WİMAX Mimarisi

802.16 standartları GSM ve UMTS örneklerinde olduğu şekilde geniş çerçeveli değildirler. Özellikle yönetim seviyesinde pek çok alan bunların dışında kalır. Böylelikle, farklı altyapı ve yönetimsel çevrede bulunan WIMAX ağlarının birbirleri ile birleştirilebilmeleri mümkün olmaktadır. Ne var ki bu birleştirme işlemi mobil haberleşme tecrübesine sahip ağ işletmecilerini zorunlu kılmaktadır. 

802.16 mimarisi baz istasyonu ile çok sayıda uzak Abone İstasyonu öngörür. Abone istasyonları müşterilerde bulunan alıcı ve verici cihazlardır. Daha basitleştirerek söyleyecek olursak abone istasyonları WİMAX modemleridir. Baz istasyonları tarafından koordine edilirler. Bir baz istasyonu çok sayıda abone istasyonunu işletir. Abone istasyonlarınının olabildiğince küçük ve uygun olabilmesi için baz istasyonlarının çok yönlü ve akıllı olması sağlanır. 

Hava arayüzü R1 uç cihazları, baz istasyonlarının erişim kontrolünü tarif eder. Radyo bağlantısı kriptoludur. Kriptolama yöntemi olarak 128-bit ileri kriptolama standardı(AES) kullanılır. WİMAX uzak terminalleri otomatik olarak konfigüre edilirler ve düzenli aralıklarla yeniden değiştirirler. Bu nedenle dışarıdan bir dinlemeye karşı güvenli bir şekilde korunmuşturlar. Merkezi bir denetim kontrolü QoS anlamında kalite yönelimli aktarımı mümkün kılar. Çekirdek ağ ile haberleşme IPsec üzerinden gerçekleştirilir. 

IEEE 802.16d ye göre gerçekleştirilen sabit bağlantılar, bir uydu çanağının tesisatı ile karşılaştırmayı mümkün kılacak bir maliyettedirler. WİMAX uç cihazları olabildiğince yükseğe yerleştirilmeli ya da harici bir antenle donatılmalıdırlar. Kullanıcı ile istasyon arasında görsel bir bağlantı kurulabilmesi istenen bir şeydir. Bu ikisi, maliyeti artıran unsurlardır. Bu sebeple mobil standardı olarak “WİMAX mobil” tercih edilmektedir. 

Tipik bir WİMAX modem radyo-modem,yönlendirici, ve küçük bir VoIP telefon santralinden oluşur. İdeal şartlarda tesisat kurulumları cihazları kutusundan çıkarıp bağlantısını yapmaktan ibarettir. Modern cihazlarda konfigürasyon, TR-069 DSL de olduğu gibi tam otomatiktir.

Lityum İyon Pillerde Isıl Yönetim ve Ömür

Çok sık kullanılan farklı pil türleri ile kıyaslandığında Lityum-İyon piller uzun ömürlü olmaları, zararlı madde içermemeleri, yüksek enerji ve güç yoğunluğuna sahip olmaları vs. nedeniyle öne çıkmaktadırlar. Lityum kimyasal periyodik sistem içerisindeki en hafif metaldir. Tüm metaller içerisinde en yüksek elektrokimyasal potansiyele sahip olanıdır. Bu özelliklerinin sağladığı yüksek elektriksel kapasiteye paralel olarak, çeşitli katot malzemeleri ile üretebildiği hücre gerilimleri sayesinde kimyasal enerji depolama alanında ideal bir elektrot malzemesi sayılmaktadır.  Bu nedenle lityum-iyon piller günlük yaşamın tüm sahalarında giderek daha fazla karşımıza çıkmaktadır. Daha çok, şebekeden bağımsız elektriksel güç beslemeleri veya elektronik cihazların yedek pilleri olarak kullanılır. Özellikle mobil teknolojide kullanılan ufak çaplı uygulamalarda , notebooklarda, kameralarda, aletlerin kullanımında yaşanan patlama kitlesel ölçekte bir yaygınlaşmaya neden olmuştur. 

Küçük taşıtlarda Lityum iyon kullanımı önem kazanmıştır. Otomobillerde Hibrit tahrikli , yüksek gerilimli elektro tahrike sahip şeklinde ortaya çıkan kullanım tümüyle patlamayı andıran bir gelişim sergilemiştir. Böylece, Federal Almanya’nın 2025 yılına kadar elektrikli araçların sayısını 6 milyona çıkarma hedefi gündeme gelmiştir. Bu da dolayısıyla lityum iyon pillerin gelişimi ile paralel ilerlemek durumundadır. 

Herhangi bir elektromekanik enerji depolayıcısına elektrikli araçlarda kullanılması amacıyla uygunluk kazandırılması çok çeşitli teknik ekonomik ve de çevresel faktöre aynı anda bağımlı olabilmektedir. A.B.D İleri Pil Konsorsiyumu (USABC) bu amaçla, pil teknolojisinde hedeflenen amaçların belirlenmesi ve elde edilen ilerlemelerin ölçülebilmesinde enerji yoğunluğu konusunun yanında güvenlik ve ömür konularını da anahtar gösterge olarak kabul etmektedir. Ne var ki otomobil sanayii tarafından ortaya konan spesifikasyonlar bu yaklaşımın karşısında durmaktadır: Burada pillerin tasarımında, faydalı hacimsel ve gravimetrik masrafları gözle görülür şekilde sınırlandıran, yüksek güç ve enerji yoğunluğuna sahip uygun maliyetli çözümler talep edilmektedir. 

