图。
图中各附图标记的含义如下：
1水冷板上盖；
2裂隙填充物；
3电池包壳体横向边框；
4电池包壳体纵向边框；
5水冷板支撑架；
6纵梁；
7bdu&bms组件；
8bdu&bms组件支撑架；
9电芯；
10电芯间高压连接排线；
11高压连接快插接口；
12结构胶；
13电芯模块支撑板；
14高压连接排线；
15跨纵梁高压连接排线；
16水冷管；
17密封圈；
18底部护板；
19密封圈。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定发明。
图1揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包的安装图，如图1所示，本发明提出的可更换电芯的ctp电池包，采用了更为灵活的ctp电芯布置方案和结构，在不影响电池包使用空间的前提下，能够从电池包底部进行电芯更换。
设置坐标系为车身坐标系，定义坐标z向为车高方向，向上为正，y向为车宽方向，向右为正，x向为车长方向，向后为正。
图2揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包的零件爆炸图，如图2所示，本发明提出的可更换电芯的ctp电池包，包括电芯模块和电池包壳体：
所述电芯模块，包括多个电芯、电器连接盒和电池管理系统区域分割组成，采用快插高压连接方式将电芯的高压连接位置和低压连接位置设置在电池包底部；
所述电池包壳体，下部为可拆卸结构，可以在电池包底部进行拆卸和安装操作。
在本实施例中，电芯模块包含电芯9、电芯模块支撑板13，电芯间高压连接排线10，高压连接快插接口11，结构胶12和裂隙填充物2。
在本实施例中，电池包壳体包含水冷板上盖1、电池包壳体横向边框3、电池包壳体纵向边框4、纵梁6、密封圈17和底部护板18。
图3揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包的内部空间布置图，如图3所示，为了克服ctp电池包的可维护问题，将电芯9的下部的电芯模块支撑板13做了区域分割和分离，将多个电芯作为模块化的整体。
电芯模块支撑板13还包括bdu(电器连接盒)和bms(batterymanagementsystem，电池管理系统)零件的bdu&bms组件支撑架8。
电芯模块支撑板13，与电芯底部连接，为异形设计结构，将高压连接位置和低压连接位置设置在电池包底部，可以在电池包底部进行拆卸和安装操作。
高压连接排线14和跨纵梁高压连接排线15也从电池包的底部通过，可以完成所有位置的电芯模块的更换。
更进一步的，高压连接排线14，为连接电池模块之间的两端均为类似于接插件公端的高压连接铝排。
更进一步的，跨纵梁高压连接排线15，为需要跨过纵梁的连接电池模块之间的两端均为类似于接插件公端的高压连接铝排。
为了降低电芯模块拆装的难度，电芯9，顶部采用裂隙填充物2，而不采用导热结构胶。
水冷板上盖1，为复合水冷板的电池包上盖，将水冷板和上盖的结合，减少电池包组件的同时，也提高了水冷板的强度。
水冷板上盖1，可以采用激光焊接的连接方式与电池包壳体相连接，并保持密封状态。
本实施例中，水冷板与上盖相结合的方案，减少电池包结构件的同时，提升了水冷板的强度，与壳体采用激光焊接的连接方式，减少了密封件的同时，也减少了工艺成本，提高了电池包整体性。
电池包的内部零件均可以从电池包下部拆卸，在正常的维护过程中也无需再次将水冷板拆卸，故该结构和各部件的连接方法很好得满足了需求。
传统的ctp电池包的结构设计，拆卸问题电芯的操作会导致电池包的大部分电芯、底板、水冷板、高压连接等部件损坏(占整包成本的80％)，尤其是电芯间高压连接均采用激光焊接的ctp电池包方案，由于电芯间为不可拆卸电连接，对电芯的拆卸将会导致整个电池包报废，也就是除bdu组件，其他电池包组件均报废。
