在實際的執行過程中，為了使得燃料電池能夠滿足輸出功率、保證其穩定執行，除了最核心的燃料電池電堆以外，還需要一套輔助出廠裝置（balance of plant，BOP），用於為燃料電池電堆提供穩定的瓦斯供應、水熱管理以及能量管理，以實作燃料電池穩定正常地執行。這整一套系統就構成了燃料電池系統，如果是整合在一起用在交通工具上，又叫做燃料電池發動機。BOP系統一般包括空氣子系統、氫氣子系統、熱管理子系統、電氣子系統、電控子系統等。
空氣子系統的主要構成
空氣子系統主要是為了燃料電池提供執行時所需要的空氣，以滿足燃料電池的空氣流量及空氣壓力。一個典型的空氣子系統一般包含空氣過濾器、空壓機、中冷器、增濕器以及背壓閥和旁通閥。
空氣過濾器
在空氣入口的初始端，需要安裝一個空氣過濾器用於除去空氣中的灰塵以及有害物質。它主要有兩個作用：
1、物理過濾：過濾掉空氣中的顆粒物，如灰塵、粉塵、氣溶膠等，防止顆粒物堵塞進氣通道、雙極板，降低化學吸附效率，這個功能與燃油車的空濾器一樣，同時也能防止磨損中冷器和增濕器；
2、化學吸附：利用吸附和化學反應除去空氣中的有害瓦斯，包括SO2、NOx、Np、CO、油漆、染料、殺蟲劑、汽油等，避免這些有害瓦斯造成燃料電池催化劑中毒而導致燃料電池效能下降，這個是氫燃料電池系統對空濾器獨有的要求。
空濾器的結構主要可以分為上下蓋板以及中間的濾芯，其中濾芯起到最關鍵的吸附作用。濾芯分為物理吸附層和化學吸附層，分別起到物理過濾和化學吸附的作用。
空壓機
空壓機的作用及型別
空壓機的作用是為燃料電池提供合適的壓縮空氣，是空氣路子系統中最核心的部件。
空壓機又叫空氣壓縮機，是壓縮機的一種，可以分為容積式和動力式兩種型別。燃料電池常用的空壓機型別有螺桿式空壓機、羅茨式空壓機、渦旋式空壓機、滑片式空壓機及離心式空壓機；
在空壓機與空濾器之間，安裝一個空氣流量計，用於監測即時的空氣流量。
對空壓機的要求
無油 ：潤滑油會使催化劑中毒，因此燃料電池用空壓機需要水潤滑軸承或空氣潤滑軸承；
高效 ：空壓機是BOP輔件中寄生功率最大的一個零部件，使用轉換效率高的空壓機可以減少燃料電池系統的寄生功率；
低雜訊 ：空壓機是燃料電池系統雜訊的主要來源，空壓機雜訊得到控制，相當於整個系統雜訊得到很大程度控制；
小型化 ：小體積、低品質的空壓機可以提高燃料電池系統整體的功率密度；
低成本 ：空壓機是BOP中成本最高的零部件，使用低成本的空壓機有效可以降低系統的成本；
動態響應能力好 ：當系統需求功率發生變化時，空壓機能夠迅速調整轉速，達到響應流量和壓力需求。
離心式空壓機
離心式空壓機因為雜訊小、效率高、體積小等優點被認為最有發展潛力的一種空壓機。
離心式空壓機屬於一種動力式壓縮機，在工作的時候，外部輸入的電能帶動空壓機的電機工作，電機帶著空壓機內部的葉輪高速旋轉，內部瓦斯在離心作用下動能不斷增加；瓦斯獲得動能後進入擴充套件室，動能轉化為瓦斯的勢能，壓力增加，從而獲得高壓空氣。
喘振現象
當離心式空壓機在一定轉速下工作時，壓比上升（入口壓力一定時，出口壓力升高）但流量無法隨之及時增大，此時空壓機內部會發生氣流脫離和氣流倒灌的現象，導致氣流與葉片發生碰撞，產生低頻率、高振幅的周期性劇烈震蕩，並行出強烈的雜訊，這就是空壓機的喘振現象。
喘振在透平式空壓機中都會發生。發生喘振時空壓機的壓力和流量會劇烈波動，無法穩定，嚴重影響空壓機的輸出，對空壓機造成機械損害，並嚴重影響空壓機的壽命。
