DE102007050856A1

DE102007050856A1 - Brennstoffzellenstartoptimierung

Info

Publication number: DE102007050856A1
Application number: DE102007050856A
Authority: DE
Inventors: Steven R. Falta
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2027-10-25
Also published as: US20080102326A1; US7867642B2; DE102007050856B4

Abstract

Verfahren zum Start eines Brennstoffzellenstapels bei Bedingungen unter Null, das Startzeiten minimiert, während eine Zellenumkehr vermieden wird, indem ein iteratives Modell verwendet wird, um das optimale Stromdichte-Zeit-Profil zum Start zu bestimmen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für ein Brennstoffzellensystem. Insbesondere ist die Erfindung auf ein verbessertes Verfahren zum Start eines Wasserstoff-Brennstoffzellensystems bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts gerichtet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei Brennstoffzellen, die für Kraftfahrzeugzwecke geeignet sind, ist es wichtig geworden, dass die Brennstoffzellen schnell Vollleistung erreichen. Brennstoffzellenstarts unterhalb des Gefrierpunkts haben Schwierigkeiten beim schnellen Erreichen eines geeigneten Leistungsniveaus.
Elektrochemische Brennstoffzellen wandeln Brennstoff und Oxidationsmittel in Elektrizität, ein Reaktionsprodukt (wie Wasser in dem Fall einer wasserstoffbelieferten und sauerstoffoxidierenden Brennstoffzelle) und Wärme um. Die Brennstoffzelle besitzt typischerweise eine Membranelektrodenanordnung ("MEA"), die den Brennstoff von dem Oxidationsmittel trennt, und die MEA stellt den Ort dar, an dem die Reaktionen stattfinden. Diese Membran enthält typischerweise einen Katalysator und muss hydratisiert werden, um zu funktionieren. Das Wasser zum Hydratisieren der Membran wird an der Oxidationsmittelseite gebildet und kann sich ansammeln, wenn der Stapel bei einer relativen Feuchte von über 100% betrieben wird. Bei Gefrierbedingungen kann dieses angesammelte Wasser Brennstoffzellenstarts behindern und einen Schaden an der Brennstoffzel le bewirken. Aus diesem Grund wird eine Kraftfahrzeug-Brennstoffzelle manchmal unter Verwendung einer Gasspülung getrocknet, wenn das System abgeschaltet wird. Damit jede der mehreren Zellen, die der Brennstoffzellenstapel umfasst, effektiv bleibt, muss die Gasspülung eine ausreichende Menge an Wasser entfernen, während der Membran ausreichend Hydratisierung belassen wird, um einen Start einer Brennstoffzelle zu ermöglichen. Wenn die Spülung nicht effektiv ist, lässt sie die Zelle entweder zu trocken oder zu feucht zurück.
Eines der Probleme, wenn eine Brennstoffzelle zu feucht zurückgelassen wird, besteht darin, dass eine oder beide Seiten einer MEA mit Eis bedeckt werden können, wodurch verhindert wird, dass Brennstoff und Oxidationsmittel die MEA erreichen und an dieser reagieren. Dies würde einen Start der Brennstoffzelle verhindern. Sogar wenn die MEA nur teilweise bedeckt ist, kann das erzeugte Wasser gefrieren und den Rest der MEA bedecken, wenn nicht ausreichend Wärme erzeugt wird, um die Zelle aufzutauen. In jedem Fall verlangsamt Eis, das einen Teil der MEA bedeckt, einen Brennstoffzellenstart.
Ein anderes Problem mit einem Start unterhalb des Gefrierpunkts besteht darin, dass Wasser gefrieren und die Brennstoff- oder Oxidationsmittelversorgung blockieren kann. Wenn das Wasser gefriert und die Kanäle blockiert, von denen angenommen wird, dass sie das Wasser entfernen, wird die Brennstoffzelle geflutet, wodurch das Erreichen der Membran durch den Brennstoff und/oder das Oxidationsmittel gestoppt wird und der Brennstoffzellenbetrieb gestoppt wird.
Ein Weg, um sicherzustellen, dass eine Brennstoffzelle bei Gefriertemperaturen starten kann, besteht darin, ihre Kanäle bei Abschaltung zu spülen, so dass kein Eis die Kanäle verstopfen oder die Membran bedecken und einen Start der Brennstoffzelle verhindern kann.
