Die Entwicklung von GaN (Galliumnitrid)-basierter Leistungselektronik stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Elektromobilität dar. Diese Technologie vereint zahlreiche Vorteile in Bezug auf Effizienz, Leistung und Kosten und spielt eine Schlüsselrolle in der angestrebten Energiewende. Im Rahmen der PCIM Expo & Conference 2026 in Nürnberg wird das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF) vom 9. bis 11. Juni die neuesten Fortschritte in der GaN-Technologie präsentieren, darunter einen innovativen Demonstrator für ein bidirektionales, einphasiges DC-Ladegerät mit einer Spannung von 800 Volt, das speziell für Elektrofahrzeuge entwickelt wurde.
Im Projekt GaN4EmoBiL, das in Zusammenarbeit mit dem Partner Ambibox durchgeführt wird, haben die Forscher des Fraunhofer IAF ein leistungselektronisches Modul auf Basis von GaN entwickelt. Dieses Modul ist für bidirektionale Gleichstrom-Ladesysteme der 800-V-Klasse konzipiert. Die von Ambibox entwickelte Demonstrationseinheit integriert diese Technologie in ein Off-Board-Ladegerät, das eine Leistung von bis zu 3 kW bereitstellt. Der Einsatz von GaN-Bauelementen der 1200-V-Klasse auf isolierenden Substraten soll im praktischen Einsatz mit Batteriespannungen zwischen 150 und 920 Volt getestet werden.
„Mit unserem einphasigen Demonstrator schließen wir eine bestehende Lücke im Bereich der Flexibilität, Effizienz und Kosten für bidirektionales Laden“, erklärt Jun.-Prof. Dr. Stefan Mönch, der das Projekt koordiniert. In der aktuellen Praxis sind Elektrofahrzeuge mit On-Board-Chargern ausgestattet, die Wechselstrom (AC) aus einer Haushaltssteckdose oder öffentlichen Ladestationen in den benötigten Gleichstrom umwandeln. Diese On-Board-Charger sind jedoch oft groß, schwer und kostenintensiv. Im Gegensatz dazu bietet der in GaN4EmoBiL entwickelte Off-Board-Charger eine kostengünstigere und flexiblere Lösung. Trotz einer geringeren Ladegeschwindigkeit im Vergleich zu On-Board-Systemen ist er mobil, kompakt und vielseitig einsetzbar.
Ein zentraler Vorteil des neu entwickelten Systems ist die Fähigkeit des bidirektionalen Ladens. Dies bedeutet, dass ein Elektrofahrzeug nicht nur geladen werden kann, sondern auch als Energiespeicher fungiert. In Zeiten mit überschüssigem Strom kann das Fahrzeug Energie aus dem Netz aufnehmen und bei Bedarf wieder einspeisen. „Diese Funktionalität trägt entscheidend zur Flexibilität des Energiesystems bei“, betont Achim Lösch, Business Developer für Hochfrequenz- und Leistungselektronik am Fraunhofer IAF.
Das Fraunhofer IAF arbeitet kontinuierlich an der Entwicklung innovativer GaN-Bauelemente und integrierter Leistungsschaltungen (GaN Power ICs), die nicht nur hohe Effizienz bieten, sondern auch die Miniaturisierung auf Systemebene vorantreiben. „Unser Ziel ist es, die Vorteile der Wide-Bandgap-Technologie zu realisieren, ohne die Kosten der herkömmlichen Siliziumtechnologie zu überschreiten“, erläutert Dr. Michael Basler, ein Forscher am Institut.
Die PCIM Expo & Conference 2026 wird eine Plattform bieten, um die Fortschritte im Bereich der GaN-Leistungselektronik zu präsentieren. Am Stand des Fraunhofer IAF werden verschiedene GaN-basierte Produkte und Module gezeigt, wobei der bidirektionale Lade-Demonstrator im Fokus stehen wird. Zudem werden mehrere Forscher des Instituts Vorträge und Poster-Sessions zu ihren aktuellen Arbeiten halten. Dr. Michael Basler wird die Konferenz mit einer Keynote über die Entwicklung von GaN-Transistoren einleiten.
Das GaN4EmoBiL-Projekt zielt darauf ab, neue Halbleiter- und Systemtechnologien zu erforschen, um ein intelligentes und kostengünstiges bidirektionales Ladesystem zu demonstrieren. Die Partner des Projekts arbeiten an innovativen Bauelementen und Konzepten, um eine zuverlässige und effiziente Ladeinfrastruktur zu schaffen, die für eine breite Akzeptanz der Elektromobilität erforderlich ist.
Die Fortschritte in der GaN-Leistungselektronik sind entscheidend für die Entwicklung leistungsfähigerer Systeme in der Energieumwandlung und -speicherung. Diese Technologie ermöglicht es, in der Elektromobilität effizientere und kostengünstigere Systeme zu schaffen, die die Reichweite von Elektrofahrzeugen erhöhen und somit deren Akzeptanz in der Gesellschaft fördern
