能源危机和环境问题是全世界各国普遍面临的重要问题,为有效应对能源短缺、环境破坏的问题,各国都在大力开发新能源,进行可再生能源在各行各业的应用研究。而在众多的新能源中,氢能具有显著的优点:存量巨大、清洁、高效等。燃料电池是一种可将氢能高效转化为电能的装置,目前广泛应用于分布式发电、交通、军工、便携式电源等领域。尤其在交通领域,燃料电池车是一种驾驶习惯类似于传统燃油车的新能源车辆,具有绿色、高效、便捷的特点。目前,我国在内的各个国家均有燃料电池车的研发计划,并有少数已进入商业化阶段。为更好地掌握燃料电池车的设计、开发、集成等方面的技术,本文针对一款市面常见的观光车进行动力系统的设计改造。自行完成了小型燃料电池车的参数匹配工作,设计搭建了小车的电气系统、基于STM32单片机的控制系统和基于Labview的监控系统。本文还对动力源进行了重要参数测定,包括燃料电池效率、氢耗、锂电池充放电内阻、电压特性和效率特性等。最终,本文设计研制完成了一辆小型燃料电池车样机。对于燃料电池车而言,其能量管理方法是决定车辆性能的关键因素,会影响车辆的氢耗性能、动力源耐久性、效率等诸多方面。本文首先从工程实用性角度出发,选择采用一种易实现的基于规则的功率跟随式能量管理方法对车辆进行功率分配,并依此进行了车辆实测实验,验证了功率跟随式能量管理方法的可行性;通过车辆循环实验,得到了基于功率跟随能量管理方法的车辆续航能力约为88km,并通过对实验数据的计算得到了车辆的氢耗性能约为689.77g/100km。验证了功率跟随式能量管理方法的有效性,以及所研制的小型燃料电池车整车及混合动力系统的可行性。此外,本文还基于小型燃料电池车的参数、实测工况等,设计了瞬时等效氢耗最小能量管理方法(ECMS)、提出了基于庞特里亚金极小值原理的分层能量管理方法(SOPMP)。对这两种基于优化的能量管理方法在MATLAB中进行了仿真实验研究。通过实验数据和计算结果的对比分析,说明在同一工况、同一SOC初始值条件下,ECMS方法具有使SOC回归目标值和燃料电池运行压力更小、耐久性更好的优点,但燃料经济性相对较差;而SOPMP的氢耗、等效氢耗优化效果更好,具有更好的燃料经济性,但燃料电池运行压力较大、耐久性相对较差。在实际使用中,可根据不同需求选择合适的能量管理方法。