为了社会可持续发展,发展高效电动汽车势在必行。当前发展阶段,锂电池凭借能量密度高等优势,成为电动汽车能量源的首要选择。但在负载突变工况下,锂电池会急剧大功率电流充电或放电,对车载能源系统效率和寿命产生负面影响;其次,锂电池受电池中活性物质化学反应速度的影响,高强度制动工况下能量回收能力有限,从而影响整车能量回收效率。由于具有功率密度高、能量转化效率高等特点,飞轮适合作为电动汽车的辅助能量源,可以有效减少大功率电流对锂电池的负面影响。本文所研究的机电式飞轮电动汽车采用机电飞轮系统,与锂电池、主驱电机组成了机电飞轮混合动力系统。首先,本文依据试验车MPV的行驶需求为其设计了两种系统方案,分别为机电飞轮混合动力方案和单电机直驱方案。针对机电飞轮系统展开研究,确定机电飞轮系统的结构及工作模式,并详细分析了每种模式的工作原理及各部件的工作状态。在此基础上,完成两种方案的参数优化设计,进而分析了机电飞轮系统在不同模式下的工作效率,确定了飞轮能量状态SOE的运行区间。其次,使用MATLAB/Simulink软件建立机电式飞轮电动汽车和单电机纯电动汽车的正向仿真模型,主要包括驾驶员模型、动力传动系统模型、通信系统模型、控制系统模型等,并详细介绍了各个子系统的原理及功能。其中,驾驶员模型利用基于PID算法的车速跟随系数,计算得出整车需求的驱动、制动转矩;动力传动系统模型产生并传递动力,接收控制系统的控制信号,完成对整车及部件的状态更新与控制。然后,基于马尔可夫链对J1015、NEDC、HWFET三种工况进行了较为准确的工况预测。在此基础上,研究了工况预测对飞轮能量状态的调整意义以及驻车回收模式下飞轮能量的回收。最后,根据机电式飞轮电动汽车复杂多样的工作模式,提出了基于工况预测的逻辑门限策略,分为驱动转矩控制策略和制动转矩控制策略。其中,驱动转矩控制策略引入机电飞轮系统介入转矩,实现了机电飞轮系统的有效介入,简单有效,便于实现;在研究制动转矩控制策略时,使用基于I曲线及ECE制动法规的制动转矩策略,既能保证车辆制动效能,又可以增加车辆回收能量。最后,通过对机电式飞轮电动汽车在J1015、NEDC、HWFET工况的仿真结果分析发现:本文所设计的能量管理策略能够合理分配转矩,保证电机和飞轮正常运行,使锂电池和飞轮各自发挥特点,充分迅速回收制动能量。除此之外,工况预测可以增加飞轮的参与时间,将主驱电机的部分低效率工况点转移至调速电机的高效率区域内,提高经济性。将单电机直驱方案和机电飞轮混合动力方案在动力性和经济性方面进行比较,结果显示:相较于单电机直驱方案,机电飞轮混合动力方案具有更佳的加速和爬坡性能。在经济性方面,相比单电机直驱方案,机电飞轮混合动力方案能够显著提升循环工况与电机高效区间的匹配度。在J1015、NEDC、HWFET工况下,相较于单电机直驱方案,机电飞轮混合动力方案的平均运行效率分别提高了8.2%、5.6%和4.3%,平均每公里耗电量依次降低了0.02k W·h、0.03k W·h、0.048k W·h。在机电飞轮混合动力方案中,飞轮发挥“削峰补谷”的作用,吸收或补充了锂电池功率之外的剩余功率,减小了瞬时峰值功率对锂电池的影响,使得锂电池输入、输出稳定,运行效率提高,使用寿命延长。