近年来,各国不断加深对燃料电池机车的研究,并获得了一定进展。但一方面大多是针对汽车工况下小功率系统的搭建,而燃料电池机车相对功率等级较大,技术难度也相对较高,而国内外对大功率的混合动力系统研究相对较少;另一方面,虽然能量管理的理论研究较多,但实际应用的混合动力系统中能量管理策略相对简单。此外,大多燃料电池机车建模仿真的能量管理策略是针对燃料电池与蓄电池的拓扑结构,对基于燃料电池与超级电容拓扑结构的混合动力系统的能量管理策略研究较少,而且大多基于燃料电池机车建模仿真的能量管理策略没有在硬件系统中验证。因此根据燃料电池和超级电容的特性制定合适的能量管理策略并验证对于提高混合动力系统效率和车辆运行的动力性能具有重要意义。本文针对有轨电车的混合动力系统及其能量管理控制器的设计主要研究工作如下:（1）基于燃料电池及样车技术参数,依据对模拟工况的能量和功率需求的计算对超级电容储能系统进行匹配设计,并根据动力系统各部分参数在Simulink中搭建了混合动力系统仿真模型。（2）根据超级电容的SOE（能量状态）和负载功率P_load对能量管理策略进行分层,并基于对不同线路数据的模拟工况加速制动能量的计算,确定列车运行速度V与超级电容SOE上下限的耦合关系,制定了一种基于有限状态机的速度自适应控制策略,并利用动态规划算法对控制规则进行了优化,并依据仿真结果对三种控制策略进行了比较论证,优化后的算法较功率跟随策略燃料电池输出更平稳,氢耗量下降了3.5%。（3）根据拓扑结构搭建了混合动力系统实验平台。并通过PLC集成的能量管理控制器完成了对混合动力系统的各子系统的协同控制。分析了多控制系统协调工作原理及内部系统之间的网络通讯结构,对能量管理器各个模块进行了性能验证。（4）基于已搭建的混合动力系统实验平台,对3种能量管理策略进行了实验论证,并根据氢耗量、SOE、燃料电池功率变化幅度等对3种控制策略的性能进行了分析比较。