Wenn die Brennstoffzelle zu trocken ist, ist die Membranleitfähigkeit nicht ausreichend, um zu ermöglichen, dass die Brennstoffzelle bei großen Lasten arbeitet. In diesem Fall kann kein Schnellstart erreicht werden, und ein Betrieb wird so lange beschränkt, bis die Stapeltemperatur ansteigt und/oder die Membran während des Betriebs ausreichend hydratisiert wird.
Während eines Brennstoffzellenstarts wird Leistung von dem Stapel auf Grundlage des Bedarfs des Systems angefordert. Diese Leistung wird durch Steuerung der Stromdichte während des Starts auf Grundlage einer Zellenspannung erreicht. Die Zellenspannung ist eine Funktion der Stromdichte und der Membranleitfähigkeit, die durch die Temperatur und die Hydratisierung gesteuert wird. Um die Leistungsanforderung zu erfüllen, variiert eine Stromdichte über die Zeit, wenn die Temperatur wie auch die Zellenhydratisierung zunehmen. Jedoch ist aufgrund von Systembeschränkungen die maximale Stromdichte auf Grundlage der minimalen Zellenspannung, bei der das System arbeiten kann, begrenzt. Die Aufgabe eines Starts besteht darin, die angeforderte Leistungsanforderung so schnell wie möglich zu erreichen, während derartige Systembeschränkungen erfüllt werden. Auf Grundlage der Startbedingungen kann die Stromdichte während des Starts optimiert werden, um dies zu erreichen. Unter einem Stromdichte-Zeit-Profil versteht man, wie sich die Stromdichte über die Zeit während des Starts ändert. Die Steigungsrate bzw. -geschwindigkeit beschreibt, wie schnell das Stromdichte-Zeit-Profil ansteigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Weg, um ein Erreichen eines geeigneten Leistungsniveaus zu beschleunigen, besteht darin, dass die Brennstoffzelle Gebrauch von einem Stromdichte-Zeit-Profil macht, das zur Folge hat, dass die Zelle ihre Spannung beim Start niedrig hält, so dass eine größere Wärmemenge erzeugt wird. Diese zusätzliche Wärme kann die Zelle in Richtung eines Erreichens normaler Betriebstemperaturen antreiben, bei denen höhere Wirkungsgrade erreicht werden können. Die Probleme mit einem Niederhalten der Spannung umfassen die Gefahr einer Zellenumkehr, die den Stapel beschädigen kann, und den Spannungsbedarf an die Leistungselektronik während des Starts, der eine Beibehaltung einer minimalen Spannung erfordern kann.
Diese Erfindung behandelt die Probleme, die potentiell durch Niederspannungsniveaus bewirkt werden, indem ein Verfahren vorgesehen wird, um die schnellste Startzeit zu erreichen, während eine durchschnittliche und minimale Zellenspannung begrenzt werden. Dies wird durch Verwendung eines Modells gemacht, um ein Stromdichte-Zeit-Profil zu bestimmen, das das Ziel eines Schnellstarts am besten erreicht, ohne den Brennstoffzellenstapel zu beschädigen oder einen minimalen Spannungsbedarf für der Leistungselektronik zu vernachlässigen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen wie auch andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich, in welchen:
1 ein Schaubild ist, das die Spannungs-, Stromdichte- und Leistungskennlinien eines repräsentativen Gefrierstarts einer Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Schaubild ist, das die Spannungskennlinien in Abhängigkeit von Stromprofilen zeigt, die durch verschiedene Steigungsraten während eines Brennstoffzellenstarts erzeugt werden;
3 ein Schaubild ist, das ein Stromdichteprofil während eines Brennstoffzellenstarts zeigt;
4 ein Schaubild des Einflusses des Stromprofils auf die Startzeit und die minimale Spannung ist;
5 ein Schaubild der Startzeit in Abhängigkeit von der Starttemperatur ist; und
6 ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Brennstoffzellenstartoptimierung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die folgende detaillierte Beschreibung und die angefügten Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen dazu, den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen und anzuwenden, und sind nicht dazu bestimmt, den Schutz umfang der Erfindung auf irgendeine Weise einzuschränken. In Bezug auf die offenbarten Verfahren sind die dargestellten Schritte beispielhafter Natur, und somit ist die Reihenfolge der Schritte nicht notwendig oder kritisch.
