本发明涉及液冷循环铝电池托盘，具体涉及一种基于分布式液冷流道优化与结构支撑的液冷循环铝电池托盘设计方法。
背景技术：
1、在现有的液冷电池托盘设计中，通常采用单一蛇形流道或简单的分支流道进行冷却，上述的流道设计通过液冷循环系统使冷却液沿固定路径流动，将电池模块产生的热量带走，从而达到降低温度的目的，托盘结构通常由铝合金材料制成，分为承载结构和冷却板，二者分离设计，承载结构负责承载电池的重量并提供必要的强度，而冷却板则为电池提供散热功能，这样的设计在制造过程中一般采用焊接或压铆工艺进行组装，结构复杂、生产工艺繁琐且成本较高，现有技术的主要目标是通过相对简单的冷却流道和机械支撑结构实现基础的散热和承载功能。
2、现有技术在应用中暴露出一些关键性缺陷。首先，传统液冷托盘的蛇形流道设计固定，无法根据不同电池模块的功率密度或热负载情况进行动态调整，导致冷却不均匀容易在高功率密度区域出现局部过热现象，不仅影响电池的使用寿命还会导致性能下降甚至存在安全隐患；其次，托盘结构过于复杂，冷却板与承载结构分离设计，增加了托盘的整体重量，降低了系统的轻量化水平，同时无法有效适应不同应用场景的需求，在需要模块化设计以适应不同功率密度和尺寸的电动汽车或储能系统时，现有托盘的设计灵活性较差，难以实现高效的系统集成。
3、此外，现有液冷托盘的制造工艺单一，通常采用焊接和压铆工艺，缺少工艺组合优化，导致制造成本高、生产效率低，不利于大规模生产应用，如何解决上述技术问题是本领域技术人员致力于研究的方向。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种液冷循环铝电池托盘设计方法，旨在通过引入分布式液冷流道优化与结构支撑的创新设计，以及建立多阶段进化博弈模型，解决冷却效率不足、托盘结构重量大、模块化设计适应性差及制造成本高的问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
3、一种液冷循环铝电池托盘设计方法，包括以下步骤：
4、s1，设计电池托盘的外框架、隔板和托盘盖，电池托盘内部开设液冷流道；
5、s2，通过多阶段进化博弈模型对托盘内部的液冷流道进行分布式优化设计，多阶段进化博弈模型的参与者包括液冷流道设计者和冷却液性能选择者，液冷流道设计采用多路径布局使冷却液均匀流经电池模块各个区域，冷却液性能选择者通过博弈调整冷却液的流量、比热容和流动路径，使冷却效率最大化；
6、s3，使用多阶段进化博弈模型优化托盘结构的机械强度和重量，多阶段进化博弈模型的参与者包括托盘设计者和材料选择者；
7、s4，在液冷流道内部设立多个支撑点，通过进化多阶段进化博弈模型在承载能力和冷却效率之间进行权衡优化；
8、s5，使用多阶段进化博弈模型优化托盘的制造工艺和成本，博弈参与者包括制造工艺工程师和生产成本控制者，工艺选择包括压铆、激光焊接和模块化设计，通过博弈确定最佳工艺组合；
9、s6，在系统集成阶段，利用多阶段进化博弈模型优化托盘在不同应用场景下的性能，博弈参与者包括系统集成设计者和用户需求分析师，根据电池系统的需求，调整冷却系统集成方式，实现托盘的模块化，适应不同功率密度的电动汽车和储能系统；
10、s7，每个博弈阶段的结果通过反馈机制传递至下一阶段，在各阶段博弈策略调整的基础上进行全局优化，各阶段博弈演化到达纳什均衡状态时，系统的设计方案即为最优方案。
11、作为一种具体的实施方式，所述设计方法还包括在系统集成之前设计液冷循环系统，确保冷却液循环流动，通过博弈实时优化流速和流向。
