DE10392564T5 - Batterie-unterstütztes rapides Anfahren einer gefrorenen Brennstoffzelle - Google Patents

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Abstract

Brennstoffzellensystem, aufweisend:
einen Brennstoffzellenstapel (7), aufweisend eine Mehrzahl von benachbarten Brennstoffzellen, wobei jede Zelle eine Anode mit einem Brennstoffströmungsfeld hat;
eine Brennstoffquelle (13), und
eine Hauptlast (24),
gekennzeichnet durch:
eine Reihenschaltung, aufweisend eine Gleichstromquelle (29) in Reihe mit einer Hilfslast (30), wobei die Quelle und die Last so gewählt sind, dass sie eine anfängliche Stromdichte von mindestens einer vorher bestimmten Größe in dem Brennstoffzellenstapel während des Anfahrens bewirken;
einen Schalter (25), um alternativ entweder die Hauptlast oder die Reihenschaltung über dem Brennstoffzellenstapel elektrisch zu verbinden, und
eine Steuerung (26) zum Bringen von Brennstoff von der Quelle zu den Brennstoffströmungsfeldern und zum anschließenden Bewirken, dass der Schalter die Reihenschaltung über die Brennstoffzelle verbindet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Batterie oder einer anderen Gleichstromquelle, um Strom durch einen gefrorenen Brennstoffzellenstapel zu zwingen, womit bewirkt wird, dass er rasch betriebsbereit wird.
  • Stand der Technik
  • Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlagen werden derzeit zur Verwendung zum Antrieb von Elektrofahrzeugen entwickelt. In nördlichen Gegenden können die Fahrzeuge zeitweise Temperaturen bis zu –30°C ausgesetzt sein. Um erfolgreich beim Antrieb von Fahrzeugen zu sein, muss eine Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage in der Lage sein, mindestens 30% ihrer Nennleistung innerhalb von 20 s nach Initiation des Anfahrens zu erzeugen. Das größte Problem von Brennstoffzellen bei kaltem Wetter ist das Frieren von Wasser, welches benötigt wird, um den Elektrolyten der Polymeraustauschmembran (PEM) feucht zu halten, und welches an der Kathode infolge der elektrochemischen stromerzeugenden Reaktion erzeugt wird. Gefrorenes Wasser blockiert teilweise die Passage der Reaktantengase durch die porösen Trägerplatten, wodurch der elektrochemische Prozess teilweise gehemmt wird. Um dies zu beheben, wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen: Manche dieser Verfahren beziehen sich nur auf das Entfernen von Wasser von der Brennstoffzelle vor dem Abschalten, so dass gefrorenes Wasser beim nächsten Anfahren der Brennstoffzelle kein Problem ist. Beispielsweise schlägt US-Patent 6 358 637 vor, Wasser aus der Brennstoffzelle mit einem Vakuum zu verdampfen, während sie vom Gebrauch noch warm ist, bevor sie zwischen Verwendungen inaktiviert wird. Dieses Verfahren ist jedoch nicht brauchbar in Brennstoffzellen, welche eine poröse Wassertransportplatte verwenden, weil es zu viel Wasser gibt, um es langsam zum Entfernen in die Vakuumströmung verdampfen zu lassen. Da ferner das Entfernungsverfahren das Verdampfen von Wasser erforderlich macht, bevor es in der Vakuumströmung entfernt werden kann, sind die Leistungsanforderungen für die Verwendung in Fahrzeugen nicht akzeptabel. Im US-Patent 6 329 089 wird vorgeschlagen, dass das Aufbrauchen einer oder beider Reaktanten, oder periodisches Stromabziehen von der Zelle die Zellenspannung auf null bringt, was übermäßige Wärme erzeugt, welche die Zellen wärmt. Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass es mindestens 10 min dauert, bis die Zelle durch Verwendung dieses Verfahrens betriebsbereit wird, was für Fahrzeuge unpraktisch ist. Andere Vorschläge umfassen das Erzeugen von externer Wärme und Anwenden der Wärme, entweder in Form eines warmen Kühlmittels, eines warmen Reaktantengases oder von beiden direkt auf die Zelle oder durch ein Medium, welches über einen Wärmetauscher gewärmt wird. Solche Systeme erfordern mehr Bordleistung und Komponentenvolumen als in einem Vehikel akzeptabel ist.
