Projekt HEPAD

Projektträger: Projektträger Jülich (PtJ),

Fördermittelgeber: Europäische Union und Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen (NeueWege.IN.NRW)
Förderkennzeichen: EFRE-20801850
Laufzeit: 01.03.2026-29.02.2028

Projektpartner:                                                              

• Fraunhofer IPT/ Fraunhofer Innovation Platform
• MANUGY GmbH
• Universität Münster – MEET Batterieforschungszentrum
• PEM Motion GmbH
• Institut für Elektrische Maschinen IEM RWTH Aachen
• University of Twente
• exabotix GmbH
  
  

Das Projekt „HEPAD – High Efficiency Payload Arial Drone“ zielt darauf ab, eine hochinnovative Transportdrohne mit deutlich gesteigerter Leistungsfähigkeit des Antriebsstrangs, speziell für innerstädtische und kurzstreckige Logistikaufgaben zu entwickeln. Dabei wird eine Leistungserhöhung von über 50 % im Vergleich zu herkömmlichen Transportdrohnen angestrebt. Die Kerninnovationen umfassen eine Hochleistungs-Batteriearchitektur mit optimiertem Zelldesign sowie ein integriertes Batteriemanagementsystem (BMS). Die Effizienzsteigerung des Antriebsstrangs erfolgt durch eine systemübergreifende Optimierung der Interaktion von Maschine, Elektronik und Speicher zur Maximierung der Leistungsdichte. Ergänzt wird diese Hardware durch cloudbasierte Algorithmen zur Flottensteuerung und Datenanalyse, die eine nahtlose Integration in bestehende Logistiknetzwerke ermöglichen.

Durch die synergetische Optimierung dieser Komponenten werden Reichweite, Flugzeit, Nutzlast und Effizienz signifikant gesteigert, während gleichzeitig das Gesamtgewicht reduziert und eine robuste Betriebssicherheit gewährleistet wird. Die Umsetzung folgt einem dreiphasigen iterativen Prozess, der von der Definition der Zielparameter über die detaillierte Ausarbeitung der Kerninnovationen bis hin zum Bau eines kompletten Demonstrators und dessen Validierung in Flugtests reicht. Über den technologischen Fortschritt hinaus fungiert „HEPAD“ als strategisches Leuchtturmprojekt, das die regionale Wertschöpfung in NRW stärkt und technologische Abhängigkeiten von außereuropäischen Herstellern minimiert. Die daraus resultierenden Transferpotenziale fördern zudem Innovationen in angrenzenden Branchen wie der Transport- und Automobilindustrie, der Robotik und industriellen Energiesystemen.

Arbeitsplan

AP1: Anforderungsanalyse

Das erste Arbeitspaket dient dazu, die technischen und organisatorischen Grundlagen für das gesamte Projekt zu schaffen. Während eines Kick-off-Workshops wird das bestehende Wissen über aktuelle Technologien und Marktbedingungen gesammelt und analysiert. Parallel dazu führen die Partner eine Use-Case-Analyse durch, bei der die Anforderungen und Anwendungsszenarien für eine hocheffiziente Drohne definiert werden. Dazu gehören Aspekte wie Nutzlastkapazitäten, Reichweite und Energiebedarf.

AP2: Konzeptentwicklung

In dieser Phase wird der Grundstein für die technische Umsetzung gelegt. Basierend auf den Ergebnissen aus AP1 entwickeln die Projektpartner eine umfassende Systemarchitektur für die Drohne und ihre optimierten Komponenten. Besonderer Fokus liegt auf der Integration der Hochleistungsbatterie, des innovativen Elektromotors und des neuen Batteriemanagementsystems. Jede dieser Komponenten wird detailliert ausgearbeitet und theoretisch validiert. Abschließend wird ein Prototypendesign erstellt, das alle Systemanforderungen vollständig abdeckt.