工程上，以空壓機的進氣流量作為橫座標，壓比作為縱座標，把同一轉速下的流量和壓比連線起來，可以得到空壓機的map圖；
把空壓機發生喘振區域的臨界點連線起來，可以得到空壓機的喘振線；
在喘振線左側是空壓機的喘振區域，設計空壓機時要避免它工作在此區域，保證空壓機在實際工作中執行在喘振線的右側區域。
在實際套用中，為了確保空壓機不會工作在喘振區域，通常在喘振線的基礎上留有5%~10%的安全裕度。
壓比
空壓機的壓比是空壓機的一個重要參數；
壓比即空壓機出口壓力與入口壓力的比值，用公式表示為：
一般情況下，空壓機進口壓力是確定的，即大氣壓，那麽空壓機能否為燃料電池提供所需要的壓力，就要看空壓機的壓比是否達到要求；
通常而言，在流量不變的前提下，空壓機轉速越高，壓比越大；在壓比不變的前提下，空壓機轉速提高，流量也隨之增大。
中冷器
中冷器的功能及分類
空氣經過空壓機壓縮後，溫度會升高，能達到150℃以上，過高的溫度直接通入電堆會產生兩個問題；
1.PEM燃料電池屬於低溫燃料電池，工作溫度在100℃以下，如果過高溫度的空氣直接通入燃料電池，會對質子膜造成不可逆的損傷；
2.空氣溫度過高，飽和蒸氣壓很大，瓦斯的相對濕度會很低，直接通入電池中容易引起質子膜「幹燥」，導致無法啟動或功率降低；
所以需要在空壓機後面安裝一個中冷器，用來降低入堆空氣的溫度，防止高溫空氣損傷膜電極，同時起到降溫增濕的效果。
中冷器是根據換熱操作過程不同，可以分為間壁式、蓄熱式、混合式三種。其中間壁式是工程上使用最為廣泛的一類。
中冷器的散熱影響因素
中冷器的散熱和進氣的空氣流量、溫度，冷卻液的流量、溫度均有關系：
1. 入口空氣流量增加、入口空氣溫度升高，中冷器空氣出口溫度升高；
2. 冷卻液溫度降低、冷卻流量降低，中冷器空氣出口溫度升高；
增濕器
增濕器的作用及型別
PEMFC需要一定的含水量保證質子膜的電導率，降低歐姆電阻，提高輸出功率，所以需要對瓦斯增濕以保證質子膜的含水量。
大多的PEMFC系統采用空氣加濕方案，增濕器起到的就是加濕作用，保證入堆空氣濕度以及質子膜始終處於濕潤狀態。
PEMFC系統中常用的增濕器型別有鼓泡型增濕器、焓輪增濕器、噴水型增濕器以及膜增濕器；
其中，膜增濕器因為品質輕、結構簡單、無寄生功率等優點，是PEMFC中使用較廣泛的外部增濕方案。
膜增濕器
膜增濕器使用全氟磺酸質子膜作為傳遞媒介，在膜的一側流通濕熱的瓦斯或液體，在膜的另一側流通幹燥的瓦斯，膜兩側形成梯度差，水就會從高濃度的一側向低濃度的一側擴散；
根據水的來源，膜加濕器可以分為氣-氣加濕型和液-氣加濕型；
PEMFC系統中常用的加濕器為氣-氣型膜加濕器，利用反應後的空氣作為加濕來源。空氣經過燃料電池後，同時會攜帶者大量反應過程產生的水分出堆，這部份水可以作為水分來源用於為入堆幹空氣加濕，提高瓦斯的利用效率。
背壓閥
背壓閥的作用
背壓閥是一種閥門，安裝在電堆出口處，與空壓機配合用於調節電堆中空氣流量及壓力大小；
旁通閥與背壓閥在結構上是同一種東西，安裝在電堆後用於空氣背壓用的閥門叫做背壓閥；安裝在支路中，用於輔助調節主路的空氣流量、濕度的閥門叫做旁通閥。
電子節氣門
屬於背壓閥的一種，蝴蝶閥是電子節氣門的一種；
電子節氣門透過調節閥門的開度大小控制瓦斯的壓力及流量；
電子節氣門在工作在常用區間時，呈線性流量特性，即透過節氣門的瓦斯流量與節氣門開度成線性關系；
節氣門開度增大，透過的流量隨之增大，但同時壓力減小；節氣門開度減小，透過的流量隨之減小，但同時壓力增大。
