在实际的运行过程中，为了使得燃料电池能够满足输出功率、保证其稳定运行，除了最核心的燃料电池电堆以外，还需要一套辅助出厂设备（balance of plant，BOP），用于为燃料电池电堆提供稳定的气体供应、水热管理以及能量管理，以实现燃料电池稳定正常地运行。这整一套系统就构成了燃料电池系统，如果是集成在一起用在交通工具上，又叫做燃料电池发动机。BOP系统一般包括空气子系统、氢气子系统、热管理子系统、电气子系统、电控子系统等。
空气子系统的主要构成
空气子系统主要是为了燃料电池提供运行时所需要的空气，以满足燃料电池的空气流量及空气压力。一个典型的空气子系统一般包含空气过滤器、空压机、中冷器、增湿器以及背压阀和旁通阀。
空气过滤器
在空气入口的初始端，需要安装一个空气过滤器用于除去空气中的灰尘以及有害物质。它主要有两个作用：
1、物理过滤：过滤掉空气中的颗粒物，如灰尘、粉尘、气溶胶等，防止颗粒物堵塞进气通道、双极板，降低化学吸附效率，这个功能与燃油车的空滤器一样，同时也能防止磨损中冷器和增湿器；
2、化学吸附：利用吸附和化学反应除去空气中的有害气体，包括SO2、NOx、Np、CO、油漆、染料、杀虫剂、汽油等，避免这些有害气体造成燃料电池催化剂中毒而导致燃料电池性能下降，这个是氢燃料电池系统对空滤器独有的要求。
空滤器的结构主要可以分为上下盖板以及中间的滤芯，其中滤芯起到最关键的吸附作用。滤芯分为物理吸附层和化学吸附层，分别起到物理过滤和化学吸附的作用。
空压机
空压机的作用及类型
空压机的作用是为燃料电池提供合适的压缩空气，是空气路子系统中最核心的部件。
空压机又叫空气压缩机，是压缩机的一种，可以分为容积式和动力式两种类型。燃料电池常用的空压机类型有螺杆式空压机、罗茨式空压机、涡旋式空压机、滑片式空压机及离心式空压机；
在空压机与空滤器之间，安装一个空气流量计，用于监测实时的空气流量。
对空压机的要求
无油 ：润滑油会使催化剂中毒，因此燃料电池用空压机需要水润滑轴承或空气润滑轴承；
高效 ：空压机是BOP辅件中寄生功率最大的一个零部件，使用转换效率高的空压机可以减少燃料电池系统的寄生功率；
低噪声 ：空压机是燃料电池系统噪声的主要来源，空压机噪声得到控制，相当于整个系统噪声得到很大程度控制；
小型化 ：小体积、低质量的空压机可以提高燃料电池系统整体的功率密度；
低成本 ：空压机是BOP中成本最高的零部件，使用低成本的空压机有效可以降低系统的成本；
动态响应能力好 ：当系统需求功率发生变化时，空压机能够迅速调整转速，达到响应流量和压力需求。
离心式空压机
离心式空压机因为噪声小、效率高、体积小等优点被认为最有发展潜力的一种空压机。
离心式空压机属于一种动力式压缩机，在工作的时候，外部输入的电能带动空压机的电机工作，电机带着空压机内部的叶轮高速旋转，内部气体在离心作用下动能不断增加；气体获得动能后进入扩展室，动能转化为气体的势能，压力增加，从而获得高压空气。
喘振现象
当离心式空压机在一定转速下工作时，压比上升（入口压力一定时，出口压力升高）但流量无法随之及时增大，此时空压机内部会发生气流脱离和气流倒灌的现象，导致气流与叶片发生碰撞，产生低频率、高幅度的周期性剧烈震荡，并发出强烈的噪声，这就是空压机的喘振现象。
喘振在透平式空压机中都会发生。发生喘振时空压机的压力和流量会剧烈波动，无法稳定，严重影响空压机的输出，对空压机造成机械损害，并严重影响空压机的寿命。
