高壓、分區架構融合SDV　EV電力革命進行式

電動車的革命不只在於馬達與電池，更在於整車電力架構的深層重構。從高壓匯流排、寬能隙半導體到分區電源與48V輔助系統，EV正進入「兆瓦級」能量時代。這場電氣化與軟體定義的融合，正重塑車輛設計思維，並預示下一代智慧能源網路雛形。

近年來，全球電動車(EV)市場的成長速度雖略有放緩，但在未來五年內，純電動車(BEV)與混合動力車(HEV)的複合年成長率(CAGR)仍被看好超過10%。這一波由電氣化浪潮驅動的變革，不僅重新定義了動力傳動系統，更將整車電力架構推向前所未有的技術臨界點——這不只是電池與馬達的戰場，而是一場涵蓋功率電子、電源管理與軟體架構的全面革新。

在這場變革中，高壓匯流排的升級、分區控制模組(ZCM)的導入以及軟體定義汽車(SDA)的實現，這些技術突破共同構成了EV電力系統的「新三角」。每一次電壓級的提升與架構重構，都在推動電動車邁向更高性能、更快充電與更智慧的「兆瓦級」(Megawatt-Class)時代。

高壓化與功率密度競賽

因應當今EV對於快速充電與高功率馬達的需求增加，動力匯流排的電壓級正由傳統400V向800V跨越，部份系統甚至逼近1000V架構。根據市場研究公司預測，在未來五年內，800V BEV的CAGR將達到約37%，遠高於400V架構的12%。高壓化帶來的直接效益包括縮短充電時間、降低導線損耗，以及減少線束體積與車重，這些優勢對於大型SUV或商用卡車的電氣化尤為關鍵。

現階段大多數EV的馬達功率仍低於220kW，但隨著高性能車款增加，超過250kW的需求正快速上升。以比亞迪(BYD)為例，其推出的1000V超級e平台(Super e-Platform)，結合高達1000V電壓架構以及號稱「閃充電池」模組，使單模組可輸出580kW的馬達功率，實現僅五分鐘就能補充400公里續航力的「超高速充電」，挑戰燃油車的加油速度極限。

    比亞迪超級e平台的車內儀表板，結合1000V高壓架與「兆瓦級閃充電池」，充電5分鐘即可增加400公里的續航里程，實現媲美傳統燃油車加油速度。

(來源：比亞迪)

為了讓高壓匯流排真正發揮效能，寬能隙(WBG)半導體正成為關鍵。碳化矽(SiC)與氮化鎵(GaN)等寬能隙元件可在更高電壓下維持低損耗運作，讓功率密度大幅提升、散熱設計簡化。這些元件已廣泛導入於牽引逆變器、車載充電器(OBC)與雙向DC/DC轉換器中，並支援從住宅用25kW到商用350kW的充電平台，以及雙向整合儲能系統(ESS)與再生能源發電等穩定電力供應應用。

相較於傳統矽(Si) IGBT，SiC MOSFET在800V或更高電壓下的效率提升可達2%或以上。多家廠商已推出第三代或更高等級的1200V SiC MOSFET，適用於800V匯流排，BYD的1000V系統甚至採用1500V SiC元件，支援兆瓦級充電與高功率馬達需求。GaN元件則在DC-DC轉換器和OBC中展現潛力，未來將進一步擴展至牽引逆變器，推動整車電力電子向高效能邁進。

然而，高功率模組的可靠性與封裝技術面臨挑戰。多用戶EV開關循環次數可能超過10¹¹次，遠超過傳統車輛應用，並對於封裝材料與散熱設計提出更高要求。SiC元件在高功率模組中，由於高楊氏模量(Young’s modulus)與耐高溫特性，需要優化封裝材料與散熱設計。燒結金屬化、夾片結構與嵌入式PCB封裝設計，成為提升可靠性與功率密度的主流方法，新一代功率模組正朝更高可靠性與更高熱傳導性能邁進，成為EV動力核心的下個戰場。

電動車的電源/動力傳傳動子系統，圖中特別標示採用碳化矽(藍色)和矽(紫色)功率元件的應用。

(來源：onsemi)

鋰電池與能量管理：效率戰的另一前線

如果說高壓化決定了EV性能極限，那麼電池技術則界定其續航邊界。尤其，鋰離子(Li-ion)電池不僅是能源儲存單元，更是電動車的核心，其能量密度、循環壽命與充電效率直接決定續航力、性能與成本。

目前主流電池技術分為兩大路線：正極材料如鎳錳鋰(NMC)、三元鋰(NCA)可提供超過270Wh/kg的能量密度，成為高性能車型(如Tesla Model S)的首選。相對地，磷酸鐵鋰(LFP)電池能量密度較低(約100–150 Wh/kg)，但具有成本低、熱安全性高、循環壽命長及低毒性等優勢，正快速滲透至中低階車型與商用車。負極多採用石墨或摻矽石墨，電解液由鹽與溶劑組成，隔膜則確保正負極隔離。

