NÜRNBERG / LONDON (IT BOLTWISE) – Fraunhofer IAF präsentiert auf der PCIM Expo & Conference 2026 einen Demonstrator für bidirektionales, einphasiges DC-Laden im 800-V-Umfeld. Der Prototyp nutzt ein 1200-V-GaN-Leistungsmodul auf isolierendem Substrat, entwickelt im Projekt GaN4EmoBiL mit Ambibox. Der Fokus liegt auf einer Ladestrategie, die Fahrzeuge als Energiespeicher in das Netz einbindet und dabei Kosten, Kompaktheit und Effizienz adressiert. Für den Markt ist besonders relevant, dass Off-Board-Laden mit CCS und Schuko eine alternative Ergänzung zu fest verbauten On-Board-Chargern sein kann.
Bidirektionales Laden rückt in den Fokus, weil es die Rolle des Elektroautos vom reinen Verbraucher hin zu einem netzdienlichen Speicher verschiebt. Genau an dieser Schnittstelle setzt Fraunhofer IAF mit einem neuen Demonstrator an, der auf der PCIM Expo & Conference 2026 (9. bis 11. Juni) in Nürnberg gezeigt wird. Im Mittelpunkt steht ein bidirektionales, einphasiges 800-V-DC-Ladegerät mit bis zu 3 kW Leistung, das bewusst nicht als reiner Geschwindigkeitswettbewerb zu On-Board-Chargern positioniert ist. Stattdessen zielt der Ansatz auf bessere Flexibilität im Feld, eine kompaktere Bauform und eine Systemintegration, die sich für unterschiedliche Einsatzorte eignet.
Technisch basiert der Prototyp auf GaN-Leistungselektronik (Galliumnitrid), weil Wide-Bandgap-Halbleiter im Vergleich zu klassischen Siliziumlösungen höhere Schaltgeschwindigkeiten und kompaktere Designs ermöglichen können. Das Fraunhofer IAF entwickelt dafür leistungselektronische Module mit GaN-Bauelementen der 1200-V-Klasse auf isolierenden Substraten. Für die Bewertung der Baueigenschaften ist der Demonstrator so ausgelegt, dass Batteriespannungen von 150 V bis maximal 920 V untersucht werden. Im Projekt GaN4EmoBiL wurde das Modul dann durch den Partner Ambibox in ein Off-Board-Ladegerät integriert, das AC- und DC-Umwandlung für den Einsatz im Fahrzeugumfeld überbrückt.
Damit adressiert das Projekt eine konkrete Systemlücke im Spannungsfeld zwischen Kosten, Flexibilität, Effizienz und Kompaktheit. On-Board-Charger sind heute häufig fest in Fahrzeuge integriert, um aus 230-V-AC-Speisung den benötigten DC-Strom bereitzustellen – bei schnellen Ladevorgängen typischerweise mit 11 kW oder 22 kW. Diese Integration bringt jedoch erhebliche Aufwände mit sich: Größe, Gewicht und technische Komplexität treiben Kosten und wirken sich auf den Verpackungsraum im Fahrzeug aus. Der Off-Board-Demonstrator bleibt mit 3 kW bewusst im niedrigeren Leistungsbereich, bietet dafür aber eine mobile, deutlich kompaktere und leichtere Lösung. Mit CCS-Stecker und Schuko ist er zudem vielseitig nutzbar und deckt damit auch Szenarien ab, in denen feste Ladeinfrastruktur nicht als Ganzes ausgerollt wird.
Der zentrale Mehrwert entsteht durch die bidirektionale Funktion: Das System kann nicht nur Energie vom Netz zum Fahrzeug übertragen, sondern bei geeigneten Bedingungen auch Strom zurückspeisen. In Zeiten von Energieüberschuss zieht das Elektroauto dann Strom aus dem Netz, während es bei Spitzenlasten Leistung einspeisen kann. Genau diese Flexibilisierung des Energiesystems wird von Achim Lösch, Business Developer für Hochfrequenz- und Leistungselektronik am Fraunhofer IAF, als wichtige Säule beschrieben, weil Fahrzeuge dadurch als Energiespeicher fungieren können. Für den Betrieb sind dabei nicht nur Leistungsdaten entscheidend, sondern auch Aspekte der Schaltverluste, EMV-Verhalten und Schutzkonzepte, die gerade bei bidirektionalen Topologien erhöhte Anforderungen stellen.