Die Erfindung gemäß der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Start eines Brennstoffzellenstapels dar, wenn dieser sich bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts befindet. Es müssen drei Faktoren in Ausgleich gebracht werden, wenn ein Brennstoffzellenstapel, der sich unterhalb des Gefrierpunkts befindet, gestartet werden soll.
Ein Faktor besteht darin, dass es möglich ist, ein Stromdichte-Zeit-Profil mit einer schnellen Steigungsrate zu verwenden, die während des Starts geringere Spannungen erzeugt, wodurch bewirkt wird, dass der Brennstoffzellenstapel weniger effizient Elektrizität erzeugt und effizienter Wärme erzeugt. Diese gesteigerte Wärmeproduktion kann den Brennstoffzellenstapel zum Betrieb bei einer Temperatur oberhalb des Gefrierpunkts antreiben, bei denen er effizienter funktionieren kann.
Ein zweiter Faktor besteht darin, dass, wenn die Spannung in dem Brennstoffzellenstapel zu niedrig ist, bewirkt werden kann, dass eine Zelle eine Brennstoffzellenumkehr erleidet, wodurch ein Schaden an dem Stapel bewirkt wird.
Ein dritter Faktor besteht darin, dass für die zugeordnete Leistungselektronik während des Starts eine minimale Spannung beibehalten werden soll.
Für Kraftfahrzeugbrennstoffzellen erwartet der Verbraucher eine Startleistung, die mit der des Verbrennungsmotors vergleichbar ist. Dies impli ziert, dass eine Brennstoffzelle in der Lage sein muss, Vollleistung in weniger als 30 Sekunden sogar bei Temperaturen unter Null zu erreichen. Zusätzlich muss bei einem Start die Brennstoffzellenspannung begrenzt werden, um den Bedarf der Leistungselektronik zu erfüllen und eine Zellenumkehr zu verhindern, die den Stapel beschädigen kann. Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren vor, um die schnellste Startzeit zu erreichen, während eine minimale Zellenspannung begrenzt wird.
1 zeigt ein Schaubild eines repräsentativen Gefrierstarts von –25°C. Die Aufgabe dieses Starts besteht darin, eine spezifische Leistungsdichte so schnell wie möglich zu erreichen – in diesem Fall 0,5 W/cm². Hierbei befindet sich die durchschnittliche Zellenspannung gut über dem zulässigen Minimum von 0,4 V. Bei einem Start wird diese Spannung durch die Stromdichte und die Membranleitfähigkeit gesteuert, wobei die Leitfähigkeit eine Funktion der Membranhydratisierung und Temperatur ist. Für eine gegebene Anfangstemperatur und Membranhydratisierung kann eine Startleistung von Brennstoffzellen durch das Stromdichte-Zeit-Profil gesteuert werden. Typischerweise wird der Einfachheit halber ein lineares Zeitprofil verwendet; jedoch stellt dies keine Einschränkung dar, und es können viele Profile verwendet werden. Insbesondere ist es möglich, ein Profil zu optimieren oder zuzuschneiden, um eine Startzeit zu minimieren, während gleichzeitig ein Zellenspannungsabfall begrenzt wird.
Die Gefrierstartleistungsfähigkeit einer Brennstoffzelle kann unter Verwendung eines Modells vorhergesagt werden. Dieses Modell sagt eine Zellentemperatur, Spannung und Membranhydratisierung vorher. Die erforderliche Eingabe ist eine anfängliche Membranhydratisierung, Stapeltemperatur und ein Stromdichte-Zeit-Profil. Ein Beispiel des Einflusses der Änderung des Stromdichteprofils auf die Startzeit ist in 2 gezeigt. Hierbei wird ein Potenzgesetz verwendet, um Stromdichte-Zeit-Profile festzulegen, oder genauer variiert die Stromdichte mit der n-ten Potenz der Zeit (Zeitⁿ). Je kleiner der Wert von n (<1) ist, um so schneller ist die anfängliche Steigungsrate, und umgekehrt, je größer der Wert von n (>1) ist, um so langsamer ist die anfängliche Steigungsrate. In 2 nimmt, wenn die anfängliche Steigungsrate erhöht ist, die minimale durchschnittliche Zellenspannung ab.
