又是“逆变器”惹的祸！特斯拉召回13万辆Model 3，修复只靠OTA？

电子发烧友网报道（文/黄山明）近日，特斯拉向国家市场监督管理总局备案了召回计划，自2022年4月7日起，召回生产日期在2019年1月11日至2022年1月25日期间的部分进口及国产Model 3电动汽车，共计127785辆（其中进口Model 3汽车34207辆，国产Model 3汽车93578辆）。
 
此次召回的原因，主要是车辆的后电机逆变器功率半导体元件可能存在微小的制造差异，部分车辆使用一段时间后元器件制造差异可能会导致后逆变器发生故障，造成逆变器不能正常控制电流。此故障发生在车辆处于停车状态时，会导致车辆无法启动；此故障发生在车辆行驶状态时，会导致车辆失去行驶动力，极端情况下可能增加车辆发生碰撞的风险，存在安全隐患。 
 

 

 
只是OTA升级的召回
 
这已经不是特斯拉今年第一次大规模车辆召回，在今年2月18日，特斯拉便已经宣布将召回2020年12月28日至2022年1月15日期间生产的部分国产Model 3（12003辆）和Model Y（14044辆）电动汽车，共计26047辆。
 
问题出在召回范围内部分车辆的热泵电子膨胀阀定位时会有微小移动，并且因为软件问题，可能导致长期造成阀门部分开启，热泵压缩机停止工作，车内制热功能失效。
 
一旦车外气温低于零下10摄氏度，挡风玻璃除霜系统运行达不到国家相关法规规定的除霜效果，除霜功能下降对驾驶员视野造成不良影响，从而增加车辆在寒冷天气行驶时发生碰撞风险的可能，存在安全隐患。
 
而此次召回的原因则是逆变器制造差异所致，逆变器是新能源发电设备的核心组件，是能将直流电能转变成定频定压或调频调压交流电的转换器。逆变器通常由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。发电设备需要借助逆变器将直流电转换为交流电，才能将产生的电能供负载使用，同时也需要将电网的交流电整流为直流电，给储能系统充电。
 

Model 3（图源：特斯拉）

 
不仅如此，逆变器还能起到保护负载及电网的作用，逆变器及其内置电池的超快响应时间能够平息公用事业公司对电网不稳定的担忧。如果电网发生故障，基于电池的逆变器将重新启动，以保护家庭中的负载。此外，由蓄电池供电的逆变器可以吸收潜在的破坏性电压浪涌。
 
对于电动汽车而言，轻则导致车窗无法控制，重则导致驾驶时失去动力，危及驾驶安全。并且在特斯拉宣布召回升级前，已经出现了多起因为逆变器所导致的事故。
 
比如今年2月份，一位南昌的Model 3车主透露，在使用特斯拉官方充电桩为Model 3充电后，出现拔下充电头车辆无法启动，且车窗无法关闭的情况。而在2019年12月，在国外的Car and Driver论坛上，一位博主写道，Model 3在停车时发生故障，无法驾驶。经过特斯拉的维修机构诊断Model 3的问题是后逆变器短路，为此特斯拉更换了整个后电机总成，以及熔断的保险丝和12伏电池。
 
可见特斯拉的逆变器的确在部分车辆上存在一些问题，这也是促使特斯拉此次召回的原因。不过值得注意的是，此次的“召回”不过是特斯拉通过汽车远程升级（OTA）技术，来为相关车辆免费升级电机控制软件。但这样做真的能够解决逆变器硬件上的问题吗，还需要打一个大大的问号。
 

特斯拉的回应

 
不过特斯拉方面表示，在为车辆升级电机控制软件后，会对车辆的后电机逆变器进行紧密监控，并及时对出现相关故障的后逆变器免费更换，以消除安全隐患。那特斯拉的潜在意思，是需要逆变器出现故障后，再进行更换，显然特斯拉的策略是亡羊补牢，而不是防患于未然。
 
车载逆变器的发展趋势
 
不管特斯拉将如何用OTA解决逆变器问题，但从目前来看，车载逆变器已经成为汽车的标配。据Yole预计，2020-2026全球汽车主逆变器市场将从47亿元增至195亿美元，复合增速为27%；其中纯电动汽车占60%，2026年对应市场空间118亿美元。
 
车载逆变器可以将直流电转换为交流电，而电动汽车为车辆提供动力，动力电机逆变器是关键的一环。新能源动力电机由于电压高功率大，因此考虑到更高效率和更长寿命，采用不需要电刷换向器的交流电机。动力电机逆变器这个能量转化装置将动力电池的高压直流电转换为动力电机所需的交流电。
 
简而言之，在电动汽车的电机如何为汽车提供动力的问题中，一方面由逆变器将高压直流电利用IGBT或碳化硅开关模块转化为交流电，另一方面则是转子位置传感器利用旋转变压器原理为逆变器提供转子位置和转速信息。根据永磁同步或感应异步电机的不同特性，逆变器控制动力电机达到相应的转速和扭矩。
 
