एक इंजीनियर की ज़िद: एंड्रयू फ्रैंक ने प्लग-इन हाइब्रिड को कैसे परिपूर्ण बनाया?

आधुनिक प्लग-इन हाइब्रिड की अवधारणा एक ही नाम से जुड़ी है: एंड्र्यू अल्फोंसो फ्रैंक। UC Davis में मैकेनिकल और एयरोनॉटिकल इंजीनियरिंग के एमेरिटस प्रोफेसर फ्रैंक ने 1971 से ग्रिड से चार्ज होने योग्य हाइब्रिड वाहनों पर काम किया, इस वाहन वर्ग को आज का नाम दिया और सैकड़ों छात्रों को ऑटोमोबाइल उद्योग तक पहुंचाने वाला एक इंजीनियरिंग स्कूल खड़ा किया। उनकी कहानी हाइब्रिड वाहन का जनक माने जाने वाले दो नामों के साथ नहीं, बल्कि पूरी तरह अलग एक धारा पर चलती है।

प्लग-इन हाइब्रिड किसने आविष्कार किया: फ्रैंक की अगुवाई का दावा और उसकी सीमाएं

"किसने आविष्कार किया" इस प्रश्न का उत्तर इस बात पर निर्भर करता है कि वाहन को किस आधार पर परिभाषित किया जाता है। हाइब्रिड इलेक्ट्रिक प्रणोदन खुद बहुत पुराना है; 1915 जितनी पहले ही तारीख में Woods Motor Vehicle का हाइब्रिड मॉडल बिक्री के लिए पेश किया जा चुका था। फ्रैंक इस शुरुआती उदाहरण के चल न पाने का कारण एक व्यावहारिक तर्क से जोड़ते हैं: उस समय यह महंगा था और इसकी लागत घटाने वाला कोई घटक मौजूद नहीं था। लेकिन आधुनिक अर्थ में, जब हम घर के सॉकेट से चार्ज होने वाले, बैटरी खत्म होने पर स्वयं-सहजता से आंतरिक दहन इंजन पर स्विच हो जाने वाले और दैनिक उपयोग के अनुकूल एक अवधारणा की बात करते हैं, तो स्रोत फ्रैंक को स्पष्ट रूप से अग्रणी के रूप में स्थापित करते हैं; उन्हें आधुनिक प्लग-इन हाइब्रिड का जनक कहा जाता है और Plug-in Hybrid Electric Vehicle यानी PHEV शब्द भी उन्हीं ने गढ़ा।

इस अगुवाई की तकनीकी परिभाषा भी स्पष्ट है: प्लग-इन हाइब्रिड एक ऐसा वाहन है जो अपनी रिचार्जेबल बैटरी से इलेक्ट्रिक मोटर को चलाता है और बैटरी की ऊर्जा खत्म होने पर स्वतः पेट्रोल इंजन पर स्विच कर लेता है। 1999 के अंत में बाजार में आए पहले आधुनिक हाइब्रिड से इसका अंतर ठीक यहीं है। Honda Insight और Toyota Prius बैटरी को केवल ब्रेक की ऊर्जा से चार्ज करते थे; प्लग लगाने वाली कोई चार्जिंग केबल नहीं थी। फ्रैंक के दृष्टिकोण में ग्रिड संपर्क डिजाइन का आरंभिक बिंदु था, बाद में जोड़ी गई कोई विशेषता नहीं।

एक अस्पष्टता को शुरू से ही नोट कर लेना जरूरी है: पहले प्लग-इन हाइब्रिड का इतिहास स्रोतों में अलग-अलग मिलता है। एक विकास-कथा इसे 1971 में Wisconsin में, दूसरी 1972 में UC Davis में स्थापित करती है। यह तिथि-अंतर किसी एक वाहन के बजाय चरणबद्ध विकास प्रक्रिया से उपजा है और फ्रैंक की अगुवाई पर सवाल नहीं उठाता; यह केवल इस बात का मामला है कि पहला उदाहरण वाहन किस वर्ष चालू हुआ, यह कैसे परिभाषित किया जाता है।

