在双碳战略背景下,发展新能源汽车是实现碳达峰和碳中和目标的重要举措。在新能源汽车中,燃料电池汽车有着零污染零排放的优点是最具发展潜力的新能源汽车之一。质子交换膜燃料电池作为燃料电池车的动力核心,是燃料电池汽车动力性的关键影响因素。然而运行稳定性不高和能量转化效率低下等问题一直制约着质子交换膜燃料电池的发展。双极板是燃料电池与外界物质交换的重要媒介,对反应气体进入气体扩散层以及产物水的排出有着重要影响。针对以上的电池特性,本文建立了质子交换膜燃料电池三维稳态多相模型,对比分析梯形流道与传统矩形流道的水分布特性,发现梯形流道更有利于去除气体扩散层表面的液态水。基于此,探讨了包括进气角度、出口高度、梯形流道几何参数以及流道位置布局对于梯形流道的质子交换膜燃料电池的性能影响。此外,有效的热管理系统可以提高质子交换膜燃料电池的高温工况下平稳运行。因此针对本文的研究对象梯形流道的质子交换膜燃料电池提出了气体流道上方矩形冷却流道、流道脊部冷却流道、气体流道上方冠状冷却流道三种不同的冷却流道布置方案,分析了三种热管理系统对燃料电池质子交换膜水热分布、膜电极热分布以及电性能的影响。结果表明,当冷却流道布置在梯形流道燃料电池的脊部时有效带走膜电极内热量并且温度分布最为均匀,提升电池输出性能17.2%。