耐久性是制约燃料电池在交通领域商业化应用的关键因素。车用燃料电池区别于其他用途的一个重要特征是频繁的负载变化,而燃料电池耐久性受频繁负载变化影响巨大。因此研究燃料电池在不同动态负载下的响应特性,提升燃料电池对负载变化的响应能力,预测燃料电池在不同动态工况下的剩余寿命,对于提高燃料电池实际使用寿命和加快燃料电池大规模商业化应用具有重要意义。本文在MATLAB/SIMULINK仿真平台建立了质子交换膜燃料电池系统一维仿真模型,对燃料电池启停和变载过程进行了仿真研究,分析了运行参数、变载参数对电池电压动态响应特性的影响,基于此提出了改善燃料电池动态响应特性的响应策略。最后,结合燃料电池的实际运行工况,对燃料电池的剩余使用寿命进行了预测。针对燃料电池输出电压受各种极化损失影响,研究了热力学电动势、欧姆过电势、活化过电势、浓差过电势对负载电流变化的响应性能,发现电池启动工况中,影响燃料电池电压响应速度的主要为活化电势和欧姆过电势;电池停止工况中,影响燃料电池电压响应速度的主要为活化过电势;通过研究变载幅度、变载速度等变载参数和运行温度、运行压力、膜中含水量、气体过量系数等运行参数对电池动态响应特性的影响,发现变载幅度越小、变载速度越慢,燃料电池电压对负载电流的响应特性越好;增大气体压力、运行温度、膜中含水量和气体过量系数有利于改善电压的动态响应特性。基于对燃料电池电压动态响应特性的变工况研究,提出了加大供气方案、温度变化方案等提升电池动态响应能力的措施,并将粒子群优化算法和PID控制相结合,通过控制氢气流量,对电池电压的稳定性和响应特性进行了改善。基于电压降级率模型,对不同工况下电池的剩余使用寿命展开了预测,通过定量分析,可知频繁的变载和启停会造成燃料电池的剩余使用寿命大幅度减少。为避免盲目追求燃料电池长寿命而造成成本浪费,对不同工况下电池的寿命成本展开了预测,得到了最小成本值下的使用寿命,对降低燃料电池的成本具有一定参考价值。