燃料电池被认为是一种颠覆性技术,它直接将储存在氢气中的化学能通过电化学反应转化为电能。其中质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）凭借其高效、低噪声、零排放和能量密度高等优势在可再生发电领域备受关注与青睐。空冷型PEMFC将氧气供应系统与冷却系统集成在一起,较水冷型PEMFC缩减了外围增湿设备,从而具有更为精简的系统结构,在小型备用电源与无人机等领域具有良好的应用前景和优势。但空冷PEMFC系统存在可控变量少、水热管理高度耦合以及温度难以精确控制等问题,致使其在实际运行过程中具有较低的可靠性和稳定性,进而阻碍了其大范围商业化进程。良好的热管理系统和精准的温度调控对于提升燃料电池性能、延长寿命和加速商业化具有重要理论与现实意义。因此本文将围绕空冷型PEMFC热管理系统与温度控制策略展开以下研究:首先,通过实验探究了空冷型PEMFC热管理系统工作特性与燃料电池温度特性。基于对轴流风扇工作特性的研究,确定好其风扇转速、工作区域和工作方式,为后续风扇控制提供有力支撑。设计温度特性实验,基于实验结果获得了燃料电池最佳运行温度与负载电流的对应关系。最后采用热成像技术探究了燃料电池内部温度的分布及演变过程,为热管理系统建模与温度控制策略设计提供理论和实验数据支撑。然后,基于温度特性实验数据与空冷燃料电池反应机理,构建质子交换膜燃料电池热管理系统动态模型,该模型由输出电压模型与温度模型组成。在空冷燃料电池测试平台上设计温度动态响应实验对模型进行验证,所获得的输出电压平均误差为0.1V,输出温度平均误差为0.0126℃,结果表明,所提出的输出电压模型与温度模型能够有效预测电堆输出电压与温度,为温度控制策略研究提供模型基础。最后,以空冷燃料电池输出性能最优为目标,提出一种燃料电池最优温度控制策略。基于空冷燃料电池热管理系统动态模型以及负载电流与最佳温度之间的关系,分别设计自抗扰与模型预测控制器。在Simulink中搭建控制器仿真模型,并采用实验来验证控制器的控制效果。结果表明,两种控制器都能使燃料电池工作温度快速平稳地逼近目标温度值,模型预测控制器较自抗扰控制器具有更好的响应特性以及动态性能。