质子交换膜燃料电池（PEMFC）必须在60-80摄氏度左右工作。为了提高燃料电池的功率，会使用高速空气压缩机来提高电堆的进气压力。但这也会导致空压机寄生能耗的快速增长，占据了燃料电池系统总能量的40%以上。目前的主要解决方案是采用涡轮利用电堆余热余压来驱动空压机，这可以降低空压机能耗近30%。同时，采用涡轮膨胀机优化空气路系统可以有效利用废气中的压力能和热能，并直接输出给空压机，避免多次能量转化中的能量损失，提高燃料电池效率。

本项目将开展燃料电池系统、空压机系统的全三维计算流体力学数值模拟，针对空气系统建模方法和空压机、余热利用涡轮匹配优化展开研究，通过Matlab/Simulink和GT-Power 等软件进行仿真模拟与分析。本项目将对比优化前后燃料电池堆、空压机以及余热利用涡轮三个子系统之间的能量流关系变化，以及对电池系统总能效的影响，来得出参数对于空压机以及余热利用涡轮与燃料电池匹配性能的影响以及可能的优化方案。

目前本项目已经成功使用Matlab/Simulink软件对燃料电池模型的电堆部分、氢气进气部分、热管理部分进行了建模，电堆是燃料电池系统的核心，因此建立电堆输出电压机理模型、阴极腔模型、阳极腔模型，对于研究燃料电池的输出性能具有重要意义。使用GT-power软件对空压机、余热利用涡轮部分进行了建模，通过将两者的耦合，得出空压机和余热利用涡轮的优化匹配方案，从而减少空压机寄生功率，实现燃料电池整体效率的提升。