质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)因具有能源转换率高、机动性强、工作温度低、低噪声、维护方便以及分布性强等优点,受到重视的程度逐渐提高,当前已成为几种燃料电池研究中的重中之重。PEMFC测控系统主要对它的运行状态进行监测与控制,来保证燃料电池可以运行在可靠且高效的状态下。本文在虚拟仪器软件设计平台(LabVIEW)的基础上,对千瓦级风冷型PEMFC测控系统展开深入研究。首先,在分析PEMFC工作原理的基础上,设计了PEMFC系统总体结构,并分析各个子系统在PEMFC系统中的作用。重点从PEMFC电堆电压的半经验模型入手,建立起PEMFC电堆的电压模型。建立的电压模型可以很好对PEMFC运行过程中的参数进行调节,从而提高其输出性能,为后续研究打下基础。其次,建立起PEMFC供气系统综合动态模型。给出了空压机模型、阴极与阳极气体流道模型、阴极供给管道及回流管道模型、气体冷却模型以及气体加湿模型,并结合PEMFC电堆电压稳态模型得到PEMFC供气系统的Simulink模型。利用稳态MAP图加上转动惯量动态建模方法建立起空压机模型,采用机理建模的方法建立管道模型以及阴极、阳极流道模型。以ATMEGA128单片机为核心对PEMFC测控系统的硬件进行设计,具体对系统电源模块,数据采集模块、驱动模块等进行电路设计,实现电堆数据参数的采集以及执行器件的控制。ATMEGA128读取的数据参数包括电堆工作温度、输出电压、电流等,利用温度传感器获得电堆工作温度,经过差分放大电路以及A/D转换电路后,送给单片机进行相应处理。执行器件包括散热风扇以及氢气进气与排气的电磁阀,通过控制PWM使风扇占空比发生变化,达到对电堆工作温度进行调节与控制的效果。根据系统设计的要求,采用LabVIEW设计了PEMFC测控系统的监控软件,监控界面满足系统的操作要求,人机界面友好。通过监控软件,上位机可以对下位机进行数据的读取,并进行输入参数的设置与输出参数的显示,从而执行相应的分析与处理。上位机系统的总体框架大致可分为用户管理、实时监测、仿真模拟以及界面管理。论文还利用LabVIEW上设计的人机界面以及MATLAB/Simulink上PEMFC供气系统的仿真模型,通过LabVIEW扩展工具包SIT对LabVIEW与MATLAB/Simulink之间进行混合编程,实现了对系统的混合仿真研究。