目前，锂电池和超级电容是两个新兴的储能设备。超级电容的功率密度和循环寿命要优于锂电池，但其能量密度低于锂电池。所以把电池和超级电容结合起来能够提供一个稳定的、高效的能源系统。然而电池和超级电容具有不同的系统特性，所以定量分析电池超级电容混合能源系统特性成为了一项重要的研究内容。　　本研究首先建立了电池和超级电容的电气模型和热模型，并用实验数据来验证了模型的精度。然后本研究基于电气模型来定量的分析电池超级电容混合能源系统在不同系统参数和拓扑结构下的效率特性。利用基于Sobol指数的敏感性分析来研究系统效率对负载特性，电池荷电状态和直流变换器效率的敏感程度。然后利用仿真和实验结果，根据针对影响效率最敏感的参数选出不同拓扑结构下电池超级电容混合能源系统的适用范围。同时，采取相同的方法，根据电池热模型来定量研究不同电池超级电容混合能源系统中电池温升特性。仿真和实验结果表明在同一负载条件下，电容半主动拓扑结构中的电池温升最小。本研究设计电池老化试验，定量的分析电池在不同大小超级电容包的情况下的老化趋势。　　本研究根据以上的分析结果，针对半主动电池超级电容混合能源系统提出了基于等效内阻的实时控制算法。在该算法中，平均负载电流由电池承担，其余的动态电流根据电池和超级电容的内阻比以及超级电容的荷电状态来动态分配。比较结果验证了在基于等效内阻的实时控制算法条件下，电池超级电容混合能源系统的效率能够趋近于理论最优解。然后，本研究针对燃料电池-锂电池-超级电容混合能源系统提出一个基于双层结构的能量管理算法。该算法旨在将一个多能源系统拆分成多个双能源系统，从而使用已有基于的双能源系统开发的算法来解决三个以上能源系统之间的能量分配问题，缩短算法的开发周期。在该两层控制架构中，在第一层电池和超级电容被看做单个储能系统，所以可以利用基于双能源系统开发的等效能耗最小策略法将负载需求分配给燃料电池和该混合储能系统。在第二层中，该储能系统所需承担的功率需求根据等效内阻法来实时分配给电池和超级电容。结果表明，相比于基于简单规则的控制策略，本研究所提出的双层控制策略能够减少燃料电池-锂电池-超级电容混合能源系统中的耗氢量。