इंजीनियर का निर्माण: एयरोनॉटिक्स से ऑटोमोबाइल तक

फ्रैंक की पृष्ठभूमि क्लासिक ऑटोमोटिव करियर नहीं है। उन्होंने UC Berkeley में 1955 में मैकेनिकल इंजीनियरिंग की स्नातक डिग्री और 1958 में मास्टर्स की डिग्री हासिल की; इसके बाद USC में इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग की ओर मुड़े और 1965 में मास्टर्स तथा 1968 में पीएचडी पूरी की। यह दोहरी विशेषज्ञता - यांत्रिक और विद्युत - उनके हाइब्रिड प्रोपल्शन के दृष्टिकोण की नींव बनी।

1955 से 1968 तक उन्होंने North American Aviation और फिर North American-Rockwell में काम किया। उनकी जिम्मेदारियों की सूची प्रभावशाली थी: X15 हाइपरसोनिक रिसर्च विमान, हेलीकॉप्टर स्थिरीकरण प्रणालियाँ, Apollo परियोजना और Minuteman अंतरमहाद्वीपीय बैलिस्टिक मिसाइल कार्यक्रम। 1969 में वे शैक्षणिक जीवन में आए; 1969 से 1985 तक University of Wisconsin में और 1985 से 2006 तक UC Davis में संकाय सदस्य के रूप में कार्य किया। यानी उन्होंने अपना पहला हाइब्रिड वाहन एक एयरोस्पेस कंपनी से निकले दोहरी विशेषता वाले इंजीनियर के रूप में बनाया।

1971 से पहले वाहन और अपूर्ण घटकों की समस्या

फ्रैंक ने 1971 में Wisconsin-Madison में अपने छात्रों के साथ मिलकर शुरुआत से पहला हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन बनाया। यह वाहन 1972 URBAN CAR Competition में भाग लेने वाला एकमात्र हाइब्रिड था। UC Davis के अपने विवरण में लिखा है कि फ्रैंक ने 1972 में संभवतः पहली प्लग-इन हाइब्रिड कार विकसित की; उन्होंने जो लक्ष्य रखा, वह उस दौर के मानकों के अनुसार असाधारण था: प्रति गैलन 100 मील की दूरी और 6 सेकंड में 0-60 मील/घंटा त्वरण। दक्षता और प्रदर्शन को एक ही पैकेज में देना, आज भी हाइब्रिड इंजीनियरिंग की परिभाषा है।

तो 1970 के दशक में प्लग-इन हाइब्रिड सामूहिक उत्पादन में क्यों नहीं जा सका? फ्रैंक का अपना मूल्यांकन समस्या को घटक स्तर पर रखता है: उस दौर में सही बैटरी, ट्रांसमिशन और मोटर तकनीकें उपलब्ध नहीं थीं। उत्पादन कार के लक्ष्यों तक पहुँचने के लिए इन घटकों को शुरुआत से, उद्देश्य के अनुरूप डिज़ाइन करना आवश्यक था। यह निदान इस अवधारणा की समय-पूर्वता को प्रतिभा की कमी के रूप में नहीं, बल्कि सप्लाई चेन की समस्या के रूप में समझाता है और इंजीनियरिंग के दृष्टिकोण के प्रति वफादार है।

फिर भी 1970 और 1980 के दशक खाली नहीं बीते। 1979 में उन्होंने अपने छात्रों के साथ फ्लाईव्हील आधारित एक हाइब्रिड विकसित किया: कंटीन्यूअस वेरिएबल ट्रांसमिशन यानी CVT वाला एक Ford Pinto रूपांतरण। इस परियोजना में फ्रैंक की पसंदीदा वास्तुकला के पहले ठोस संकेत मौजूद थे।

Team FATE और Davis के वर्ष: मापने योग्य परिणाम

UC Davis में फ्रैंक के नेतृत्व वाली टीम ने Team FATE नाम से वर्षों तक लगातार प्रमाण-वाहन बनाए। 2004 तक कुल सात प्रमाण-वाहन बनाए जा चुके थे। इनमें से प्रत्येक वाहन ने प्लग-इन हाइब्रिड की अवधारणा के एक पहलू का परीक्षण किया:

