随着能源危机和环境恶化，氢能作为一种新型能源，越来越受到各国重视。质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)是一种将化学能转换为电能的装置，考虑到其综合效率远高于传统内燃机，工作温度低，反应产物只有水等特点被视为一种清洁的车用动力源，因此，燃料电池汽车被视为未来汽车发展的方向。虽然燃料电池可靠性和耐久性在近几年得到了显著提高，但目前质子交换膜燃料电池在零度以下能否快速启动依然影响燃料电池汽车商业化的重要因素之一。为了探究燃料电池冷启动过程中性能下降的因素，以避免由于电池内的结冰现象对燃料电池性能和寿命的损伤，加速燃料电池的产业化发展，本文建立了一维瞬态多相模型研究燃料电池冷启动时内部水热传递机理。
　　首先，对燃料电池低温环境下的相变情况进行分析，建立数学模型表征各种相变现象，分析相变对燃料电池内部传热传质的影响，提出合理的水传输模型，比较仿真建模中经验公式，为建立完善的冷启动模型做好理论基础。
　　其次，基于传热传质方程在一维方向上的简化，根据相变分析，在控制方程中加入相变项，并基于巴特勒沃尔默方程综合考虑结冰现象对燃料电池活化极化的影响计算其输出特性。控制方程采用有限体积法数值离散并在Simulink实现求解。接着，仿真从等温角度分析了影响燃料电池冷启动的启动参数和物性参数，启动参数包括启动电流密度，启动温度和初始水含量，物性参数包括催化层孔隙率，离聚物体积分数，膜厚度。分析了这些因素影响电池性能的变化规律，为燃料电池冷启动参数选择和操作条件的设定提供了依据。
　　最后，本文进一步在非等温的模式下，仿真分析了燃料电池不同组件的热力学参数对冷启动时间的影响以及降低化学计量比对冷启动效果的影响，为后续试验开展提供了理论依据。