La tecnologia GaN arriva sulle auto elettriche: più efficienza, meno ingombro, ideale per le city car

L'Europa fa un passo in avanti sul fronte della ricarica per auto elettriche nell'ambito del progetto HiPower 5.0, iniziativa finanziata dall'Unione Europea che coinvolge 45 partner provenienti da dieci Paesi con l'obiettivo di ripensare completamente i sistemi di ricarica integrati nei veicoli. Al centro dello sviluppo c'è il Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration IZM, impegnato nella realizzazione di un nuovo caricatore di bordo (OBC) da 22 kW capace di occupare appena 4 litri di volume, contro i circa 12 litri richiesti oggi dai sistemi tradizionali.

L'OBC rappresenta uno degli elementi chiave delle EV, poiché converte l'energia della rete elettrica in potenza compatibile con la batteria. L'aumento delle prestazioni di ricarica ha però imposto limiti sempre più evidenti ai sistemi basati sul silicio, soprattutto sul fronte di efficienza energetica, dissipazione termica e ingombro. Le perdite energetiche producono più calore, il calore richiede sistemi di raffreddamento più grandi e questo porta a dispositivi più voluminosi, difficili da integrare su vetture compatte.

"La tecnologia convenzionale basata sul silicio lascia poco margine per ulteriori ottimizzazioni. Le perdite di energia significano più calore, che a sua volta comporta una maggiore necessità di raffreddamento. Un raffreddamento più efficiente richiede sistemi più grandi, il che significa che gli OBC più potenti non sono adatti a tutte le dimensioni dei veicoli", hanno spiegato gli esperti del Fraunhofer

Per superare questi vincoli, il consorzio europeo ha scelto i nuovi semiconduttori bidirezionali al nitruro di gallio (GaN) sviluppati da Infineon. Questa tecnologia permette di gestire il flusso elettrico in entrambe le direzioni con un solo componente, sostituendo due semiconduttori separati. Il risultato si traduce in architetture elettroniche più semplici, meno componenti, minori perdite e costi ridotti.

Il vantaggio non riguarda solo il materiale utilizzato, ma l'intera progettazione del sistema. Fraunhofer IZM punta, infatti, su una strategia di integrazione completa che include l'embedding dei componenti elettronici direttamente nei circuiti stampati, soluzione che riduce la lunghezza dei collegamenti, ottimizza l'efficienza e libera ulteriore spazio. Questo approccio consente di intervenire contemporaneamente su dimensioni, affidabilità e prestazioni.

Un primo prototipo di caricatore compatto da 22 kW era già stato presentato al PCIM Europe 2024, ma senza l'uso dei componenti GaN bidirezionali. Con HiPower 5.0, il nuovo passo avanti consiste proprio nell'unione tra miniaturizzazione strutturale e semiconduttori di nuova generazione.

Il programma, attivo da agosto 2025 fino a giugno 2028, dispone di finanziamenti complessivi pari a 33,7 milioni di euro, con 5,74 milioni di euro stanziati dal Ministero federale tedesco dell'Istruzione e della Ricerca e ulteriori 120.000 euro dalla Sassonia. Oltre all'automotive, il progetto valuta applicazioni anche nel settore navale, con l'obiettivo di costruire una filiera europea completa di semiconduttori ed elettronica di potenza per il settore industriale.