在质子交换膜燃料电池系统中，水管理与热管理是紧密耦合、相互影响的两个关键课题。水的状态直接影响电堆性能，反应生成的水需要被有效地从催化层和气体扩散层排出，以避免液态水堵塞孔隙、阻碍反应气体传输；但同时，质子交换膜又必须保持充分的湿润，以维持高质子传导率，过干会导致膜电阻剧增。热管理通过对温度的调控，深刻影响水的相态与传输。温度越高，水的饱和蒸汽压越高，气体中可容纳的水蒸气越多，有利于液态水的蒸发与排出；但温度过高又会导致膜脱水。因此，一个优化的水热管理策略需要在两者间找到动态平衡点。例如，在系统启动或低负荷时，产热量小，阴极可能生成液态水，此时适当提高温度或降低进气湿度有助于排水；在高负荷时，产热量大，膜易干，则可能需要加强进气加湿或适当降低工作温度。控制系统通过综合调节冷却液温度、进气湿度与压力等参数，来实现这种精细的平衡，这是燃料电池系统控制中具挑战性的任务之一。川渝地区低温环境下的燃料电池系统，风冷系统加装保温模块，避免低温启动故障。山东车载燃料电池系统系统集成
尽管风冷系统具有结构简明的优点，但其应用也受到一些固有局限性的约束。主要的限制在于空气的比热容较低，导致其单位体积的载热能力有限。这使得风冷系统的散热能力存在一个理论上限，难以应对功率密度较高或持续高负荷运行的燃料电池堆的散热需求。为了散发相同的热量，风冷系统需要驱动非常大的空气流量，这会导致风扇尺寸增大、功耗增加，且运行噪音明显提升。其次，风冷系统对电堆内部温度的均匀性控制能力较弱。空气与散热表面之间的换热系数相对较低，且流场分布不易做到完全均匀，可能导致电堆内部出现局部热点，影响寿命。此外，系统的散热效能严重依赖环境条件，在炎热的夏季或高温工作环境中，其冷却效果会大打折扣；而在多尘或污染严重的环境中，冷却空气可能携带污染物进入电堆散热表面，造成污染或堵塞。这些因素共同决定了风冷系统更适用于功率较低、运行工况相对温和、环境相对洁净，且对成本重量极为敏感的应用场合。广东新能源燃料电池系统售后保障工业园区的燃料电池系统，水冷系统与余热发电设备联动，能源利用率提升。
水冷系统的工作流程体现了一个精密的反馈控制过程。安装在电堆冷却液进出口以及可能的关键位置的温度传感器，持续将温度信号传送给燃料电池控制单元。控制单元根据这些实时数据与电堆当前的工作状态，计算出所需的散热强度，并生成控制指令。这些指令分别调节冷却液泵的转速（以改变流量）、调节节温器的开度（以分配流经散热器与旁通路的冷却液比例）、以及调节冷却风扇的转速（以改变通过散热器的空气流速）。例如，在高功率运行、电堆产热量大时，控制器会提高水泵转速增加冷却液流量，同时完全打开节温器并令风扇高速运转，以大化散热能力；在低功率或低温环境下，控制器则会降低风扇转速甚至停转，并调节节温器减少流经散热器的冷却液，以保持电堆的工作温度。这种多变量的协调控制，使得电堆温度能够被稳定在设定目标附近，且内部温差得到有效控制。
燃料电池系统作为一种可能在全球范围内不同环境部署的能源装置，必须具备普遍的环境适应性。这意味着它需要在各种气候与地理条件下都能可靠启动与运行。在高温高湿的热带地区，系统面临散热挑战，需要强化散热器与风扇的冷却能力，同时防止因湿度过高导致的水管理困难。在高海拔地区，空气稀薄，空压机需要补偿更低的进气压力以维持电堆性能，其功耗会明显增加。在极寒的低温环境下，系统面临严峻的挑战：冷却液可能冻结、电堆材料收缩影响密封、反应 kinetics 变慢、启动时需要额外的能量与时间。现代燃料电池系统集成了多种环境适应技术，例如在冷却液中增加乙二醇比例、配备大功率冷却液加热器、优化冷启动控制策略、采用适应性更强的密封材料，以及为空气管路设计冷凝水收集与排放装置。这些设计确保了产品能够满足不同市场的需求。离网型燃料电池系统多选用风冷系统，无需额外冷却液补给，适配偏远地区使用。
西北高原边防哨所部署 80kW 离网型燃料电池系统，采用风冷+保温一体化设计，适配高海拔（3500 米以上）、低温（-30℃）及低气压的极端环境。系统外壳加装 80mm 厚的岩棉保温层，内部设置电加热预热装置，启动前可将电池堆温度提升至 5℃以上，解决低温启动难题。风冷模块优化了散热片间距与风扇风压，在低气压环境下散热效率仍保持在平原地区的 90%以上，确保电池堆温度稳定在 50-55℃。针对高原强风沙天气，风冷进气口配备三级防尘滤网，可过滤 99%以上的沙尘颗粒，减少部件磨损。系统采用大容量储氢罐，单次储氢可支持哨所连续供电 120 小时，为哨所照明、通信设备及取暖设备提供稳定能源，替代传统柴油发电机，年减排二氧化碳 500 吨，运维人员每月需清洁一次滤网，大幅降低了运维压力。船舶动力燃料电池系统，水冷系统适配高湿环境，防止部件腐蚀，延长使用寿命。安徽储能燃料电池系统技术支持
小型船舶的燃料电池系统，水冷系统用海水冷却，无需额外储备冷却液。山东车载燃料电池系统系统集成
根据散热介质的不同，燃料电池热管理系统主要分为风冷系统和水冷系统两大类。风冷系统主要依靠空气对流散热，结构相对简单；水冷系统则采用液体冷却液进行强制循环散热，控温能力更为精确高效。系统的选择主要取决于电堆的功率密度、应用场景以及对系统复杂度、成本和重量的综合考量。电堆是燃料电池系统的“心脏”，氢气供应系统负责安全、精确地向电堆阳极供应燃料。在高压储氢瓶之后，通过减压阀、稳压装置和喷射器或比例阀控制氢气的压力与流量。山东车载燃料电池系统系统集成
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