随着传统石化燃料供应的制约和环境保护压力的升级,新能源汽车应运而生。不同于纯电动汽车使用单一动力电池作为能源供应,燃料电池汽车一般采用燃料电池和动力电池混合供能的方式。由于燃料电池在储能质量密度和能源转化效率方面的优势,燃料汽车因此具备动力系统质量轻和高效能的优点。我国燃料电池汽车研发还处于起步阶段,本文主要对燃料电池汽车混合动力系统的配置优化、建模仿真、能量管理策略和控制器设计展开研究。首先,提出一种以燃料电池混合动力系统成本和重量为优化目标,以满足燃料电池汽车的性能为约束条件的配置优化方法。采用了多目标粒子群优化算法对等效优化命题进行求解,得到了目标函数Pareto前沿。其次,从系统的顶层模型架构出发,依次建立了燃料电池机理模型,动力电池等效电路模型和DC/DC变换器拟合效率模型。再次,设计了基于改进随机动态规划的能量管理策略,并在ADVISOR仿真平台下和基于确定规则的能量管理策略进行对比,结果显示随机动态规划策略能够提高燃料电池发电效率和延长燃料电池汽车续驶里程。然后,研发了基于汽车级微处理器S32K144的系统控制器和搭建了燃料电池发电系统平台和电-电混合动力系统平台,并进行燃料电池系统最佳工况控制测试和混合动力系统电力输出控制测试。结果表明,所研制的控制器能够对燃料电池混合系统进行氢气压力控制、空气压力控制、温度控制和能量管理。