近年来,随着国内外氢燃料电池产业和技术不断的发展,逐渐在市场上出现了一些商业化的燃料电池汽车(Fuel Cell Vehicle,FCV),但是FCV技术仍在持续发展中,依然存在许多亟需解决的问题。由于低温燃料电池的工作特性,FCV技术的发展对汽车的热管理提出了很高的要求。质子交换膜(Proton Exchange Membrane,PEM)燃料电池的适宜电池堆工作温度处在60-80℃之间,这就需要热管理系统来使电池堆的温度维持在这个范围内,同时要尽可能的减小温度的波动来提高温度均匀性。本文针对小型乘用质子交换膜燃料电池车的发动机(Fuel Cell Engine,FCE)及热管理系统进行了一维建模,发动机系统主要包括燃料电池堆,进、排气系统以及冷却系统三部分,冷却系统模型主要包括膨胀水箱、恒温器、水泵、风扇以及散热器等部件。在新标欧洲循环测试(New European Driving Cycle,NEDC)下对模型进行了仿真,结果表明电池堆温度控制在了60-80℃之间,但峰值温度达到了77℃,温度波动范围较大。为了提高一维回路的精度,对热管理系统中关键散热模块的传热流动特性进行了研究,即散热器的三维建模与分析,对FCE散热器的选型为单元平行流散热器。在散热器仿真中使用了多孔介质模型来简化模型,通过多孔介质模型的引入来减少计算的时间。首先对局部翅片模型进行三维模拟计算。在局部翅片仿真中获得建立多孔介质模型所需参数后,用多孔介质模型代替真实翅片计算散热器的三维流场和温度场。散热器仿真结果与实验对比,散热量误差范围为[-3.7%,8.3%],压降误差范围为[-0.2%,7.9%],模型结果较为合理。最后根据不同的翅片尺寸进行了散热器优化,百叶窗开窗角度为23°时有最佳的换热性能。将一维散热系统和三维部件进行了耦合计算分析。在此基础上对FCE热管理系统进行了回路上的优化,通过恒温器以及风扇控制系统来提高热管理系统对温度的控制能力,减小了高负荷下的极限温度与常态运行下的温度波动范围。在NEDC循环下,电池堆温度波动控制在65℃左右,同时极限温度仅为67℃,优化后的回路换热性能有了很大的提升。引入了FCV的功耗模型,分析了优化后的FCE回路在不同行驶条件下的热表现,结果表明能够较好的适应不同行驶工况。最后对FCV热管理系统中的三个组成部分,FCE热管理、动力控制单元(Power Control Unit,PCU)热管理、空调制冷回路进行了集成分析,分析了空调制冷回路的热特性,并对三个换热器在前舱中的空间分布进行了分析。对比了四种不同布置方式下换热特性的优劣,通过引入评价标准得出第二种布置方式最佳。