目前制约燃料电池汽车大规模商业化的主要原因是成本高,成本可分为制造成本和使用成本,降低制造成本有赖于制造工艺的改进以及廉价材料的开发应用,而降低使用成本则需要良好的动力系统配置以及高效的控制系统。燃料电池汽车控制系统中,空气供给控制系统与能量管理系统最为重要且密切相关,对燃料电池汽车成本和性能起着关键性的作用,本文对两者进行了整体性的研究,旨在提高系统使用寿命和运行效率,从而降低使用成本。本文围绕空气供给控制系统方面,在Matlab/Simulink中建立了燃料电池系统模型,其中包括电堆模型和辅助系统(BOP)模型,辅助系统模型以空气供给系统模型为主。本文将“双电层”效应考虑在内,提高了电堆模型精度;将空压机DC/DC考虑在内,利用SimPowerSystems工具箱建立了适合于整车动力系统电气仿真的燃料电池系统模型;设计了一种基于最优氧气过量比的开环+PI并行控制系统,然后结合空气供给控制系统与能量管理系统的耦合关系对控制系统进行进一步优化,提出将燃料电池实际输出电流作为反馈信号引入控制系统之中,构成开环+双闭环式的控制系统结构。仿真结果表明系统动态性能得到了改善,“氧气匮乏”得到了很好的抑制,空气供给系统效率达到90%,提高了燃料电池系统使用寿命和运行效率。围绕能量管理系统方面,在Matlab/Simulink中建立了并联式燃料电池汽车动力系统模型,其中包括DC/DC模型、辅助动力电池系统模型、电机及驱动系统模型以及汽车纵向动力学模型。然后针对该动力系统设计了一种基于规则的状态机式功率混合型能量管理策略。仿真结果表明系统输出功率可以很好的跟随需求功率的变化,燃料电池输出电流最大变化率限制在100 A/s以内、平均变化率限制在60 A/s以内,动力电池SOC控制在50%~70%之间,燃料电池电堆平均效率达到56%,直流母线电压控制在290 V~330 V之间,在满足了整车动力性的基础上,提高了动力系统使用寿命和运行效率。