质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有发电效率高、操作方便、清洁无污染等特点,被尝试应用于混合动力汽车、混合能源系统、智能微电网和可移动存储设备中,应用前景广泛,研究意义很大。本文首先简要介绍了燃料电池的基本原理和分类,对燃料电池的优缺点进行总结,并在此基础上分析了PEMFC的基本组成和工作原理,综述了其在建模和控制方面的研究现状。其次基于PEMFC电化学反应中涉及的电化学机理、质量守恒定律和能量守恒定律等,建立了其电化学稳态模型、双电层电容动态模型和热模型,并在MATLAB/SIMULINK软件中进行仿真研究,主要包含随负载电流变化系统输出电压、功率和效率的响应;内部环境温度、阴极阳极压力和膜的含水量等因素对其输出电压的影响;负载电流的变化对系统内部温度的影响。然后考虑到PEMFC建模中涉及的模型参数的不确定性,分别利用权重线性下降的粒子群算法、差分进化算法、遗传算法对PEMFC建模中涉及九个不确定的参数进行优化,结果表明:权重线性下降的粒子群算法优化效果最好,同时也验证了所建立稳态模型和动态模型的准确性。最后针对PEMFC在实际应用中经常出现输出电压不稳定的问题,基于PEMFC的动态模型设计自适应模糊PID控制器控制输出电压,通过改变入口氢气的流量来间接改变氢气的压力,最终实现输出电压的稳定,仿真结果表明:PEMFC的自适应模糊PID控制系统超调量小、响应速度快。