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质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于其工作温度适中、能量转换效率高、便携等优点，被认为是车载动力装置的理想动力源。与传统内燃机相比，燃料电池的耐久性是制约质子交换膜燃料电池商业化的重要因素之一。因此，关于如何解决车用燃料电池耐久性的问题的研究迫在眉睫。通过燃料电池耐久性实验研究分析出燃料电池的衰退规律对于解决燃料电池耐久性难题具有重要意义。因此本文基于上述研究背景，建立了基于耐久性实验研究的燃料电池分析研究方法，包括燃料电池性能衰退量化分析研究与电压衰退预测模型，可用于燃料电池的在线寿命预测评估。
为了实现对燃料电池在车载条件下的衰退分析与预测，本文以商业化PEMFC单电池为实验研究对象，采用燃料电池动态工况(Fuel cell – durability load cycle,FC-DLC)进行了500小时耐久性实验。在进行耐久性实验之前，利用正交实验法对燃料电池最佳运行条件进行了实验研究。针对电池温度、氢气相对湿度、空气相对湿度、空气反应计量比以及反应气体背压五个影响因素设置了L18(37)的正交实验。正交实验结果的极差分析与方差分析表明本实验中燃料电池的最佳运行参数为：电池温度85℃，氢气相对湿度(RH)50%，空气相对湿度(RH)80%，空气计量比3.5，阴极和阳极气体背压均为110。此外，正交结果分析还表明，在五个考察因素中电池温度和反应气体背压对电池输出性能有显著影响。
在耐久性实验的基础上，对实验中收集的实验数据进行了系统的分析研究，给出了耐久性实验过程中燃料电池的衰退规律结果。极化曲线结果以及电压衰退曲线结果中均表明在第一个50小时实验阶段，燃料电池性能衰退较多(约6.34%)，但在之后的耐久性实验过程中，燃料电池的可恢复性衰退效应开始显现，后期电池性能衰退减缓。在极化曲线结果分析中，主要对活化极化、欧姆极化以及浓差极化三个区的电压衰退进行了拟合分析。结果表明欧姆极化区的电压线性衰退趋势最为明显，而活化极化区和浓差极化区呈现出非线性变化趋势，说明耐久性实验过程中的可恢复性衰退因素对其影响较大，使得不同耐久性阶段的电压值出现周期性波动。
紧接着对燃料电池耐久性实验过程中的可恢复性衰退与不可恢复性衰退现象进行了定量分析研究。首先针对耐久性实验中停机休整前后共5组极化曲线进行了对比分析。通过三个极化区域的导数电阻Rdiff结果分析表明燃料电池的可恢复性衰退对活化极化区影响较大。根据FC-DLC工况特性，提取了500小时耐久性实验过程中35.6A(额定功率点，1.424Acm-2)以及29.65A(1.186 A cm-2 )工况点对应的电压值，进行衰退曲线拟合，结果表明29.65A对应的电压衰退率高于35.6A。为了进一步定量分析燃料电池耐久性实验过程中的可恢复性衰退规律，引入了复合电压衰退方程yi(t)=αi-βi(t-ti)+γiexp(-λi(t-ti))对整个实验过程中的电压衰退进行拟合分析。对29.65A处对应的电压分析结果表明，在实验过程中指数衰退系数λi呈上升趋势，而线性衰退系数βi变化较复杂。
实验中分别对1.5、2.5、5、10、20、25、45A七个工况点进行了电化学阻抗谱测试，并利用对应的等效电路对结果进行拟合分析。分析结果表明在低电流密度区活化动力学是主要影响因素，而在高电流密度区传质极化成为主要极化因素。在耐久性实验后期，阻抗谱中传质区对应的弧开始减小，表明电池的传质得到了改善。由循环伏安测试数据计算求得实验中阴极催化剂活性面积，拟合得到复合衰退方程：A(t)=27.42exp(-0.0006268*t)+12.16exp(-0.01738*t)。
