近年来新能源汽车快速发展和普及,大量电动汽车的无序快速充电使电网负荷波动增大,这增加了电网的建设成本,并给电网的稳定运行带来了考验。V2G（Vehicle-to-Grid）技术可以实现车网协同动作,通过汽车向电网的能量回馈,实现对电网负荷的削峰填谷。作为V2G技术的关键部分,大功率双向充放电机的性能直接影响了V2G的实现。三相双有源桥变换器具有功率容量大、能量双向流动、可以实现软开关等优势,适用于大功率能量双向流动的场合,但其也存在轻载或电压不匹配状态下的功率回流导致的效率降低等问题。为了解决上述问题,本文以三相双有源桥变换器为研究对象,主要对其性能提升和优化进行了研究。首先,本文对三相双有源桥的拓扑和工作原理进行了研究,分别在移相控制和三自由度占空比控制方式下对工作模态、传输功率和软开关等特性进行了分析,研究了占空比对变换器性能的影响。其次,本文根据相电压波形的不同组合情况对三自由度占空比控制下的工作模式进行了划分,共分为三大类17种模式,通过对其进行简化分析,剔除性能较差的模式。对剩余11种工作模式的边界及切换条件进行了求解,分析了每种工作模式下的传输功率、电流应力及电流有效值情况,为变换器的进一步优化控制奠定了基础。为了实现变换器性能的提升,以电流应力和电流有效值为目标分别进行优化。使用拉格朗日乘数法以电流应力为最优化目标,求解出每种控制模式下的电流应力最优控制轨迹,并综合各种模态,提出了在全功率范围内的电流应力最小运行方式。采用数值最优化计算方法以电流有效值为目标进行求解,得到了全功率范围内的电流有效值最小运行方式。计算结果证明了在低功率段两种电流最优运行方式相同均为三角波控制,在高功率段均为移相控制。最后对V2G充电桩双向DC-DC变换器进行了参数设计,搭建了一台输入400V-750V,输出750V,功率为30k W的三相双有源桥变换器样机,实验结果表明电流最优化控制策略可以有效降低变换器的电流应力和电流有效值,并提高轻载情况下的效率。