盖世汽车讯 据外媒报道，弗劳恩霍夫应用固体物理研究所（The Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF，Fraunhofer IAF）的研究人员开发出基于氮化镓（GaN）的功率电子模块，适用于800伏双向直流（DC）充电系统。该模块是GaN4EmoBiL项目（“用于电动出行和系统集成的双向充电GaN功率半导体”）的一部分。项目合作伙伴Ambibox GmbH 已将该模块集成到用于电动汽车的双向单相外置充电器演示样机中。

图片来源：Fraunhofer IAF

Fraunhofer IAF开发的这款模块采用在绝缘衬底上制造的1200伏GaN器件。该器件的优异性能将通过在演示样机中的使用进行评估，所涵盖的电池电压范围从150伏到最高920伏。该模块的成功研发凸显了基于GaN的功率电子器件在未来电动汽车领域的潜力。

GaN4EmoBiL项目协调员Stefan Mönch教授解释说：“这款单相外置电动汽车充电器演示样机，双向功率高达3千瓦，解决了双向充电在成本、灵活性、效率和紧凑性之间权衡的现有难题。”

目前，电动汽车通常配备固定式车载充电器，将家用插座或公共充电站的交流电（AC）转换为电动汽车所需的直流电（DC），例如，快速充电时的功率为11或22千瓦。

然而，由于其体积、重量以及技术复杂等原因，车载充电器成本较高。GaN4EmoBiL项目开发的外置充电器则提供了一种更经济实惠且灵活的替代方案：虽然其3千瓦的功率输出会导致充电速度比车载充电系统慢，但由于配备了组合充电系统（Combined Charging System，CCS）插头和Schuko插头，它更加便携、紧凑、轻便且用途广泛。

该演示样机总容积为8.3升（约8.8夸脱），包括插头在内的总重量为5.7公斤（约12.6磅）。

另一优势是其双向充电功能。

Fraunhofer IAF高频和功率电子器件业务开发人员Achim Lösch强调说：“GaN充电系统的演示结果显示，高反向电压下的双向充电是提高能源系统灵活性的关键支柱。”

通过双向充电，电动汽车不仅可以作为交通工具，还可以作为储能设备。在电力供应过剩时，电动汽车可以从电网汲取电力；在用电高峰期，它可以将电力输回电网。

Fraunhofer IAF GaN功率电子器件研究员Michael Basler博士表示：“我们正在开发创新的GaN器件和集成功率电路（GaN power IC），这些器件不仅高效，而且通过功能集成，显著提升了系统级小型化水平。与此同时，我们正在电压等级、载流能力和晶圆尺寸方面提升这些技术的可扩展性。我们的目标是：以硅的价格实现宽带隙性能。”

全电气社会（All-Electric Society）的关键技术需求之一是不断开发功能更强大、效率更高的功率电子器件，尤其是在能量转换和存储系统领域。

在这些应用领域中，功率电子元件是瓶颈所在：转换器能够承受的最大电压通常取决于所用半导体的击穿电压，从而定义系统的关键极限。因此，这些元件的性能对整个系统的性能至关重要。

由于其物理特性，GaN能够显著推动能量转换应用领域功率电子器件的进步。基于GaN的元件有助于开发出速度更快、结构更紧凑、效率更高的系统。

在电动出行领域，GaN凭借其卓越的性能、效率和低成本优势，为电压等级高达1200伏（未来甚至可达1700伏）的功率电子器件的应用打开了大门。

这种高性能系统不仅能够提升电动汽车的续航里程，还能提高其成本效益，并有助于在更广泛的社会群体中推广电动汽车。