新能源技术和大规模利用清洁能源是实现低碳经济,成为当今世界能源科技发展的最新趋势,氢能作为一种高效、清洁,无污染的新能源,受到各国研究者的广泛关注。燃料电池发电技术是氢能利用与开发的重要应用方向之一,具有清洁无污染,功率密度高,环境友好等特点,具有良好的应用前景。但其内部的水热状态管理对提高燃料电池堆输出性能具有重要意义。本文建立内阻—操作条件模型和温度—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,开展了温湿度操作条件的实验,验证了模型的可靠性,确定了总内阻最小的存在原则和变电流输出下的操作条件变化规律;其次,基于交流阻抗谱法原理,结合燃料电池等效电路模型,提出了频率正割角方法,以其计算值表征负载变化状态下,不同操作条件下的堆内总内阻;并以理论证明了该角度计算值与总内阻具有唯一对应关系,通过仿真实验,研究了二者之间的变化规律;从实际工程应用层面,解决了理论模型应用向实践方法的转变,评价堆内水热管理状态的优劣,使堆内水热管理状态的诊断成为可能,为电堆操作条件优化和输出性能故障预警奠定了基础;最后,定义了最优功率点的概念,并与最大功率点进行了比较;结合内阻—操作条件模型和电流—电压输出特性模型,在负载变化状态下,以堆内总内阻最小,提出了一种最优功率点计算方法,具有良好的应用前景。