为了应对日益严峻的环境问题、能源危机和更加严苛的国际强制性法规,发展具有良好的经济性、排放性、操纵性等优势的新能源船舶是未来航运发展方向和必然趋势。储能系统是新能源船舶的关键部件,复合储能系统可以有效减少储能系统的设计冗余,提高动力系统的燃油经济性。提高储能系统的能量转换效率,延长储能系统的寿命周期,对于新能源船舶的发展与普及至关重要。本文围绕混合动力破冰船用磷酸铁锂-钛酸锂动力电池的复合储能系统,设计了相应的电池管理系统,提出了基于模型预测与模糊规则的复合储能系统能量管理策略并进行了多目标优化,解决了柴油发电机组、能量型电池组与功率型电池组之间的功率分配问题,并进行了硬件在环测试。首先,分析了锂离子电池的基本特性,建立了电池的一阶戴维宁等效电路模型、半经验容量衰减模型,并分析了复合储能系统能量损耗机理,建立了简化的能量损失模型。其次,提出了基于自适应双扩展卡尔曼滤波算法的电池组时变参数辨识与状态估计方法,实现电池组荷电状态的高精度在线联合估计;利用LM算法辨识电池组不一致性;利用产热模型计算电池组平均温度;利用动态多约束方法估计电池组的功率状态。然后,分析了破冰船用复合储能系统信号特征规律,结合破冰船的运行工况,分析并且确定传感器和执行器的选型。对电池管理系统控制器进行了设计,并对该电池管理系统进行了功能测试。最后,提出了一种基于模型预测-模糊控制的复合储能系统能量管理策略,利用自适应遗传算法优化模糊控制器的隶属度函数,实现了能量管理策略的多目标优化。通过模拟破冰船的破冰工况,比较了同等条件下能量管理策略的优化效果。通过搭建复合储能系统硬件在环验证平台,验证了本文控制策略的实时性与有效性。