最后，基于前述实验分析，建立了基于自适应模糊神经推理系统(ANFIS)的电压衰退模型。根据时序电压衰退规律，引入了移动窗口策略，与ANFIS模型结合，完成了500小时电压衰退预测。通过50h、100h以及200h三种时间窗口分别进行了模型预测，均得到了较好的预测效果，充分论证了ANFIS预测模型的高精度和普适性。
为了实现对燃料电池在车载条件下的衰退分析与预测，本文以商业化PEMFC单电池为实验研究对象，采用燃料电池动态工况(Fuel cell – durability load cycle,FC-DLC)进行了500小时耐久性实验。在进行耐久性实验之前，利用正交实验法对燃料电池最佳运行条件进行了实验研究。针对电池温度、氢气相对湿度、空气相对湿度、空气反应计量比以及反应气体背压五个影响因素设置了L18(37)的正交实验。正交实验结果的极差分析与方差分析表明本实验中燃料电池的最佳运行参数为：电池温度85℃，氢气相对湿度(RH)50%，空气相对湿度(RH)80%，空气计量比3.5，阴极和阳极气体背压均为110。此外，正交结果分析还表明，在五个考察因素中电池温度和反应气体背压对电池输出性能有显著影响。
在耐久性实验的基础上，对实验中收集的实验数据进行了系统的分析研究，给出了耐久性实验过程中燃料电池的衰退规律结果。极化曲线结果以及电压衰退曲线结果中均表明在第一个50小时实验阶段，燃料电池性能衰退较多(约6.34%)，但在之后的耐久性实验过程中，燃料电池的可恢复性衰退效应开始显现，后期电池性能衰退减缓。在极化曲线结果分析中，主要对活化极化、欧姆极化以及浓差极化三个区的电压衰退进行了拟合分析。结果表明欧姆极化区的电压线性衰退趋势最为明显，而活化极化区和浓差极化区呈现出非线性变化趋势，说明耐久性实验过程中的可恢复性衰退因素对其影响较大，使得不同耐久性阶段的电压值出现周期性波动。
紧接着对燃料电池耐久性实验过程中的可恢复性衰退与不可恢复性衰退现象进行了定量分析研究。首先针对耐久性实验中停机休整前后共5组极化曲线进行了对比分析。通过三个极化区域的导数电阻Rdiff结果分析表明燃料电池的可恢复性衰退对活化极化区影响较大。根据FC-DLC工况特性，提取了500小时耐久性实验过程中35.6A(额定功率点，1.424Acm-2)以及29.65A(1.186 A cm-2 )工况点对应的电压值，进行衰退曲线拟合，结果表明29.65A对应的电压衰退率高于35.6A。为了进一步定量分析燃料电池耐久性实验过程中的可恢复性衰退规律，引入了复合电压衰退方程yi(t)=αi-βi(t-ti)+γiexp(-λi(t-ti))对整个实验过程中的电压衰退进行拟合分析。对29.65A处对应的电压分析结果表明，在实验过程中指数衰退系数λi呈上升趋势，而线性衰退系数βi变化较复杂。
实验中分别对1.5、2.5、5、10、20、25、45A七个工况点进行了电化学阻抗谱测试，并利用对应的等效电路对结果进行拟合分析。分析结果表明在低电流密度区活化动力学是主要影响因素，而在高电流密度区传质极化成为主要极化因素。在耐久性实验后期，阻抗谱中传质区对应的弧开始减小，表明电池的传质得到了改善。由循环伏安测试数据计算求得实验中阴极催化剂活性面积，拟合得到复合衰退方程：A(t)=27.42exp(-0.0006268*t)+12.16exp(-0.01738*t)。
最后，基于前述实验分析，建立了基于自适应模糊神经推理系统(ANFIS)的电压衰退模型。根据时序电压衰退规律，引入了移动窗口策略，与ANFIS模型结合，完成了500小时电压衰退预测。通过50h、100h以及200h三种时间窗口分别进行了模型预测，均得到了较好的预测效果，充分论证了ANFIS预测模型的高精度和普适性。