电动汽车市场飞速扩张，充电基础设施尤其是直流快速充电桩的发展至关重要。目前的快充桩大多采用单向功率流的拓扑结构。为满足电动汽车与电网互动(V2G)的需求，双向功率流的拓扑结构在一些示范工程中得到应用。V2G的应用模式存在多个变种，包括V2H、V2B等，其中将双向充电桩作为应急电源，在微网离网停电时调集电动汽车与桩相连，进行临时供电，具有较高实用价值。直流快充功率高，效率至关重要。目前快充桩主要采用双级功率变换结构，额定工作点效率皆低于95％，进一步提高效率将大幅增加成本。　　为了推进直流快充设备的应用与普及，本文提出并完整实现了一种新型多功能与高效率的双向快充桩系统，并完成了工程化样机的制作和全功率的实验验证。　　首先，多功能是指双向快充桩作为应急电源系统与微网的互动应用。本文对双向快充桩用作微网应急电源的应用展开了研究，提出了桩与微网集成的系统架构，在实现虚拟同步机仿真研究的基础上，通过自制的AC/DC变换器控制板，实现了完整的双向充放电功能，并通过实车接入的双向快充桩全功率实验实现了基于虚拟同步机的黑启动和孤岛切换。通过大量实验，探讨并验证了充电桩中多级功率变换器的协同控制模式及其对系统性能的影响，同时对系统并网与离网运行时的谐波功率分布现象进行了仿真和实验的分析验证，并通过改进控制算法消除了谐波功率在系统中引起的谐波畸变。　　然后，高效率则通过本文提出的快充效率提升方法实现。本文提出去掉后级DC/DC变换器，将快充桩交流侧电压降低进而通过单级AC/DC变换器直接实现快充的新思路，在节省成本的同时提高了效率，同时提出并实现了单级AC/DC快充所涉及的两个技术问题的解决方案。　　第一个问题是单级AC/DC快充的直流电压的较大输出范围的实现及其系统效率提升的公平评估。传统两级功率变换中的AC/DC的直流输出是升压式，后级DC/DC进行降压实现输出电压较大幅度的变化以适配电动汽车的电压范围。本文提出单级AC/DC采用低于三相380V的输入电压以进行大范围升压的快充方案，虽减少了DC/DC环节，但其交流侧电流比两级变换要大。因此需要公平量化地比较单级式和双级式快充结构的效率高低。基于公平比较的原则，本文对新型单级式快充与传统双级式快充方案的效率进行了评估，确立了单级式快充方案对于传统双级式快充方案的效率优势。　　第二个问题是充电电流的低次谐波问题。电网电压存在谐波畸变而快充桩的并网电流保持正弦时，AC/DC的交流侧将产生谐波功率并在其直流侧产生谐波电流。双级式快充结构中的DC/DC可阻止该谐波电流进入到电池当中，而单级式快充则对此无能为力。本文在单级式快充方案的基础上进一步提出在充电桩直流母线上并联小功率DC/DC以吸收充电谐波电流的方案，并提出和改进了相应的控制算法，通过仿真和实验，验证了良好的充电电流稳定效果。　　最后，本文讨论了前述快充桩中所需DC/DC变换器的设计，包括功率模块选型以及驱动板、控制板、功率模块适配板和功率输出板等硬件电路的设计。同时完成了DC/DC变换器样机的试制与调试工作，并成功集成到本文所提出的新型充电桩系统当中，完成了论文中各种方案与方法的实验验证，同时在论文最后一章中集中展示了实验结果，并作出相关的分析。