随着新能源技术的不断发展,质子交换膜燃料电池以其无污染、工作稳定可靠、冷启动时间短、效率高的特点成为燃料电池发展的主流[1]。将质子交换膜燃料电池应用于汽车领域将会是未来汽车行业发展的大方向。本文主要研究车用燃料电池的设计与控制,对燃料电池系统来说,使用现有的设备使其达到最大输出效率具有重要的作用,因此,本文主要设计了车用燃料电池,建立了燃料电池simulink系统模型,搭建了燃料电池系统实验台,设计了一套燃料电池启停的工作状态控制,且对影响电堆输出功率较大的空气路和电堆冷却水温度进行控制优化以期达到最佳输出状态。主要内容如下:本文首先介绍了车用质子交换膜燃料电池研究的现状,针对目前的研究现状,以及构成燃料电池发动机的结构、功能以及工作原理和工作方式。其次对车用燃料电池系统的几个组成部分进行simulink建模,以热力学为基础主要分析了空压机的输入输出特性以及燃料电池电堆的三种极化现象。然后建立了进气管道以及回气管道的模型,以及燃料电池的物质消耗模型,从而建立整个车用燃料电池系统的simulink模型。然后对建立的simulink模型进行仿真,在仿真中模仿实际电堆测试时加载过程进行测试,即给输入端一个DCDC的目标电流值,运行后可在模型输出端输出一系列的相关参数,例如,DCDC输入电压,空压机的功率以及阳极和阴极的压力及电堆工作温度等参数。此外,还进行了电流加载测试,得到相关仿真结果。接着进行实验台架的搭建,介绍了一些所用的设备参数,并对燃料电池的工作流程进行控制,分析并设计了一个起堆,闭堆的策略,此外,还对对空气路进行解耦,主要解除空气压力和空气流量二者的耦合关系,采用了对角矩阵解耦的方法。随后,采用模糊PID对燃料电池系统的温度、空压机的流量进行控制优化,经台架实验测试得到了一些实验结果,验证了以上控制方法的实用性,完成了车用燃料电池系统的设计与控制的研究。