质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,简称 PEMFC)具有高效低污染、可靠性好、工作温度低、启动迅速等优点,成为一种理想的氢能利用方式,也非常适用于燃料电池车,具有广阔的市场前景和巨大的商业价值,对于PEMFC性能仿真和特性分析又逐渐回归学者们的视野当中。想要对PEMFC的功率输出能力和特性了解得更加透彻,除了进行试验研究以外,对PEMFC建立数学模型进行仿真分析也是十分必要的研究手段。通过仿真计算,不但可以方便地得到燃料电池系统的特性,而且还可以通过改变燃料电池的结构及工作参数等进行性能优化,从而为PEMFC的可靠性设计及制定合理的控制策略提供依据,同时这种研究方法能够从理论上反映出PEMFC的工作机理和内传递过程,已经成为燃料电池研究领域不可或缺的研究手段。本文综述了燃料电池的发展历史及现状,概述了质子交换膜燃料电池数学模型的研究现状,描述了 PEMFC单电池的构成部分和各个部分在电池工作过程中承担的功用;在参考文献中PEMFC工作状态下的经验公式的基础上,搭建起PEMFC单电池的稳态仿真Simulink模块图,用以研究PEMFC在不同外部输入条件:单电池运行环境温度、反应气体压力以及质子交换膜含水量对于电堆输出特性的影响。本文模拟计算了燃料电池辅助系统的相关数据,根据计算所得到的极化曲线与实验测试得的结果相互印证,得到部分零部件的设计相关参数,有助于优化整个燃料电池系统的性能。本文设计搭建了一款燃料电池系统匹配软件,通过对某30kW燃料电池系统的散热器、空气压缩机、冷却系统驱动水泵等关键零部件的参数匹配及实际测试对软件进行了验证。在此基础上,通过软件匹配得到了某80kW燃料电池系统的关键零部件及其参数,为该燃料电池系统的后续设计提供了依据。