本发明提出的可更换电芯的ctp电池包，可以通过置换单个电芯模块(单电芯模块占整包成本的10％)为代价，水冷板、高压连接、底板等电池包各部件均能保证完整性，且通过底部维修方式，缩短50％以上的维修时间，提高维修效率和保持电池包的功能完整。
图4揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包的高压连接示意图，如图4所示，以下针对本发明提出的可更换电芯的ctp电池包中重要零部件的设计和功能进行详细的论述。
电芯模块为本发明的可更换电芯的ctp电池包的核心。
电芯模块设计的重点主要包括以下三点：
(1)电芯模块必须是可拆卸的，否则将无法达到维修的目标；
(2)完成从电池包底部拆卸，就必须要求电池模块的拆卸位置是向下的，而且能够做到从底部断开电芯模块的低压连接和高压连接，更换之后，也必须能够从底部将低压连接和高压连接进行重置；
(3)拆卸和安装过程必须对其他部件没有破坏和功能性影响，否则将提高电池包维修的成本和维修时间。
根据以上论述的设计重点，本发明提出的电芯模块，可以完成从电池包底部安装和拆卸，采用快插高压连接的方案，避免采用螺栓连接导致无法从底部拆卸以及激光焊接方法导致不可拆卸的问题，且拆卸过程不会对电池包的其他部件产生破坏性影响。
快插高压连接是一种可实现类似于接插件插拔的高压连接方案，相比于目前电池包中以焊接(电池模块损坏)和螺栓连接进行电连接的方案，其能够通过插拔实现快速操作，对高压连接铝排和电池模块无损伤。
图5揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包的电芯模块的结构图，如图5所示，电芯模块支撑板13，以螺栓连接的方式与电池包壳体相连，从而将整个电芯模块与电池包进行固定，在更换电芯模块时，需要对电芯模块支撑板13进行拆卸和安装操作。
电芯模块支撑板13，为电芯9提供支撑力，两边的折弯为电芯提供了夹紧力，对整体抗扭转能力和刚度具有提升作用，并控制电芯9之间的压力，防止电芯9的膨胀。
本发明凭借电芯模块的结构强度和电芯模块支撑板13的折弯来提高电池包的整体扭转强度，在不使用横梁的条件下，能够起到类似于横梁的效果。
电芯模块支撑板13，底部四个方向留有溢胶口。
电芯9，底部与电芯模块支撑板13之间采用结构胶粘接，用于提升整体性和连接强度，为防止电芯模块与水冷板上盖1之间连接由于强度过大导致电芯模块无法拆卸，或由于拆卸力过大导致水冷板上盖1形变。
电芯上部与水冷板之间采用裂隙填充物2，而不采用导热结构胶。
裂隙填充物2，英文术语为gapfiller，为具备一定导热性能、填补空隙的胶。
电芯模块内部的电芯之间，采用同种规格的电芯间高压连接排线(busbar)10进行高压连接。
更进一步的，电芯间高压连接排线10为电池模块内部的电芯之间的高压连接铝排，无接插件。
可选的，电芯间高压连接排线10为方形。
电芯模块的输出侧，设置有高压输出接插件11。
电芯模块之间，采用高压输出接插件11进行快插高压连接。
高压输出接插件11，为具有一个类似于接插件母端的高压连接铝排，作为电芯模块之间的高压输出排线。
高压输出接插件11，与电芯9可以采用激光焊接连接。
为达到从底部进行电芯模块的安装与拆卸的目标，高压输出接插件较其他的高压连接方式具有灵活性优势，可以完成底部插拔的操作，且位置在电芯底部护板两侧收拢而空缺的位置，在实际安装和拆卸过程中，高压接插件是暴露向下的，且具备足够的空间进行拆装操作，包括低压接插件的拆装。
图6揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包壳体结构图，如图6所示，电池包的下部为可拆卸结构，因此下部分必须要做密封保护，本发明的电池包边框的底部护板18，运用铝合金挤出形成的腔体，通过密封圈17配合下壳体槽与电池包壳体横向边框3、电池包壳体纵向边框4连接，进行电池包壳体的密封。
电池包壳体横向边框3、电池包壳体纵向边框4和纵梁6以焊接方式进行密封连接，作为电池包整体的承重结构。
