近年来,随着石油等能源的不断开发与汽车数量的快速增长,传统能源逐渐枯竭,并且环境污染日趋严重,全球开始寻求清洁能源用以替代传统能源。燃料电池汽车凭借反应产物无污染、转换效率高等优点成为新能源汽车研究重点之一,本文以商用车质子交换膜燃料电池系统为研究对象,对系统部件选型匹配、系统建模、参数优化等方面进行相关研究。首先,对燃料电池的基本组成结构和工作原理进行阐述,对燃料电池各子系统的组成和布局形式进行分析与确定,包括阴极供气系统、阳极供气系统与水热管理系统。依据燃料电池的参数要求,对燃料电池系统进行参数设计与匹配,包括电堆与各子系统中相关部件选型与参数匹配。其次,基于Matlab/Simulink软件对系统所选部件进行建模,主要包括电堆模型与各子系统模型。电堆模型包括电压模型、阴极与阳极流道模型、膜水合模型;阴极系统模型包括空压机、中冷器、增湿器与背压阀等部件;阳极系统模型包括氢气循环泵、压力调节阀等部件;水热管理系统对热平衡进行分析,模型包括散热器、冷却水泵、节温器等部件。并对建立的燃料电池系统模型进行仿真分析,分析表明,模型的极化曲线与选定的参考实验数据吻合良好。然后,对影响燃料电池系统输出性能的操作参数进行优化。首先选取系统净输出功率与氢气消耗量作为优化目标,通过设计正交实验对常用操作参数进行敏感度分析,从中选取对优化目标影响显著的变量作为优化参数。之后选取遗传优化算法与所建立的燃料电池系统模型联合对系统输出净功率与氢气消耗量同时进行优化。结果表明:工作压力、工作温度、阴极与阳极化学计量比是对优化目标影响最显著的四个变量;额定工况下,从优化后帕累托解集中选取的妥协解,相比优化前系统净输出功率提高了9.82%,氢气消耗量降低了2.18%。最后,对优化前后的燃料电池系统进行仿真分析。首先通过仿真分析系统模型在阶跃负载电流变化下,优化前后各耗能部件功率变化与系统氢耗量变化。结果表明,优化后空压机、冷却水泵与散热器消耗功率下降,氢气循环泵消耗功率升高,但总净输出功率得到了提升。然后选取某款商用货车参数,将燃料电池系统模型与整车模型结合在不同行驶工况下进行仿真分析。由仿真分析可知,在NEDC行驶工况下,系统效率最大值与平均值分别提升了5.57%、6.63%,氢气消耗量降低了5.57%。在UDDS行驶工况下,系统效率最大值与平均值分别提升了3.81%、6.06%,氢气消耗量降低了4.74%。