1.研究背景
随着全球范围内环境污染与能源紧缺形势的日益严峻, 汽车电气化进程得到快速发展，汽车行业正在经历着一场变革，新能源汽车发展十分迅猛。目前，新能源汽车包括纯电动汽车、氢能源汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车和其他新能源汽车。而其中人们普遍对纯电动汽车及氢能燃料电池汽车看好，是未来新能源汽车发展的重要方向。
区别于传统燃油汽车，电动汽车的核心是“三电”技术，即电机、电池和电控技术。而对于纯电动汽车来说，其发展面临的问题主要集中于电池方面。一是电池能量密度，电池的能量密度是影响纯电动汽车续驶里程的最主要因素；二是纯电动汽车电池的寿命问题；三是纯电动汽车的充电技术和充电基础设施。纵观纯电动汽车的发展历史，电池技术一直是其最大的软肋。尽管人们对电池技术的研发投入了巨大的精力，但是遗憾的是，电池技术的进步着实有限，且性能远低于纯电动汽车的要求，尤其是电池的能量密度。事实上，一些基础研究表明，即使电池的能量密度被优化到理论的上限，纯电动汽车也永远不可能与采用液体燃料的汽车相比。因此，近些年来，汽车的研发开始逐渐转向混合动力和燃料电池汽车。[1~3]
与其他纯电动汽车不同，燃料电池汽车的巡航范围和加油过程都能与传统燃油汽车媲美。可以说，相比通过插电的方式来为电池充电的电动汽车，燃料电池汽车结合了快速、集中加油和更长的驾驶范围，使得燃料电池特别适用于有长距离要求的大型车辆，或者是那些在家中没有充电装置的司机。[4]
在汽车上应用时，燃料电池是以一个完整的系统存在的，整体当作汽车的一个“大电池”，为电机提供电能。而其中的进气系统为燃料电池提供工作介质，对燃料电池的性能起到重要的决定作用。因此，本课题针对一种质子交换膜燃料电池，搭建其物理模型，分析燃料电池对进气系统的需求，进一步设计其进气系统的结构。课题的研究将为燃料电池系统的开发奠定基础。
2.国内外研究现状
自从燃料电池兴起之后，越来越多的汽车行业专家认为，将燃料电池作为动力源驱动汽车，是一种非常理想的未来汽车的解决方案。对比传统的内燃机汽车和使用蓄电池的电动车，燃料电池汽车以其高效、节能、环保以及最重要的能源优势，始终被人们关注着。从上世纪七十年代末起，世界范围内的专家们不断对燃料电池汽车的发展做研究工作，直到近年来，燃料电池汽车的技术已经取得了重大的突破，包括中国在内的世界著名汽车厂商已经都有了自己的初代产品。[4]
2.1燃料电池研究现状
燃料电池根据电解质不同可以分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸盐型燃料电池 （PAFC）、熔融盐型燃料电池（MCFC）、固体氧化物型燃料电池（SOFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）。碱性燃料电池多应用于航空航天领域，PAFC、MCFC、SOFC主要用于大型分布式发电，而质子交换膜燃料电池主要用作移动式电源。[4]
除此之外，还有一些特殊的燃料电池，如直接甲醇燃料电池（DMFC）、直接碳燃料电池（DCFC）、再生燃料电池（RFC）和金属-空气燃料电池等。[5~6]
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