  • Die einfachste Weise, einen Brennstoffzellenstapel anzufahren, ist es, Brennstoff und Oxidationsmittel, typischerweise Wasserstoff und Luft, direkt zur Brennstoffzelle zu führen, während elektrischer Strom vom Zellenstapel über eine Widerstandslast gezogen wird, typischerweise eine Hilfslast, während die Brennstoffzelle immer noch in gefrorenem Zustand ist. Dies wird manchmal als plötzliches Anfahren bzw. als "boot strap start" bezeichnet. Dies ist möglich, weil die Brennstoffzelle bereits etwas elektrochemische Aktivität bei bis zu –30°C hat, da ein Teil des Wassers in der Protonenaustauschmembran und dem Ionomer in der Katalysatorschicht nicht einfriert, aufgrund von Gefrierpunktabsenkungserscheinungen in den nano-großen Poren. Das Problem beim plötzlichen Anfahren ist, dass das Produkt der elektrochemischen Reaktion Wasser ist, welches innerhalb der porösen Struktur der Katalysatorschicht, der Diffusionsschicht und der Substrate sich ansammelt, bis die Zellentemperatur oberhalb des Gefrierpunkts ist. Wasser/Eisansammlung neigt dazu, die porösen Strukturen zu blockieren, welche notwendig sind, um Reaktanten zu den katalytischen Stellen zu transportieren. Die Zellenleistung fällt deswegen typischerweise während eines plötzlichen Anfahrens ab. Außerdem benötigt ein plötzliches Anfahren mehrere Minuten, um eine Betriebstemperatur zu erreichen. Außerdem wurde gefunden, dass mehrfaches plötzliches Anfahren zu einem Verfall der Zellenleistung während des normalen Betriebs führt.
    •
  • Beschreibung der Erfindung
  • Ziele der Erfindung umfassen das Bereitstellen einer Brennstoffzelle: welche in der Lage ist, mindestens 30% der Nennleistung innerhalb von 20 s nach Beginnen des Anfahrens zu erzeugen; welche in der Lage ist, rapides Anfahren mit einem lediglich kleinen Erfordernis für Hilfsleistung durchzuführen, und welche in der Lage ist, durch intern bereitgestellte Wärme schnell den Betriebszustand zu erreichen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird beim Anfahren eines gefrorenen Brennstoffzellenstapels eine Gleichstromquelle, welche eine Batterie oder ein Superkondensator (supercapacitor) sein kann, in Reihe mit dem Brennstoffzellenstapel und einer Widerstandslast, üblicherweise einer Hilfslast, angeordnet, um erhöhten Stromfluss durch die Zelle zu zwingen, als mit nur der Widerstandslast vorhanden wäre. Gemäß der Erfindung zwingt zusätzlicher durch die Quelle bereitgestellter Strom am Anfang die schwachen Zellen im Brennstoffzellenstapel zu einer negativen Zellenspannung, welches Wärme infolge der Polarisierungen innerhalb der Zelle erzeugt; dadurch nähert sich die Leistung der schwachen Zellen schnell der typischen Leistung der guten Zellen an. Ferner wird gemäß der Erfindung überschüssiger Brennstoff, welcher Wasserstoff oder ein wasserstoffhaltiger Brennstoff sein kann, zu den Anoden des Brennstoffzellenstapels geliefert, während die Batterie in Reihe mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden ist. Gemäß der Erfindung kann in einer Ausführungsform Oxidationsmittel am Anfang zu den Kathoden des Brennstoffzellenstapels geführt werden oder in einer zweiten Ausführungsform das Einbringen von Oxidationsmittel in den Brennstoffzellenstapel bis zu einer vorbe stimmten Zeitverzögerung verzögert werden, an welcher das Hindurchzwingen von Strom beginnt, oder bis die Stapelspannung eine vorher bestimmte Schwellenspannung erreicht, wodurch die Zellen als Wasserstoffpumpen arbeiten.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden überschüssiger Brennstoff und überschüssige Luft zu den Brennstoffzellenstapel-Elektroden geliefert, während eine fixierte, vorher bestimmte Stromdichte auf den Brennstoffzellenstapel angewendet wird, in einem Bereich von zwischen 100 mASC und 500 mASC, welche ca. 250 mASC für einen 75-KW-Brennstoffzellenstapel sein kann, mit Hilfe der Gleichstromquelle und der Hilfslast. Bei dieser Stromdichte haben gute Zellen positive Spannung, während die schlechteren Zellen ins Negative gedrückt werden bei bis zu 1 V. Der in den schlechten Zellen erzeugte Strom wird anfänglich durch die Reduktion von Sauerstoff bewirkt, bis die Zellenspannung ins Negative geht. Danach entsteht in den Zellen produzierter Strom aufgrund von Wasserstoffentstehung. Infolge der negativen Kathodenspannung wird kein Wasser erzeugt, weil die Kathode einfach Wasserstoff entstehen lässt durch das Verfahren: 2H+ + 2e– → H2.
