随着我国高铁事业迅猛发展,高铁已经成为一种广泛为人们所接受的出行方式。但高铁动车组列车存在高度依赖接触网、供电方式单一、再生制动对接触网造成谐波污染等问题。本文依托“十二五”国家科技支撑重点项目“混合动力车组的关键技术研究与典型样车研制”为依托,为实现混合动力动车组可在无接触网地区的正常运行的目的,对磷酸铁锂电池储能系统进行了设计和控制策略研究,成功试制了符合设计指标的带有锂电池储能系统的混合动力动车组牵引变流器。首先根据动车组的运行曲线及牵引特性计算出了对混合动力动车组储能系统的最大功率及能量需求,比较了各种储能元件的优缺点并最终选择磷酸铁锂电池作为储能系统的储能元件。根据储能系统的技术指标确定了磷酸铁锂电池的成组方式,并对磷酸铁锂电池的充放电特性进行了研究和分析。其次对储能系统的主电路设计需求进行分析,研究并比较了多种双向DC/DC变换器拓扑的优缺点,并最终选择Buck/Boost双向DC/DC变换器作为储能系统主电路。计算了主电路重要元件的参数并进行了热仿真。设计了以DSP-FPGA为核心的控制系统。然后对磷酸铁锂电池的充电控制策略、储能系统供电策略以及储能系统工况切换控制策略进行研究。根据磷酸铁锂电池充电时的工况选择了单电流环闭环的控制策略。储能系统在作为主电源时的主要目的是维持中间直流电压,还要兼顾磷酸铁锂电池的最大可充放电电流,所以选择了电压外环电流内环的双闭环控制策略。在MATLAB中搭建了仿真模型进行了仿真验证。最后,以混合动力动车组牵引变流器为核心,搭建了实验平台对储能系统的指标进行了实验和测试。完成了储能系统的低倍率和高倍率充电实验、与牵引供电系统的模拟过分相实验以及满功率的电机对拖实验。实验结果证明储能系统基本符合设计指标。