В рамках проекта GaN4EmoBiL (GaN Power Semiconductors for Electric Mobility and System Integration via Bidirectional Charging), целью которого является создание компактных и энергоэффективных решений для силовой электроники, специалисты Института прикладной физики твёрдого тела Фраунгофера представили новую разработку. Партнёр проекта, компания Ambibox GmbH, уже интегрировала полученный модуль в действующий демонстрационный образец однофазного внешнего (off-board) зарядного устройства для электромобилей, поддерживающего функцию двунаправленной передачи энергии.
Основой системы стал силовой модуль на базе GaN-транзисторов с рабочим напряжением до 1200 В, расположенных на изолирующей подложке. В ходе испытаний демонстратор успешно функционировал в диапазоне напряжений аккумуляторов от 150 до 920 В, что полностью покрывает потребности современных высоковольтных архитектур электромобилей.
Зачем это нужно?
Главная задача исследователей — повысить эффективность и компактность зарядных станций при одновременном снижении их стоимости. Разработчики отмечают, что классические бортовые зарядные устройства (onboard chargers), преобразующие переменный ток сети в постоянный для батареи, остаются громоздкими, тяжёлыми и дорогостоящими, особенно если речь идёт о системах мощностью 11–22 кВт.
Предложенное решение представляет собой внешнее зарядное устройство мощностью до 3 кВт. Хотя скорость такой зарядки ниже, чем у стационарных станций, устройство выигрывает за счёт мобильности, малых габаритов и универсальности подключения через стандартные разъёмы CCS и бытовой разъём Schuko. Компактность решения впечатляет: объём демонстратора составляет всего 8,3 литра, а общая масса вместе с разъёмами — 5,7 кг. Это делает систему отличным вариантом для использования в качестве переносного зарядного решения.
Двунаправленность как ключ к энергобалансу
Ключевая особенность модуля — поддержка двунаправленной зарядки. Это превращает электромобиль в полноценный элемент распределённой энергосети: в часы избыточной генерации он выступает в роли накопителя энергии, а в периоды пиковых нагрузок — возвращает запасённую энергию обратно в сеть.
Использование нитрид-галлиевых (GaN) полупроводников является критически важным для реализации подобных устройств. Материалы с широкой запрещённой зоной позволяют работать с высокими напряжениями, повышают КПД преобразования энергии и минимизируют тепловые потери. Это прямо влияет на итоговые размеры и цену силовой электроники.
Дальнейшие шаги
В планах исследователей — масштабирование технологии по току, напряжению и размеру пластин, а также дальнейшее снижение себестоимости, чтобы сделать GaN-решения конкурентоспособными по сравнению с традиционными кремниевыми аналогами. В будущем GaN-электроника может выйти на уровень напряжений 1200–1700 В, что позволит значительно повысить эффективность электромобилей и увеличить запас их хода. Публичная демонстрация технологии запланирована на предстоящей выставке PCIM Expo & Conference 2026 в Нюрнберге.
