高温质子交换膜燃料电池(High Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cell,HT-PEMFC)工作在120-180℃之间,是基于传统低温质子交换膜燃料电池(Low Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cell,LT-PEMFC)而开发的一种新型燃料电池。较高的工作温度避免了LT-PEMFC中的常见问题:复杂的水管理系统、较低的余热回收效率、较高的氢气纯度要求等问题,因此HT-PEMFC在近年成为燃料电池领域研究的新方向。但是HT-PEMFC较高的工作温度导致较长的启动时间,增加了其应用于新能源汽车领域的难度,因此探索合理的组合加热启动策略对于加快其应用于新能源汽车领域具有十分重要的现实意义,本文主要进行了以下工作:(1)建立了HT-PEMFC的三维多相流模型。根据HT-PEMFC内部的反应机理,基于多物理场耦合在comsol中建立了三维多相流模型,并进行相应的网格划分、模型假设以及内部控制方程的描述。(2)通过搭建燃料电池的测试系统,对自行装配的HT-PEMFC进行相关的实验。包括燃料电池的活化和极化曲线的测试,同时验证了HT-PEMFC模型的正确性。(3)为了研究HT-PEMFC的启动,从燃料电池的结构参数和运行参数两个角度,对HT-PEMFC内部物质分布、温度分布和启动时间进行了仿真研究。探究了两类参数对燃料电池内部电化学反应以及传热传质的影响,最终确定的结构参数为0.1mm的膜厚度和1mm的流道高度,运行参数为160℃的进气温度和0.6V的启动电压。(4)提出多种加热策略并进行比较分析。发现:在进气加热的基础上对燃料电池的其它部件加热均能加快启动的时间。另外,在同等的加热功率下,相对于提高燃料电池的催化剂活性,加快反应物的传输与扩散对于缩短燃料电池启动的时间效果更好,这可能是未来HT-PEMFC快速启动的重点研究方向。综合来看,采用端板加热与进气温度组合进行变电压启动是一种比较理想的加热策略。