近年来，环境污染越来越严重，石油资源越来越枯竭，寻求汽车新的动力源已经成为世界汽车领域研究和发展的热点，燃料电池电动汽车作为一种新型的节能汽车倍受关注。燃料电池最大优点是高效率、低能耗和低污染排放。以燃料电池为动力的电动车具有舒适、干净、噪声小、无力学振动、对环境污染小、能源利用率高等特点。进行燃料电池组(PEMFC)和燃料电池发动机(PEMFCE)的开发与研究，具有重要的现实意义和广泛的发展前途。本文详细论述了燃料电池发动机系统的结构及水热管理系统的仿真模型设计方案，主要研究内容如下：分析燃料电池的物理结构和工作原理，并对它的工作条件和特性进行系统介绍。构建燃料电池发动机系统的结构，阐述其工作过程，分析各组成部分在系统中的性能特点。对燃料电池水热管理进行原理分析。通过分析燃料电池发动机水热管理系统的工作过程及工作特点，强调燃料电池发动机内部热的有效管理对整个系统的工作产生重要的意义。通过对燃料电池发动机热管理系统的计算分析，设计燃料电池发动机热管理系统的结构方案。从理论上建立和分析燃料电池发动机仿真模型，重点通过对燃料电池内部热量控制来实现整车的稳定运行。通过对质子交换膜燃料电池电化学反应的电化学、热力学特性分析计算，建立了质子交换膜燃料电池的热力系统动态数学模型，在Matlab／Simulink仿真平台上建立了燃料电池热平衡仿真模型。结合燃料电池发动机研发工作，本文提出了一套燃料电池热平衡仿真模型建模方法。最后文章将燃料电池热管理模型插入燃料电池模块中，对燃料电池发动机仿真模型提供理想的供气湿度、流量和压力，并通过近似车载系统的负荷加载方式吸收功率，在整个系统仿真过程中体现出稳定的工作状态。通过进行仿真结果分析，为后续燃料电池热管理系统的研究开发提供依据。