质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）作为一种新型的能量转换装置,具有清洁无污染、效率高、启动快等优点,被视为新能源汽车理想动力源之一,然而耐久性和输出性能不足等问题仍困扰其发展。PEMFC在作为车载动力源时,必然会经历各种变载工况,研究表明变载工况是导致其寿命衰减主要因素,并且操作参数的不同对其性能也有着重要影响。因此,为了提高PEMFC输出性能和耐久性,有必要研究操作参数对PEMFC动态响应特性的影响。由于PEMFC系统的复杂性,仅依靠外特性曲线不能全面反映PEMFC性能,需要对其内部状态量进行监测,从内部机理层面探究参数对性能的影响。本文从PEMFC内阻角度出发,结合电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS）,考察不同参数对PEMFC动态特性影响,并对变载时PEMFC动态特性进行研究,因此,本文主要工作如下:（1）首先对PEMFC工作原理、发展历程和研究现状进行综述,基于PEMFC电化学特性、物质传输机理,建立阴极EIS模型,电堆内阻和动态响应特性模型,并对模型的物理参数、边界条件进行设定。（2）基于物理模型,选取温度、相对湿度、质子膜厚度三个参数为变量,利用MATLAB/Simulink、COMSOL Multiphysics仿真分析软件进行PEMFC性能仿真分析,采用控制变量法,得到线性加载工况下参数对PEMFC阴极EIS、内阻的影响变化曲线,并设置阶跃加载,模拟分析操作参数对PEMFC动态电压、功率、效率影响规律,得到相对应的输出性能曲线。（3）搭建15kW PEMFC电堆测试系统,首先基于测试系统进行PEMFC电堆稳态工况下性能试验,对上述仿真进行验证。然后进行变载工况下电堆动态响应试验,变载工况为相同初始电流不同加载幅度和相同加载幅度不同初始电流,得到电堆在变载工况下的输出电压、功率特性曲线,并从内部物理量变化角度进行分析。结果表明:（1）当温度升高时,电化学反应速率加快,电导率增大,物质传输增强,极化内阻减小;相对湿度的增加,质子膜厚度的减小,会增大膜电导率,欧姆内阻减小,进而总内阻也减小,电堆性能得到改善。（2）当电流阶跃变化时,随着温度和相对湿度的增大,质子膜厚度的减小,物质传输加快,电压到达稳定时间缩短,功率超调量下降,PEMFC动态性能得到提高。因此,当温度为353K,相对湿度为100%,质子膜厚度为25μm时,电堆总内阻最小,电堆动态性能最好。（3）电堆性能试验表明,在稳态工况下,电堆输出电压、功率均随着进气温度、相对湿度的增加而增大,电堆性能变好,温度在353K,相对湿度为100%时,PEMFC电堆功率和电压最大,电堆性能最好;在阶跃加载工况下,随着初始电流、加载幅度的增大,电堆电压、功率、效率波动越大,到达稳态时间变长,电压下冲值增大,电堆动态性能变差,电堆初始电流为30A,加载幅度为10A时的加载工况下电堆动态性能最好。