电池储能系统在各领域受到广泛应用。常规的集中式充电机结构限制了储能系统的可扩展性,而分布式充电机的结构则具有良好可扩展性与高可靠性。针对储能系统对灵活、可扩展的结构的需求,提出了基于直流母线的分布式均衡充电系统,借助直流母线与双向直流变换器模块实现分布式充电与电池的组间均衡功能。本文从系统的基础模块双向直流变换器出发,进行了变换器设计与控制方法研究,在此基础上提出了分布式均衡充电系统均衡模式的控制方案。双向直流变换器采用全桥推挽拓扑,对变换器双向工作的原理分别进行分析,得到变换器的不同工作模态,并得出电压、电流的关系,为变换器电路建模提供依据。升压工作时变换器实质为电流型推挽变换器,推挽开关管固有的关断电压尖峰使开关管应力增大,变换器效率降低。针对该缺点,提出了一种无辅助电路的利用电压自然钳位实现推挽开关管的软开关的调制方法,在此基础上又提出一种能够同时实现全部全桥开关管的电压自然钳位的改进方法,以减小全桥开关管的应力并提高变换器的效率。设计了变换器关键磁性元件,在此基础上分别完成变换器双向的电路建模和控制环路设计。搭建闭环仿真模型,通过仿真验证了控制参数的合理性,与提出的调制方法使变换器主要开关管实现软开关的可行性。基于双向直流变换器样机构建出变换器功能验证的实验平台。实验结果表明变换器能够高效工作在降压充电模式;升压模式下,提出的两种电压自然钳位的调制方法均能够抑制推挽开关管的关断电压尖峰,相应全桥开关管的软开关实现情况与理论设计相符,变换器效率得到提高。基于两台变换器模块搭建的最小系统实验平台验证了系统能够借助双向直流变换器实现电池间能量传输。为了实现分布式均衡充电系统的均衡功能,通过对系统的控制结构与功能分析,设计了均衡模式下系统的综合控制方案,实现根据电池能量状态在电池模块间进行分流,分析了直流母线的功率平衡问题。