在氢能产业助力实现“碳达峰、碳中和”目标的过程中,质子交换膜燃料电池凭借其自身所具有的零碳排放、能量转换效率高、系统可靠性高等优点,受到了广泛的研究和应用。质子交换膜燃料电池的模型对于研究其性能具有重要指导意义,同时工作温度作为影响燃料电池输出性能和耐久性的关键参数,需要设计合理的温度控制算法,保证燃料电池的高效和稳定工作。本文利用机理建模和经验建模结合的方法,建立了质子交换膜燃料电池的集总参数模型,包括电堆输出电压模型、阴极气体流量模型、阳极气体流量模型、质子交换膜水传输模型和产热模型,该模型可以仿真燃料电池电堆的静态和动态特性。利用Simulink/Simscape平台搭建了燃料电池模型,燃料电池电堆实验通过自主搭建的实验平台进行,模型仿真结果和实验数据的最大误差不超过10%,在误差允许的范围内验证了模型的准确性。基于所建立的燃料电池模型,仿真并分析了负载电流变化条件下状态参数的动态响应,并在不同工作温度下对燃料电池的输出性能进行比较,分析了工作温度对燃料电池的影响。对燃料电池进行产热分析,建立了冷却系统模型,包括电堆内部冷却水换热模型、水箱模型和散热器模型,为后续控制算法的设计奠定了基础。针对燃料电池在工作中的温度控制问题,本文提出了基于线性变参数模型预测控制（Linear Parameter-Varying Model Predictive Control,简称LPV-MPC）的温度控制算法。算法的仿真通过MATLAB/Simulink实现,LPV-MPC算法与传统的PI控制算法相比较而言,温度的动态响应时间更短,为20s左右,稳态误差小于0.2℃,可以更好地满足燃料电池工作温度控制的性能目标。结果显示LPV-MPC算法将整个温度控制过程维持在最优控制下,能够克服产热扰动,并且可以满足系统的实际约束,更具理论意义与实用价值。