储能系统被广泛应用在可再生能源发电、电气化交通等领域,与之相适配的双向隔离DC/DC变换器也向着更高效、更高功率密度的方向发展。在双向隔离DC/DC变换器拓扑中,LLC谐振变换器是一种结构简单且具有较宽增益范围的变换器,其凭借着优秀的软开关特性可以实现非常高效的电能变换且能实现更高的功率密度。LLC变换器谐振腔的不对称导致了其双向运行下的特性差异,限制了其双向运行工况的适用范围。LLC变换器通过谐振以交流的形式实现电能传输,谐振过程包含了大量的模态切换且会随着控制量、负载等因素的改变而改变,这导致LLC变换器的分析建模以及参数设计的难度大大增加。本文围绕LLC变换器的双向功率传输工况基于时域开展研究,从LLC变换器在双向工况下的宽电压增益范围控制方式、简化时域分析、参数设计、交叉串并联型拓扑等方面进行分析讨论,并通过仿真和实验验证了理论研究成果的正确性。本文主要研究工作如下:针对LLC变换器双向宽电压增益范围的控制方式的问题,提出了一种谐振频率下的类Boost反向升压控制方式,将反向升压控制与变频控制、移相控制相结合,可实现LLC变换器的双向宽电压增益范围。通过分析谐振腔的等效电路,合理选择对谐振腔进行充能的时间段,在谐振频率下改变一次侧开关管驱动信号脉宽实现类Boost控制的反向升压控制方式,其最大反向归一化增益可约等于2。详细分析了该反向升压控制的原理以及轻重载下的模态,指出反向升压控制方式具有在不改变LLC变换器基本拓扑且可实现大部分开关管的软开关特性的特点。针对在正向功率传输时端口电压突增这种仅需要暂态反向功率的工况,利用正向模式的同步整流控制来实现暂态的反向功率传输,可控制暂态反向功率传输过程,提高暂态响应速度。针对LLC变换器缺少具有普适性的可应对变频、移相、类boost等不同控制方式的时域简化近似建模分析方法的问题,提出了一种适用于不同控制的LLC变换器正反向运行工况下的简化时域分析方法。首先,对LLC变换器的模态以及等效电路进行归纳总结,建立LLC变换器的统一等效电路,并根据模态时间长度采用三角近似、近似线性化的方式进行近似简化,得到该模态的简化时域方程。在此基础上,通过分析统一等效电路传输功率的表达并进行化简,得到谐振腔平均传输功率的表达式,可表征影响谐振腔传输功率的因素。该分析方法基于模态进行时域近似,误差较小,可适用于不同控制。利用模态的简化时域方程以及平均传输功率简化表达式,对LLC变换器的采用变频控制的正向升压模式、采用移相控制的正反向降压模式、采用类Boost控制的反向升压模式分别进行了分析,得到了不同模式的电压增益特性和负载特性。通过仿真和实验验证了不同模式的电压增益特性和负载特性,同时也验证了简化时域分析方法的有效性以及适用不同控制、精度较高的特点。针对缺少参数关系明确、计算量较小的谐振参数优化方法的问题,提出一种计及多种约束条件的LLC变换器谐振参数设计方法。首先,对变换器的需求进行分析,明确了电压增益范围、软开关特性、减小励磁电流为参数设计的重点。基于简化时域分析对谐振参数与开关频率范围、电压增益范围、软开关特性、谐振电容耐压等因素之间的影响关系进行了分析,得出了开关频率范围和电压增益范围主要决定电感系数,软开关特性、谐振电容耐压约束了谐振阻抗的取值范围的规律。基于上述简化时域分析得到的规律,得到了参数变量间关系清晰、计算量较小的参数设计方法,可根据频率范围、增益范围、死区时间、谐振电容耐压得到谐振参数且增益特性精度较高。针对使用模块串并联型拓扑扩容时LLC变换器反向模式特性较差的问题,提出了一种可实现双向高效率的LLC变换器的交叉串并联型拓扑设计,并给出了多状态切换的控制方法。通过将两台LLC变换器进行交叉串并联,在功率双向流动时,处于反向功率的LLC变换器处于定电压增益模式实现高效的电能变换,处于正向功率的LLC变换器处于效率较高的正向模式进行调压调功率。交叉串并联型拓扑在双向运行时,LLC变换器需要采用不同的控制模式和变换器模式,结合不同控制模式和变换器模式的特点,设计合适的状态机实现LLC变换器的不同状态间的平滑切换,进而实现交叉串并联拓扑的稳态控制。在状态机控制中引入电压前馈控制,提高了LLC变换器在双向运行工况下的响应速度,在交叉串并联拓扑的换向控制中引入串联侧电流积分式判断条件以及包含功率换向、串联侧电容调压、模式切换三个阶段的分阶段式换向控制使换向过程更为平滑稳定。