随着社会经济的迅猛发展,人类对石油煤炭等不可再生能源的消耗日益增多,探索和开发氢能等可再生能源已成为当下研究的重点。质子交换膜燃料电池（PEMFC）因其可再生、效率高、无污染等优点成为了应用最广泛的燃料电池之一。针对传统PEMFC温度和湿度控制难,从而引起电池性能不佳的问题,本文建立了 PEMFC动态水热管理系统,提出了基于自抗扰控制（ADRC）方法的湿度控制策略和基于多输入多输出（MIMO）模糊控制的温湿度瞬态协同控制策略;此外,提出了一种用于预测PEMFC电堆寿命和衰减过程的衰减模型,进行了热力学经济性能分析。本文主要研究内容如下:首先,建立了 5KW PEMFC电堆的动态模型,包括水管理模型、热管理模型、电压模型和膜水合模型,并用实验数据进行验证分析。讨论了不同湿度和温度对PEMFC输出电压的影响。结果表明:当湿度为100%,温度为343K时,电堆的输出电压最高。然后,提出了一种基于自抗扰控制的PEMFC湿度控制方法。针对PEMFC非线性强、参数不确定等导致湿度控制难的问题,利用具有消除和减少系统不确定性等特点的自抗扰控制器对PEMFC进行湿度控制,与模糊PID湿度控制以及PID湿度控制方法进行对比分析。研究显示,自抗扰湿度控制下的PEMFC的发电效率比传统PID和模糊PID控制分别高出2.36%和1.48%。再次,提出了一种基于MIMO模糊策略的PEMFC温湿度瞬态协同控制方法。在PEMFC湿度控制模型的基础上,引入MIMO模糊控制器应用到PEMFC的温湿度瞬态协同控制,比较了在负载和其他参数扰动下,温湿度协同控制与传统的温度控制、湿度控制性能。结果表明,提出的基于MIMO模糊控制的温湿度协同瞬态控制具有良好的动态响应,输出电压比传统的PID湿度控制提升4.2%,比传统的PID温度控制提升3.1%。最后,提出了一种用于预测PEMFC电堆寿命和衰减过程的衰减模型。研究了 PEMFC电堆在整个使用寿命中的热力学和经济学性能。结果表明,高工作电流密度加速了 PEMFC的衰减,缩短了 PEMFC电堆的寿命。随着电流的增加,单电池衰减速率上升到4.87 × 10-5V h-1,寿命缩短25.9%。在80A时,电堆的电效率可达38.3%。此外,随着衰减速率的提高、燃料消耗和总成本的增加,电堆的平均成本最低可达17.6 $ h-1。