氢燃料电池汽车作为我国新能源汽车行业的重点发展路线之一,一直广泛受到国家政策支持与业内关注。工作温度对燃料电池的输出性能、寿命有重要影响,是研究的热点问题,但目前研究多聚焦于燃料电池正常运行时,对于启动过程中的出现的温度波动问题与经济性问题缺乏研究,因此研究燃料电池动力系统启动过程的温度控制策略具有重要理论和现实意义。第一,本文从燃料电池温度特性、散热回路模型和控制策略研究等方面介绍了PEMFC热管理系统的研究现状。设计搭建了开放式燃料电池动力系统实验台架,将启动过程温度控制分为三个阶段,分别进行了温度特性试验,并分析了电堆输出性能与温度的关系。第二,通过工作原理与实验数据建立了散热回路各主要部件的模型,通过Simulink仿真与实际实验结果验证了模型的准确性。基于该模型分别建立了循环转换阶段的误差线性模型与散热阶段的系统辨识模型,分别对两个阶段进行了模型预测控制器设计,在仿真中验证了控制器的稳态与动态性能,并与PI控制器进行对比。规划了平滑的参考轨迹,使温度可以平稳的过渡到下一个设定工作温度。第三,分析了燃料电池动力系统在升温过程中的能量损失,建立了系统中主要部件的能耗模型,提出了升温时间约束下的能效最优升温问题,利用动态规划算法求得能效最优升温路径,并对结果进行分析。