শক্তি বিভাজন ব্যবস্থা কেন টয়োটা হাইব্রিডকে অপ্রতিদ্বন্দ্বী করে তুলেছে?

টয়োটার হাইব্রিডকে অতুলনীয় করে তোলা বিষয় একা বৈদ্যুতিক মোটর বা ব্যাটারি নয়, বরং দুটি মোটরের শক্তিকে একটি মহাজাগতিক গিয়ার সেট দিয়ে বিভক্ত ও একত্রিত করা পাওয়ার-স্প্লিট ট্রান্সমিশন ব্যবস্থা। এই স্থাপত্য সিরিজ ও প্যারালাল হাইব্রিডের দুর্বলতাগুলো একটি মাধ্যমে পূরণ করে গাড়িকে পেট্রোল ইঞ্জিন, বৈদ্যুতিক মোটর বা দুটোর সমন্বয়ে নির্বিঘ্নভাবে চলার সক্ষমতা দিয়েছে। 1997 সালে প্রথম সিরিয়ালি উৎপাদিত হাইব্রিড Prius দিয়ে পথ চলা শুরু করা এই সিস্টেমটি আজও সেক্টরের মানদণ্ড হিসেবে স্বীকৃত সমাধান।

সিরিজ, প্যারালাল এবং পাওয়ার স্প্লিট: তিন স্থাপত্যের পার্থক্য কী?

হাইব্রিড ট্রান্সমিশন বুঝতে হলে তিনটি মৌলিক স্থাপত্য আলাদা করতে হবে। সিরিজ হাইব্রিডে চাকাগুলো কেবল বিদ্যুতের মাধ্যমে ঘোরে; অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিন জেনারেটরকে শক্তি দেয়, আর বিদ্যুৎ মোটরে যায়। ইতিহাসের প্রথম উদাহরণও এই প্যাটার্নেরই ছিল: Ferdinand Porsche 1898 সালে Egger-Lohner C.2 ডিজাইন করেন, 1900 সালে সামনের চাকায় হুইল-মোটর সংযুক্ত বৈদ্যুতিক Lohner-Porsche উপস্থাপন করেন এবং 1901 সালে হাব ড্রাইভের মাধ্যমে পেট্রোল ইঞ্জিনকে একত্রিত করা Lohner-Porsche Mixte Hybrid সিরিজ উৎপাদনে আসা প্রথম হাইব্রিড যান হয়। 1902 সালে Porsche এই গাড়ি দিয়ে Exelberg Rally পর্যন্ত জিতেছিল। কিন্তু সিরিজ স্থাপত্যের মূল্য স্পষ্ট: শক্তি যান্ত্রিকভাবে নয়, বৈদ্যুতিকভাবে চাকায় পৌঁছায় এবং প্রতিটি রূপান্তরে ক্ষতি হয়।

প্যারালাল হাইব্রিডে অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিন ও বৈদ্যুতিক মোটর একটি সাধারণ আউটপুট শ্যাফট ভাগ করে নেয়; ইঞ্জিন একা বা একসাথে চাকা চালাতে পারে। এই বিন্যাসে সাধারণত সিরিজের তুলনায় ছোট ব্যাটারি ব্যবহৃত হয় এবং রিজেনারেটিভ ব্রেকিংয়ের মাধ্যমে চার্জ হয়। যান্ত্রিক সংযোগ বজায় থাকায় দক্ষতা ক্ষতি সীমিত; তবে ইঞ্জিন ও চাকার ঘূর্ণন গতি পরস্পর সংযুক্ত থাকে এবং ইঞ্জিনকে সবচেয়ে দক্ষ পরিসরে রাখা কঠিন হয়ে যায়।

পাওয়ার স্প্লিট স্থাপত্য দুটোরই মাঝামাঝি: প্যারালাল পথে একটি পাওয়ার স্প্লিট ডিভাইস যোগ করা হয় এবং অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিন থেকে চাকায় একাধিক শক্তি পথ খোলা হয়। ইঞ্জিন, জেনারেটর ও ট্রাকশন মোটর একে অপরের থেকে স্বাধীনভাবে (ডিকাপল) কাজ করতে পারে; সিস্টেম পরিস্থিতি অনুযায়ী সিরিজ বা প্যারালালের মতো আচরণ করে মিশ্র ড্রাইভে দক্ষতা বজায় রাখে। মূল পার্থক্যসূচক বৈশিষ্ট্য হলো ইঞ্জিনকে দক্ষ পরিসরে রাখা ইলেকট্রনিক ক্রমাগত ভেরিয়েবল ট্রান্সমিশন, অর্থাৎ eCVT।

