近年来,随着“双碳”目标的提出,氢能和燃料电池受到越来越多的重视。质子交换膜燃料电池（PEMFC）因其清洁、高效、可再生等优点被认为是极具前景的新能源之一,并在发电、汽车等领域逐渐得到应用,并具备一定的产业化前景,然而,PEMFC有限的性能和寿命严重制约了其应用和发展。PEMFC实际运行中的湿度是影响电堆性能和寿命的关键变量。PEMFC运行过程中的负载波动会导致阴极湿度的波动,阴极湿度过高和过低均会给其湿度控制带来难度。同时,PEMFC在不同运行阶段,湿度变化具有非线性、干扰和耦合性强等的特点,很难保证在满足PEMFC输出性能的基础上,将PEMFC湿度控制在合适范围,避免出现“水淹”、“膜干”现象。因此,本文针对燃料电池湿度干扰抑制和运行优化问题,研究了不同工况下的PEMFC建模与湿度优化控制方法。主要研究内容如下:（1）介绍了PEMFC系统及其湿度子控制系统的结构和运行原理,对其阴极湿度对PEMFC输出电压的影响和影响因素进行了分析,并给出了PEMFC不同运行工况特点及其湿度控制存在的问题。（2）基于热力学、电化学等理论基础以及燃料电池实物,对燃料电池的阴极进气系统、燃料电池堆等关键组成部分和阴极流量、输出电压等动态特性行为进行建模和分析,所建模型能较好地反映燃料电池的输出电压、水淹膜干等特性。（3）针对大电流负载波动工况下的湿度快速扰抑制问题,研究了一种基于模糊前馈与自抗扰结合的PEMFC湿度控制方法。首先对阴极湿度动态特性和模型参数进行了分析;在此基础上,给出了基于模糊前馈+自抗扰的PEMFC湿度控制结构和原理。为增强控制器的快速性,设计了模糊前馈控制器,根据湿度变化规律,设计了基于湿度变化特性的参考跟踪微分器;针对湿度状态估计问题,设计了湿度及其干扰扩张状态观测器;并利用实际湿度和状态误差,设计了基于湿度误差变化的状态反馈控制器。通过40KW PEMFC湿度控制实验表明,所提出的方法在大负载电流波动地情况下可较好地抑制阴极相对湿度地波动,有效避免了水淹膜干现象的发生。（4）针对PEMFC高输出功率工况下的湿度稳定和运行优化问题,本文研究了一种基于粒子群算法（PSO）优化PID参数的净输出功率/湿度优化控制方法。首先给出了该控制方法的原理和结构;对湿度和功率输出的优化目标进行了分析,建立了综合优化函数;根据PEMFC湿度和功率输入输出特性,PID控制算法,利用PSO算法对控制器参数进行优化设计。在40KW级PEMFC进行的湿度控制实验表明,所提出的方法在高输出功率工况下,能够在保证功率输出性能情况下,同时保证湿度的有效控制。