3 zeigt den Einfluss der Erhöhung der anfänglichen Steigungsrate auf die Startzeit. Wenn die Rate zunimmt, nimmt die Startzeit ab. Dies resultiert aus der geringeren Spannung, die den Wärmeeingang zu dem Stapel und somit die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung steigert. Mit der in den 2 und 3 gezeigten Information kann ein Stromdichteprofil gewählt werden, das den schnellsten Start bereitstellen kann, während eine minimale Spannung beschränkt wird.
In 4 ist der Einfluss der anfänglichen Steigungsrate auf die Startzeit und die minimale Zellenspannung gezeigt. Beispielsweise ist für eine minimale Spannung von 0,4 V eine Startzeit von weniger als 10 Sekunden mit Potenzen von n im Bereich von 0,58-0,75 erreichbar. Aus 5 kann eine ähnliche Bewertung für verschiedene Starttemperaturen gemacht werden. Es ist offensichtlich, dass über –28°C 10 Sekunden-Gefrierstarts möglich sind und unterhalb –28°C nicht erreicht werden können.
Ein optimierter Ausgleich der drei Faktoren, wie oben beschrieben ist, wird in einem Brennstoffzellenstapel-Steuersystem durch Verwendung eines Modells implementiert, um sowohl die durchschnittliche Brennstoffzellenleistungsfähigkeit (die in die Brennstoffzellenstapelleistungsfähigkeit durch Multiplikation der durchschnittlichen Leistungsfähigkeit mit der Anzahl von Zellen in dem Stapel umgewandelt werden kann) als auch die Leistungsfähigkeit derjeinigen Brennstoffzelle vorherzusagen, die in Bezug auf eine Brennstoffzellenumkehr am anfälligsten ist (diejenige Brennstoffzelle mit der geringsten anfänglichen Hydratisierung der Brennstoffzellenmembran). Damit das Modell bestimmen kann, wie eine Brennstoffzelle auf einen Start unter Gefrierbedingungen anspricht, benötigt es die anfängliche Brennstoffzellenmembranhydratisierung, die Brennstoffzellenstapeltemperatur wie auch ein Stromdichte-Zeit-Profil. 6 ist ein Flussdiagramm für das Verfahren zur Brennstoffzellenstartoptimierung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Brennstoffzellenmembranhydratisierung für jede Zelle in dem Stapel wird an dem Ende der Stapelspülung (Schritt 10) während des Abschaltens des Stapels (Schritt 14) bestimmt. Dies wird beispielsweise dadurch gemacht, dass entweder das Spannungsansprechen oder der Hochfrequenzwiderstand (HFR) jeder Zelle bei einem Schritt 12 gemessen wird. Sowohl die Bestimmung der geringsten Brennstoffzellenmembranhydratisierung (Schritt 16) als auch der durchschnittliche Wert der Brennstoffzellenmembranhydratisierung (Schritt 18) werden zur Verwendung beim Start gespeichert.
Beim Start wird die Stapeltemperatur gemessen (Schritt 20). Das Brennstoffzellenleistungsfähigkeitsmodell verwendet die gespeicherte Hydratisierungsinformation, die Stapeltemperatur sowie ein Standard-Stromdichte-Zeit-Profil (Schritt 22), um vorherzusagen, wie die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle sein wird, was umfasst, wie die durchschnittliche Spannung (Vavg) und die minimale Spannung (Vlow) dieser Brennstoffzelle sein werden (Schritt 24). Das Ziel besteht darin, die schnellste Startzeit zu erreichen, während eine minimale Zellenspannung begrenzt wird. Vavg wird gegenüber einem minimalen durchschnittlichen Spannungspegel (Min Vavg) geprüft, der während des Starts erforderlich ist, um sicherzustellen, dass die Spannung hoch genug ist. Vlow wird gegenüber einem minimalen niedrigen Spannungspegel (Min Vlow) geprüft, um sicherzustellen, dass dieses Stromdichteprofil keine Zellenumkehr bewirkt. Wenn einer der Werte niedrig ist (Schritt 26, Ja), wird die Steigungsrate des Stromdichte-Zeit-Profils reduziert (Schritt 28), und die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzellen wird neu berechnet und neu geprüft (Schritt 22). Dieser Prozess der iterativen Verringerung der Steigungsrate dauert so lange an, bis beide minimalen Spannungen erfüllt sind.
