特斯拉去年年末召回逆变器的事相信大家听说过。一直有人催着老王来讲一讲，我看这个专题是在聊特斯拉差不差，我觉得这个任何人都很难评价，我们只能说从某一个技术来聊，或者说，转为科普话题，会聊的更加实在，避免地图炮的嫌疑。
本期我们说说这个召回的逆变器是啥玩意儿。还是老规矩我们只谈技术。很多人觉得逆变器这东西可有可无，那你可能是被某宝上卖的车载逆变器给误导了，这个逆变器和动力电机的逆变器可大不一样，电机逆变器相当于电机的大脑中枢，出了问题安全隐患非常大，我们引用召回原文：后电机逆变器功率半导体元件可能存在微小的制造差异，一段时间后可能导致车辆后逆变器故障，使车辆无法启动、失去动力，存在极高的潜在安全风险。记住这句话
先说逆变器是什么？干什么用的。交流电和直流电之间互相转换都有专属名词，比如交流变交流叫变压，直流到直流是DC-DC，交流到直流叫做整流，注意只有直流到交流的才叫逆变。现在的主流电动车都需要把电池的直流电转成交流电给电机去使用，比如特斯拉这种一节节圆柱电芯构成的直流电池包。
老王知道一定会有人问这样一个问题，为啥我们要费劲巴力地把直流转换成交流，直接用直流电机不香吗？你以为前人对直流电机上车没任何尝试吗？当然不是，早在1834年美国人托马斯·达文波制造出世界上第一辆电动车，用的就是有刷直流电机。但那个时候直流电机结构和材料原因，换向刷不稳定，电压和电流波形也都是方波驱动，产生的反电动势有严重的转矩脉动，这和你小时候玩四驱车去搓马达一个道理，你会感觉到像一楞一楞的，这种颗粒感如果输出在动力上，驾驶员肯定不爽。当时其实人们没想到一个关键问题就是直流电机的应用机理仍然是交流电，只是通过机械换向了。其实从某种角度来看，如果使用逆变器提前把直流电变成交流，是不是就不用电刷这种机械装置了，后来还出现过其他尝试，比如无刷直流电机，还有抗齿槽算法的矢量控制，还增加了极对数来尽量减小这种颗粒感，但成本高，系统控制更复杂。最关键的是扭矩做到动力电机的级别是非常敏感的，如果接受端因为中间的干扰造成方波畸变和失真，那后果就是电机会提供各种不可预测的变加速输出，前面做的所有努力前功尽弃。所以逆变器的出现真的很重要。甚至我想说如果交流电机和逆变器出现再早一点，可能压根没有石油大亨洛克菲勒什么事儿。后来的故事大家都知道了，经过大浪淘沙，剩下三种主流动力电机，感应异步、永磁同步还有开关磁阻，他们三个都是正弦波驱动没有振动的问题，另外其中一些永磁电机还可以通过逆变控制，在电动机和发电机之间转换，提供能量回收。
这次特斯拉召回的后电机就是永磁同步，这种电机相比感应异步对逆变器要求更高，因为不能运行在失步状态，所以起始频率必须接近0不然起步很抖。特斯拉是第一家使用全碳化硅模块的厂商。半导体和算法是系统核心。软硬件结合就能将电池输出的直流电转换成电机需要的交流电。所以综合其他原因，逆变器控制软件需要OTA来迭代是有可能的。为什么这么说？我们来看结构。
这个就是Model 3后电机的三合一总成，逆变器位于后电机侧面，像Taycan或者小鹏是专门一个小盒子，Model S是一个跟电机差不多的圆柱体，而Model3非常紧凑。大家最先看到正面是一块电路板，板子上三大核心就是CPU、变压器和缓冲电路，下方有六大区域，这48个焊点的背面就是24块SiC mosfet，每两块碳化硅 MOSFET组成一个功率模块。你可以理解为，上方直流端子将直流电接进来之后通过这块板子，就能从下方能三个端子输出交流电了，怎么输出的？这24块功率模块起到了最重要的作用，人类起初是无法创造精准正弦波的，自然界中也并不存在，那交流电的正弦波实际上是利用方波的直流脉冲给凑出来的。思考一下，正常直流电导通，我搬两下开关，就制造出一正一反最粗糙的正弦波，这个用最简单的机械开关电路就可以实现。但交流控制电机有个特点，频率是用来调整转速的，所以你调频至少要达到一定频率才可以调，家用交流电起码还有五六十赫兹呢,那你想一下机械开关无论你手速再快也达不到一秒钟120下吧？那在电学方面，我们一般使用半导体元件来达到这个类似开关的目的，也就是这个电路板上的SiC Mosfet，全名叫做
metal–oxide–semiconductor field
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effect transistor名词很酷炫但这不重要，你只需要知道，它能帮助电路每
秒开关很多次以达到电机需求频率的能力。有了这些方波，就有了凑出正弦波的基础。如果把这个波形每个脉冲的时间宽度处理成一致的，其实就是根据时间做了一个幅值的平均，这个过程也叫脉宽调制，说白了就是幅值大的地方，脉冲宽度均值也大。经过处理你会发现，现在已经很像正弦波了。在实际中逆变电路还要借助于比较器Comparator,大学数模电也都学过不是什么高科技名词，通过比较器中最著名的与非逻辑，最终得到正弦波脉冲串，这就是我们想要的。接下来就是怎样把正弦波变得更精准的问题了？
