随着人类社会对于节能减排发展需求的不断提升,清洁能源在能源系统中占据了越来越重要的位置。质子交换膜燃料电池具有高能量密度、零排放、高效率和高适应等优点,在新能源汽车等领域具有很好的应用前景。耐久性是目前制约车用质子交换膜燃料电池技术进一步推广的重要因素之一。车用燃料电池电堆由多个大面积单片串联而成,受制于“木桶效应”:电堆实际寿命取决于性能衰退最快的单片,最终失效形式一般体现为单片间一致性恶化与单片内均匀性恶化。由于缺乏对应诊断方法与衰退分析模型,目前车用燃料电池一致性衰退与均匀性恶化的研究仍然比较匮乏,需要进一步加强测试方法与衰退机理建模研究。本文研究了车用燃料电池的衰退建模分析方法。针对车用燃料电池工作状态不稳定、工况点集中的特征,建立了分工况的车用燃料电池寿命衰退估计模型,估计精度相比原有算法提高一倍以上。研究了车用燃料电池内部差异性衰退问题,建立基于双极板非等势假设的燃料电池伪二维模型,首次详细分析了燃料电池的“电压欺骗”现象,解释了燃料电池单片间差异性衰退的耦合特征,并进行了实验验证。本文开发了面向车用燃料电池的差异性衰退诊断方法。通过算法与测试方法优化,提高了燃料电池恒电流法的测试精度,用于单片间催化剂活性面积、漏氢电流与双电层电容等参数的一致性衰退诊断。针对“电压欺骗”现象,开发了燃料电池多点电压检测法,用于燃料电池单片间均匀性恶化诊断。基于多种测试方法的有效组合,提出了车用燃料电池的差异性衰退诊断流程,并进行了实验验证。本文研究了从电堆本体到混合动力系统的均匀性优化方法。基于多点电压检测法,建立了面向燃料电池电堆的差异性衰退优化控制策略。针对阳极水淹缺气问题,提出了燃料电池两腔非等势模型,研究了阳极水淹缺气状态下的均匀性优化控制策略。基于燃料电池双循环构型,提出了系统怠速工况的均匀性改善方法。研究了面向燃料电池混合动力系统的多目标优化问题,提出了动力系统参数匹配与能量管理的联合优化方法。在现有研究的基础上,本文在车用燃料电池差异性衰退方面做出了新的探索,对相关领域研究者具有参考价值。本文研究成果应用于北京-张家口冬奥示范等多个燃料电池实车示范项目,相关理论研究成果还应用于国产长寿命燃料电池电堆的开发工作,基于台架加速寿命实验结果,电堆预测寿命达到10000小时以上。