作为一种电化学发电器，质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)具有比功率高、比能量大、环保、可靠性高等优点，在交通、发电、军事等领域应用广泛。传统PEMFC工作温度在60℃左右，电池面临着水管理困难、冷却系统效率低等挑战，提升电池温度可有效解决上述问题，许多车用PEMFC已开始逐步采取“高温高压”技术路线，研究电池在高温高压运行模式下的性能具有重要意义。
　　本文对模拟使用的PEMFC三维数学模型进行了介绍，并利用FLUENT平台进行数值计算，首先分析了加湿度对电池稳态性能的影响，得出结论：高温高压运行时，水蒸汽的凝结过程被推迟，电池受水淹影响较小，此时影响电池输出电压的主要参数为膜中水含量，阴极加湿度较低的工况，膜中含水量很低，即使在大电流下，电池依然面临着干膜的威胁，电池极化损失增大。总的来说，阴阳两极均饱和加湿时，输出性能最佳；降低阳极加湿度对电池性能无明显影响，降低阴极加湿度时，输出电压显著下降。
　　本文模拟了外接电流负载发生突变时电池输出特性的响应情况，结果显示：电流加载及减载过程中，输出功率都会发生过调，高温高压下输出功率过调幅度小于低温低压下，但响应时间略长于低温低压下，总体响应时间均保证在0.25s以内。
　　建立了具有平行流道流场和交指型流场的PEMFC三维几何模型，讨论了高温高压下流场结构对电池运行性能的影响，在变负载时，输出电压响应时间约为0.1s，变载幅度最大时可达0.5s，氧气质量分数响应时间为0.5s至3s不等，膜中水含量及催化层内液态水含量响应时间为180s左右，迟滞性严重，变负载运行过程中，氧气传质及液态水传质无过调现象出现，而电池电压和膜中水含量发生了较明显的过调，且变载幅度越大过调幅度越大。
　　通过对比两种流场可以发现，在变负载时交指型流场响应更迅速，加载时电压下冲不明显，氧气传质在0.5s内可达到新的稳态，而平行流道流场需要3s才能达到稳态。且变载后达到新的稳态时交指型流场综合性能更好，电压损失更小，催化层内液态水含量较小，氧气质量分数明显高于平行流道流场，分析原因为交指型流场的气体流道末端封闭，使得反应物及副产物的传质方式由自由扩散变为强制对流，气体传质驱动力更强，且对岸下区域的液态水去除效果更好。同时还观察到交指型流场的电流密度沿气体流动方向分布十分均匀，而平行流道流场沿着气体流动方向电流密度不断增加，电池进口处电流较低，电化学反应程度较弱，因此考虑到性能的均一性，交指型流场更适用于流道设计较长的电池。上述结论可为高温高压运行时电池流场结构的选取提供参考。