G21 প্রকল্প: ২০ কিলোমিটারের লক্ষ্য থেকে হাইব্রিড সিদ্ধান্তে

টয়োটার সিস্টেমের জন্ম একটি প্রকৌশল পদক্ষেপ থেকে নয়, বরং একটি ভিশন কাজ থেকে এসেছে। 1993 সালের গ্রীষ্মে সম্মানিত চেয়ারম্যান Eiji Toyoda-র আহ্বানে 21. শতকের জন্য যানবাহন ডিজাইনের কাজ শুরু হয়; 1993 সালের সেপ্টেম্বরে কোড নাম G21 (Globe এবং 21. শতাব্দীর সমন্বয়) এমন প্রকল্পটি প্রতিষ্ঠিত হয়। 10 জন প্রকৌশলী ও ডিজাইনারের দল লক্ষ্য হিসেবে 20 কিমি/লিটার জ্বালানি দক্ষতা নির্ধারণ করে। ফেব্রুয়ারি 1994-এ প্রকল্পটি আনুষ্ঠানিকভাবে প্রতিষ্ঠিত হয়; এর নেতৃত্বে ছিলেন পরবর্তীতে Toyota-র সভাপতি হওয়া Takeshi Uchiyamada।

নভেম্বর 1994-এ পরিস্থিতি বদলে যায়। প্রযুক্তি বিভাগের ডেপুটি মহাব্যবস্থাপক Akihiro Wada প্রকল্পটিকে হাইব্রিড করার নির্দেশ দেন এবং জানানো হয় যে তা করতে না পারলে প্রকল্পটি বাতিল করা হবে। লক্ষ্য ছিল দক্ষতা দ্বিগুণ করা এবং দলের মূল্যায়ন অনুযায়ী এর একমাত্র উপায় ছিল হাইব্রিড প্রযুক্তি। উল্লেখযোগ্য একটি বিষয়: G21 দলের নিজেদের সদস্যরাও তখন হাইব্রিডায়েশনকে 21. শতাব্দীর শুরুর আগে প্রমাণিত না হওয়া একটি প্রযুক্তি হিসেবে দেখত। সেই নির্দেশ এই সিদ্ধান্ত বদলে দেয়।

দলটি প্রায় ছয় মাস ধরে সিস্টেমগুলো পরীক্ষা করে এবং উচ্চ জ্বালানি দক্ষতার সম্ভাবনার কারণে দুই মোটরবিশিষ্ট ধরনটি বেছে নেয়। এই পছন্দের সবচেয়ে আমূল ফলাফল ছিল: ধারণা করা হয়েছিল যে প্রচলিত গিয়ারবক্স সম্পূর্ণরূপে বিলুপ্ত হয়ে যাবে। জুন 1995-এ উৎপাদন যানের জন্য আনুষ্ঠানিক অনুমোদন আসে; ইঞ্জিন, মোটর-জেনারেটর ও ইনভার্টার অভ্যন্তরীণ উন্নয়নের মাধ্যমে তৈরি হবে, আর ব্যাটারির জন্য Matsushita Battery Industrial-এর সাথে সহযোগিতা করা হবে। আগস্ট 1995-এ Hiroshi Okuda-র Toyota-র সভাপতি হওয়া হাইব্রিড উন্নয়নের জন্য একটি টার্নিং পয়েন্ট ছিল।

Toyota Hybrid System: প্ল্যানেটারি গিয়ার কীভাবে কাজ করে?

মার্চ 1997-এ Toyota ঘোষণা করে যে তারা ইন্টিগ্রেটেড ইলেকট্রিক মোটর ও জেনারেটরসহ পাওয়ার স্প্লিট Toyota Hybrid System (THS) সম্পন্ন করেছে। সিস্টেমের কেন্দ্রে ছিল প্ল্যানেটারি গিয়ারসহ পাওয়ার স্প্লিট ডিভাইস: এই প্রক্রিয়াটি দুটি মোটর-জেনারেটরকে অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিনের সাথে সংযুক্ত করত এবং ইঞ্জিনের শক্তিকে চাকা চালানোর ও বিদ্যুৎ উৎপাদনের মধ্যে ভাগ করত। ইনপুট ও আউটপুট শ্যাফট একই তলে থাকায় এটি কমপ্যাক্টনেস নিশ্চিত করত; ড্রাইভ মোটর ইঞ্জিনের শক্তি বাড়াত এবং ধীরগতিতে জেনারেটরের মতো কাজ করে ব্যাটারি চার্জ করত; অন্য মোটরটি অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিনের শক্তি দিয়ে বিদ্যুৎ উৎপাদন করত, গিয়ারবক্স নিয়ন্ত্রণ করত এবং স্টার্টার মোটরের দায়িত্বও পালন করত। ব্যাটারি ও মোটরগুলোর মাঝে ইনভার্টার বসানো হয়।

