随着一系列国家扶持政策的实施和新能源技术的快速发展,电动汽车的市场份额正稳步扩大。相比于传统燃油车,纯电动汽车具有绿色环保、能源利用率高等优点,但同时也面临着“里程焦虑”的困扰。采用大功率的直流充电系统、提高充电速率是破解“里程焦虑”难题的关键途径。此外,电动汽车负荷和储能的双重属性,为解决电网“削峰填谷”需求提供了新途径,而充电桩则是实现电动汽车与电网能量互动（Vehicle to Grid,V2G）的关键设施。因此,研究可支持双向运行的大功率直流充电系统,对电动汽车的发展具有重要意义。传统的直流充电拓扑,多采用AC/DC+DC/DC的两级结构,系统效率较低,且中间需要大容量的直流母线电容,降低了系统功率密度。此外,AC/DC级通常采用Vienna整流器,不支持双向运行。高频链矩阵变换器（HFLMC）是由输入输出滤波器、矩阵变换单元、高频变压器和H桥变换单元组成的一种单级功率变换拓扑,具有能量密度高、电网侧与负载侧隔离、支持双向运行等优点,十分适合应用于大功率直流充电系统中。本文针对HFLMC在大功率直流双向充电系统的应用展开研究,取得的主要工作成果包括:1、详细介绍了 HFLMC的工作原理,并推导了其在abc坐标系、αβ坐标系、dq坐标系下的基本数学模型。研究介绍了 αβ坐标系和dq坐标系下矩阵变换器空间矢量脉冲宽度调制（SVPWM）策略基本原理,并对两种调制策略进行了 MATLAB\Simulink仿真和实验验证,给出了两种调制策略的对比分析。2、针对传统的六段式SVPWM调制策略下高频变压器易出现偏磁的问题,从矢量调制的角度分析了偏磁现象产生的根本原理,并在此基础上设计了一种基于开关时序的三有效矢量SVPWM调制策略,给出了所提调制策略在αβ坐标系下的矢量合成模型。通过仿真和实验验证,证实了所提策略在抑制变压器偏磁方面的有效性。3、HFLMC应用于直流充电系统时,面临电网侧电能质量和电池侧宽输出范围及快速动态响应的综合性能需求,此外,还饱受精确建模难和参数难整定的困扰。为此,研究了一种基于直接功率的无差拍预测控制策略。基于直接功率控制理论,建立了无差拍参考电流矢量预测模型,并在此基础上设计了相应的控制策略。所设计的控制策略具有电池侧电流范围宽、响应速度快,电网侧电能质量高的优点,还具有无需锁相环及复杂坐标变换、无需内环参数整定、对系统参数扰动不敏感等优点。通过仿真和实验,验证了所提控制策略的有效性。4、针对充电系统双向运行需求,研究了一种HFLMC双向调制和控制策略。分析了 HFLMC功率双向流动的基本原理,提出了一种“矩阵变换器三有效矢量SVPWM+H桥移相”的调制策略,通过控制变压器初级侧和次级侧电压的相位差,实现功率方向控制。在所提调制策略的基础上,基于直接功率无差拍控制,研究了一种“预测参考电流矢量+移相角”的协同控制策略,使HFLMC能够满足整流和逆变状态下电池侧和电网侧的综合性能需求。通过仿真,验证了所提调制和控制策略的有效性。