在整車中，電池成本可能佔到30–40%，重量超過500kg。「續航焦慮」因而仍是消費者普及採用EV的最大阻礙。電池單體能量密度、驅動逆變器效率與馬達尺寸共同影響整車能量效率。提升電池單體的重量與體積能量密度，可顯著增加續航，例如每10kWh/100km的能量效率指標，可作為衡量整體EV性能的重要依據。提升電池單體能量密度不僅延長續航，亦可降低車重與成本，對於都市通勤車與輕量化設計尤其重要。

提升能量密度、降低每千瓦時成本、延長循環壽命，是各家電池供應鏈的三大主軸。以現階段LFP電池為例，單價約$60/kWh，而NMC電池則高出20–30%，但隨著材料創新、高錳正極與奈米粒子塗層技術進步，能量密度與熱穩定性持續提升，每一次進步都直接改善了續航、提升安全性並降低成本。

電池管理系統(BMS)扮演整車電源協調的智慧中樞。BMS即時監控電池電壓、電流、溫度與健康狀態(SOC/SOH)，並防止熱失控。新一代高性能BMS正結合AI與預測性演算法，可根據駕駛行為與氣候條件動態調整功率輸出，在瞬時負載變化與長期運行中優化能量利用，即時調整能量流向、延長電池壽命並保障安全性，讓電池不再只是儲能裝置，而成為整車能量策略的一部份。同時，BMS並與整車電源管理(VPM)通訊密切協作，形成從電池到分區(Zonal)控制的能量閉環。

當電能從電池流向車載網路，新的問題隨之而來：如何讓電力在全車範圍內安全、快速、智慧地分配？這正是下一個革命階段——Zonal架構的起點。

電動車底盤中包含由數千個小型電池單元組成電池組和電動馬達。

從集中到分區——車內電源架構的重構

當電動化的能量基礎逐步成熟，車輛工程師的焦點轉向下一個挑戰：如何在車內成千上百個電子控制單元(ECU)與感測器之間，實現高效、可擴展且安全的電力與數據分配。特別是隨著EV/HEV的快速發展，車內電子系統的複雜度和數量急劇增加。如今，一輛現代汽車中的半導體晶片數量可達數千顆，涵蓋動力傳動、車身控制、資訊娛樂、先進駕駛輔助系統(ADAS)等多個子系統。

傳統集中式控制或域控制架構在因應龐大的數據量與低延遲需求時顯得力不從心，促使車廠開始探索更靈活、模組化的Zonal架構與多電壓系統。在Zonal架構中，整車被依照實體位置劃分為多個區域，每個區域內由一個區域控制模組(Zonal Controller Module；ZCM)負責管理該區所有電子功能。例如，前車身角落的ZCM同時控制煞車系統、車窗、照明與懸吊等設備。

這種設計不僅大幅減少長距離線束的需求、減輕車重，同時提升了系統可靠性。在傳統域控制架構下，單一ECU故障可能影響整個域功能，而Zonal架構透過冗餘設計與隔離機制，使單一區域故障不至於波及全車，確保如煞車等關鍵功能與安全系統持續穩定運作。

Zonal架構並推動軟體定義硬體的發展，讓電源架構開始「軟體化」。ZCM的功能模組化設計讓軟體更新與功能擴展，可透過OTA (Over-The-Air)更新快速部署新功能，降低傳統ECU升級所需的人力與時間成本。這種軟體導向架構(SOA)讓車輛內的資料與控制功能標準化呈現，為智慧座艙、自動駕駛與高電氣化應用提供基礎。

Zonal分區配電架構將車輛功能依據位置分組，並由區域控制器管理，取代以往分散式且複雜的線束佈線。

(來源：TI)

12V~48V：輔助電源的世代轉換

隨著EV與高電氣化內燃引擎(ICE)車輛普及，對於高功率輔助負載的需求持續增加。傳統12V匯流排在支撐電子助力轉向(EPS)、懸吊系統、暖熱空調(HVAC)、車身控制與資訊娛樂系統方面開始顯現功率負載不足、效率降低和線束過重等限制。為了因應這一挑戰，汽車產業逐步將輔助電源從12V轉向48V系統。

在過去數十年來，12V系統支撐了汽車電氣化的黃金年代。然而，如今的車輛早已不再只是機械驅動的集合體，而是一座移動中的電力網路。由於車載電子元件數量倍增、馬達化系統普及，12V匯流排需承受更高電流負載，導致線束與連接器體積增加、車重上升與能源損耗加劇。I²R損耗不僅拉低了能源轉換效率，也間接影響整車續航與熱管理。更關鍵的是，12V系統難以同時驅動多組高功率模組，限制了電子懸吊、主動轉向與高效HVAC等新一代電氣化功能的推進。

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