• Side F/X: 1991 में एक गैलन पेट्रोल से 3313 mpg के साथ विश्व रिकॉर्ड; फ्रैंक के कहने में, एक ही गैलन से San Francisco से New York तक जाने लायक दूरी।
• Shamu: उसी वर्ष मेथनॉल ईंधन M85 के साथ 2200 mpg विश्व रिकॉर्ड।
• 1991 का एक PHEV: लेड-एसिड बैटरियों के साथ 40 मील की इलेक्ट्रिक रेंज।
• 1990 के दशक का अंत: निकल-मेटल हाइड्राइड बैटरी के साथ 60 मील की इलेक्ट्रिक रेंज - उनके छात्रों द्वारा विशाल उपलब्धि मानी जाने वाली सीमा।
• 1992-1993: PNGV कार्यक्रम के प्रति गैलन 80 मील के लक्ष्य के निकट, 72 mpg देने वाला एक प्लग-इन हाइब्रिड प्रदर्शन।
• 1996: Ford Taurus आधारित एक PHEV रूपांतरण; Detroit से Washington DC तक की यात्रा में 68 mpg मूल्य तक पहुँचा।

1990 के दशक के अंत में GM ने Frank को एक EV1 इलेक्ट्रिक कार को plug-in हाइब्रिड में बदलने के काम से अनुबंधित किया; संग्रह रिकॉर्ड दिखाते हैं कि 2001 में इस EV1 प्रोटोटाइप को हाइब्रिडाइज़ करने के लिए महत्वपूर्ण फंडिंग मिली थी। यह परियोजना एक ठोस कदम थी जिसमें Frank की अवधारणा को एक बड़े निर्माता के हार्डवेयर पर परखा गया - दुर्भाग्य से यह उस समय की उत्पादन योजनाओं में नहीं बदला, लेकिन पूरी रद्दीकरण की कहानी संग्रह सामग्री में विस्तार से प्रलेखित नहीं है।

Frank की आर्किटेक्चर: समानांतर हाइब्रिड की वकालत क्यों की?

Frank की पसंदीदा कॉन्फ़िगरेशन चार घटकों से बनी है: इलेक्ट्रिक मोटर, आंतरिक दहन इंजन, मैकेनिकल CVT और उच्च क्षमता वाली बैटरी। यह आज समानांतर हाइब्रिड के नाम से जानी जाने वाली व्यवस्था है। श्रृंखला हाइब्रिड में इंजन केवल जनरेटर घुमाता है, जबकि समानांतर आर्किटेक्चर में दोनों शक्ति स्रोत सीधे पहियों में योगदान दे सकते हैं; Frank ने इस संरचना की वकालत मैकेनिकल दक्षता और घटक आकार के दृष्टिकोण से मापने योग्य लाभों के साथ की।

उनकी दूरदर्शिता वाहन से आगे तक फैली थी। ग्रिड से चार्ज होने वाला वाहन, पार्क होने की स्थिति में ग्रिड को ऊर्जा दे सकता था; vehicle-to-grid अवधारणा और घर को ऊर्जा देने वाला vehicle-to-house परिदृश्य, Frank की परियोजनाओं में शुरुआती दौर से ही रेखांकित पहलू रहे हैं। अपने लक्ष्य के बारे में उनकी अपनी परिभाषा भी उल्लेखनीय है: अंतिम उद्देश्य शुद्ध इलेक्ट्रिक वाहन नहीं, बल्कि एक ऐसा वाहन था जो खपत का लगभग दसवां हिस्सा तरल ईंधन से और शेष सौर-आधारित बिजली से पूरा करे। यह आज की बैटरी-इलेक्ट्रिक केंद्रित कथा से स्पष्ट रूप से भिन्न एक इंजीनियरिंग पसंद है।

प्रभाव: पेटेंट, छात्र और एक शोध केंद्र को जन्म देने वाले काम

Frank की उपलब्धियाँ केवल प्रोटोटाइप तक सीमित नहीं हैं। 35 से अधिक पेटेंट के स्वामी; इनमें से 12 UC Davis के हैं और PHEV पेटेंट संख्या लगभग 50 तक पहुँचती है। ठोस उदाहरणों में से एक, 1998 का हाइब्रिड वाहनों के लिए चार्ज क्षय नियंत्रण विधि से संबंधित पेटेंट है - plug-in हाइब्रिड की मूल नियंत्रण रणनीति।

