现如今移动电子产品的功能日趋复杂，功耗也极剧地增大，迫切需求能够持续稳定输出较大功率的可移动电源。在这种应用背景下，微型直接甲醇燃料电池(Micro Direct Methanol Fuel Cell，μDMFC)由于不需充电、输出功率与能量转化效率高、不受环境影响以及燃料易于获取与储存等优势，被认为是时下最具有竞争力与发展前景的新能源之一。μDMFC不能以单体的形式直接使用，在实际应用时必须组成电池组系统，然而传统的μDMFC模型在设计系统时主要存在以下两个问题：一是传统模型由于复杂以及计算量大等问题导致了其仿真时间很长，造成系统设计的效率低；二是传统模型没有考虑不同负载对系统能量转化的影响，使得设计的系统存在较大的能量损失，能量转化效率较低。本文针对以上问题开展了如下研究工作。
　　通过对系统函数进行简化与理论推导，抽象出一个灰匣子μDMFC单体等效电路模型，应用此模型对μDMFC单体的输出特性、内部传质以及电化学反应进行仿真，结果表明：μDMFC单体等效电路模型在设计单体的效率上突破了COMSOL求解的单体数学物理模型，能够在保证仿真精度的前提下使仿真时间缩短了一个数量级，解决了现今模型设计μDMFC单体效率低的问题；μDMFC单体等效电路模型能够有效描述单体的工作过程，其仿真结果的正确性得到了实验验证；μDMFC单体等效电路模型还可以等效为电子器件，为μDMFC系统级模型的建立提供了理论依据。
　　基于μDMFC单体等效电路模型建立了电池组的系统级模型，利用电池组系统级模型对包括μDMFC电池组、稳压器以及负载的电池组系统进行仿真分析，结果表明：负载功率的变化对μDMFC电池组系统的能量转化效率有很大影响，基于负载功率调整系统的燃料供给能够有效提升μDMFC电池组系统的能量转化效率；根据系统模型的仿真结果得出了各个负载功率下系统能量转化效率最高的燃料浓度；根据系统级模型的仿真结果提出了一种基于负载变化调整燃料供给的方法，随着负载的变化通过控制燃料的补给速度使系统始终工作在能量转化效率最高的燃料浓度，提升了整个系统的能量转化效率。
　　基于系统级模型研究中提出的燃料补给方法设计并实现了一个μDMFC电池组系统，对该μDMFC电池组系统进行全面的实验测试与分析，结果显示：实验测试结果显示μDMFC电池组系统的能量转化效率随负载功率的提升不断增大，系统级模型仿真得出的μDMFC电池组系统能量转化效率随负载功率的变化规律得到了实验验证；与传统供给方式恒定的系统相比，基于负载调整燃料供给的μDMFC电池组系统在驱动平均功率为0.2W的瞬态变化与平均功率为0.3W的持续变化负载时，能量转化效率分别提升了9%和8%。本文提出的系统级模型在仿真设计μDMFC电池组系统时的正确性得到了实验验证，提高了μDMFC电池组系统的能量转化效率。