日益严重的能源与环境问题使得发展氢能产业成为未来趋势,燃料电池汽车作为氢能利用的一种典型的应用场景,是汽车工业可持续发展的重要方向。双有源桥变换器因其功率密度高、允许功率双向传输、原副边电气隔离等诸多优点,特别适合于燃料电池电气系统,受到广泛关注。在选取双有源桥变换器作为核心拓扑的基础上,快速的启动及暂态响应能力,高稳定、高精度的输出特性已成为燃料电池汽车电气系统典型需求。因此,本文以燃料电池车用双有源桥变换器为研究对象,聚焦上述控制需求开展研究。首先,为了提升双有源桥变换器的启动性能,本文分析了变换器直接应用闭环控制算法时,启动阶段产生直流偏磁的机理,提出了一种适用于移相调制的启动偏磁消除方法。进一步地,阐述了单重移相调制难以用于启动优化的根本原因,并提出了一种基于扩展移相调制的无电流偏磁快速启动控制方法。通过综合考虑扩展移相调制的各工作模式的运行状态,获得给定电流应力约束下的最优移相比,使整个启动过程中,变换器的电感电流始终在维持允许输出电流范围之内,且最大化输出功率。尽可能的提高变换器的启动速度,而不产生电流偏磁。仿真及实验验证了所提方法的启动性能提升效果。其次,为了提升双有源桥变换器的动态响应能力及输出品质,本文建立了基于功率传输关系的电压预测模型,依据功率与移相比的单调关系,提出了一种连续集模型预测控制工程简化方法。并进一步分析了模型预测控制在应用时电压偏置的产生机理,提出了一种基于参考电压补偿的无电压偏置模型预测控制方法。此外,分析了应用预测控制时出现的暂态偏磁现象,结合偏磁抑制算法减弱了暂态偏磁的影响。仿真及实验验证了所提方法具有优秀的动态性能、克服了稳态电压误差且不产生暂态偏磁。最后,为了提升双有源桥变换器模型预测控制对系统参数及传感器噪声的鲁棒性,本文分析了模型预测控制器对于变换器模型参数以及传感器采样误差的敏感性,通过对输入变量进行重构,提出了一种基于卡尔曼滤波的鲁棒预测控制策略。所提控制方法在提高模型预测控制鲁棒性的基础上简化了传感结构,在无需额外附加设备的情况下,可灵活应用于燃料电池汽车电气系统,改造成本低。仿真及实验验证了所提方法在提高系统动态性能的同时,降低了对系统参数及噪声的敏感性,保证了变换器的电压输出品质。