随着全球经济迅猛发展,能源与环境问题日益突出,燃料电池因其环境友好的突出优点成为当前世界各国的研究热点,燃料电池系统的成本、可靠性、和使用寿命等直接影响着燃料电池的大规模商业推广进程。为保证燃料电池拥有可靠的运行状态和良好的输出性能,应准确、及时地诊断、定位和排除其故障。本文以质子交换膜燃料电池电堆为研究对象,针对其故障诊断技术开展实验研究。基于课题组燃料电池实验平台以及课题组联合唐山轨道客车有限公司共同研制燃料电池/超级电容混合动力100%低地板有轨电车的实际行车数据,开展燃料电池电堆故障诊断研究。主要研究内容如下:首先,比较分析了几种常见的故障诊断工具及其运用方法,并针对质子交换膜燃料电池两种常见的故障类型做了实验研究和结果分析。针对质子交换膜燃料电池故障诊断的数据来源及手段,分析了电堆单体电池电压及其均衡性对电堆整体输出性能的影响,单体电池电压可以为健康管理提供参考标准,同时可以作为故障诊断的有效数据来源。长堆与短堆相比,各单体电池电压更加重要,电压均衡性是一个必须考虑在内的因素。将课题组和唐山轨道客车有限公司联合研制的燃料电池/超级电容混合动力100%低地板有轨电车作为研究对象,针对燃料电池系统的故障分类问题,采用基于数据驱动的方法,将有轨电车的动力源燃料电池模块的相关实测数据作为原始数据集,从中筛选能直接反映燃料电池电堆运行状态的监测量作为诊断变量,利用主成分分析方法进行特征提取,分别将基于极限学习机和基于支持向量机两种分类方法应用于故障诊断,建立了故障诊断模型,并进行了实际测试验证和结果对比分析。本文建立了质子交换膜燃料电池电堆实际运行中典型故障的故障诊断模型,获得了较好的效果。