锂离子电池组作为一种储能设备因具有能量密度高、充放电速度快、无记忆效应、稳定可靠等优点而广泛使用于电动汽车领域。近日,国内首列混合动力型动车组正式投入生产,锂电池组作为混合动力动车组的一种动力源,需要进行定期满充满放的维护来提高电池组的性能,而高电压、小电流充放电设备因损耗小、成本低等优势,使得中高压充放电设备成为了一种发展趋势。目前,国内还没有适合混合动力动车组使用的高压充放电设备,大功率充放电设备的输出电压等级普遍不高。为提高输出电压等级及电压范围,实现能量从电网到电池组的双向流动,本文设计了一台260kW中压三电平充放电设备,采用了NPC三电平PWM整流器与三电平双向直流变换器串联的双级型三电平拓扑结构,重点研究了主电路工作原理和参数设计,通过仿真和实验对其进行了验证。首先,分析了充放电设备的拓扑结构和工作原理。详细分析了三电平直流变换器的拓扑及工作原理,对充放电设备硬件电路参数设计进行研究,并对其中的中间直流支撑电容、网侧滤波器、吸收回路,电池侧电感、电容等关键参数进行了设计。此外也研究了充放电设备的控制策略,网侧使用电压定向控制策略,电池侧使用电压、电流双闭环可选的恒压、恒流或恒功率控制策略。其次,详细分析了两级电路的开关损耗,对NPC三电平整流器进行了开关损耗工程计算和仿真对比分析,在此基础上得到热损耗分布和温升情况,对功率组件进行了设计。完成了功率组件双脉冲实验和温升实验,确定了功率组件的技术参数,验证了模块化功率组件的实用性。最后,本文对260kW中压三电平充放电设备进行了实验研究。通过实验平台对充放电设备的性能进行了实验测试,包括充电、并网电流总谐波THD等实验。通过对实验波形和数据的分析,验证了本文的理论分析,表明设计方案满足了设计的要求。