12、作为一种具体的实施方式，步骤s2具体包括以下子步骤：
13、s21，建立多阶段进化博弈模型，博弈的初始条件表示为：
14、；
15、其中，uinitial表示博弈初始的总能量损耗，是区域i的温度梯度，vi是区域i的体积，δti是区域i内的温度变化，cpi是区域i内的冷却液比热容，qi是区域i内的冷却液流量，λi是区域i内的冷却液的导热系数；
16、s22，确定电池模块的热负载分布t(x,y,z)，通过对电池模块不同区域的热流密度q(x,y,z)进行计算得到每个区域的热负载分布，并将热负载分布输入到多阶段进化博弈模型中，作为液冷流道设计者调整流道布局和路径的依据；
17、s23，通过多阶段进化博弈模型中的策略优化，液冷流道设计者根据热负载分布t(x,y,z)，设计多冷却流道路径布局使冷却液均匀流经电池模块的每个区域，确保区域内温度差δt保持在设定范围内；
18、s24，在博弈的每一轮迭代中，冷却液性能选择者根据不同区域的热流密度q(x,y,z)和冷却流道路径长度l(x,y,z)调整冷却液流量q和比热容cp，计算每个路径的冷却效率η：
19、；
20、其中，η表示冷却效率，l(x,y,z)表示冷却流道路径长度，δt表示区域内温度差；
21、s25，在每一轮博弈过程中，区域i内的冷却流道路径长度li(x,y,z)和冷却液流量qi和冷却液比热容cpi的调整通过反馈机制进行优化；
22、s26，通过多次迭代博弈，确定每个区域的液冷流道布局与冷却液参数，在达到纳什均衡时，优化的冷却流道路径和冷却液流量配置为：
23、；
24、；
25、；
26、其中，li*表示区域i内优化后的冷却流道路径长度，qi*表示区域i内优化后的冷却液流量，cpi*表示区域i内优化后的冷却液比热容，λi表示区域i内冷却液的导热系数，qi表示区域i内的冷却液流量，是区域i的温度梯度，δti表示区域i的温度差，ti,in-ti,out表示冷却液在区域i内的进出口温度差，li为区域i内的冷却流道路径长度，cpi为区域i内的冷却液比热容，vi为区域i的体积，l为所有液冷流道的总长度。
27、作为一种具体的实施方式，步骤s3具体包括以下子步骤：
28、s31，托盘设计者根据电池托盘的机械强度需求选择高强度厚壁设计或轻量化薄壁设计，材料选择者负责选择合适的材料；
29、s32，托盘设计者通过建立托盘的力学模型定义托盘在外部载荷作用下的应力σ(x,y,z)，其中应力σ(x,y,z)表示托盘在不同坐标点x, y, z处所承受的应力，计算托盘的整体机械强度s：
30、；
31、其中，s为托盘的整体机械强度，单位为n;v为托盘的体积，单位为m3；
32、s33，托盘设计者通过博弈优化选择托盘壁厚ti和材料的弹性模量ei，托盘的最大应力σmax满足以下条件：
33、；
34、其中， ei表示材料的弹性模量，单位为n/m2，ti为托盘壁厚，单位为mm，fs为安全系数；
35、s34，材料选择者根据托盘的强度需求选择不同的材料，并对材料的密度ρi和强度σi进行评估，计算材料的质量mi：
36、mi＝ρi•v；
37、其中，mi表示托盘材料的质量，ρi为材料的密度，v为托盘的体积；
38、s35，材料选择者通过多阶段博弈模型在强度和重量之间进行优化，在强度满足要求的前提下实现托盘的轻量化；
39、s36，在每一轮博弈中，托盘设计者根据不同材料的性能和壁厚调整托盘设计方案，通过反馈机制优化托盘的机械性能和重量使托盘达到轻量化与强度的平衡；
40、s37，最终通过多轮迭代博弈，当材料选择者和托盘设计者的策略达到纳什均衡时，确定托盘的最优结构和材料配置，实现托盘强度与重量的最佳组合；