আজ Hybrid Synergy Drive (HSD) নামে পরিচিত সিস্টেমটি 1997-2003 Prius-এর THS-এর পরিশীলিত রূপ। দ্বিতীয় প্রজন্মের সিস্টেম 2004 Prius-এ দেখা যায় এবং নাম পরিবর্তনটি প্রযুক্তিটির Toyota ব্র্যান্ডের বাইরে বিস্তারের প্রত্যাশা প্রতিফলিত করত; সিস্টেমটি 2006-এ Camry ও Highlander-এও প্রয়োগ করা হয়। HSD-তে প্রচলিত গিয়ারবক্স, অল্টারনেটর ও স্টার্টার মোটরের জায়গা নেয় MG1, MG2, তিনটি DC-AC ইনভার্টার ও দুটি DC-DC কনভার্টার নিয়ে গঠিত পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স, কম্পিউটারাইজড নিয়ন্ত্রণ এবং উচ্চ ভোল্টেজের ব্যাটারি।

দুটি মোটর-জেনারেটরের কাজের বিভাজন স্পষ্ট:

• MG1: অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিন চালু করা মোটর এবং ব্যাটারি চার্জ করা জেনারেটর; বিদ্যুৎ উৎপাদন নিয়ন্ত্রণ করে এটি বাস্তবে ট্রান্সঅ্যাক্সলের CVT নিয়ন্ত্রণ করে।
• MG2: প্রধান ড্রাইভ মোটর এবং রিজেনারেটিভ ব্রেকিং জেনারেটর; সাধারণত এটি বেশি শক্তিশালী।

প্ল্যানেটারি গিয়ার সেটটি CVT-সদৃশ কাজ করে এবং Toyota সিস্টেমটিকে আইনগত উদ্দেশ্যে e-CVT শ্রেণিতে ফেলে। HSD একটি সম্পূর্ণ হাইব্রিড: গাড়িটি শুধুমাত্র ইলেকট্রিক মোটর দিয়েই চলতে পারে - বেশিরভাগ প্রতিদ্বন্দ্বী হাইব্রিড এটি পারে না এবং তাই সেগুলো mild hybrid হিসেবে গণ্য হয়। সিস্টেমটি প্রজন্মের মধ্যেও বিকশিত হয়েছে: 1. এবং 2. প্রজন্মে MG2 রিং গিয়ারের সাথে সরাসরি সংযুক্ত ছিল (1:1, কোনো টর্ক মাল্টিপ্লিকেশন নেই); 3. প্রজন্মে অবশ্য 2,5:1 অনুপাতের প্ল্যানেটারি গিয়ার সেট দিয়ে সংযুক্ত হয়ে আরও ছোট কিন্তু বেশি শক্তিশালী একটি MG2 সম্ভব হয়েছে। ব্যাটারির দিক থেকে 1. প্রজন্মের Prius 228টি সেল এবং 38টি মডিউল ব্যবহার করে, অন্যদিকে 2. এবং 3. প্রজন্ম 201,6 V নমিনাল ভোল্টেজের 28টি Panasonic প্রিজম্যাটিক NiMH মডিউলে চলে গেছে; ব্যাটারির আয়ুর জন্য ইলেকট্রনিক্স চার্জকে শুধুমাত্র %40-80 পরিসরে রাখে।

