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随着我国铁路电气化改造的不断推进,电力机车因其本身清洁污染小、能量利用率高、运输效率高等特点,逐渐取代了内燃机车,成为我国铁路运输的主体。近年来,随着我国铁路事业进一步快速发展,高速动车组正在成为中短途铁路客运运输的主体,未来铁路运输将朝着高速化、高效化继续发展。在我国铁路快速发展过程中,蓄电池作为化学储能设备在列车供电系统中发挥着越来越重要的作用。蓄电池具备储能和供能的工作特性,列车停车电源切断或者发生突发性故障时,蓄电池作为辅助供电电源开始工作,保障列车重要用电设备的应急用电,保证列车安全有效运行与乘客舒适度。作为整个辅助供电系统的能量主体—蓄电池,在合理有效的实验平台基础上,对其工作特性的研究和通过系统辨识得到其准确模型是进行电池荷电状态估计、电池能量管理、系统能量管理的基础与核心。因此,搭建蓄电池充放电实验平台,模拟不同的工况条件,基于电池充放电静态和动态工作特性建立蓄电池等效电路模型作为电池与整个列车供电系统能量管理的首要理论基础。本文首先从系统建模辨识和能量管理出发,分别搭建起了电池充放电工作实验平台,制定了恒流与脉冲两种电池工作模式实验方案,采集相应实验数据,基于实验数据研究分析了电池工作特性,基于蓄电池脉冲实验研究发现电池极化效应,采用电池静态工作实验,进一步研究极化效应对电池工作特性的影响,为后续模型的建立、荷电状态估计、能量管理等研究的开展奠定了一定的实验与理论基础;其次,针对蓄电池极化、滞后等非线性动态特性,将RC电路方程引入到蓄电池模型,建立得到电池一阶动态模型,在一阶模型基础上分别采用Laplace变换和前向欧拉转换方法得到适用于最小二乘辨识算法的递推辨识模型,针对辨识过程中前后采样点相互影响和“数据饱和”现象,在递推最小二乘算法基础上加入遗忘因子,模拟蓄电池实际工况制定实验方案,基于实验数据辨识得到模型参数,基于MATLAB/Simulink仿真实验平台搭建起电池模型验证求解模型的准确性,此外基于超级电容器的二阶等效电路空间状态方程在MATLAB/Simulink仿真实验平台搭建其工作仿真模型,仿真结果研究其工作特性,为后续的荷电状态估计和能量管理奠定了一定的理论研究基础;再次,在对电池极化效应微观理论研究基础之上,制定合理有效的实验方案,消除极化效应对电池荷电状态的影响,建立电池荷电状态与其真实开路电压值之间关系模型,基于实验数据辨识得到模型参数,随后,基于得到蓄电池模型推导得到适用于无迹开尔曼滤波算法的状态空间方程形式,采用无迹开尔曼滤波算法估计得到蓄电池动态荷电状态。最后,在蓄电池工作特性与极化效应实验与理论研究基础上,首先在传统三段式充电模式基础上提出脉冲三段式快速充电控制策略,其次在电池准确模型建立基础之上,仿真得到电池状态对电池组的均衡性影响,然后结合电池组均衡性仿真研究,提出更加合理有效电池工作截止条件电压,最后基于电池与超级电容器储能特性,提出蓄电池—超级电容器混合辅助供电系统,结合列车供电系统实际工况条件提出合理有效的能量管理策略,同时模拟实际工况,仿真系统能量分配,定量分析了几种工况下电池与超级电容器混合能量输出,验证了混合系统工作的有效性。研究结果表明,建立的电池动态模型在模型选择和算法选择上都取得了较理想的结果,对电池荷电状态的估计取得了较高的精度,提出的电池与系统能量管理策略取得了较理想的结果。