Un equipo de un proyecto de la UE pretende reducir significativamente el tamaño del cargador de a bordo utilizando chips de GaN
Los 45 participantes en el proyecto HiPower 5.0, financiado por la UE, están convencidos de que los vehículos eléctricos aún encierran un potencial sin explotar en sus sistemas de carga integrados. El Instituto Fraunhofer de Fiabilidad y Microintegración IZM desempeña un papel central en el proyecto HiPower 5, abordando el problema de que los modelos actuales están alcanzando cada vez más sus límites en términos de eficiencia, tamaño y fiabilidad. El Fraunhofer IZM demostró en 2024 que un cargador de a bordo compacto es factible. Ahora, la eficiencia, los costes y el tamaño se optimizarán aún más utilizando semiconductores bidireccionales de nitruro de galio (GaN).
El cargador de a bordo (OBC) de un vehículo eléctrico convierte la energía de la red en energía adecuada para la batería. Sin embargo, a medida que aumenta la potencia de carga, también lo hacen las exigencias de eficiencia, refrigeración y espacio. “La tecnología convencional basada en el silicio deja poco margen para una mayor optimización. Las pérdidas de energía implican más calor, lo que a su vez significa más necesidad de refrigeración. Más refrigeración requiere sistemas más grandes, lo que significa que los OBC más potentes no son adecuados para todos los tamaños de vehículos”, explican los expertos de Fraunhofer.
Sobre todo, se espera que un diseño más sencillo con menos componentes mejore la eficiencia, reduzca los costes y mejore la adopción. Por esta razón, el consorcio HiPower 5.0 está trabajando en el capítulo de proyectos de automoción, dirigido por Fraunhofer IZM, para desarrollar un OBC de alto rendimiento de 22 kW con un volumen de sólo cuatro litros, significativamente más pequeño que los modelos actuales, que suelen tener doce litros.
La clave de esta reducción de tamaño reside en los novedosos semiconductores de nitruro de galio (GaN) de Infineon. “Estos interruptores bidireccionales de GaN, integrados monolíticamente, permiten una conversión más eficaz en un paquete más pequeño, ya que están diseñados para controlar el flujo de electricidad en ambas direcciones”, explican los responsables del proyecto. Esto significa que un único componente puede desempeñar la función de dos semiconductores anteriormente interconectados. “Esto abre nuevas posibilidades técnicas y permite diseños de circuitos que sólo serían factibles con componentes convencionales mediante compromisos”.”
El factor decisivo no es sólo el material en sí, sino también cómo funcionan juntos todos los componentes en el vehículo. Aquí entra en juego la experiencia de Fraunhofer IZM en embalaje y desarrollo de sistemas. El equipo de Fraunhofer explica que los componentes no se optimizan individualmente, sino que se consideran desde el principio como un sistema completo. Los componentes electrónicos se integran parcialmente de forma directa en las placas de circuitos impresos (incrustación), lo que acorta los trayectos, reduce las pérdidas y ahorra espacio.
Un primer demostrador fue el mencionado sistema compacto de carga de 22 kW para vehículos eléctricos, que Fraunhofer IZM presentó en PCIM Europa en 2024. Este sistema aún no incorporaba elementos bidireccionales de GaN. Ahora, en el subproyecto de automoción, se van a combinar ambos enfoques.
En total, 45 socios de diez países europeos están trabajando en seis casos de uso dentro del proyecto HiPower 5.0, entre ellos dos fabricantes de equipos originales, 21 fabricantes Tier-1/2, seis empresas de electrónica de potencia, diez universidades y siete instituciones de investigación. Encontrará una lista de los participantes individuales en la fuente enlazada más abajo. El hilo conductor de todos los casos de uso es que las ventajas del GaN moderno y de otros semiconductores de banda ancha deben aprovecharse en una cadena de valor totalmente europea para crear productos listos para el mercado. Además del sector de la automoción, también se están explorando aplicaciones en la navegación.
El proyecto abarca desde agosto de 2025 hasta junio de 2028 y está financiado por la UE y sus Estados miembros con 33,7 millones de euros. El Ministerio Federal de Educación e Investigación alemán aporta 5,74 millones de euros, mientras que el estado alemán de Sajonia aporta 120.000 euros.
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