随着现代科技的发展,移动电气与电子设备越来越频繁地出现在人们的工作和生活当中,便携式电源的需求量也迅速增加。由于能源危机与温室效应的加剧,世界各国都开始把目光投向新能源领域。质子交换膜燃料电池作为新能源领域中发展前期最为广阔的电能装置,它的优点是功率密度高、稳定性好以及可以实现低温运行。将质子交换膜燃料电池作为便携式电源的主供电源是便携式电源未来发展的新方向。本文主要对便携式燃料电池电源系统总体方案、质子交换膜燃料电池控制策略、燃料电池控制器展开了理论研究,设计了便携式燃料电池电源硬件系统,研制了电源样机,通过实际运行测试验证了所设计的电源系统方案和燃料电池控制策略高效可行。本文的主要研究成果如下:(1)根据设计要求和目标,提出了便携式燃料电池电源系统的总体方案。在系统方案中给出了便携式燃料电池电源系统的总体结构框图、功能单元框图以及氢气供应系统原理框图。(2)在搭建的测试平台上,对燃料电池进行测试。获得了各个输出电流下燃料电池输出性能最佳时对应的燃料电池温度数据,对数据进行拟合后得到燃料电池输出电流与燃料电池最佳运行温度的计算关系式;在不同氢气进气压力的情况下,对所使用的燃料电池进行测试。综合考虑经济性与高效性后,设计了燃料电池氢气进气压力的控制策略;通过测试分析了排气周期对燃料电池的性能和单电池一致性的影响,确定了不同输出电流下适合燃料电池的排气周期。设计排气周期为随输出电流变化的可变周期。(3)在便携式燃料电池电源系统的总体方案和所设计燃料电池控制策略的基础上,完成了燃料电池控制器的硬件电路设计和软件程序编写,绘制了燃料电池控制器的PCB线路板图。对关键器件进行选型,研制了便携式燃料电池电源样机。(4)对电源样机进行测试,测试表明该系统的燃料电池控制策略实用、有效,电源样机运行性能优越,各开关与传感器均能有效运行,具有较高的实用性与商业化前景。