Aus Markt- und Wettbewerbs-Sicht ist das timing bemerkenswert: GaN-nahe Entwicklungen werden bereits in der Leistungselektronik breit eingesetzt, etwa bei Ladenetzteilen, Server-Stromversorgung oder industriellen Antrieben – und verschiedene Wettbewerber treiben parallel in Richtung 800-V-Architekturen. In der Industrie wird der Druck besonders durch die Frage verstärkt, ob Wide-Bandgap-Technik ihre versprochenen Kosten- und Effizienzvorteile wirklich in Serienumfängen erreicht. Vor diesem Hintergrund ist Fraunhofers Zielbild „Wide-Bandgap-Performance zum Siliziumpreis“ ein klares Signal, dass Skalierung, Fertigungswege und Substratkosten genauso wichtig sind wie reine Schaltfrequenzvorteile. Als Vergleichskontext werden in der Branche häufig Lösungen von Unternehmen wie NVIDIA nicht adressiert (hier geht es um Laden), sondern eher klassische Leistungs-Halbleiterhersteller und Systemanbieter, die GaN-Bauelemente und Leistungsmodule für höhere Spannungsklassen entwickeln.
Auch die PCIM-Präsentationen unterstreichen, dass Fraunhofer IAF GaN nicht nur als Bauteil, sondern als Systembaustein denkt. Dr. Michael Basler, Wissenschaftler für GaN-Leistungselektronik, verortet den Kern in der Funktionsintegration: GaN Power ICs sollen über Miniaturisierung auf Systemebene wirken und zugleich die Technologie in Bezug auf Spannungsklassen, Stromtragfähigkeit sowie Wafer-Größen skalierbar machen. Auf der Konferenz teilt das Institut sein Technologie-Next-Think in mehreren Formaten, darunter eine Keynote mit dem Titel „The GaN Evolution: Lateral, Vertical, and Bidirectional – What’s Next?“. Ergänzend vergleichen Vortragsformate unterschiedliche Device-Konzepte und beleuchten das Scaling für die 1200-V-Klasse und darüber hinaus. Das adressiert einen entscheidenden Punkt für den Markt: Bidirektionales Laden braucht nicht nur Schalter, sondern eine belastbare Geräte- und Modulstrategie über Temperatur- und Lebensdauergrenzen hinweg.
Für Unternehmen, die bidirektionale Ladeprodukte entwickeln, ergibt sich daraus ein praktischer Projektfahrplan. Der Demonstrator ist mit Gesamtvolumen von 8,3 l und einem Gesamtgewicht inklusive Steckern von 5,7 kg auf ein handhabbares Engineering- und Integrationsniveau ausgelegt. Das senkt Hürden für Pilotprojekte in Flotten, bei Betrieben mit eigener Infrastruktur oder in Ladeparks, die schnell testen wollen, bevor ganze Systemarchitekturen umgestellt werden. Gleichzeitig ist die Reichweite der Ergebnisse abhängig davon, wie gut die Isolation auf dem Substrat, das thermische Design und die Schaltfrequenzen im Dauerbetrieb mit Umgebungs- und Netzbedingungen harmonieren. Hier wird bidirektionales Laden besonders sensibel, weil Schutzmechanismen und Zuverlässigkeit bei erhöhten Betriebsdauern integraler Bestandteil des Projekts GaN4EmoBiL sind.
Regulatorisch und sicherheitstechnisch bleibt bidirektionales Laden ein Bereich mit klaren Anforderungen, auch wenn die Meldung selbst keine konkreten Normen benennt. In der EU müssen Ladeinfrastruktur und Energieschnittstellen mit Netzanforderungen, Schutzfunktionen und Mess-/Abrechnungssystemen zusammenpassen, während in Zukunft außerdem verschärfte Cybersecurity-Vorgaben für vernetzte Fahrzeuge und Ladepunkte an Bedeutung gewinnen dürften. Aus Engineering-Sicht heißt das: Hersteller sollten nicht nur die Leistungselektronik optimieren, sondern auch Kommunikationspfade, Diagnose- und Updatefähigkeit sowie die Absicherung gegen Fehlkonfigurationen konsequent mitdenken. Der Hinweis auf Zuverlässigkeit für stark erhöhte Betriebsdauern im Projektkontext passt genau dazu und wirkt als Qualitätsanker für spätere Produktreife.
Mit Blick in die Zukunft deutet das Fraunhofer-Setup auf einen klaren Entwicklungspfad: GaN-basierte Systeme werden perspektivisch in höheren Spannungsklassen bis in Richtung 1700 V weitergedacht, während die aktuellen 800-V-Batterie-Profile bereits einen Marktimpuls geben. Wenn es gelingt, die Leistungsdichte durch Funktionsintegration weiter zu erhöhen und gleichzeitig die Systemkosten zu senken, könnte sich Off-Board-Laden stärker als Ergänzung etablieren – etwa in Übergangsszenarien, in denen On-Board-Charger nicht sofort den gesamten Ausbau dominieren sollen. Für Entwickler ergibt sich damit ein Fenster, in dem Referenzmodule, Teststände und Modul-Designs in Pilotketten schneller von der Forschung in Produkte wandern können. Der nächste Wettbewerbshebel wird dann weniger „ob bidirektional möglich ist“, sondern „wie robust, günstig und wartungsarm“ die Gesamtsysteme im Feld sind.
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