  • Dadurch wird die Reaktion nicht beeinträchtigt durch Wasser/Eisbildung, wie es beim plötzlichen Anfahren der Fall ist. Außerdem ist bei jeglichem wasserstoffhaltigem Brennstoff die Anodenreaktion eine viel schnellere Reaktion als die Kathodenreaktion: 1/2 O2 + 2H+ + 2e– → H2O.
  • Daher ist es das Ziel, viel Wasserstoff zur Zellenstapelanordnung während des Anfahrens zu liefern. Außerdem kann beim Hineinbringen einer Zelle in eine negative Spannung entstandener Wasserstoff auf dem Katalysator innerhalb der Kathode mit durch die Zelle strömender Luft reagieren, um die Zellentemperatur schnell anzuheben. Die Zellenspannung fängt an, positiver zu werden, wenn sich die Zelle erwärmt und schließlich die Zelle die typischen Betriebsleistungsniveaus erreicht.
  • Entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird das oben Erwähnte verbessert durch Entziehen der Zufuhr von Luft zu dem Brennstoffzellenstapel während der anfänglichen Phase des Anfahrverfahrens. Stattdessen wird Wasserstoff an die Anodenströmungsfelder geliefert und dann eine Gleichstromquelle in Reihe mit einer Hilfslast über den Brennstapel verbunden, um eine fixierte vorher bestimmte Stromdichte durch den Brennstoffzellenstapel zu erzeugen, beispielsweise bei ca. 250 mASC für einen 75-KW-Brennstoffzellenstapel. Dies zwingt die Brennstoffzelle dazu, als Wasserstoffpumpe zu dienen, wobei Wasserstoff an der Kathode entsteht und an der Anode verbraucht wird. Die mit diesen Reaktionen verbundenen Polarisierungen und die Stromströmung durch die PEM erwärmt die Zellen. Nach einem vorher bestimmten Zeitintervall oder Feststellen einer vorher bestimmten Zellenspannung wird Luft zu den Kathodenströmungsfeldern in ausreichender Menge geleitet, um den erwünschten Strom zu ermöglichen. Die Batterie wird danach im Stromkreis belassen, bis die Brennstoffzellenstapelspannung zeigt, dass die durchschnittliche Zellenspannung positiv ist. Dann werden die Batterie und die Hilfslast getrennt, während die primäre Last verbunden wird, womit das Verfahren vollständig ist.
    •
  • Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anschaulich anhand der folgenden detaillierten Beschreibung ihrer beispielhaften Ausführungsformen, dargestellt in der begleitenden Zeichnung.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Graph der Spannung als Funktion von willkürlich festgelegter Zeit während eines Brennstoffzellen-Anfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems, welches die vorliegende Erfindung verwendet.
