随着化石能源的日益枯竭和环境污染问题的日渐加剧,质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高能量转换效率、环境友好等优点,成为了21世纪最有发展前景的新能源利用技术。然而燃料电池系统是一个多变量、强耦合系统,为了充分了解它的动态特性,需要对其进行数学建模和系统仿真。并且燃料电池发出的是不稳定的直流电,必须配备电能变换装置来调节电能输出,得到符合负载要求的直流电或交流电。针对以上问题本文的主要工作如下：1、在研究PEMFC电化学反应机理的基础上,以质量能量守恒定律及电化学动态学等为理论依据建立了PEMFC的数学模型,该模型可用于实验分析与PEMFC结构设计的优化。2、设计了一种用于PEMFC电能变换的低压直流输入、低成本、高效率的电能变换器,并通过在变换器中加入辅助蓄电池和前级Boost电路,提高了变换器的转换效率、改善了带载特性偏软及动态性能较差的缺点。3、参与设计了一个集成有电池电堆、加湿器、流量系统、温度系统的“氢能反应堆动力系统控制平台”,以此为实验平台测试了包括电堆温度、反应气体压力、电堆电压以及输出电流密度等对燃料电池系统运行状态的影响,建立了电堆的极化曲线。并通过实验数据与模型输出数据的对比验证了模型的有效性。4、完成了2KW质子交换膜燃料电池电能变换器的硬件搭建和调试,并在上述实验平台中使用,得到了输出稳定的直流电和符合负载要求的交流电。改善了燃料电池的输出特性,为并网逆变提供了基础。