AP3: Komponentenproduktion

Dieses Arbeitspaket umfasst die Entwicklung sowie Fertigung der Kerntechnologien:

• Batterie und BMS:
  Eine Hochleistungsbatterie mit optimierten Materialien für maximale Energiedichte und geringem Gewicht wird hergestellt. Zusätzlich wird ein maßgeschneidertes Batteriemanagementsystem entwickelt, das die Effizienz der Batterien erhöht und genauere Zustandsanalysen ermöglicht.
• Elektromotor:
  Die Fertigung eines innovativen Elektromotors durch einen ganzheitlichen Systemansatz. Statt der reinen komponentenbezogenen Optimierung (z.B. Kupferfüllfaktor) werden die Wechselwirkungen zwischen Maschine, Leistungselektronik und Energiespeicher integriert, um die Systemleistungsdichte zu maximieren. Die Anwendung numerischer Feldberechnungen und fortschrittlicher Regelstrategien gewährleistet dabei, dass von Wirkungsgrad und Leistungsfähigkeit gesteigert werden.
• Cloud-System:
  Die Entwicklung einer serverbasierten Datenmanagement-Infrastruktur ermöglicht Echtzeitübertragungen für Drohnenflottenmanagement sowie Analysen zum Energieverbrauch und zur Betriebssicherheit.
  
  

AP4: Konstruktion und Prototypentests

Im vierten Arbeitspaket wird der erste Demonstrator zusammengestellt und getestet. Das Unternehmen exabotix stellt den Grundrohbau der Drohne zur Verfügung, der mit den entwickelten Komponenten aus AP3 bestückt wird. Nach der Integration erfolgen Bodentests, um die Funktionsfähigkeit der Komponenten im Zusammenspiel zu überprüfen. Anschließend werden die Fähigkeiten des HEPAD-Prototyps in realitätsnahen Flugtests evaluiert, bei denen seine Leistungsfähigkeit mit einer Referenzdrohne verglichen wird.

AP5: Techno-ökologische Begleitung

Parallel zu den technischen Entwicklungen wird eine umfassende Markt-, Technologie- und Lebenszyklusanalyse durchgeführt. Hierbei werden die ökologischen Vorteile durch weniger Emissionen und die ökonomischen Potenziale, z. B. für die industrielle Fertigung, bewertet. Ziel ist es, die Produktion regionaler Wertschöpfungsketten zu fördern und die Nachhaltigkeit der entwickelten Kerntechnologien sicherzustellen.

AP6: Ergebnisverwertung

Am Ende des Projekts erfolgt die Verwertung der Ergebnisse. Ein Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung von Geschäftsmodellen und Lizenzierungsmöglichkeiten. Zudem werden die Einsatzmöglichkeiten der Einzelinnovationen über den Drohnensektor hinaus, etwa im Bereich Elektromobilität und Hochleistungsanwendungen, geprüft. Jedes System wird hinsichtlich seiner Marktreife analysiert und anschließend eine Roadmap für die Industrialisierung erstellt.

AP7: Öffentlichkeitsarbeit und Management

Das letzte Arbeitspaket beinhaltet die administrative und organisatorische Leitung des Projekts. Hierzu gehören regelmäßige Projekttreffen, Updates und PR-Maßnahmen. Die Ergebnisse des Projekts werden öffentlichkeitswirksam auf Messen und Fachveranstaltungen präsentiert, um potenzielle Investoren und Interessenten aus der Logistik- und Technologiebranche anzusprechen.

Ergebnisverwertung

Die Ergebnisse des Projektes „HEPAD“ bieten umfassende Verwertungsmöglichkeiten sowohl für die Logistik- und Transportbranche als auch für weitere Industriesektoren. Zentral ist die Markteinführung der Transportdrohne als Gesamtsystem, ergänzt durch die isolierte Vermarktung leistungsfähiger Einzelkomponenten. Die entwickelten Hochleistungsbatterien finden Anwendung in der Elektromobilität sowie in stationären Energiespeichern, während die effizienten Elektromotoren für die Transport- und Automobilbranche sowie die Luftfahrt optimiert werden. Ein skalierbares Batteriemanagementsystem unterstützt zudem großskalige Energieprojekte.

Nachhaltigkeit bildet einen Kernaspekt durch integrierte Recyclingkonzepte und lokale Produktionsverfahren, die durch technologisches Know-how auch die Gründung von Spin-offs fördern. Ein voll funktionsfähiger Demonstrator sowie detaillierte Industrialisierungs-Roadmaps bilden das Fundament für die potenzielle Serienproduktion. Diese Innovationen stärken die internationale Position Nordrhein-Westfalens als Technologiestandort für nachhaltige Mobilität. Unterstützt wird dieser Prozess durch Kooperationen mit der Fraunhofer FFB, die insbesondere umweltfreundliche Prozesstechnologien zur Batteriezellenproduktion und Materialwiederverwendung im Sinne der Kreislaufwirtschaft vorantreibt.