本发明公开了一种基于模型的质子交换膜燃料电池温度解耦控制方法。包括：建立燃料电池的温度机理模型并作为电堆冷却水出口温度模型；建立散热器的温度机理模型并作为电堆冷却水进口温度模型；从而建立电堆冷却水进出口温度的状态空间模型，基于状态空间模型建立以同时控制电堆冷却水进出口温度为控制目标的控制器，控制器通过调节水泵、冷却风扇的PWM控制信号对电堆冷却水进出口温度进行解耦控制，使得电堆冷却水进出口温度为预设期望温度。本发明解决了燃料电池冷却水进出口温度的耦合难以同时控制问题，并通过相应的控制方法完成了电堆进出口水温实时的温度控制，对改善燃料电池热分布以及提高热管理有效性有着重要作用。