  • Art(en) der Ausführung der Erfindung
  • Eine gefrorene Brennstoffzelle mit einer aktiven Fläche von 0,4 square feet, einer von W.L. Gore and Associates aus Elkton, MD erhaltenen Gore-5561-Membranelektrodenanordnung mit benetzbaren Kathoden- und Anodensubstraten, ohne Diffusionsschicht auf dem Anodensubstrat, eine 25 μm dicke 10% Teflon-Diffusionsschicht auf dem Kathodensubstrat und mit sowohl Anoden- als auch Kathodenwassertransportplatten wurde gemäß der vorliegenden Erfindung angefahren. In 1 ist die obere Linie von einer guten Zelle, welche in der Lage ist, Elektrizität zu erzeugen, sobald ihr Reaktanten zugeführt werden, und die untere Linie ist von einer schwachen Zelle, welche bei Zuführung von Reaktanten eine inverse Polarisierung hat, wobei die Kathode negativ wird. 1 veranschaulicht, dass mit Verwendung der vorliegenden Erfindung die Spannung in der schwachen Zelle nur für ca. 3 s negativ bleibt und positive 400 mV nach nur ca. 10 s nach Zuführen von Wasserstoff auf die Zellen erreicht. Daher ermöglicht es diese Erfindung, mindestens 30% der Nennleistung in weniger als 30 s zu erreichen.
  • Es wird auf 2 Bezug genommen. Ein Brennstoffzellenstapel 7 hat ein Brennstoffeinlass-Verzweigungssystem 8, ein Brennstoffumkehr-Verzweigungssystem 9 und ein Brennstoffabgas-Verzweigungssystem 10. Brennstoff wird von einer Wasserstoffquelle 13 durch ein Brennstoffsteuerventil 14 geliefert. Die Brennstoffzelle kann zu einer geeigneten Rückgewinnungseinrichtung hin entgast werden, was für die vorliegende Erfindung irrelevant ist und aus Gründen der Klarheit nicht gezeigt ist. Der Stapel 7 hat auch ein Oxidationsmitteleinlass-Verzweigungssystem 16, welches von einer Pumpe 17 gelieferte Luft aus der Atmosphäre aufnimmt. Der Stapel hat auch ein Oxidationsmittelauslass-Verzweigungssystem 20, welches Oxidationsmittel durch eine Leitung 21 zum Ausgang abführt, welcher entweder eine Rückgewinnungsvorrichtung oder die Umgebung sein kann. Die Brennstoffzelle enthält positive und negative Stromkollektorplatten, wie es üblich ist, welche aus Gründen der Klarheit nicht gezeigt sind. Eine Hauptlast 24 ist elektrisch über den gesamten Brennstoffzellenstapel verbunden, wenn ein Startschalter 25 auf eine zu der Position in 2 gezeigten entgegengesetzten Position geschaltet wird, z.B. durch eine Steuerung 26. Gemäß der Erfindung kann der Brenn stoffzellenstapel auch durch eine Gleichstromquelle, z.B. ein Superkondensator oder eine Batterie 29 mit einer Hilfslast 30 verbunden werden, wenn der Startschalter 25 in der in 2 gezeigten Position ist. Die Steuerung 26 kann auf Temperatur reagieren, welche an mehreren Stellen innerhalb des Stapels oder an einer bestimmten geeigneten Stelle, welche empirisch bestimmt werden kann, gemessen wird, wie durch Linie 31 dargestellt, oder kann auch auf den Strom durch die Last reagieren, wie durch den Strommesser 32 dargestellt, entweder bezüglich der Spannung über den Stapel, oder wie durch die Linien 33 angedeutet, oder bezüglich der Spannung über einzelne Zellen (nicht gezeigt).
