电动汽车在V2G技术中作为分布式能量储能系统单元与电网进行互动时，可作为电网和新能源发电的缓冲，起到削峰填谷的作用。车载双向充电机是实现V2G的关键设备，其基本要求为：能量双向流动、高频隔离及高效率和系统稳定性。现有双向充电机大多采用工频变压器隔离，存在充电机体积大和音频噪声大的问题；采用高频变压器隔离的两级变换双向充电机虽然减小了双向充电机的体积，其功率拓扑和控制系统过于复杂。针对上述问题，将能量单级变换的矩阵变换器应用到双向充电机，结合磷酸铁锂动力电池充放电特性研究和设计了功率等级为3kW的单级高频隔离车载双向充电机，其控制方法和工程应用设计具有一定的理论意义和工程应用价值。　　论文根据矩阵变换器拓扑结构特点，运用“解结耦”控制策略将矩阵变换器分时等效成“正极性”电压型PWM整流器和“负极性”电压型PWM整流器，分析了双极性调制策略的实现方法和单级高频隔离拓扑的工作原理及能量流动过程，通过数学方法分析了单级高频隔离部分电路的波形。　　分析了动力电池的恒流充电策略、恒压充电策略及三段式充电策略，选择可以延长动力电池寿命和提高充电效率的三段式充电策略作为双向充电机的主要充电方法。充电机通过电池管理系统的CAN通信获得电池组端电压和温度参数，设置充电截止电压和放电截止电压避免因“过充电”或者“过放电”损坏电池。采用比例积分控制器控制充放电电流峰值、准比例谐振控制器控制电网电流以实现双向充电机的单位功率因数整流运行或者逆变运行，并给出了控制器的参数设计方法。　　介绍了实验样机的功率电路器件参数设计方法，在电力电子专用仿真软件Saber中搭建系统仿真模型，对16节磷酸铁锂动力电池二阶RC模型串联的电池组进行了充电和放电仿真实验，仿真结果验证了所设计的方案可行性和理论分析的正确性，并通过仿真对主电路参数进行了优化设计；搭建了基于TMS320F2808的单级高频隔离双向充电机实验样机，详细介绍了硬件电路部分和软件部分的设计方法，并对磷酸铁锂动力电池组进行充电实验，实验结果表明，本文所设计的方案具有可行性。