质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）具有清洁、高效、无污染的特点,在新能源汽车领域得到了广泛的应用,但PEMFC的性能退化和功率响应缓慢是限制其商业化的关键因素。水含量是影响电堆性能退化的主要因素,水含量过多或者过少都会严重影响燃料电池性能,但水含量分析是一个涉及流动、传热、气液化等的复杂问题。针对PEMFC功率响应缓慢的缺陷,常用的方案是采用辅助动力与PEMFC组成混合动力系统,但如何合理分配燃料电池和辅助动力的功率达到降低混合动力系统性能损耗仍是一个难点。基于以上问题,本文对PEMFC和锂电池混合动力系统中:水含量对PEMFC性能退化影响的机理模型、锂电池荷电状态（State of Charge,SOC）精确估计、能量分配算法问题进行了分析和研究设计。首先,本文建立了PEMFC内部水含量对性能衰减影响的模型,考虑质子拖拽、努森扩散等因素,并建立了催化层铂粒子团聚子模型,然后基于建立的水模型分析了进气湿度、电流等对水含量的影响,以及水含量对PEMFC极化曲线、损耗电压等的影响,基于建立的催化层铂粒子团聚子模型分析了团聚体对水含量产生的影响;其次,针对PEMFC功率响应缓慢的缺陷,本文引入锂电池作为辅助能源,建立了锂电池戴维南等效电路模型,设计了一种改进的锂电池状态空间方程,然后采用无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter,UKF）算法联合估计锂电池SOC和等效电路参数R0、Rp、Cp,并对方案结果进行比较分析;最后本文提出了一种基于健康管控的混合动力能量分配算法,在能量分配过程中同时管控PEMFC水含量和锂电池的SOC,并进行了Matlab仿真和d SPACE半实物仿真实验验证。实验结果表明,在改进的锂电池状态空间方程下,UKF算法联合估计的SOC结果误差保持在1%以内,提出的基于健康管控的能量分配算法全程保证PEMFC水含量λ值处于14-19范围,保证SOC处于0.65-0.8的范围,该状态下的PEMFC和锂电池均具有很好的性能。