41、托盘的最优壁厚ti*通过在强度与轻量化之间进行权衡计算得出，满足托盘在最大应力下的强度要求：
42、；
43、其中，ti*为优化后的托盘壁厚，σmax为托盘在使用过程中承受的最大应力，ei为材料的弹性模量，fs为安全系数；
44、托盘的最优质量mi*通过材料密度和托盘体积计算：
45、mi*＝ρi·v·ti*；
46、其中，mi*为优化后的托盘质量，v为托盘的体积；
47、托盘的最优应力分布σi*通过计算托盘各部分的应力情况使材料强度和壁厚满足使用要求：
48、；
49、其中，σi*为优化后的应力分布。
50、作为一种具体的实施方式，步骤s4具体包括以下子步骤：
51、s41，在液冷流道内部设立多个支撑点，通过多阶段进化博弈模型优化支撑点的布置；
52、s42，建立液冷流道的力学模型，每个支撑点的承载能力为cs，其承载总力fs计算为：
53、；
54、其中，csi为第i个支撑点的承载能力，asi为第i个支撑点的接触面积，fs为所有支撑点的总承载力；
55、s43，优化支撑点的分布位置psi(x,y,z)和数量n，优化后的支撑点分布需满足以下条件：
56、；
57、其中，psi*表示优化后的支撑点位置，λ为冷却液的导热系数，qs为流道中的冷却液流量，为流道中的温度梯度，fs是支撑点在特定位置的受力，psi表示支撑点的位置矢量，及分别表示对fs和psi求偏导；
58、s44，支撑点位置的优化通过反馈机制进行动态调整，确保冷却液的流动效率不受影响，计算冷却液的流动效率ηs：
59、；
60、其中，ηs表示流动效率，qs为流道中的冷却液流量，ls为流道长度，cp为冷却液的比热容，δts为流道内温差；
61、s45，通过多轮多阶段进化博弈模型优化支撑点的数量和位置，使托盘在不同工况下达到承载能力和冷却效率的平衡；
62、s46，最终通过迭代博弈，当支撑点位置和冷却液流动达到纳什均衡时，确定支撑点的最优分布。
63、作为一种具体的实施方式，步骤s5具体包括以下子步骤：
64、s51，制造工艺工程师选择托盘的制造工艺，生产成本控制者负责优化制造成本，通过博弈确定与托盘结构、材料选择、支撑点布置及液冷流道相关的最佳工艺组合和成本控制方案；
65、s52，制造工艺工程师结合材料选择、支撑点的布置与优化以及液冷流道的复杂度选择适用的工艺方式，包括压铆、激光焊接和模块化设计，并对每种工艺的成本ctotal进行计算：
66、；
67、其中，ctotal为制造总成本，cri、cwi、cmi分别为压铆、激光焊接和模块化设计的成本，cm_mat为材料选择的成本，cs为支撑点布置的成本；
68、s53，制造工艺工程师根据优化后的托盘材料选择、支撑点布局和液冷流道设计，计算工艺的生产效率ei、工艺复杂度di和材料损耗率li，并计算工艺组合的制造效率ηc：
69、；
70、其中，ηc表示工艺组合的制造效率，ei为生产效率，di为工艺复杂度，li为材料损耗率；
71、s54，生产成本控制者结合材料成本、支撑点布置和流道优化因素，通过反馈机制动态调整工艺成本和生产效率的平衡，在保证托盘强度、散热性能和承载能力的情况下优化生产效率与成本，成本优化目标为最小化制造总成本ctotal的同时，最大化制造效率ηc：
72、；
73、其中，α为权重系数，用于平衡成本与效率；
74、s55，通过多轮多阶段进化博弈模型，确定压铆、激光焊接和模块化设计的最佳工艺组合，使得生产效率最大化、材料损耗最小化；
75、s56，最终通过迭代博弈，当工艺选择、材料成本、支撑点布局与流道设计达到纳什均衡时，确定最佳工艺组合，并应用于托盘的批量生产过程中。
