随着全球能源结构的低碳化、清洁化转型和我国“碳达峰、碳中和”目标的确定,为氢能带来了前所未有的发展机遇,而氢燃料电池因转化效率高、无污染和噪声低等特点,被认为是最具市场前景的汽车动力解决方案之一。极板作为氢燃料电池的关键部件之一,其主要作用包括反应物输送、电流传输和冷却,按材料可分为石墨、金属和复合极板三种。其反应物流道主要起到分配反应物到电堆的膜电极及排水的作用。适宜的流场结构能够大幅提高电池的综合性能,同时也能确保极板的强度,以保证燃料电池的寿命;然而当前同时结合电池性能与极板强度的流场设计研究相对较少,所以本文建立多物理场耦合模型,仿真分析流道尺寸对电池性能和极板力学性能的影响,主要研究内容如下:（1）搭建了三维氢燃料单电池的电-流-固-热多物理场耦合模型,用单电池实验结果进行了验证,最大误差为4.7%;搭建了单电池的封装有限元模型,基于接触压强分布实验结果进行验证,最大误差为7.1%。仿真模型具有较高的精度。（2）仿真分析了流道宽度与极板脊背宽度的比值（即沟脊比）、流道深度两种流道设计参数对电池性能的影响,详细探讨了不同流道沟脊比和流道深度变化对配气均匀性、流场分布、气体组分分布、温度分布与电池输出性能的影响规律。结果表明,流道沟脊比减小和深度增加可有效提高各流道的配气均匀性和电池的输出性能;流道沟脊比和深度增加可明显减少流通阻力,改善流通特性。综合考虑流通特性和电池输出性能等关键参数,仿真优化了流道沟脊比和深度。（3）仿真分析了不同流道结构极板的热机耦合强度,结果表明,在极板厚度恒定的情况下,应力值随着流道沟脊比值的增加呈现先减小后增大的趋势,极板变形随着沟脊比的增加而增加;在流道沟脊比不变的情况下,应力值随流道深度的增加而减小,极板变形随之稍有增加。因此,流道沟脊比过大或过小和深度较小（极板较薄）,极板的力学性能都会变差。仿真验证了优化后的极板流道结构（流道沟脊比为1,深度为0.5 mm）满足强度要求。