质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）具有工作噪声小、响应速度快、工作效率高且清洁无污染等优点,近期受到了国内外的广泛研究。质子交换膜燃料电池具有线性差、滞后性强、耦合性强等特点,是一个较繁琐的时变性系统。它的输出特性涉及到流体力学、电化学、热力学等领域的知识。对于提高质子交换膜燃料电池的效率及延长其工作寿命来说,了解其输出特性并对其工作参数做出精确的控制极为关键。本文从理论分析出发,建立了面向控制的燃料电池系统模型,研究了工作条件对其输出性能的影响,并针对气体供给系统的控制方法进行了初步探讨。主要研究内容如下:（1）利用Matlab/simulink平台进行了燃料电池系统模型的建立。论述了PE MFC的工作原理,根据质量守恒定律、能量守恒定律、理想气体方程以及燃料电池工作过程中的反应机理与经验公式,建立了电堆的阴极腔、阳极腔与膜水合模型。阐述了燃料电池三种极化过电势的计算公式,建立了电堆的输出电压模型。介绍了燃料电池系统中空气供给系统、氢气供给系统、热管理系统的结构与工作原理并建立了半机理半经验仿真模型。（2）简要介绍了硬件在环（Hardware in the Loop,Hi L）仿真平台的组成结构与FCU的功能,进行了控制器的硬件部分设计。将燃料电池系统的控制策略自动生成代码,并将生成的代码下载到控制器中。基于Veristand软件结合燃料电池控制系统实现对燃料电池工作过程的控制。在Hi L仿真平台上对燃料电池输出特性进行了Hi L仿真实验。通过HIL仿真实验分析了电堆温度、氢气进气压力、空气进气压力、空气进气湿度、空气过量系数以及空气进气温度对燃料电池输出性能的影响。（3）设计了空气供给系统的PID控制器,输入量为空压机目标转速与空压机实际转速的偏差,输出量为空压机的工作电压。空压机电压的不同代表了空压机转速的不同,即空气进气流量的不同。通过调节PID控制器的控制系数可以较好地控制过氧比在最佳过氧比附近。采用模糊化对PID控制器进行改进,得到模糊PID控制器。将二者的控制效果进行对比,模糊PID控制器控制效果更好,响应时间更快,超调量更小。对空气进气压力、氢气进气流量与氢气进气压力的控制方法进行了简要介绍。（4）搭建70k W的燃料电池试验台架,将所设计的气体供给系统控制方法应用在控制系统中,对控制方法进行验证与评价。试验结果表明,所研究的气体供给系统控制方法可以准确、及时地控制氢气进气流量、进气压力与空气进气流量、进气压力。在对控制方法进行验证评价的同时,根据试验结果对燃料电池系统的工作特性进行分析:观察整个测试过程中,电堆输出电压、功率及单片电压的整体变化规律;分析测试工况下空气进气流量、过氧比、空气进气压力与氢空侧压差的整体变化情况;分析瞬态工况时空气进气压力、空气进气流量、氢气进气压力、氢空侧压差的变化产生的原因。