Wenn beide Anforderungen der minimalen Spannung erfüllt sind (Schritt 26, Nein), erfordert das Modell dann, dass Vavg so nahe wie möglich an der minimalen Vavg liegt (Min Vavg + ΔV), während dennoch Vlow größer als die minimale Vlow ist (Schritt 30). Wenn die beiden Anforderungen von Schritt 30 nicht erfüllt sind (Ja), wird die Steigungsrate des Stromdichte-Zeit-Profils erhöht (Schritt 28) und die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzellen wird neu berechnet und neu geprüft (Schritt 22). Dieser Prozess zur iterativen Erhöhung der Steigungsrate dauert so lange an, bis beide Spannungsanforderungen erfüllt sind (Schritt 30, Nein). Dann ist das Startprofil optimiert worden und kann dazu verwendet werden, den Brennstoffzellenstapel zu starten.
Der Einfluss verschiedener Stromdichteprofile auf die Spannung ist in 2 gezeigt. Wenn die anfängliche Steigungsrate erhöht ist, nimmt die minimale durchschnittliche Zellenspannung ab. 3 zeigt den Einfluss der Erhöhung der anfänglichen Steigungsrate auf die Startzeit. Wenn die Rate zunimmt, nimmt die Startzeit ab. Dies resultiert aus der geringeren Spannung, die den Wärmeeingang zu dem Stapel und somit die Rate des Temperaturanstiegs steigert. Mit der in den 2 und 3 gezeigten Information kann das Stromdichteprofil gewählt werden, das den schnellsten Start bereitstellen kann, während eine minimale Spannung begrenzt wird.
Aus der vorhergehenden Beschreibung kann der Fachmann leicht die wesentlichen Charakteristiken dieser Erfindung ermitteln und ohne Ab weichung von ihrem Erfindungsgedanken und Schutzumfang verschiedene Änderungen und Abwandlungen an der Erfindung ausführen, um diese an verschiedene Gebräuche und Bedingungen anzupassen.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Starts eines Brennstoffzellenstapels, um eine minimale Zellenspannung zu begrenzen und eine Startzeit zu optimieren, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: a. eine Stapeltemperatur in Ansprechen auf eine Anforderung nach einem Stapelstart gemessen wird; b. ein Stromdichte-Zeit-Profil auf Grundlage der Stapeltemperatur, einer gespeicherten geringsten Membranhydratisierung und einer gespeicherten durchschnittlichen Membranhydratisierung festgelegt wird; c. eine Spannung wie auch eine Leistungsdichte-Leistungsfähigkeit einer durchschnittlichen Zelle mit der durchschnittlichen Membranhydratisierung und einer geringsten Zelle mit der geringsten Membranhydratisierung berechnet werden; d. wenn die durchschnittliche Zellenspannung geringer als eine vorbestimmte minimale durchschnittliche Spannung ist oder wenn die geringste Zellenspannung kleiner als eine vorbestimmte minimale geringe Spannung ist, eine Steigungsrate reduziert wird und die Schritte b. und c. wiederholt werden; f. wenn die durchschnittliche Zellenspannung größer als die minimale durchschnittliche Spannung plus einer vorbestimmten Größe ist und die geringste Zellenspannung größer als die minimale geringe Spannung ist, die Steigungsrate erhöht wird und die Schritte b. und c. wiederholt werden; und g. wenn die durchschnittliche Zellenspannung in einem Bereich der minimalen durchschnittlichen Spannung plus der vorbestimmten Größe liegt und die geringste Zellenspannung gleich oder größer als die minimale geringe Spannung ist, das Stromdichte-Zeit-Profil verwendet wird, um den Stapel zu starten.
Verfahren nach Anspruch 1, mit den Schritten, dass der Stapel gespült wird, eine Spannung oder ein Hochfrequenzwiderstandsansprechen jeder Zelle des Stapels gemessen wird und eine Membranhydratisierung jeder Zelle auf Grundlage der gemessenen Spannung oder des gemessenen Hochfrequenzwiderstandsansprechens bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, mit einem Schritt zum Identifizieren und Speichern der vorbestimmten geringsten Membranhydratisierung und durchschnittlichen Membranhydratisierung.