Lityum iyon pillerin otomobillerde kullanımı, yüksek kapasiteleri nedeniyle özellikle büyük çaplı bir seri bağlantı durumunda termal güvenlik açısından sorunlara yol açmaktadır. Bunun nedeni lityum iyon pillerin sıcaklık ve gerilim bakımından daha önceden net olarak belirlenmiş bir sahada faaliyet gösterebilmesidir. Bu sahanın dışında kalındığında, bu pillerin kullanımı elektriksel güçte bir azalışa ve güvenlik risklerine sebebiyet vermektedir. En basit örnek olarak hemen yakın geçmişte 2013 yılında Dreamline pil markasında yaşanan sıkıntıyı ve 2017 yılının başında HP bilgisayar markasının piyasadaki 100000 tablet bilgisayarını ciddi yangın tehlikesi nedeniyle geri çağırmak zorunda kalışını anımsayanlar olacaktır.

Lityum iyon Piller Serin Tutulmalıdır.
Çoğu pil üreticisinin direktiflerini dikkate alacak olursak günümüzde otomobillerde kullanılan lityum pillerde (Grafen ya da kısaltılmış şekliyle C/LMO, C/LiCoxNiyMnzO2 veya C/NCM ) güvenilir kabul edilen sıcaklık aralıkları şöyledir:

Deşarj -20 ila + 55 °C , Şarj 0 ila 45 °C . Ki4Ti5O12’li veya LTO negatif elektrotlu Lityum iyon pillerde en düşük sıcaklık değeri -30 °C dir. Normal şartlarda lityum iyon pillerin işletme gerilimleri 1,5 volt ile 4,2 volt arasında değişir. (bu değerler C/LCO, C/NCA, C/NCM ve C/LMO için 2,5 ve 4,2 volt, LTO/LMO pillerde 1,5 ila 2,7 volt, ve C/LFP pillerde 2 ila 2,7 volt arasındadır.)

Artan sıcaklıklar ile lityum iyon pillerde meydana gelen basınç artışı neticesinde yanıcı gazlar ortaya çıkar ki bu durum giderek güçlenerek patlamaya benzer bir yanma süreci ile devam eder. Buna termal kaçma denir. Bu anlamda yüksek sıcaklıklarda kullanım çok sorunlu hale gelmekte, arıza ve zararlara neden olmaktadır.

Lityum-İyon Pillerde Isıl Yönetim Pil Ömrünü Artırmada En Önemli Yöntemlerden Biridir

Lityum-İyon Pillere Karşı Bir Meydan Okuma: Farklı Dış Sıcaklıklar
Isıl yönetim bakımından elektrikli araçlarda kullanılan piller çok geniş bir işletme şartları sahasına sahiptir. Farklı dış sıcaklıklar ısıl yönetim noktasında bu piller için aşılması gereken ciddi bir sorundur ve bu durum tüketici elektroniğinde kullanılan pillerin tabii olduğu şartlar ile mukayese dahi edilemez. Örneğin soğuk günlerde kullanılabilir kapasite dolayısıyla aracın menzili, deşarj sonu gerilimine daha erkenden ulaşılacağından düşecektir. 

Bu pillere karşı bir meydan okuma niteliği taşıyan diğer bir sorun ise otomobil sanayii için 8 ila 10 yıl olarak tanımlanmakta olan pil ömrüdür. Bu ömür pilin ısıl yönetimi ile sıkı bir ilişki içerisindedir. Hücrenin yaşlanma hızı sıcaklığa bağlıdır ve iç direnci artışı ile kapasitenin azalması şeklinde kendini açığa vurmaktadır. Ömür sonu şartı uygulamaya bağlı olarak tanımlanmakta ve her bir dolumda asıl kapasitenin ancak % 80 ine ulaşılması ve aynı şekilde iç direncin iki misline çıkması halinde bu şartın oluştuğu kabul edilmektedir. 

Optimal sahanın üzerindeki sıcaklılarda görülen yaşlanma hızı Arrhenius denklemi ile yaklaşık olarak tahmin edilebilir: her 10 Kelvin sıcaklık artışında hücrenin ömrünün yarıya düşmesi beklenir. Burada yalnızca ortalama hücre sıcaklığının değil, hücre içerisinde ve hücreler arasındaki sıcaklık gradyeninin de belirleyici olduğunu belirtmek gerekir. Düzensiz bir ısı dağılımı bölgesel sıcak noktalar oluşturarak erken yaşlanmaya ve kapasite düşüşüne katkıda bulunur. Hücreler arasında oluşan sıcaklık farkları hücreleri yine farklı hızlarda yaşlandıracaktır:  Seri bağlanmış hücrelerde en zayıf hücre tüm sistemin ömrünü belirleyici durumundadır. Bu nedenle hem ortalama sıcaklık hem de pile ait ısıl yönetim sisteminin kontrol ettiği sıcaklık farkları dikkate alınmalıdır. İdeal olan ise her şekilde pil sisteminde meydana gelen ısının olabildiğince düzgün şekilde dağılmasını sağlayabilmektir.