Honda কেন ভিন্ন একটি পথ বেছে নিয়েছিল? প্যারালাল IMA পছন্দ

Toyota যখন দুই মোটরের পাওয়ার স্প্লিটে বিনিয়োগ করছিল, Honda সরলতা ও খরচের ভারসাম্যকে অগ্রাধিকার দেওয়া একটি সমাধান গ্রহণ করেছিল। Honda-র প্রথম উৎপাদিত হাইব্রিড Insight 1999 সালে বাজারে এল এবং এটি প্যারালাল হাইব্রিড Integrated Motor Assist (IMA) সিস্টেমে সজ্জিত ছিল। IMA-তে ইলেকট্রিক মোটর ও পেট্রোল ইঞ্জিন একটি সাধারণ আউটপুট শ্যাফট শেয়ার করে; সিরিজ হাইব্রিডের বিপরীতে, পেট্রোল ইঞ্জিন একাই চাকা চালাতে পারে। এটি 1997 Prius-এর পরে আসা এবং প্যারালাল সিস্টেমসহ mild hybrid হিসেবে শ্রেণীবদ্ধ একটি গাড়ি ছিল।

ফলাফলটি হাইব্রিড বাজারের প্রথম বড় স্থাপত্যিক বিভাজন হয়ে উঠল। Toyota দক্ষতার সর্বোচ্চ সীমা লক্ষ্য করা, বেশি উপাদানযুক্ত এবং নিয়ন্ত্রণে জটিল একটি সিস্টেম বেছে নিয়েছিল; Honda কম অংশে যুক্তিসঙ্গত দক্ষতা প্রদানকারী একটি বিন্যাস পছন্দ করেছিল। IMA প্রায় ছয় প্রজন্ম ধরে ব্যবহৃত হয়েছিল এবং Honda-র হাইব্রিড বিবর্তন সময়ের সাথে সাথে আজকের e:HEV সিস্টেমে পৌঁছেছে। তবে সম্পূর্ণ ইলেকট্রিক ড্রাইভ করতে না পারার কারণে IMA নিজেকে HSD-র মুখোমুখি টেকনিক্যালি সংকীর্ণ সক্ষমতার একটি বিভাগে স্থাপন করেছে: HSD-র বাইরের বেশিরভাগ হাইব্রিডের মতো IMA-ও শুধুমাত্র বিদ্যুৎ দিয়ে যাত্রা শুরু করতে পারে না।

1997-এর পরে: পাওয়ার স্প্লিট স্থাপত্য বাজারকে কীভাবে গড়ে তুলল?

ডিসেম্বর 1997-এ লঞ্চ হওয়া Prius বিশ্বের প্রথম সিরিয়ালি উৎপাদিত হাইব্রিড গাড়ি হিসেবে IEEE Milestone তালিকায়ও স্থান পেয়েছে। এরপরের গল্পটি স্কেলের গল্প: Toyota মে 2007-তে 1 মিলিয়ন, আগস্ট 2009-এর শেষে 2 মিলিয়ন এবং মার্চ 2013-এ 5 মিলিয়ন হাইব্রিড বিক্রি অতিক্রম করেছে; মার্চ 2013 পর্যন্ত মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র বৈশ্বিক হাইব্রিড বিক্রির %38 গঠন করছিল। Prius আজ পাঁচ প্রজন্ম ধরে উৎপাদনে আছে।

পাওয়ার স্প্লিট স্থাপত্য শুধু Toyota-র ভেতরে সীমাবদ্ধ একটি সমাধানও ছিল না। HSD প্রযুক্তি Altima Hybrid-এর জন্য Nissan-কে লাইসেন্স দেওয়া হয়েছিল; Aisin অনুরূপ হাইব্রিড ট্রান্সমিশন অন্যান্য প্রস্তুতকারকদের কাছে অফার করেছিল। একই সিস্টেম Mirai-র ইলেকট্রিক ড্রাইভে এবং Prius Plug-in Hybrid-এ অভিযোজিত হয়েছিল; Lexus সংস্করণগুলো Lexus Hybrid Drive নাম বহন করে। পাওয়ার স্প্লিট ডিজাইন অন্যান্য ব্র্যান্ডেও আদর্শ হয়ে উঠেছে: সাম্প্রতিক তুলনাগুলোতে GM, Toyota, Dongfeng এবং Great Wall সিস্টেমে সামনে আবারও প্ল্যানেটারি গিয়ার মেকানিজম রয়েছে এবং সান গিয়ার MG1 মোটরের সাথে সংযুক্ত। 2026 মডেল বছরের গাড়িতেও (উদাহরণস্বরূপ RAV4 XA60) NiMH এবং li-ion ব্যাটারির বিকল্প চলছে।