Verfahren zum Optimieren einer Startzeit eines Brennstoffzellenstapels, mit den Schritten, dass: a. ein Brennstoffzellenstapel während einer Stapelabschaltung gespült wird; b. eine Spannung oder ein Hochfrequenzwiderstandsansprechen jeder Zelle des Stapels nach dem Spülen gemessen wird; c. eine Membranhydratisierung jeder Zelle auf Grundlage der in dem Schritt b. ausgeführten Messungen bestimmt wird; d. eine geringste Zelle mit einer geringsten Membranhydratisierung identifiziert wird; e. eine durchschnittliche Membranhydratisierung des Stapels bestimmt wird; f. eine Stapeltemperatur in Ansprechen auf eine Anforderung nach einem Stapelstart gemessen wird; g. ein Stromdichte-Zeit-Profil auf Grundlage der Stapeltemperatur, der geringsten Membranhydratisierung und der durchschnittlichen Membranhydratisierung festgelegt wird; h. eine Spannung und eine Leistungsdichte-Leistungsfähigkeit einer durchschnittlichen Zelle mit der durchschnittlichen Membranhydratisierung und der geringsten Zelle mit der geringsten Membranhydratisierung berechnet werden; und i. die Schritte g. und h. wiederholt werden, indem eine Steigungsrate geändert wird, bis die durchschnittliche Zellenspannung in einem Bereich einer minimalen durchschnittlichen Spannung plus einer vorbestimmten Größe liegt und die geringste Zellenspannung gleich oder größer als eine minimale geringe Spannung ist, und dann das Stromdichte-Zeit-Profil verwendet wird, um den Stapel zu starten.
Verfahren nach Anspruch 4, umfassend, dass, wenn die durchschnittliche Zellenspannung kleiner als eine vorbestimmte minimale durchschnittliche Spannung ist oder wenn die geringste Zellenspannung kleiner als eine vorbestimmte minimale geringe Spannung ist, der Schritt i. durch Reduzierung der Steigungsrate ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, umfassend, dass, wenn die durchschnittliche Zellenspannung größer als die minimale durchschnittliche Spannung plus einer vorbestimmten Größe ist und die geringste Zellenspannung größer als die minimale geringe Spannung ist, der Schritt i. durch Erhöhung der Steigungsrate ausgeführt wird.
Verfahren zum Steuern des Starts eines Brennstoffzellenstapels, um die minimale Zellenspannung zu begrenzen und die Startzeit zu optimieren, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: a. ein Brennstoffzellenstapel während einer Stapelabschaltung gespült wird; b. eine Spannung oder ein Hochfrequenzwiderstandsansprechen jeder Zelle des Stapels nach dem Spülen gemessen wird; c. eine Membranhydratisierung jeder Zelle auf Grundlage der in dem Schritt b. ausgeführten Messungen bestimmt wird; d. eine Zelle mit einer geringsten Membranhydratisierung identifiziert wird; e. eine durchschnittliche Membranhydratisierung des Stapels bestimmt wird; f. eine Stapeltemperatur in Ansprechen auf eine Anforderung nach einem Stapelstart gemessen wird; g. ein Stromdichte-Zeit-Profil auf Grundlage der Stapeltemperatur, der geringsten Membranhydratisierung und der durchschnittlichen Membranhydratisierung festgelegt wird; h. eine Spannung und eine Leistungsdichte-Leistungsfähigkeit einer durchschnittlichen Zelle mit der durchschnittlichen Membranhydratisierung und einer geringsten Zelle mit der geringsten Membranhydratisierung berechnet werden; und i. wenn die durchschnittliche Zellenspannung kleiner als eine vorbestimmte minimale durchschnittliche Spannung ist oder wenn die geringste Zellenspannung kleiner als eine vorbestimmte minimale geringe Spannung ist, eine Steigungsrate reduziert wird und die Schritte g. und h. wiederholt werden; j. wenn die durchschnittliche Zellenspannung größer als die minimale durchschnittliche Spannung plus einer vorbestimmten Größe ist und die geringste Zellenspannung größer als die minimale geringe Spannung ist, die Steigungsrate erhöht wird und die Schritte g. und h. wiederholt werden; und k. wenn die durchschnittliche Zellenspannung in einem Bereich der minimalen durchschnittlichen Spannung plus der vorbestimmten Größe liegt und die geringste Zellenspannung gleich oder größer als die minimale geringe Spannung ist, das Stromdichte-Zeit-Profil verwendet wird, um den Stapel zu starten.