本发明涉及故障检测技术领域，公开了一种针对质子交换膜燃料电池系统的故障检测方法，包括：构造质子交换膜燃料电池数学模型；考虑变时滞、干扰、不确定性和故障情况，给出系统delta算子状态方程的一般表达式；设计函数观测器，给出误差动态方程以及达到故障检测目标需要满足的性能指标；给出系统全局一致渐进稳定的充分条件；消除系统渐进稳定的充分条件中的非线性项，将充分条件转化为线性矩阵不等式，得出观测器中的参数，实现故障检测。与现有技术相比，本发明中设计的故障检测方法，对干扰具有鲁棒性，对故障也具有较高的敏感性，能够实现对质子交换膜燃料电池系统的故障检测。