Fraunhofer IAF представил силовой модуль на основе нитрида галлия (GaN), который может использоваться в компактных мобильных зарядных устройствах для электромобилей
В рамках проекта GaN4EmoBiL (GaN Power Semiconductors for Electric Mobility and System Integration via Bidirectional Charging), направленного на создание новых решений для энергетически эффективной и компактной силовой электроники, представлена разработка Институт прикладной физики твёрдого тела Фраунгофера. Партнёр проекта, компания Ambibox GmbH, интегрировала модуль в демонстрационный образец однофазного внебортового (off-board) зарядного устройства для электромобилей с возможностью двунаправленной передачи энергии.
Ключевой элемент системы — силовой модуль на основе GaN-транзисторов с напряжением до 1200 В, выполненных на изолирующей подложке. В демонстраторе устройство тестируется в диапазоне напряжений аккумуляторов от 150 до 920 В, что соответствует современным архитектурам высоковольтных тяговых батарей электромобилей.
Основная цель проекта — повышение эффективности и компактности систем зарядки при сохранении гибкости и снижении стоимости. Разработчики подчёркивают, что традиционные бортовые зарядные устройства электромобилей (onboard chargers), которые преобразуют переменный ток из сети в постоянный для батареи, остаются дорогими, тяжёлыми и конструктивно сложными, особенно при мощности 11–22 кВт.
В отличие от них, предложенное решение представляет собой внешнее зарядное устройство мощностью до 3 кВт. Это означает более медленную зарядку по сравнению с классическими системами, но при этом значительно меньшие габариты и вес, а также мобильность и универсальность подключения через CCS и бытовой разъём Schuko.
Габариты демонстратора составляют 8,3 литра, а масса вместе с разъёмами — 5,7 кг. Такой уровень миниатюризации делает систему потенциально применимой как переносное или распределённое зарядное решение.
Особое значение имеет функция двунаправленной зарядки. Она позволяет электромобилю не только получать энергию из сети, но и отдавать её обратно. В периоды избыточной генерации автомобиль может выступать в роли накопителя энергии, а при пиковых нагрузках — возвращать энергию в сеть, поддерживая баланс энергосистемы.
По словам исследователей, использование GaN-полупроводников важно для такого класса устройств. Эти материалы с широкой запрещённой зоной позволяют работать при более высоких напряжениях, повышают эффективность преобразования энергии и уменьшают тепловые потери, что напрямую влияет на размеры и стоимость силовой электроники.
Разработчики отмечают, что цель дальнейших исследований — масштабирование технологии по напряжению, току и размеру пластин, а также снижение стоимости до уровня, сопоставимого с кремниевыми решениями при существенно более высоких характеристиках.
В перспективе GaN-электроника может быть расширена до классов напряжений 1200–1700 В, что повысит эффективность электромобилей, увеличит их запас хода и снизит стоимость зарядной инфраструктуры.
Демонстрация технологии состоится на выставке PCIM Expo & Conference 2026 в Нюрнберге, где Fraunhofer IAF представит ряд GaN-решений, включая сам двунаправленный зарядный демонстратор.