由于Mirai车辆停放期间，燃料电池堆两端热辐射导致电堆厚度方向温度分布不均，双极板之间也存在温差。水分从阴极反扩散到阳极，并在电堆朝向外侧的电池阳极中冷凝结冰，直到电堆温度分布均匀，如下图所示。此外，燃料电池系统中零部件冻结也是燃料电池发电中断的原因之一，如电化学反应产物水在电堆下游的空气截止阀(背压阀)和排水电磁阀处冻结。因此，在温度降至冰点以下之前，必须清除燃料电池系统组件中的残余水分。
电堆垂直方向温度分布
丰田汽车公司2008款FCHV-adv燃料电池堆储水能力Wwsc相对较低，因此必须降低初始水含量Wini，以确保阴极催化剂层内有足够空间吸收零度以下启动预热期间产物水量Wgen。因此，燃料电池控制系统须在行驶过程中将水含量(由高频阻抗计算得出)保持在一定水平以下，并在系统停车时吹扫排水。停车吹扫过程通过氢循环泵对阳极吹扫，并从吹扫电磁阀排水；通过吹扫阴极残留水分，充分减少阴极向阳极反扩散水分含量；系统组件同样需要吹扫。
丰田FCHV-adv低温启动过程初始水含量和性能关系
上图展示了丰田FCHV-adv中初始含水量Wini与燃料电池堆输出功率之间的关系。可以发现，使用上述控制策略来降低初始含水量Wini将导致电解质膜电阻增大，导致零度以下启动过程电堆输出功率降低。
为保证Mirai在低温工况下对外输出所需功率，丰田汽车公司开发了3Dfine-mesh流场，3D流场提高了阴极催化层可储存峰值水含量Wwsc，使得Mirai电堆初始含水量即使为上图峰值输出功率区域对应的含水量条件下也能实现冷启动。3Dfine-mesh流场为一种3D精细网状流场，通过毛细力对催化层水分抽吸，提高水分排出能力。