我们回到电路板，它的基础格局就是CPU通过变压器升压，再给到缓冲电路和背面的SiC mosfet组成的快速开关电路将上面直流端子升压变换到下方的三相交流电对电机进行输出。也就是说，下方这六个区域连带着芯片组仅仅只是提供了一个开关电路的作用，是非常机械的，而真正的脑子是左上方这个主CPU，它来负责更复杂的动作，什么动作呢？包含但不限于电机的平顺性标定，输出曲线的升级、恒功率区间的后撤以及恒扭矩区间的延展等等，这当然是OTA可以做到的。
而且大家请注意，刚才我们讲如何用直流方波去拟合正弦波，其实只用到了高低两种电压调制，这种做法非常小白，实际情况特斯拉是会使用多种不同幅值的电压按照特定需求进行脉冲调制的，学名叫做多重电压逆变，这种做法能减少瞬时电压突变，波形也更精确，另外，电机还有有三个最重要的参数，交流电频率管电机转速，电流电压幅值就是功率，狭义上可以理解为扭矩多大劲儿，都需要主CPU进行算法的输出。所以我们作为用户需要知道，逆变器是动力电机的中枢。硬件承受不了过载，自然要换掉，这里面牵扯需要软件进行OTA的地方也多了去了。
那么这一条视频我们是否能为用户来排除其他几种可能性呢？比如小鹏G3的召回和特斯拉是一件事么？G3确实也是因为逆变器召回过，但细节不一样：小鹏的是逆变器直流母线电容上，连接铜排螺丝的镀锡端子锡须，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。这种情况也会造成安全隐患。这里面提到的锡须，也叫锡晶须。是一种像头发丝一样的滋生在电镀锡金属表面，自然生长的一种金属，之前有人解释说是电系统熵增加的一种体现，说的有点夸张，但确实这算是人类在电学上面的一个未解之谜。它会导致短路和焊点的机械破坏，所以这种锡须真的令人唏嘘，一般在装配前会增加一道锡铅抛光来做部分解决。但我们至少知道这次Model 3问题点不在这，当然我认为小鹏有一点特聪明，它是直接把整个逆变器硬件都换掉，不让用户喷它。
另外关于特斯拉召回还有人说可能是保险丝的问题，实际上老王了解到的特斯拉保险丝一部分可能来自印度Bussmann，这套保险丝的额定电流660额定电压是690分断电流是700-200kA。 注意分断电流是一个区间概念，只有在这个区间内才会熔断，低于最小值就正常，超过最大电流也不太能断掉，因为高压电弧会击穿保险丝内部和周围空气，导致无法断流。这种极端情况会出现混乱电弧、造成保险丝引燃。所以保险丝分断电流这个概念。目的就是为了设置一个预期的故障电流，必须包含这个预期故障电流的区间。这个电流多大呢？之前有人计算过。对于193kW的电机，系统效率按80%计，母线电流最大也就600-700A。另外之前网上有人测了Model 3逆变器输入电压是367V左右，所以如果短路基本也能保证被保险丝的分断电流覆盖。
另外，这一代Model 3和Model S不同，使用的是更贵的碳化硅 Mosfet，和之前的IGBT相比承载能力是稍强。而且从早期Model S上用
的IGBT，再到现在的碳化硅 Mosfet 都是车规级的，并不存在什么用消费级芯片上动力总成这种说法。
最后老王简单总结一下，这条视频能帮大家理清楚的有几点，第一，逆变器负责直流转交流，是每台电动车都需要的不可或缺的零件，第二，从逆变电路的基础能力来看，这一代Model 3有一定保证，仍然被召回，这里面信息量很大我们不能石锤，有软件的迭代可能性，也有逆变器质量问题的可能性。但你如果不知道逆变系统需要OTA或者认为逆变器OTA是假的那这条视频也给你说清楚了。第三，保险丝数据上能覆盖需求，非极端个例应予以排除，第四，最不可能是国家电网的问题，因为电网和电动车中间有充电桩和电动车自己的电池，跟电机的逆变器八竿子打不着。
有没有遗憾或者耐人寻味的地方呢？我想也有，比如特斯拉这次召回不是人人都能换硬件，可能确实因为不便宜吧，但用户不理解也是可以预见到的。经过前面讲的，大家也可以知道，特斯拉这回召回和OTA有关，那么我认为OTA的空间其实在于主CPU对缓冲电路的控制上，比如电机性能迭代升级之后，逆变器元件制造差异对系统缓冲能力是有不同反应的，如果部分差异达到了下限值，达到了边角案例发生的可能性范围，特斯拉是要负责任给召回的，显然特斯拉现在察觉到了这个风险，所以进行自主召回，这一点我们国家质检部门也是认可的。
结尾
节目的最后老王想给大家一个开放性思考，就是电动车电器元件的重要程度，其实远高于燃油车的重要度，因为燃油机有很多机械备份，但电动车电机的机械除了一套开放式差速器以外的备份并不多，集成度又很高，受生产质量波动影响就更大，产生的后果自然就更严重。当然并不是不支持电动车，在今后发展的道路上，控制系统的革新一定是电动车的重要命题，希望感兴趣的小伙伴也能和老王一起探讨，这一期制作仓促，有什么说的不对的大家轻喷，我是老王，下期见～
参考文献
- 【自制FOC驱动器】深入浅出讲解FOC算法与SVPWM技术 稚晖
- 谈谈为什么供电的交流电是正弦波 陈必红
- 浅析永磁同步电机 FOC 控制策略 李晶 辽宁工程职业学院 现代教育论坛 2019年7月