工程上，以空压机的进气流量作为横坐标，压比作为纵坐标，把同一转速下的流量和压比连接起来，可以得到空压机的map图；
把空压机发生喘振区域的临界点连接起来，可以得到空压机的喘振线；
在喘振线左侧是空压机的喘振区域，设计空压机时要避免它工作在此区域，保证空压机在实际工作中运行在喘振线的右侧区域。
在实际应用中，为了确保空压机不会工作在喘振区域，通常在喘振线的基础上留有5%~10%的安全裕度。
压比
空压机的压比是空压机的一个重要参数；
压比即空压机出口压力与入口压力的比值，用公式表示为：
一般情况下，空压机进口压力是确定的，即大气压，那么空压机能否为燃料电池提供所需要的压力，就要看空压机的压比是否达到要求；
通常而言，在流量不变的前提下，空压机转速越高，压比越大；在压比不变的前提下，空压机转速提高，流量也随之增大。
中冷器
中冷器的功能及分类
空气经过空压机压缩后，温度会升高，能达到150℃以上，过高的温度直接通入电堆会产生两个问题；
1.PEM燃料电池属于低温燃料电池，工作温度在100℃以下，如果过高温度的空气直接通入燃料电池，会对质子膜造成不可逆的损伤；
2.空气温度过高，饱和蒸气压很大，气体的相对湿度会很低，直接通入电池中容易引起质子膜「干燥」，导致无法启动或功率降低；
所以需要在空压机后面安装一个中冷器，用来降低入堆空气的温度，防止高温空气损伤膜电极，同时起到降温增湿的效果。
中冷器是根据换热操作过程不同，可以分为间壁式、蓄热式、混合式三种。其中间壁式是工程上使用最为广泛的一类。
中冷器的散热影响因素
中冷器的散热和进气的空气流量、温度，冷却液的流量、温度均有关系：
1. 入口空气流量增加、入口空气温度升高，中冷器空气出口温度升高；
2. 冷却液温度降低、冷却流量降低，中冷器空气出口温度升高；
增湿器
增湿器的作用及类型
PEMFC需要一定的含水量保证质子膜的电导率，降低欧姆电阻，提高输出功率，所以需要对气体增湿以保证质子膜的含水量。
大多的PEMFC系统采用空气加湿方案，增湿器起到的就是加湿作用，保证入堆空气湿度以及质子膜始终处于湿润状态。
PEMFC系统中常用的增湿器类型有鼓泡型增湿器、焓轮增湿器、喷水型增湿器以及膜增湿器；
其中，膜增湿器因为质量轻、结构简单、无寄生功率等优点，是PEMFC中使用较广泛的外部增湿方案。
膜增湿器
膜增湿器使用全氟磺酸质子膜作为传递媒介，在膜的一侧流通湿热的气体或液体，在膜的另一侧流通干燥的气体，膜两侧形成梯度差，水就会从高浓度的一侧向低浓度的一侧扩散；
根据水的来源，膜加湿器可以分为气-气加湿型和液-气加湿型；
PEMFC系统中常用的加湿器为气-气型膜加湿器，利用反应后的空气作为加湿来源。空气经过燃料电池后，同时会携带者大量反应过程产生的水分出堆，这部分水可以作为水分来源用于为入堆干空气加湿，提高气体的利用效率。
背压阀
背压阀的作用
背压阀是一种阀门，安装在电堆出口处，与空压机配合用于调节电堆中空气流量及压力大小；
旁通阀与背压阀在结构上是同一种东西，安装在电堆后用于空气背压用的阀门叫做背压阀；安装在支路中，用于辅助调节主路的空气流量、湿度的阀门叫做旁通阀。
电子节气门
属于背压阀的一种，蝴蝶阀是电子节气门的一种；
电子节气门通过调节阀门的开度大小控制气体的压力及流量；
电子节气门在工作在常用区间时，呈线性流量特性，即通过节气门的气体流量与节气门开度成线性关系；
节气门开度增大，通过的流量随之增大，但同时压力减小；节气门开度减小，通过的流量随之减小，但同时压力增大。