明白了这一原理后，就可以知道，为何特斯拉对逆变器出现问题如此紧张，并且召回了13万辆Model 3，尽管这里的召回是指OTA升级。因为一旦逆变器失效，就可能导致电机的失效。
 
因此如今的车载逆变器已经有了几个明显的发展趋势，一个是高功率化，随着外界电器功率的越来越高，对于逆变器的要求也越来越高；二是安全性要求高，逆变器对电磁兼容性提出了更高的要求；三是轻量化，在同等功率及安全性条件下，重量和体积越轻越好；四是优化散热；五是智能集成化，如智能调节负载功率、输出电压等有效降低热损耗，使逆变器处于最优工作状态。
 
从市场格局来看，由于汽车中逆变器和控制器高度集成在一起，因此电动机控制器广义上也包含了逆变器和控制器两部分，而在新能源汽车中，逆变器几乎等同于电机控制器。而全球大部分逆变器市场被博世、大陆、电装、法雷奥所掌握，而国内主要配套新能源汽车前列的为比亚迪、汇川技术、特斯拉、联合电子、蔚然动力等。
 

图源：英飞凌

 
而逆变器核心组件由电容、电感、IGBT等组成，上游为电子元器件供应商，包括半导体元器件、电容、集成电路、电感和散热器等。以IGBT为例，长期以来英飞凌、意法半导体、德州仪器、安森美、罗姆、三菱、富士电机占有大部分IGBT主要市场份额，而国内主要代表为士兰微、斯达半导、新洁能、时代电气、扬杰科技、闻泰科技等。
 
对于新能源汽车而言，逆变器的重要性越来越高，相应对于厂商的要求也越来越高，此次特斯拉Model 3逆变器的问题，对国内厂商而言，既是警示，也是鞭策。
 
仅靠OTA升级便能解决硬件问题吗？
 
此次特斯拉在向国家市场监督管理总局报备的信息中提到，此次针对逆变器问题，会通过OTA升级电机控制软件，对于无法通过OTA技术实施召回的车辆，将通过服务中心联系相关用户，为车辆升级电机控制软件。
 
但从过往的一些事故中，有业内人士判断，或许是逆变器本身的缘故导致问题的发生，比如逆变器选型不当，其负载功率接近额定输出功率，长时间运行导致逆变器加速老化，从而发生故障。 

也有可能是输入源质量问题，导致对逆变器造成损害；或逆变器防雷接地设计、安装不符合要求；或逆变器内置保护功能失效导致器件损坏。
 
而这些问题的出现基本都是由于逆变器品控所导致的，从特斯拉自身所发布的公告来看，也明确写到车辆的后电机逆变器功率半导体元件可能存在微小的制造差异，而这些所谓的“微小”制造差异所导致的故障，是否能够在OTA升级后解决还未可知。
 
对比国内其他厂商，比如小鹏汽车也在今年召回了1.3万辆小鹏G3汽车，免费为其更换逆变器。召回原因是逆变器直流母线电容上连接铜排螺丝的镀锡端子因锡须可能会造成高压直流电正负极间短路，导致逆变器无高压电供应。当这种情况发生时，如果车辆处于停车状态，可能无法再次启动；如果车辆处于行驶状态，可能导致车辆失去动力，存在安全隐患。与特斯拉的情况非常类似。
 
吉利汽车也在近期公布了召回计划，召回2016年1月27日至2016年11月26日生产的部分2016年款吉利远景GC7汽车，共计18031辆。召回原因在于自动变速器控制策略问题，车辆在特定工况（长上坡急加速）行驶过程中，变速器油壶可能溢油，溢出的油液在遇到火源的情况下可能发生火灾，存在安全隐患。吉利汽车将为召回范围的车辆免费更换软件升级后的变速器控制单元。
 
不过对于特斯拉而言，已经不是第一次出现汽车零部件问题，但从过去的几次召回情况来看，基本都是只通过OTA升级来解决问题，很少有直接更换零部件的情况。
 
以此次被召回的Model 3为例，是特斯拉首次尝试在汽车中集成全SiC功率模块，特斯拉工程部直接与意法半导体合作，其逆变器由24个1-in-1功率模块组成，而这些模块组装在针翅式散热器上。
 
显然，如今逆变器问题的出现，据说大概率是SiC器件出了问题，同时与特斯拉的首次尝试不无关系，尚不清楚特斯拉内部是否做过了相关验证。但目前来看，许多购买了Model 3车型的车主已经成为了“小白鼠”。
 
小结
 
汽车召回是一个车企负责任的体现，当发现发布的汽车有问题时，及时召回，避免造成更大的损失。但特斯拉的召回，却一直通过OTA来实现，尽管特斯拉的确具有强大的车载软件系统，但如何通过软件来解决硬件问题，这就触及到知识盲区了。