随着我国汽车数量的增长，城市汽车排放污染日趋严重，传统汽车燃料的供需矛盾也更加突出。燃料电池电动汽车是治理汽车尾气污染和解决燃料问题最现实的途径。燃料电池单片电压巡检系统作为燃料电池堆的关键检测设备，随着燃料电池产业化的发展，正发挥着越来越重要的作用。燃料电池堆单片电压巡检系统不仅在电池堆研发阶段十分重要，即使在电池堆投入使用之后对于维护电堆的正常工作也不可或缺。本文以燃料电池堆单片电压检测为研究对象，开展质子交换膜燃料电池单片电压巡检系统设计及故障诊断研究。主要研究内容如下：介绍了燃料电池电动汽车的主体结构，详细描述了燃料电池发动机的构造。并在此基础上，根据燃料电池堆单片电压巡检系统的功能需求，结合巡检系统特殊的应用环境，设计出一种基于双层CAN网络的巡检系统体系结构：检测单元CAN子网和车载光纤CAN主网，两个CAN网络彼此独立，构成可靠的网络拓扑结构。在分析燃料电池单片电压巡检原理的基础上，设计了巡检系统高精度电压检测单元、高速网络控制单元和LCD显示及键盘硬件接口电路，并详细分析了它们各自的结构和特点。完成了电压检测单元、高速网络控制单元和LCD显示及键盘的软件设计，制定了CAN和SCI应用层协议，设计了功能完善的上位机软件。结合巡检系统实际应用的情况，讨论了基于故障树的巡检系统故障诊断方法，分析了检测单元和网络控制单元故障树结构，在单片机上编程实现逻辑推理故障诊断，并通过LCD将故障诊断结果显示出来。整个巡检系统采用分布式检测方式，可靠性高、可扩展性强，较好地实现了对燃料电池堆单片电压的实时高精度检测。该系统具有自主知识产权，已经在“楚天一号”燃料电池电动汽车、燃料电池中巴车和武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室50KW燃料电池测试平台上投入使用，获得了很好的效果。