燃料电池从本身性能上具有较好的发电效率、能量密度和可靠性等优势,从环境友好出发又具有工作噪声低、环境保护好等优势,局有很好的发展前景。PEMFC作为燃料电池中的佼佼者,拥有能量效率高、体积重量小、冷启动时间短和清洁无污染等优点,贴合新能源汽车所提出的需求。本文建立了电堆内部特性模型、外部输出特性模型和温湿度耦合模型,描述堆内活化内阻、欧姆内阻、浓差内阻随操作条件变化的规律,为电堆水管理故障和饥饿故障诊断奠定基础;基于电堆内部结构,研究了质子交换膜层故障、催化剂层故障和扩散层故障的分类,建立三棵故障树并对部分故障从动力学、热力学和电化学方面原理性分析;主要对水管理故障和饥饿故障进行深入研究,研究两者的不同之处。分别对水管理和饥饿故障仿真实验研究,定性分析两者电化学阻抗谱和U-I输出特性曲线上的特点。为能简单量化故障程度和紧缺故障类型,本文提出了一种模型与数据驱动相结合的故障诊断方法,该方法优化了主成分分析法不能准确的判断故障类型以及模型法不能量化故障的程度这一缺陷;利用该方法分别对水管理故障与饥饿故障进行故障诊断,实验验证了方法的可行性,基于实验数据能有效的对电堆水淹、膜干以及饥饿故障进行分类,为PEMFC故障诊断提供了新思路。