燃料电池发动机是燃料电池系统(电堆和相应的辅助系统)在车辆上的应用， 可以直接将燃料的化学能转化为电能，具有转化效率高和对环境污染小等优点。 然而，燃料电池发动机要取代内燃机还存在一些要解决的问题。控制问题就是 其中之一，有效的控制策略是保证燃料电池发动机在输出功率突变的瞬态响应 过程中保持可靠和高效的关键。为控制问题研究提供模型和系统分析是本文所 关心的问题。 本文首先分析了燃料电池的极化现象，以及各种工作参数对燃料电池输出 特性的影响，并在此基础上建立了燃料电池电堆的输出特性模型。模型中采用 了实际开路电压代替理想开路电压，将电堆的极化损失分为开路损失和加载损 失的处理方法，成功地解决了现有电堆模型中存在的电流范围限制、不能反应 流量对系统特性影响的问题。 本文还分析了燃料电池发动机工作压力和空气供应当量比对系统效率的影 响，然后根据流体力学和热力学理论建立了包括压缩机、阀门、管道以及燃料 电池相关流场在内的、适用于控制问题研究的流体系统动态模型。 通过分析MK902电堆实验结果，本文提出了一种燃料电池宏观水状态分析 的新方法，并建立了加湿器模型。然后，通过热力学等效变化证明了利用电堆 输出电压计算生成热量的可行性，并通过分析实测结果建立了散热器模型。在 上述分析基础上，建立了包括电堆、冷却系统和反应气体在内的燃料电池发动 机系统热力系统动态模型。 在上述工作基础上，本文建立了燃料电池发动机系统的控制仿真模型，并 利用模型模拟了系统动态响应过程，分析了燃料电池发动机工作参数选择以及 控制过程中存在的约束条件和折中处理的必要性。提出了使用预测模糊控制算 法来控制燃料电池发动机净输出功率和空气供应，并验证了其可行性。 关键词：质子交换膜燃料电池，燃料电池发动机，动态模型，控制，MK902