近年来,随着国家“双碳”目标的号召,氢燃料电池汽车的发展如火如荼。其中,质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）具有能够在低温环境下运行,冷启动速度快,膜的耐腐蚀性强、使用寿命长等优点而被广泛应用。除此之外,PEMFC不受卡诺循环的限制,再加上我国拥有丰富的工业副产氢。因此,PEMFC是具有更加广阔发展空间的一种燃料电池。PEMFC的工作温度范围一般为60℃～80℃。所以,PEMFC在工作时,与环境周围温度相差并不大,这就造成了PEMFC的热负荷比较大,单位时间内会造成热量的累积。此时,温度过高会影响电堆内部的物质传输,导致质子交换膜缺水,会对PEMFC的膜造成不可逆的伤害,降低使用寿命,所以需要对电堆进行快速的冷却,但是如果温度过低又会导致电堆内部催化剂的活性下降,使得电堆内部化学反应缓慢进行,会影响PEMFC的输出性能。而在PEMFC内部温度达到目标温度以后,由于冷却系统的循环水泵和散热风扇之间控制存在耦合会造成目标温度的波动,从而导致输出性能的波动。所以,设计一种高效可靠的PEMFC冷却控制系统对于提高PEMFC输出性能、延长其使用寿命具有重要的作用。因此,本文对PEMFC冷却系统及其控制策略进行了研究,旨在加快PEMFC温度的调节时间,减小负载变化时温度控制的波动,具有重要的理论意义和实际价值。本文首先搭建了电堆的半机理半经验电压模型,并通过实验平台进行验证。根据所搭建的电堆模型研究了电堆的温度特性,仿真结果表明:在不同温度40℃、50℃、60℃、70℃下,电堆的输出电压呈线性方式增大,此时负载电流不变,所以电堆的输出功率也随之增大。然后,在明确PEMFC冷却系统的设计要求之后,对PEMFC的冷却系统进行了改进,将传统的蜡式节温器改成具有延迟模块的电子节温器,并将散热器改为带有风扇的换热器,实现大小循环冷却系统和内外循环冷却系统的结合,重新设计的冷却系统具有低温环境和中高温环境两种工作模式。根据PEMFC的工作原理,对其进行了热平衡分析,得到热平衡方程。通过MATLAB/Simulink平台依次搭建了热传递模型、散热器模型、水泵模型、分流阀模型,最终整合为PEMFC的冷却系统模型。基于所搭建的模型,提出了流量跟随电流的前馈控制策略来减轻水泵和散热器的耦合控制,并通过PID算法、模糊PID算法以及MPC算法来进行反馈控制,经过仿真分析,最终确定了通过流量跟随电流的前馈以及MPC算法反馈来对水泵流量进行控制,通过PID算法反馈对散热器风扇开度进行控制的策略。最后,建立了电堆测试平台的Simulink模型,并在验证所建模型的可信度以后,将利用流量跟随电流的前馈策略加上MPC算法反馈得到的PEMFC入口冷却液温度和水泵流量的查表模块加入到电堆测试平台的Simulink模型中进行仿真验证。实验结果表明,在瞬态负载加载时,查表模块与PID模块下的温度控制相比,两者的超调量相差不大,但是前者的调节时间更短,调节时间加快了10.4%。在稳态负载变化时,相比PID算法,查表模块下电堆的入口冷却液温度波动减小了16.7%,调节时间加快了71.8%,实现了温度的优化控制,提高了电堆的输出性能。