传统的航天充电装置使用的是插拔式有线充电,对接精度要求高,而且存在插头的机械磨损和老化以及太空灰尘影响装置可靠性等问题,使用无线电能传输技术可有效解决上述问题。对于航天器来说,其储能设备的电池状态受太阳能充电和运行轨迹等的限制,具有不确定性,需要能相互补充电能,即充电装置需要具备双向充电能力,因此研究这一场景下的双向无线电能传输系统（BWPT）有重要意义。本文对空间BWPT系统宽距离适应性、效率和轻量化要求展开研究。根据空间装置对接互充电需求,建立了双向无线电能传输系统基本结构,对谐振拓扑对系统特性的影响进行了分析,明确适应于空间双向无线电能传输系统的谐振拓扑需具备的特点。针对传输距离适应范围大的特点,研究各谐振拓扑在互感波动时的工作状态,从功率传输能力、器件电气应力和导通损耗等方面对谐振拓扑进行比较分析,最终确定SS谐振拓扑作为本课题的研究对象。提出一种具有距离适应性的无线供电磁耦合机构,采用多组线圈和切换开关组合,实现了不同距离下电能的高效传输。建立了平面圆形耦合机构的理论和仿真模型,分析了尺寸参数对传输能力的影响关系;根据互感和传输距离要求设计了耦合机构系列线圈的参数;在研究了耦合机构的各类损耗、线圈切换开关的电压应力基础上,给出了最佳设计方案。进行了双向无线电能传输系统的高效控制策略的研究。建立了空间双向无线电能传输系统损耗模型,对系统导通状态下的通态损耗进行研究,对高频开关工作模态进行了全面的分析,研究了BWPT系统中实现所有开关器件ZVS导通的条件,提出了效率优化控制策略,制定了采用CP-CV两阶段充电方式的三自由度双边协调控制策略,仿真验证了控制策略的可行性。搭建了硬件实验平台、设计了软件控制算法,实验验证了耦合机构的传输范围,验证了提出的双边协调控制策略的有效性。