  • Es wird angenommen, dass der Brennstoffzellenstapel einem geeigneten Abschaltverfahren unterzogen wird, um so viel Wasser wie möglich vom Stapel 7 zu entfernen, wenn der Betrieb beendet wird, wobei möglicherweise Temperaturen unter dem Gefrierpunkt folgen können. Ein derartiges Verfahren wird in von der gleichen Anmelderin gehaltenen, ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 09/826 739, angemeldet am 5. April 2001, beschrieben. Jedes andere geeignete Wasserentfernungsverfahren kann verwendet werden. Das Stapelkühlungssystem ist aus Gründen der Klarheit nicht gezeigt; Kühlmittel wird während des erfindungsgemäßen Anfahrens nicht zirkuliert, so dass die gesamte erzeugte Wärme dazu dient, die Zellentemperaturen zu erhöhen; sämtliches Eis innerhalb des Zellenstapels ist normalerweise geschmolzen sein, bevor die Kühlmittelzirkulation beginnt. Wie bekannt, kann das Kühlmittel Wasser oder eine Frostschutzlösung sein, welche bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts zirkuliert werden kann; das würde jedoch mit dem Erwärmen des Brennstoffzellenstapels interferieren. Das Kühlmittel kann, wie bekannt, vom Zellenstapel extern erwärmt werden; aber das Kühlmittel wird nicht durch den Stapel zirkuliert, bevor die Kühlmitteltemperatur nicht höher als 0°C ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung öffnet die Steuerung 26 zum Auslösen des Anfahrens das Ventil 14 und startet das Luftgebläse 17. Diese Strömungen bieten anfänglich Wasserstoff für eine Brennstoffverwertung von bis zu 80% bei der vorher bestimmten Stromdichte sowie ausreichende Luft bei dieser vorher bestimmten Stromdichte. Dann bringt die Steuerung 26 den Schalter 25 zu der in 2 gezeigten Stellung, wodurch die Batterie 29 und die Hilfslast 30 über den Brennstoffzellenstapel verbunden werden. Die Batterie 29 und die Hilfslast 30 werden gewählt, um eine Stromdichte innerhalb des Brennstoffstapels zu gewährleisten, die innerhalb eines vorher bestimmten Bereichs ist, z.B. zwischen 100 mASC und 500 mASC, welche beispielsweise in der Größenordnung von 250 mASC für eine 75-KW-PEM-Brennstoffzelle sein kann. Wenn das Spannungsniveau des Zellenstapels über einer Schwellenspannung ist, z.B. 0 V, welcher darauf hinweist, dass die durchschnittliche Zellenspannung positiv ist, kann das Luftventil 21 auf 60% oder auf eine andere Luftverwertung angepasst werden und der Schalter 25 bewegt werden, um die Hauptlast 24 über den Brennstoffzellenstapel zu verbinden. Dann wird die Stromdichte durch die Hauptlast 24 bestimmt. Falls die Steuereinrichtung danach jedoch innerhalb ca. 1 min bemerkt, dass die Spannung des Brennstoffzellenstapels abnimmt, kann sie den Schalter 25 umlegen, um die Hauptlast zu entfernen und die Hilfslast und Gleichstromquelle wieder anzuschließen, bis die Spannung nicht mehr abnimmt und positiv ist; diese Startwiederholungsaktivität kann mehrfach wiederholt werden.
  • In zusätzlichen Ausführungsformen der Erfindung wird das Ventil 14 erst geöffnet, um mehr Wasserstoff als nötig zu liefern, d.h. bis zu 80% Verwertung bei der vorher bestimmten Anfahr-Stromdichte, z.B. 250 mASC und die Batterie 29, und Hilfslast 30 werden über den Brennstoffzellenstapel 7 verbunden. In einer Ausführungsform wird keine Luft zu dem Zellenstapel geliefert, bis die Steuereinrichtung feststellt, dass ein empirisch ermitteltes Zeitintervall erreicht wird, z.B. ein großer Bruchteil von 1 s. In einer weiteren Ausführungsform wird Luft nicht zu dem Zellenstapel geliefert, bis die Steuereinrichtung festgestellt hat, dass die Zellenstapelspannung eine empirisch festgelegte Schwellenspannung überschreitet, z.B. ein negativer Bruchteil eines Volts. Dann wird Luft zu den Kathodenströmungsfeldern in ausreichender Menge geliefert, um die erwünschte Stromdichte aufrechtzuerhalten. Die Batterie 29 und Hilfslast 30 bleiben verbunden, bis die durchschnittliche Spannung aller Zellen größer als 0 V ist; zu diesem Zeitpunkt bringt die Steuereinrichtung den Startschalter 25 in die Position, welche der in 2 gezeigten entgegengesetzt ist, so dass die Batterie und Hilfslast nicht mehr verbunden und die Hauptlast über den Brennstoffzellenstapel verbunden ist.
