质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种将氢能直接转换成电能的发电装置,可作为新能源汽车的动力源。车用质子交换膜燃料电池在变载工况下频繁运行,这在一定程度上会加速缩短PEMFC寿命。因此,探究相对湿度和运行温度对PEMFC的动态响应及能量效率的影响对于延长PEMFC寿命具有重要意义。首先建立了动态传热（DHT）模型和能量效率（GE）模型;基于水和气体组分的质量守恒方程,分析了MEA内质量传输过程和沿着氢离子传导路径的水传递现象,明确了水含量与运行温度和相对湿度之间的量化关系,考虑了电流密度对水流量的影响,推导出DHT模型;GE模型是在原有的能量效率公式的基础上运用相对湿度和反应物流量之间的耦合变化推导出燃料利用率的具体计算公式,由此完善了能量效率的计算模型;分析了在相对湿度、运行温度和加载幅度的共同作用下对PEMFC的稳态响应特性和动态响应特性的影响。其次搭建了PEMFC的实验测试系统平台,阐述了它的工作原理及所需的实验设备并对不同工况下的单电池进行实验。具体实验参数为:在不同的运行温度（50 oC、60 oC和70 oC）、采用对称和非对称两种加湿方式（相对湿度为50%和100%）进行稳态和动态输出特性的测量。并通过极化曲线、功率密度曲线和动态响应曲线这三种性能评价方式验证了模型的可靠性。最后对仿真和实验结果进行了详细分析,可以得到如下的结论:（1）运行温度对稳态响应和动态响应的影响效果相似,随着运行温度的增加,PEM平均水含量的差值逐渐减小,平均水含量的分布也越均匀,而阳极和阴极催化层的气体组分的分布变化趋势与平均水含量分布变化趋势相反;当对称加湿的相对湿度为100%,运行温度分别为60 oC和70 oC时,DHT模型所得极化曲线与实验所得极化曲线间的误差为2.18%和3.58%;（2）相对湿度对稳态响应和动态响应的影响存在差异;在稳态工况下提高相对湿度更有助于改善氢离子传导路径中水平衡状态,提高了质子传导率;而改变阳极相对湿度对电流密度的分布影响不大;在动态工况下当相对湿度和加载幅度耦合时,提高阳极侧相对湿度,跨膜的平均水含量的最大值和最小值的差值在增大、平均水含量呈现下降趋势且增加了其分布的不均匀性,当阳极侧相对湿度为50%和100%时,加载前后的差值依序分别为2.9和3.1,3和4.2,此外还对跨膜的电流密度分布有显著的影响,加湿程度越高,电流密度分布更加不均匀,由此可以得知,加载时增加阳极侧相对湿度并没有对改善氢离子传导路径中水平衡状态发挥积极的作用;可作为PEMFC加载过程中水管理的设计和控制依据;（3）基于稳态和瞬态的研究结果,研究了运行温度为60 oC下不同的阳极相对湿度对流道内氢气浓度和水蒸气浓度的变化影响规律并解释分析了能量效率的变化趋势。能量效率随着相对湿度的增加而增加;当运行温度为60 oC,相对湿度为100%,功率密度增加到110.9m W·cm-2时,所能达到最大的能量效率为46.88%。