电池包壳体横向边框3、电池包壳体纵向边框4和水冷板上盖1采用激光焊接方式进行连接，满足电池包整体的密封要求。
电池包壳体的电池包壳体横向边框3，对应的x轴前侧，开设方形槽口，作为电池包的高压\低压输出接插件和防爆阀的安装接口位置。
电池包壳体的电池包壳体横向边框3，对应的x轴后侧，开设圆孔，作为水冷管接口。
图7揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包的纵向空间应用示意图，如图7所示，水冷管16，通过水冷管接口输出，与水冷管接口部分设有密封圈19，保证电池包内部密封。
电芯模块支撑板13到底部护板18之间的空间为底部球击防护缓冲区，底部护板能以变形的方式吸收底部球击能量，防止对电芯模块造成冲击。
电芯模块到各个电池包壳体之间的距离保持在15～20mm，防止电池包挤压和碰撞过程中对电芯造成的损伤。
从电池包整体空间使用来看，电芯所占用的电池包空间是除去bdu&bms组件7、bdu&bms组件支撑架8、纵梁6后的几乎所有电池包剩余空间，且能够匹配不同的电池包设计，通过调整电芯模块的电芯数量，灵活调整电池包整包的容量和工作电压，具备适应不同平台和电机的需求的能力。
以下将针对可更换电芯的ctp电池包的安装和维修流程操作进行说明。
可更换电芯的ctp电池包的安装流程，进一步包括以下步骤：
s11、电芯模块组装，进一步包括以下步骤。
s111、电芯9按照间距为0.5mm，以6个电芯为单位，在中间加入定位隔片进行电芯排布；
s112、将排放的电芯模块整体底面涂结构胶12，放入电芯模块支撑板13中，与电芯模块支撑板13进行粘接；
s113、进行电芯间高压连接排线10的焊接；
s114、进行采集线路的焊接，并将fpc(柔性电路板)固定于fpc槽内，接插件位置与电芯模块支撑板13粘接。
s12、电池包壳体安装，进一步包括以下步骤。
s121、电池包水冷板上盖1、水冷输出端子结构件、高压和低压接插件，防爆阀等安装；
s122、电池包壳体横向边框3、电池包壳体纵向边框4和纵梁6的焊接。
s13、bdu&bms组件7组装与入壳，进一步包括以下步骤。
s131、bdu&bms组件7与对应的bdu&bms组件支撑架8进行螺栓连接；
s132、将bdu&bms组件支撑架8与电池包壳体横向边框3、电池包壳体纵向边框4进行螺栓连接。
s14、电芯模块入壳，进一步包括以下步骤。
s141、电芯模块与电池包壳体横向边框3、电池包壳体纵向边框4螺栓连接；
s142、将高压连接排线14、跨纵梁高压连接排线15从底部进行安装，连接bdu&bms组件7与电芯模块之间。
s15、热管理系统安装，进一步包括以下步骤。
s151、将电芯模块上侧粘接裂隙填充物2；
s152、将水冷板上盖1按照连接位置和要求进行安装；
s153、连接水冷管16。
s16、电池包壳体密封连接，进一步包括以下步骤。
s161、电池包水冷板上盖1与电池包壳体横向边框3、电池包壳体纵向边框4激光焊接；
s162、底部护板18与电池包壳体横向边框3、电池包壳体纵向边框4进行螺栓连接。
可更换电芯的ctp电池包的维修操作流程，进一步包括以下步骤：
图8揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包的底部视图，拆除底部护板18后的ctp电池包的底部视图如图8所示，s21、电池包维修断电，进一步包括以下步骤。
s211、将电池包与汽车之间的高压连接断开；
s212、将电池包底部护板18拆除；
s213、从底部将电池包内维修开关打开。
图9揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包的电芯模块拆除示意图，如图9所示，s22、拆除问题电芯模块，进一步包括以下步骤。
s221、确认问题电池模块；
s222、断开电芯模块之间的高压连接排线14、跨纵梁高压连接排线15和采集线路；
s223、将电芯模块支撑板13从电池包上拆卸下来.