76、作为一种具体的实施方式，步骤s6具体包括以下子步骤：
77、s61，系统集成设计者根据电池系统的功率密度需求设计液冷托盘的系统集成方式，用户需求分析师根据不同应用场景对电池系统的性能要求，反馈用户需求函数u(x, y,z)；
78、s62，系统集成设计者根据电池模块的功率密度pd(x,y,z)和热负载分布q(x, y,z)，调整液冷托盘模块化设计的冷却系统集成方式；
79、s63，用户需求分析师根据不同应用场景下对电动汽车或储能系统的需求，输入各场景的用户需求函数u(x, y, z)，用户需求函数包含功率密度需求pd(x,y,z)、温度限制tmax和冷却液流量要求qm，并将其作为系统集成多阶段进化博弈模型的输入参数之一；
80、s64，系统集成设计者根据用户需求函数u(x, y, z)和冷却效率对冷却系统进行动态调整，使液冷托盘适应不同功率密度的电动汽车和储能系统，通过多阶段进化博弈模型计算各模块下的功率密度与冷却系统匹配度кm：
81、；
82、其中，кm为模块化设计的匹配度，δtm为电池模块温度差；pd(x,y,z)为功率密度，qm为冷却液流量；cp为冷却液的比热容；
83、s65，通过反馈机制调整冷却系统的集成方式，在每一轮博弈中，系统集成设计者和用户需求分析师根据冷却效率、功率密度需求和用户需求函数优化系统集成设计，使模块化托盘适应不同的应用场景；
84、s66，最终通过多轮迭代博弈，当冷却系统集成方式与功率密度需求达到纳什均衡时，确定液冷托盘的最优模块化集成方案，使电池托盘在不同应用场景下的冷却性能、功率密度适应性和系统集成效率最大化。
85、与现有技术相比，本发明的有益之处是：
86、1）发明通过多阶段进化博弈模型，不仅优化了液冷流道的分布式设计，使得冷却液能够根据电池热负载动态调整流动路径，防止过热现象的发生，还通过结构支撑与流道一体化设计，实现了轻量化与高强度的平衡，此外，本方案将模块化设计与系统集成相结合，能够根据电动汽车和储能系统的不同需求动态调整托盘结构，使托盘在不同功率密度下都能达到最佳的冷却效率和承载性能。
87、2）本发明通过博弈模型优化了压铆、激光焊接和模块化设计的组合，确保制造成本最小化和生产效率最大化，实现了生产的自动化和灵活化，与现有技术相比，本方案大幅度降低了生产成本，同时提升了托盘的制造灵活性，能够有效满足不同应用场景的需求。
88、3）本发明通过反馈机制实时优化和更新，确保托盘设计在散热、承载、模块化和成本控制方面始终保持最佳状态。
1.一种液冷循环铝电池托盘设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种液冷循环铝电池托盘设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括在系统集成之前设计液冷循环系统，确保冷却液循环流动，通过博弈实时优化流速和流向。
3.根据权利要求1所述的一种液冷循环铝电池托盘设计方法，其特征在于，步骤s2具体包括以下子步骤：
4.根据权利要求1所述的一种液冷循环铝电池托盘设计方法，其特征在于，步骤s3具体包括以下子步骤：
5.根据权利要求1所述的一种液冷循环铝电池托盘设计方法，其特征在于，步骤s4具体包括以下子步骤：
6.根据权利要求1所述的一种液冷循环铝电池托盘设计方法，其特征在于，步骤s5具体包括以下子步骤：
7.根据权利要求1所述的一种液冷循环铝电池托盘设计方法，其特征在于，步骤s6具体包括以下子步骤：