  • Zusammenfassung
  • Ein Brennstoffzellenstapel (7) hat eine Hilfslast (30) in Reihe mit einer Batterie (29), welche selektiv (25) über den Brennstoffzellenstapel anstatt der Hauptlast (24) verbunden werden können. Ein Verfahren umfasst das Verbinden der Batterie und Hilfslast über den Brennstoffzellenstapel, während Brennstoff (13) zu den Anodenströmungsfeldern (8, 10) zur Verfügung gestellt wird; in einer Ausführungsform wird Oxidationsmittel (17) den Kathodenströmungsfeldern (16) am Anfang zur Verfügung gestellt; in einer zweiten Ausführungsform wird Oxidationsmittel vom Kathodenströmungsfeld für einen vorher bestimmten Zeitraum oder bis eine Schwellenspannung erreicht ist, ferngehalten.

Claims (16)

  1. Brennstoffzellensystem, aufweisend: einen Brennstoffzellenstapel (7), aufweisend eine Mehrzahl von benachbarten Brennstoffzellen, wobei jede Zelle eine Anode mit einem Brennstoffströmungsfeld hat; eine Brennstoffquelle (13), und eine Hauptlast (24), gekennzeichnet durch: eine Reihenschaltung, aufweisend eine Gleichstromquelle (29) in Reihe mit einer Hilfslast (30), wobei die Quelle und die Last so gewählt sind, dass sie eine anfängliche Stromdichte von mindestens einer vorher bestimmten Größe in dem Brennstoffzellenstapel während des Anfahrens bewirken; einen Schalter (25), um alternativ entweder die Hauptlast oder die Reihenschaltung über dem Brennstoffzellenstapel elektrisch zu verbinden, und eine Steuerung (26) zum Bringen von Brennstoff von der Quelle zu den Brennstoffströmungsfeldern und zum anschließenden Bewirken, dass der Schalter die Reihenschaltung über die Brennstoffzelle verbindet.
  2. System nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Oxidationsmittelquelle (17) und bei welchem jede der Brennstoffzellen eine Kathode mit einem Oxidationsmittelströmungsfeld aufweist und die Steuerung (26) Oxidationsmittel von der Oxidationsmittelquelle zu den Oxidationsmittelströmungsfeldern bringt, bevor die Reihenschaltung über den Brennstoffzellenstapel verbunden wird.
  3. System nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Oxidationsmittelquelle (26) und eine Einrichtung (33, 26) zum Anzeigen eines Spannungsniveaus innerhalb des Brennstoffzellenstapels und bei welchem jede der Brennstoffzellen ferner eine Kathode mit einem Oxidationsmittelströmungsfeld aufweist und wobei die Steuerung auf Zeit oder auf die Einrichtung zum Anzeigen des Spannungsniveaus reagiert, um Oxidationsmittel von der Oxidationsmittelquelle zu den Oxidationsmittelströmungsfeldern zu bringen, entweder (1) zu einer vorbestimmten Zeit, nachdem die Reihenschaltung über den Brennstoffzellenstapel verbunden wurde, oder (2) nur dann, wenn das Spannungsniveau über dem Brennstoffzellenstapel ein Schwellenspannungsniveau überschreitet.
  4. System nach Anspruch 1, bei welchem: die Gleichstromquelle eine Batterie oder ein Superkondensator ist.
  5. Brennstoffzellensystem, welches anspringt, wenn es eingefroren ist, aufweisend: einen Brennstoffzellenstapel (7), aufweisend eine Mehrzahl von benachbarten Zellen, wobei jede Zelle eine Anode mit einem Brennstoffströmungsfeld hat; eine Einrichtung (13, 14) zum Bringen von Brennstoff zu dem Brennstoffströmungsfeld, gekennzeichnet durch: eine Einrichtung (29, 30), um extern Strom durch den Brennstoffzellenstapel zu zwingen, um anfänglich eine Stromdichte in den Zellen von mindestens einer vorher bestimmten Größe bereitzustellen.
  6. Ein Anfahr-Verfahren für einen eingefrorenen Brennstoffzellenstapel (7), welcher eine Mehrzahl von benachbarten Zellen aufweist, wobei jede Zelle eine Anode mit einem Brennstoffströmungsfeld hat, aufweisend: Bringen von Brennstoff (13, 14) zu den Brennstoffströmungsfeldern, gekennzeichnet durch: anschließend extern Zwingen von Strom (29, 30) durch den Brennstoffzellenstapel, um anfänglich in den Zellen eine Stromdichte von mindestens einer vorher bestimmten Größe bereitzustellen.