उनके छात्र शायद इस विरासत का सबसे दृश्यमान हिस्सा हैं। इनमें से सैकड़ों ऑटोमोबाइल उद्योग में शामिल हुए; कुछ ने पहली सामूहिक उत्पादन plug-in हाइब्रिड में से एक Chevrolet Volt के डिज़ाइन पर काम किया। Frank स्वयं 21 दिसंबर 2010 को Volt के पहले मालिकों में से एक बने - वर्षों से वकालत की गई अवधारणा का व्यावसायिक उत्पाद में बदलना अपने ही गैरेज में देखना, एक इंजीनियर के लिए दुर्लभ समापन।

Team FATE के सात प्रमाण-वाहनों ने कैलिफोर्निया उत्सर्जन कानून के शून्य उत्सर्जन वाहन लक्ष्यों को plug-in हाइब्रिड के दायरे में शामिल करने का रास्ता बदलने में असर डाला। 2006 में फ्रैंक ने Efficient Drivetrains Inc. कंपनी की स्थापना की; UC Davis का पेटेंट इसी कंपनी को लाइसेंस दिया गया। उसी वर्ष, 2007 में UC Davis के परिवहन अनुसंधान के तहत Plug-in Hybrid Electric Vehicle Research Center की स्थापना की गई और पहली उपभोक्ता शोध परियोजनाएं शुरू की गईं; 2010 में इसका नाम बदलकर PH&EV Research Center कर दिया गया।

देने योग्य एक और उल्लेख: जब बाजार ने 1999 के अंत में पहले आधुनिक हाइब्रिड देखे - भले ही वे ब्रेक ऊर्जा से चार्ज होते थे - तो फ्रैंक के लिए यह विकास एक पुष्टि, एक औचित्य का क्षण था। अवधारणा सही थी; बस उसका समय और घटक उसकी प्रतीक्षा कर रहे थे।

बुढ़ापे में भी चित्र बनाने वाला एक इंजीनियर: विरासत और संग्रह

फ्रैंक ने 24 सितंबर 2023 को 90 वर्ष की आयु पूरी की; नर्सिंग होम में रहने के बावजूद वह तकनीकी लेख लिखना और plug-in हाइब्रिड वकालत गठबंधनों का समर्थन करना जारी रखे हुए हैं। यह जिद लेख के शीर्षक में शब्द का पूरी तरह अर्थघातक है: न प्रोजेक्ट रद्द होने ने उन्हें रोका न बुढ़ापा।

उनकी विरासत अब संस्थागत रूप ले रही है। UC Davis Shields पुस्तकालय में, फ्रैंक और plug-in हाइब्रिड वकालत के प्रमुख हस्तियों में से एक फेलिक्स क्रेमर द्वारा दान किए गए संग्रहों के साथ एक plug-in विद्युत वाहन अनुसंधान संग्रह स्थापित किया जा रहा है। 1978-2012 की अवधि में फैले, नौ लीनियर फीट आकार के इस संग्रह का 2024 के अंत तक शोधकर्ताओं के लिए खोला जाना योजनाबद्ध था; पुस्तकालय के लॉबी में एक प्रदर्शनी भी विचाराधीन है।

इस बीच, आज की चर्चा में लंबी रेंज वाले plug-in हाइब्रिड की भूमिका भी फ्रैंक की दूरदृष्टि की पुष्टि करती है: ये वाहन बैटरी-विद्युत वाहनों के समान उत्सर्जन लाभ प्रदान करते हुए लगभग चार गुना कम क्रांतिक खनिजों का उपभोग करते हैं और ग्रिड पर कम भार डालते हैं। पचास वर्षों की एक इंजीनियरिंग प्रतिबद्धता का मापने योग्य तर्कों के साथ अब भी चर्चा में होना, फ्रैंक की अगुवाई का सर्वोत्तम सार है।

स्रोत

• 'Electrifying 100' में: प्रोफेसर एंडी फ्रैंक को 'plug-in हाइब्रिड के जनक' के रूप में सम्मानित किया गया
• Shields में plug-in EV के संग्रह का घर होगा
• एंड्रयू ए. फ्रैंक
• Plug-In Hybrid Electric Vehicle अनुसंधान संग्रह, 1978-2012
• डॉ. एंड्रयू फ्रैंक - EAA-PHEV
• जीवनी - फ्रैंक, एंड्रयू (UC Davis)