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质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）的水管理是影响其自身性能和使用寿命的主要因素,保证内部水管理平衡才能减少水淹等现象对PEMFC带来的不良影响。近年来在车用PEMFC的研究推进过程中阴极水淹和阳极缺水问题已经得到了有效的解决,但是阳极水淹问题和其各项参数之间的耦合机理被大家所忽视。本文基于质量守恒和水蒸气性质计算公式建立了PEMFC内部水传递模型,明确了阳极内部水传递机理,通过对称加湿和非对称加湿试验对其进行了验证分析。首先,基于内部水传递机理提出了阳极相对湿度-压力降（RHPD）和氢气利用率（HUC）模型,考虑了净迁移系数和水通率等相关参数对阳极压力降和氢气利用率的影响,推导出了阳极压力降和氢气利用率的计算公式;其次,搭建了燃料电池测试平台并给出了详细的工作原理图,分别对蛇形流道和直流道的PEMFC进行了阳极压力降和氢气利用率测试试验,提出了流道的优化方案并通过试验进行了对比分析;再次,基于流体力学（Gambit、Fluent）软件搭建了PEMFC蛇形流道和直流道的三维模型并进行了网格划分,结合数学模型得到了PEMFC的各项仿真参数和内部组分云图;最后,通过分析相对湿度对阳极压力的影响机制得到了阳极压力降的变化规律;结合内部组分分布云图讨论了PEMFC流道内部压力、水含量和氢气含量在不同相对湿度下的变化规律;探究了不同相对湿度下氢气利用率的变化规律并提出了优化氢气利用率的控制策略。结果表明:1)在加载过程中,阳极压力降总是呈现三个阶段的变化规律,随着阳极相对湿度的增加,压力降曲线整体向下平移,同时三个阶段的时间占比也会在一定程度上受到相对湿度的影响。2)在加载过程中,氢气利用率的增长速率随着阳极相对湿度的增加而呈现先慢后快的变化规律,加载初期相对湿度越低增长速率越快。3)电流密度为100 mA cm-2为增长速率的拐点,根据拐点提出了优化氢气利用率的控制策略并进行了试验验证:当阳极相对湿度为75%,阴极相对湿度为25%,电流密度为491.989 mA cm-2,氢气利用率的最大值为93.867%,氢气利用率的优化系数为1.806%。