本发明公开了一种质子交换膜燃料电池集成系统故障诊断方法及系统。本发明的故障诊断方法采用的技术方案为：根据燃料电池动态工况运行过程的电化学反应机理与经验公式建立PEMFC集成系统模型；利用实验数据对搭建的PEMFC集成系统数学模型进行验证分析，模拟PEMFC集成系统在不同运行状态下的输出特性数据并保存故障特征图像；采用迁移学习将预训练模型的输出特性数据部分提取并保存至GoogLeNet中，修改其中全链接层和输出层的参数并对故障特征图像进行训练；最后，利用训练好的GoogLeNet模型对故障特征图像进行分类。本发明可以有效地诊断PEMFC集成系统正常、冷却系统故障、氢气供给系统故障、空气供给故障和水淹故障共五种运行状态。