Design for manufacturing of battery cooling plates : guidelines and prototyping for innovative joining technologies

As the automotive industry shifts toward full electrification, efficient thermal management has become a critical factor for vehicle performance and safety. While vacuum brazing remains the established industrial standard for battery cooler production, the process necessitates significant energy expenditure and imposes rigid manufacturing constraints. These limitations not only hinder design flexibility and scalability but also present a growing conflict with the sustainability goals of the modern automotive supply chain. This thesis aims to define a novel design methodology for battery cooling plates, focusing on innovative joining and manufacturing technologies as alternatives to traditional brazing. The research involved an initial benchmarking of emerging technologies, followed by the development of specific design guidelines tailored to these new processes. The proposed methodology was validated through the design and development of scaled-down prototypes, followed by a series of experimental tests and simulations based on real industrial requirements to evaluate thermal performance, structural integrity, and manufacturing feasibility. The results demonstrate that the developed guidelines allow for a significant optimization of the design process, ensuring compliance with rigorous automotive standards while offering a viable path toward more cost-effective, flexible and sustainable production.

Con la transizione dell'industria automobilistica verso la completa elettrificazione, una gestione termica efficiente è diventata un fattore critico per le prestazioni e la sicurezza dei veicoli. Sebbene la saldobrasatura sottovuoto rappresenti l'attuale standard industriale per la produzione di battery cooler, il processo richiede un notevole dispendio energetico e impone rigidi vincoli produttivi. Tali limitazioni non solo ostacolano la flessibilità progettuale e la scalabilità, ma contrastano sempre più con gli obiettivi di sostenibilità della moderna filiera automotive. Il presente lavoro di tesi si propone di definire una nuova metodologia di progettazione per piastre di raffreddamento batterie, focalizzandosi su tecnologie innovative di giunzione e produzione in alternativa alla saldobrasatura tradizionale. La ricerca ha previsto un benchmarking iniziale delle tecnologie emergenti, seguito dallo sviluppo di linee guida progettuali specifiche per tali processi. La metodologia proposta è stata validata attraverso la progettazione e lo sviluppo di prototipi in scala, sottoposti a una serie di test sperimentali e simulazioni basati su reali requisiti industriali per valutare prestazioni termiche, integrità strutturale e fattibilità produttiva. I risultati dimostrano che le linee guida sviluppate permettono una significativa ottimizzazione del processo di design, garantendo la conformità ai rigorosi standard automotive e offrendo, al contempo, un percorso concreto verso una produzione più flessibile, economica e sostenibile.