近年来经济高速发展，环境污染与能源短缺问题不容忽视，全球汽车产业也向着环保无污染的新能源汽车发展。质子交换膜燃料电池具有高效节能、环境友好等显著优点，成为了未来新能源汽车动力发展新趋势。燃料电池堆通常由几十上百个单体电池堆叠而成，单片电池的电压是否正常，对整个系统的安全可靠性有着很大的影响。因此设计一个可靠性高，扩展性好可实时监控电压的巡检系统必不可少。本文的主要研究内容为以下几个方面：
　　阐述了质子交换膜燃料电池的工作原理，分析了不同参数的变化对单片电压及整个电池堆的影响，对单片电池的输出电压进行了分析计算，结合本研究实际应用于汽车这一背景，提出燃料电池堆单片电压巡检系统的功能需求，制定检测的技术要求，并提出了巡检系统总体设计方案。
　　完成主从式巡检系统硬件设计。以巡检系统总体架构为基础，在系统所要求的性能指标前提下，设计检测单元与控制单元的硬件电路，检测单元包括LTC6803菊链式连接电路、SPI通讯电路、光耦隔离电路的设计；主控单元包括CAN接口电路、SCI接口电路的设计，并详细阐述了他们的结构特点和工作原理。
　　根据硬件电路，设计了合理有效的网络控制单元和电压检测单元软件流程，制定通讯的CAN、SCI和SPI应用层协议，保证电压数据传输的可靠性和完整性。搭建了燃料电池单片电压检测系统的实验平台，设计并进行模拟电压检测实验。简化了电路复杂度，也降低了累计电势的影响，电压检测精度也大大提升。
　　阐述了车载燃料电池的故障特征来说明使用故障树的合理性，提出基于故障树的定性分析和最小割集算法，并进行了详细的公式推导，建立了巡检系统各单元电路板的故障树结构。在此基础上，进行巡检系统实验平台及上位机界面搭建。对电池电压检测精度和发送结果进行分析与验证，结合现场燃料电池堆运行状况，分析燃料电池电堆及单片电池电压异常的故障原因，给出一种基于故障树的电池堆故障诊断方法。