TS1 高压接口与液冷泵驱动系统

适用范围：新能源车电池冷却、储能液冷柜、AI 机柜 CDU 等高压液冷泵功率接口。以下参数仅供架构设计参考，量产选型必须以最终版数据手册、安规与功能安全评审为准。

一、总体架构

系统应拆成功率主路、控制通信、安全互锁三条相互独立又协同工作的链路：

• 功率主路：高压源 → PDU/熔断器 → TS1 → 预充与 EMI 滤波 → 母线电容      → 隔离 DC/DC（可选）→ 三相逆变桥 → BLDC 泵电机。

• 控制通信：域控制器 → CAN/LIN/PWM → BLDC 驱动 MCU → 栅极驱动 → 功率桥。

• 安全互锁：TS1 的 HVIL 信号 →      高压管理单元 → 主接触器，HVIL 异常时立即闭锁上高压。

公开资料显示，TS1 采用金属外壳、可选 HVIL、360° EMI 屏蔽，支持 IP6K9K/IP67/IP68 及 IP2XB 手指防护；工作温度范围为 −40～+125 ℃，插合寿命 500 次，并可在额定电流下承受 20G 振动。

二、TS1 接口与功率主路

接口规格

TS1 为单极、单芯大功率高压接口，8.0mm 和 12.0mm 触点的公开参数如下：

• 8.0mm 触点：最高 1500VDC；连续能力      200～300A，具体值取决于线缆规格。

• 12.0mm 触点：最高 2000VDC；连续能力最高约      450A，600A/15min 短时工况。

• 适用线缆：35～120mm²，提供带单独屏蔽层的配置。

• 其他特征：金属外壳与金属锁扣、可选 HVIL、360° EMI 屏蔽、180° 旋转安装、UL 4128 与 USCAR2 合规。

需要注意：200A、300A、450A 并非同一测试条件下的等价额定值，必须依据具体料号的降额曲线、温升、端子压接方式、环境温度和电流波形复核。

功率路径

高压源侧通常配置熔断器、维修开关和主接触器；TS1 应位于需要现场插拔、检修或隔离的功率节点。TS1 内部只有一路功率触点，HVIL 则由独立的小电流触点承担，因此高压导体和互锁信号在物理与电气上均不能混用。

屏蔽设计遵循“360° 连续、低阻抗、单点回流”：

1. 连接器金属壳与设备壳体形成可靠搭接；

2. 电缆屏蔽层在 TS1 处 360° 端接；

3. 屏蔽回流路径尽量不经过功率地；

4. EMI 滤波器布置在 TS1 入口附近，减少高频开关电流在长线束上辐射。

三、前端保护与母线处理

预充

TS1 闭合瞬间，母线电容相当于近似短路，可能造成触点熔焊、熔断器冲击甚至继电器粘连。预充回路应由预充电阻、预充接触器、主接触器及电压检测组成：

• 先闭合预充接触器，通过限流电阻为母线电容充电；

• 比较 TS1 后级电压与母线电压，达到设定比例且稳定后再闭合主接触器；

• 预充结束后断开预充支路，避免持续承载或电阻过热。

预充电阻需要同时满足最高母线电压、单次充电能量、最恶劣冷态温度、连续重试间隔和寿命要求，不能只按稳态功耗选型。

EMI 与采样

BLDC 桥臂的高频开关电流会在母线形成差模与共模噪声。建议在 TS1 后依次布置：

• 母线支撑电容；

• 差模和共模滤波；

• 母线电压、电流采样；

• 过压、欠压、过流、反接及预充检测。

共模扼流圈、Y 电容和屏蔽搭接点的寄生阻抗决定了高频滤波效果。布局时应缩短“电容—桥臂—散热基板”的环路，而不是仅增加滤波器件数量。

四、DC/DC 与三相逆变桥

高压直驱与降压驱动

高压直驱适用于储能或大功率 CDU：TS1 后级直接接入三相桥，不设置隔离 DC/DC。其优点是链路短、效率较高；代价是电机绕组和绝缘材料必须按母线最高工作电压及瞬态过电压设计，并需要 HVIL、绝缘监测及母线主动放电。