বৈদ্যুতিক রেঞ্জ ও ব্যবহারিক সীমাবদ্ধতা

স্ট্যান্ডার্ড HSD একটি EV মোড সরবরাহ করে, যা ব্যাটারিতে পর্যাপ্ত চার্জ থাকলে 40 কিমি/ঘণ্টার নিচে প্রায় 1,6 কিমি সম্পূর্ণ বৈদ্যুতিক চালনা দেয়। দীর্ঘতর বৈদ্যুতিক রেঞ্জের জন্য আলাদা স্থাপত্য প্রয়োজন: Prius Plug-in Hybrid 4,4 kWh ক্ষমতার ও 80 কেজি ওজনের লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি সহ EPA পরিমাপ অনুযায়ী 18 কিমি বৈদ্যুতিক রেঞ্জ সরবরাহ করে। ব্যাটারি সম্পর্কে প্রায়ই জিজ্ঞাসিত একটি প্রশ্নও পরিষ্কার করা দরকার: HSD তার কম্পিউটার, পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স, ব্যাটারি ও মোটর-জেনারেটর ছাড়া কাজ করতে পারে না; তবে মূলনীতিগতভাবে এটি আইসিই ছাড়াও চলতে পারে, ব্যবহারিকভাবে জরুরি অবস্থায় যানটি অল্প দূরত্ব শুধু পেট্রোলে চলতে পারে।

আজকের দিন থেকে দেখলে: পাওয়ার স্প্লিট এখনও কেন প্রাসঙ্গিক?

সম্পূর্ণ ব্যাটারিচালিত বৈদ্যুতিক যানে রূপান্তর ধীর হলে ভোক্তারা হাইব্রিডের দিকে ঝুঁকছেন এবং এই প্রেক্ষাপটে Toyota-র অবস্থান শক্তিশালীকারী একটি উৎপাদন বিবরণ রয়েছে: সে তার হাইব্রিডগুলো পেট্রোল ও প্লাগ-ইন লাইনের একই অ্যাসেম্বলি লাইনে উৎপাদন করতে পারে, চাহিদা অনুযায়ী উৎপাদন রিয়েল-টাইমে সমন্বয় করতে পারে। প্রকৌশলের দৃষ্টিতে আরও চমকপ্রদ বিষয় হলো সিস্টেমের বয়স। 1994 সালে ছয় মাসের একটি বিশ্লেষণে নির্বাচিত দুই-মোটরবিশিষ্ট ব্যবস্থার মূল কাঠামো - প্ল্যানেটারি গিয়ার, দুটি মোটর-জেনারেটর ও পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স - তিন দশক পরেও প্রায় একই নীতিতে কাজ করে। পেটেন্ট আর্কাইভে প্ল্যানেটারি গিয়ার ডিজাইন ও মাল্টি-মোড পাওয়ার স্প্লিট ব্যবস্থা নিয়ে বিস্তারিত গবেষণা পাওয়া সম্ভব; তবে Toyota-র পাওয়ার স্প্লিট সিস্টেম একক পেটেন্টে লক করে রেখেছিল - এই প্রচলিত ধারণাটি কোনো একক ও সরাসরি পেটেন্ট নথির ওপর ভিত্তি করে বলা কঠিন - সিস্টেমের শক্তি একটি একক কাগজ থেকে নয়, বরং উপাদানসমূহের সমগ্রে প্রোথিত স্থাপত্য সিদ্ধান্ত থেকে আসে। আর এই সিদ্ধান্তই হাইব্রিড ইতিহাসের অন্যতম নির্ণায়ক মোড় হিসেবে দাঁড়িয়ে আছে: সঠিক যন্ত্রকৌশল, প্রযুক্তির বাকি অংশকে সাথে নিয়ে এগিয়ে নিয়ে গেল।

তথ্যসূত্র

• The Story Behind the Birth of the Prius, Part 1
• Item 1. Development of Prius and Hybrid Strategy
• Hybrid Synergy Drive
• Hybrid vehicle drivetrain
• Milestones: Toyota Prius, the World's First Mass-Produced Hybrid Vehicle, 1997
• Series vs Parallel vs Series/Parallel Drivetrains
• Prius and Volt: Configuration Analysis of Power-Split Hybrid
• Inside Toyota's Hybrid Synergy Drive
• Honda Insight - Integrated Motor Assist
• Evolution of the e:HEV Powertrain
• The history of Porsche begins electrically
• Lohner-Porsche
• GM, Toyota, Dongfeng, Great Wall পাওয়ার-স্প্লিট তুলনা
• গ্রাহকরা হাইব্রিড বেছে নেওয়ায় Toyota প্রতিযোগীদের ছাপিয়ে যাবে