质子交换膜燃料电池（PEMFC）因能量密度高、启动温度低、工作寿命长等优点在包括交通、备电和移动设备领域等各领域广泛应用,然而其实际工作性能因流场板的内嵌流道结构以及燃料电池堆冷却组热管理策略所引起的内部传质与传热不均的问题而并不理想。本文通过搭建的PEMFC的三维模型,基于COMSOL平台分析了单直通道结构、流场板中内嵌凸台的结构及布置方法对于电池水传输特性,均匀性以及输出特性的影响,分析了冷却流道及冷却水歧管的结构参数以及操作参数对于电堆的热特性以及均衡性的影响。结果表明:单直流道高度以及流道肋宽比越小,燃料电池的输出性能越好,但随流速的增加,负载功率损耗增大。在阴极侧流动通道上添加矩形凸台,增强了反应气体向催化剂层的气体的传质作用,改善电池输出性能。随着矩形凸台的数量的增加,通道内摩尔浓度的峰值增大,而内部的压差也呈现指数型增长。三角形凸台对于反应气流起到引流的作用,三角形的角度越大,气体向电化学反应区的传质越强,在高电流范围内,氧气的分布也更均匀。在对多通道蛇形流场中凸台布置方式和变凸台高度的研究中,凸台的存在增强了反应物向催化层的传输,拓宽了电流密度的工作范围。在通道后部布置凸台的气体均匀性最好,而在整个通道布置凸台可以获得最大的电流密度。对于后置凸台的布置方式下的电池,凸台高度随幂函数变化的连续矩形凸台布置方案对于水传输特性,均匀性以及输出特性的影响显著。较小的幂指数（小于1.00）可以进一步提高最大净功率,而较大的幂指数（大于1.00）有着较低的水淹区域,且氧气分布均匀性得到显著改善,电流密度沿流体通道最为稳定。在燃料电池堆内部的冷却流道及冷却歧管对温度特性和均衡性影响方面,随着冷却水流量的增加,冷却板表面的温度分布均匀性也在增加,在共同压降范围内,新型5-1蛇形流道能够达到最好的均匀性。各种冷却板设计下电池堆的温度从外侧单电池到内侧电池会不断上升,在最内侧电池的膜电极处温度达到最大。在对燃料电池堆冷却水歧管的研究中,随歧管高度越高,温度分布越均匀,但当高度大到一定程度时,均匀性影响变小。随冷却水流量的增加,不同方案的电池堆的内部偏差系数均呈现增长的趋势。在共同压降范围中,单蛇形冷却道电堆有着最低的偏差系数,在压降较低的范围内,新型5-1蛇形冷却道电池堆的均匀性最好,而平行流道电池堆的均匀性最差。