降压方案适用于车载 12V/24V 泵：TS1 高压先经过隔离 DC/DC 生成低压母线，再由低压 BLDC 控制器驱动泵。此时高压侧仍需要 HVIL、熔断器、预充、采样和隔离监测，低压侧负责 MCU、栅极驱动和通信。

驱动拓扑

液冷泵常见功率为 50～800W，但器件规格不能只按额定功率选择，应按最大连续流量、低温高黏度启动、堵转和短路条件计算。三相桥可采用 MOSFET 或 IGBT，并配置：

• 自举或隔离供电；

• 栅极驱动与米勒钳位；

• 桥臂直通互锁；

• 逐周期限流；

• 母线欠压闭锁；

• 功率器件温度采样；

• 母线电容预充电确认。

五、BLDC 控制与液冷泵本体

控制策略

磁力隔离无密封泵通常使用内转子或湿转子结构，定子与冷却液之间由隔离套分隔。其控制宜采用无感 FOC：

• 低速采用高频注入或其他初始位置识别；

• 中高速采用反电动势观测器；

• 以母线电流或相电流构成电流环；

• 以转速构成外环；

• 冷却液温度、管路压差或上层热模型构成系统级调节。

FOC 比六步换相更适合液冷泵，因为其转矩脉动、可闻噪声和气蚀倾向相对较低。不过，无感算法在零速和低速段的辨识可靠性、启动注入对 EMI 的影响，必须经过冷液、热液、不同黏度及低电压工况验证。

保护机制

除常规的过流、过压、欠压、过温和堵转保护外，还应重点处理：

• 干转：监测电流、转速误差、母线功率或反电动势特征；检测到异常后降速或停机。

• 气堵：管路气泡会造成转速波动和压力跳变，应做滤波与渐进恢复，避免反复启停。

• 失步：无感算法失去有效观测时，禁止持续按固定角度强制换相。

• 低温启动：冷却液黏度增大可能形成短时过流，可设置限流斜坡并防止单次启动越过温升边界。

六、HVIL 与上下电逻辑

HVIL 的可靠逻辑是：机械解锁开始 → HVIL 先断开 → 系统切断高压 → 母线能量泄放 → 触点无载分离。若顺序相反，带电断开产生的电弧可能损伤触点，也无法保证维修人员安全。

HVIL 检测建议采用恒流源或受监控上拉，并能识别以下状态：

• 正常闭合；

• 开路；

• 对电源短路；

• 对地短路；

• 接触电阻异常增大；

• 连接器完全分离。

检测到异常后，应禁止闭合主接触器；HVIL 恢复后也不应自动上高压，必须由控制器完成高压绝缘、母线电压、预充、接触器状态和故障记录检查，再执行受控上电流程。

七、关键风险与验证重点

TS1 触点与线束

主要风险是预充失效、冷态大电流、接触电阻上升、屏蔽搭接阻抗增大及振动松脱。设计时应规定正确的压接工具、插合力矩或锁扣确认方式，并验证温度循环、振动、盐雾、插拔寿命及单针失效后的温升。

EMI 与接地

TS1 的金属壳和 360° 屏蔽只能构成屏蔽通道，不能自动消除共模噪声。功率地、屏蔽地、模拟采样地和数字地应明确分区，仅在指定位置连接；电流采样信号采用差分走线并远离桥臂开关回路。

热耦合

高压泵控制器不能假定自身已处于液冷环境中。若泵故障，控制器仍可能发热，因此驱动板应设计独立风冷、散热基板或被动冗余路径，并在泵停转时限制持续功率输出。

系统选型对照

• 车载电池冷却泵：典型母线 400/800V，TS1 后接隔离 DC/DC，再驱动 100～180W      泵，通常使用 LIN 通信；优先选择 8.0mm 触点并留足电流降额。

• 储能/CDU 液冷泵：母线可能达到 800～1500V，TS1 后级直接连接高压逆变桥，泵功率约 200～800W，通常采用      CAN 通信；优先选择 12.0mm 触点并重点验证绝缘配合、爬电距离和主动放电。

以上两种场景的关键差别不是泵功率本身，而是是否需要高压隔离、绝缘监测、母线主动放电及高压器件降额。选型时应先确定最高母线电压、峰值工作电流、环境温度、冷却方式和可接受的寿命衰减，再确定触点尺寸与线缆截面。