s23、安装全新的电芯模块，进一步包括以下步骤：
s231、确认和检查新电芯模块的状态；
s232、将全新电芯模块上方预涂裂隙填充物2；
s233、将电芯模块的水冷板支撑架5与电池包进行连接安装；
s234、将电芯模块间的高压连接排线14、跨纵梁高压连接排线15和采集线路连接(无需更换)。
图10揭示了根据本发明一实施例的可更换电芯的电池包的壳体密封示意图，如图10所示，s24、电池包上电和密封，进一步包括以下步骤。
s241、将电池包内维修开关关闭；
s242、将底部护板18安装到电池包上，并检查密封；
s243、电池包与汽车间的高压连接打开。
本发明提出的一种可更换电芯的ctp电池包，当ctp电池包中电芯出现问题时，可以通过bms确认问题电芯位置，确定需要更换的电芯模块的位置，进行电芯模块的更换操作，能够免去电池包从车上拆卸下来的操作流程，在车身即可完成拆卸和安装，效率更高。
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
1.一种可更换电芯的电池包，其特征在于，包括电芯模块和电池包壳体：
所述电芯模块，包括多个电芯、电器连接盒和电池管理系统区域分割组成，采用快插高压连接方式将电芯的高压连接位置和低压连接位置设置在电池包底部；
所述电池包壳体，下部为可拆卸结构。
2.根据权利要求1所述的可更换电芯的电池包，其特征在于，所述电芯，以一定数量为单位，按照预设间距进行排布，中间加入定位隔片组成电芯模块。
3.根据权利要求1所述的可更换电芯的电池包，其特征在于，所述电芯模块，包括高压连接排线和跨纵梁高压连接排线，从电池包底部通过实现高压连接，完成所有位置的电芯模块的更换；
所述高压连接排线，为连接电池模块之间的两端的高压连接铝排；
所述跨纵梁高压连接排线，为跨过纵梁的连接电池模块之间的两端的高压连接铝排。
4.根据权利要求1所述的可更换电芯的电池包，其特征在于：
所述电芯模块，内部电芯之间采用电芯间高压连接排线进行高压连接，所述电芯间高压连接排线，为电池模块内部的电芯之间的高压连接铝排。
5.根据权利要求1所述的可更换电芯的电池包，其特征在于：
所述电芯模块之间，采用高压输出接插件进行快插高压连接，电芯模块的输出侧设置有高压输出接插件。
6.根据权利要求1所述的可更换电芯的电池包，其特征在于，所述电池包壳体，包括水冷板上盖，为水冷板与电池包上盖进行结合连接构成。
7.根据权利要求6所述的可更换电芯的电池包，其特征在于，所述电芯，顶部与水冷板上盖之间，采用裂隙填充物进行连接结合。
8.根据权利要求1所述的可更换电芯的电池包，其特征在于，所述电芯模块还包括电芯模块支撑板，与电芯底部连接，采用结构胶进行粘接结合：
所述电芯模块支撑板，底部四个方向留有溢胶口，两边为折弯结构，为电芯提供夹紧力；
所述电芯支撑板，以螺栓连接的方式与电池包壳体相连，将整个电芯模块与电池包壳体进行固定。
9.根据权利要求6所述的可更换电芯的电池包，其特征在于，所述电池包壳体，还包括电池包壳体横向边框、电池包壳体纵向边框和纵梁：
所述电池包壳体横向边框、电池包壳体纵向边框和纵梁以焊接方式进行密封连接，作为电池包整体的承重结构；
所述电池包壳体横向边框、电池包壳体纵向边框和水冷板上盖以激光焊接方式进行连接。
10.根据权利要求9所述的可更换电芯的电池包，其特征在于：
所述电池包壳体横向边框，对应的x轴前侧开设方形槽口，作为电池包的高压\低压输出接插件和防爆阀的安装接口位置；
所述电池包壳体横向边框，对应的x轴后侧开设圆孔，作为水冷管接口；
水冷管，通过水冷管接口输出，与水冷管接口部分设有密封圈。
11.根据权利要求9所述的可更换电芯的电池包，其特征在于，所述电池包壳体，还包括底部护板，运用铝合金挤出形成腔体，通过密封圈配合下壳体槽与电池包壳体横向边框、电池包壳体纵向边框连接，进行电池包壳体的密封。
12.根据权利要求1所述的可更换电芯的电池包，其特征在于，所述电芯模块，与电池包壳体之间的距离为15～20mm。
技术总结