  7. Anfahr-Verfahren nach Anspruch 6 für einen gefrorenen Brennstoffzellenstapel, bei welchem jede Zelle eine Kathode mit einem Oxidationsmittelströmungsfeld hat, aufweisend: Überwachen (26) einer Spannung (33) über dem Brennstoffzellenstapel; Bereitstellen von einem Überschuss an Oxidationsmittel (17) zu den Oxidationsmittelströmungsfeldern, und Verbinden (25) einer normalen Last (24) mit dem Brennstoffzellenstapel anstatt dem externen Zwingen von Strom durch den Brennstoffzellenstapel, wenn die Spannung anzeigt, dass die durchschnittliche Zellenspannung positiv ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend: Trennen (25) der Normallast und Wiederaufnahme des externen Zwingens von Strom durch den Brennstoffzellenstapel, falls die Spannung innerhalb einer kurzen Zeit nach dem Verbinden der Normallast mit dem Brennstoffzellenstapel abnimmt.
  9. Anfahr-Verfahren nach Anspruch 6 für einen gefrorenen Brennstoffzellenstapel, bei welchem jede Zelle eine Kathode mit einem Oxidationsmittelströmungsfeld hat, aufweisend: Überwachen (26) von entweder (1) einem Zeitintervall nach dem Beginn des Zwingens oder von (2) einer Spannung (33) über dem Brennstoffzellenstapel; Bereitstellen von einem Überschuss an Oxidationsmittel (17) zu den Oxidationsmittelströmungsfeldern entweder (1) nach einer vorher bestimmten Zeit nach dem Beginn des Schritts des Zwingens, oder (2) wenn die Spannung eine vorher bestimmte Spannung überschreitet, und Verbinden (25) einer normalen Last (24) mit dem Brennstoffzellenstapel anstatt dem externen Zwingen von Strom durch den Brennstoffzellenstapel, wenn die Spannung anzeigt, dass die durchschnittliche Zellenspannung positiv ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner aufweisend: Trennen (25) der Normallast und Wiederaufnahme des externen Zwingens von Strom durch den Brennstoffzellenstapel, falls die Spannung innerhalb einer kurzen Zeit nach dem Verbinden der Normallast mit dem Brennstoffzellenstapel abnimmt.
  11. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die vorher bestimmte Größe zwischen 100 mASC und 500 mASC ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 6, ferner aufweisend: Überwachen (26) einer Temperatur (31) innerhalb des Brennstoffzellenstapels und Zirkulieren von Kühlmittel durch den Brennstoffzellenstapel, wenn die Temperatur anzeigt, dass der Brennstoffzellenstapel oberhalb des Gefrierpunkts ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, ferner aufweisend: Erwärmen von Kühlmittel und Zirkulieren von Kühlmittel durch den Brennstoffzellenstapel, wenn die Temperatur anzeigt, dass der Brennstoffzellenstapel oberhalb des Gefrierpunkts ist oder dass das Kühlmittel oberhalb des Gefrierpunkts ist.
  14. Verfahren zum Anfahren eines gefrorenen Brennstoffzellenstapels (7), aufweisend: Bereitstellen von Brennstoff (13, 14) für den Brennstoffzellenstapel, gekennzeichnet durch: elektrisch Verbinden (25) einer Gleichstromquelle (29) in Reihe mit einer Hilfslast (30) über den Brennstoffzellenstapel, wobei die Quelle und die Last gewählt sind, um am Anfang eine vorher bestimmte Stromdichte in dem Brennstoffzellenstapel bereitzustellen.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, ferner aufweisend: Überwachen (26) einer Temperatur (31) innerhalb des Brennstoffzellenstapels und Zirkulieren von Kühlmittel durch den Brennstoffzellenstapel, wenn die Temperatur anzeigt, dass der Brennstoffzellenstapel oberhalb des Gefrierpunkts ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, ferner aufweisend: Erwärmen des Kühlmittels und Zirkulieren von Kühlmittel durch den Brennstoffzellenstapel, wenn die Temperatur anzeigt, dass der Brennstoffzellenstapel oberhalb des Gefrierpunkts ist oder das Kühlmittel oberhalb des Gefrierpunkts ist.
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