Das HiPower-5.0-Konsortium arbeitet im vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM verantworteten Use Case Automotive an der Entwicklung eines leistungsstarken 22-kW-OBCs mit einem Volumen von vier Litern. Dieser ist damit deutlich kleiner als die aktuell üblichen zwölf Liter.
Zentral für diese Weiterentwicklung sind GaN-Halbleiter, die der Projektpartner Infineon bereitstellt. Die monolithisch integrierten, bidirektionalen GaN-Schalter ermöglichen eine effizientere Stromumwandlung und kompaktere Bauweisen. Sie sind nämlich so aufgebaut, dass sie den Stromfluss in beide Richtungen sperren können. Somit übernimmt ein Bauteil die Funktion von ursprünglich zwei verschalteten Halbleitern. Das eröffnet neue technische Möglichkeiten und macht Schaltungsentwürfe möglich, die mit konventionellen Bauelementen nur unter Kompromissen realisierbar wären.
Doch nicht nur das Material selbst ist entscheidend, sondern auch die Art und Weise, wie alle Komponenten im Fahrzeug zusammenarbeiten. Hier kommt die langjährige Erfahrung des Fraunhofer IZM im Packaging und in der Systementwicklung zum Tragen. Die Bauteile werden nicht einzeln, sondern von Anfang an als Gesamtsystem optimiert. Elektronische Komponenten werden teilweise direkt in Leiterplatten integriert („Embedding“), wodurch sich Wege verkürzen, Verluste reduzieren und Platz sparen lassen.
Ein erster Demonstrator, der das Potenzial innovativer technischer Ansätze zeigte, war ein kompaktes, leistungsstarkes 22-kW-Ladesystem für Elektrofahrzeuge. Dieses wurde bereits 2024 vom Fraunhofer IZM auf der PCIM Europe präsentiert, nutzte jedoch noch keine bidirektionalen GaN-Elemente.
Das Ziel des Hi-Power-5.0-Konsortiums besteht darin, die Vorteile moderner GaN- und anderer Wide-Bandgap-Halbleiter in einer durchgängig europäischen Wertschöpfungskette in marktfähigen Produkten nutzbar zu machen. Neben dem Automobilsektor werden auch Anwendungsfälle in der Schifffahrt adressiert.
Insgesamt arbeiten im Projekt HiPower 5.0 Partner aus zehn europäischen Ländern, darunter zwei OEMs, 21 Tier-1-/Tier-2-Zulieferer, sechs Leistungselektronikfirmen, zehn Hochschulen und sieben Forschungseinrichtungen, an sechs Use Cases. Das Projekt läuft von August 2025 bis Juni 2028 und wird mit 33,7 Mio. Euro von der EU und ihren Mitgliedsstaaten gefördert. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt beteiligt sich mit 5,74 Millionen Euro und der Freistaat Sachsen mit 120.000 Euro. (jr)
