氢的来源多样,清洁低碳,灵活高效以及其丰富的应用场景,是全球最具发展潜力的清洁能源之一,是目前新能源研究领域的热点。其中,以氢为燃料的质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)结构简单,响应迅速,工作温度低,启动快,比功率高且清洁无污染,非常适合应用于交通、便携式动力源以及分布式发电领域,是现阶段国内外的研究热点之一。质子交换膜燃料电池是一个非线性、时变性、强耦合、滞后性的复杂动态系统,其动态特性涉及到流体力学、热力学以及电化学等众多学科,对燃料电池的设计、开发和应用有极其重要的影响,尤其是在燃料电池电动车等大功率使用时呈现出严重的非线性,对其进行精确控制有相当大的困难。一个合理的控制策略,对于提高燃料电池的性能及燃料电池的寿命都有重要的作用。本文通过V流程开发方式开发出一套PEMFC控制策略。本文的主要内容包括:首先,在分析质子交换膜燃料电池的系统组成结构与运行机理的基础上,通过MATLAB/Simulink平台的Thermolib工具包搭建了质子交换膜燃料电池及周围辅助设备(Balance of Plant,BoP)的仿真模型,在验证了模型可行性的基础上,分析了进气温度、压力、流量、湿度以及电堆运行温度等参数对PEMFC输出性能的影响。其次,通过分析质子交换膜燃料电池控制系统的硬件接口与功能需求,进行了控制器的原理图设计与PCB设计。在之前分析电堆运行参数的基础上,通过MATLAB/Simulink平台开发出一套燃料电池控制策略模型,能够使发电功率快速、稳定地满足负荷需求。根据控制系统的软件需求,基于LabVIEW开发出一套具有人机交互界面的监测系统软件,结合燃料电池控制系统实现燃料电池的运行控制。最后,将搭建的质子交换膜燃料电池控制策略自动生成代码,下载到控制器中,通过硬件在环仿真(Hardware in the Loop,HiL)对控制策略的可行性、可靠性等进行全面的验证,对控制策略进行完善。将开发的控制策略用于实际燃料电池的运行控制,结果表明提出的控制策略能够满足燃料电池的稳态及瞬态工况控制的要求,提出的控制策略有效可行。