质子交换膜燃料电池具有能量效率高、工作寿命长、反应产物无污染等优点;作为低温氢燃料电池,有效的热管理温度控制对燃料电池耐久性、稳定性、反应效率具有重要影响。因此,对质子交换膜燃料电池热管理系统进行深入研究具有重要意义。本文分析质子交换膜燃料电池工作原理及结构组成;分析燃料电池电化学反应过程中的能量损耗和电压极化损失,确定燃料电池热管理系统最佳工作温度。分析电流密度、气体湿度变化对燃料电池系统工作温度的影响,分析不同影响因素对燃料电池系统工作温度变化的作用效果。本文研究质子交换膜燃料电池工作过程中的热平衡动态关系,设计燃料电池热管理系统总体方案。通过热值分析,完成燃料电池热管理系统硬件选型。根据真实部件特性建立部件仿真模型,结合控制器原理,利用Matlab/Simulink建立燃料电池热管理系统仿真模型,对电堆2k W产热工况下热管理系统温度变化过程仿真分析。本文研究了燃料电池热管理系统温度控制算法;建立双入三出的模糊PID控制算法,利用电堆循环水设定温度与实际温度差E和温差变化率EC为双输入变量,通过模糊规则对PID参数Kp、Ki、Kd进行自整定,优化散热风扇、循环水泵、比例调节阀等部件控制效果。基于模糊规则及神经网络自学习特性,建立模糊神经网络PID控制算法,完成模糊逻辑的经验规则优化。通过仿真结果比对分析,验证模糊神经网络PID控制具有更优化的热管理系统控制及温度变化预测效果。本文利用PXI硬件系统,开发燃料电池热管理系统测试平台,利用Solid Works进行三维结构设计,完成热管理系统台架硬件设计与开发。基于Veri Stand开发燃料电池热管理系统测试平台上位机软件,完成对仿真模型及控制算法的验证。利用快速原型,开发了燃料电池热管理系统;通过改变电堆模拟器加热功率,模拟燃料电池电堆多种工况试验。由试验结果可知,本文开发燃料电池热管理系统具有良好的温度控制效果,保证系统热量循环的均匀性,实现电堆模拟器始终在允许的温度范围工作。