基于区块链和V2G技术的充电站

1产品背景

1.1 充电桩行业发展现状

    随着新能源汽车行业的发展，充电桩的需求也随之扩大，为了解决充电桩市场保有量不足、共享充电桩市场鱼龙混杂、市场规范不定、行业内存在黑心企业利用“虚假充电桩”骗取国家补贴和利用热点非法集资，卷走投资人的合法财产，共享充电桩企业的融资问题，保护投资者的资金安全，以及切实政府补贴的合理发放，提供一种基于区块链联盟链的模型，链上保证资金的安全，不可篡改，不可重复融资，可被溯源，同时三方可对补贴发放的共同监督。

图 1-1 充电桩图

1.2 区块链3.0的发展现状

区块链概念在2008年由日裔美国科学家中本聪第一次提出，其本质是带一个时间戳的分布式存储数据库，并通过点对点传输、加密存储和验证技术、共同管理的组网方式解决了互联网中心化服务器数据存储的信任问题。区块链1.0和2.0还停留在数字货币和金融行业的应用上。

区块链3.0已经扩展到金融之外的各行业应用场景。区块链3.0是指区块链在金融行业之外的各行业的应用场景，能够满足更加复杂的商业逻辑，区块链3.0被称为互联网技术之后的新一代技术创新，足以推动更大的产业改革。区块链3.0或将改变互联网时代的“生产关系”，能够通过实现星人的方式提高整体系统的工作效率，被称为“价值互联网”。

图 1-2 区块链的基础架构图

1.3 V2G发展现状

V2G是Vehicle-to-grid（车辆到电网）的缩写，V2G描述了电动汽车与电网的关系。当电动汽车不使用时，车载电池的电能销售给电网的系统，如果车载电池需要充电，电流则由电网流向车辆。纯电动车（BEV）和插电式混合动力汽车（PHEV）可以实现V2G，由于大部分车辆95%的时间是处于停驶状态，车载电池可以作为一个分布式储能单元。据估算，每辆车可为电力公司带来4000美元的价值。

根据英国国家电网电力系统运营商（ESO）7月份发布的《Future Energy Scenarios》，到2050年，多达45%的家庭将使用V2G功能，V2G比智能充电更有效。这是由于能够将电动车连接在一起，并且在用电高峰的时候，将电动车的储能回馈至电网，类似于巨大的分布式发电站。这样有助于减少电网对额外能源的需求，减少对电网的需求，同时让驾驶员使用更环保，更便宜的电力，据估计V2G可以从500万辆电动车中得到38GW的灵活性。但是根据ESO的预估最低仅4.6%的家庭加入，当前V2G启动缓慢。

图 1-3 V2G 工作原理图

2 产品技术介绍

“快充”基于当下区块链迅速发展及逐渐成熟的背景下，采用最新的区块链3.0概念，将区块链应用覆盖到共享充电桩供应链中，简化充电桩使用程序，加强用户的支付安全性。通过平台构建平台构建联盟链，将区块链、共享充电桩、V2G三种技术结合起来解决当前各种新能源汽车和电量耗费造成消费的难点，让新能源汽车在电量的输入和输出方式更为高效，减少能源的浪费问题实现可持续发展。

图 2-1 “块充”原理图

区块链技术在交通运输领域中的实施运用已经得到了多方面的论文验证：

1. 鲍方平.区块链共识机制下海运物流运输管理模式和责任研究
2. 闫卫喜.浅谈区块链技术在交通运输行业的应用
3. 匡图上青.祁宏.周盛文.段桂华.段红松.基于区块链的新能源充电桩共享管理方案
4. 马英杰. 胡祎娉. 汪洋.基于区块链技术的交通运输行业信用监管平台设计

V2G在新能源汽车的运用已经在国外得到了实施:

得益于电动汽车智能化和储能技术的跨越式发展，近 10 年来全球 V2G 项目数呈现快速上升趋势。据 V2G-HUB 网站统计，目前全球 V2G 项目已突破 80 个，其中，欧洲 47 个，北美洲 19 个。超过 80% 的项目聚焦于车网互动 的技术可行性分析。此外，欧洲和北美洲的项目显示，V2G在参与电力负荷削峰填谷、电力需求侧响应、调频辅助服务、应对能源电力应急事件等应用场景方面，具备经济可行性。

图 2-2 英国车网互动市场运行模式图

2.1 区块链交易技术

2.1.1 技术背景

 区块链技术是互联网十大典型司法技术应用之一,区块链是一个信息技术领域的术语。从本质上讲，它是一个共享数据库，存储于其中的数据或信息，具有“不可伪造”、“全程留痕”、“可以追溯”、“公开透明”、“集体维护”等特征。基于这些特征，区块链技术奠定了坚实的“信任”基础，创造了可靠的“合作”机制，具有广阔的运用前景。

区块链交易技术主要运用于金融领域(比特币)、物联网和物流领域、区块链+行业领域（区块链+医疗、区块链+IP版权/文化娱乐、区块链+公共服务/教育)等领域，近两年区块链技术才真正融合进了交通运输领。

《交通运输强国建设纲要》明确提出，大力发展智慧交通、推动大数据、互联网、人工智能、区块链、超级计算等新技术与交通行业深度融合，区块链技术在交通运输行业的应用步伐在未来将加快，范围将扩大。

2.1.2 技术简介

区块链电子交易安全关键技术已经成为研究热点，区块链技术是一种由点对 点网络节点共同维护分布式数据账本的网络技术。它将数据按照时序逻辑顺序存 储成区块，通过哈希指针连接区块形成链式数据结构。区块链使用密码算法验证 数据的合法性并确保记入区块链的数据不可修改也无法删除。它本质上是一个去 中心化的数据库。区块链包括以下三个的特点：第一，分布式网络中各个节点地位功能相同；第二，网络节点通过共识协议对区块链数据达成一致；第三，只有通过全网大部分节点验证的数据才能被记入区块链中。

区块链电子交易系统采用分布式网络结构取代了中心化服务器，降低了系统的运行维修成本，区块链电子交易系统为网上交易提供了一种新的支付方式，由于区块链是基于协商一致的规范与协议，整个区块链系统并不会依赖其他第三方，所有节点都可以在系统内自动安全地进行验证、交换数据，不需要任何人为的干预，使区块链交易技术就有极高的安全性。

2.1.3 技术核心

区块链式数据结构：区块链的基本存储单元是区块，记录着存储期间所有状态改变的过程和结果。新增的区块保留着前一区块的摘要信息，每个区块按生成顺序排列，连接组成链表，构成了块链式数据结构。

共识机制：共识机制是区块链节点间在数据存储、数据验证和数据维护方面达成一致的策略和方法。

P2P 网络：P2P 网络是一种用于多个节点之间点对点组网和通信的技术。P2P 网络中没有中心化的服务器。在区块链网络中所有节点均参与账本数据的生产、维护和共享。

密码学：区块链中使用了多种类型的现代密码学技术，包括信息摘要算法、对称加密和非对称加密算法等，主要目的是确保链上数据的安全性和完整性。

智能合约：智能合约是部署在区块链上的可执行代码，在满足特定条件下可自动触发代码运行。通过降低人为干预的风险，提升执行的安全与可信程度。

2.1.4 技术核心优势

表2-1区块链交易优势分析表

方案	技术特点	适用范围	经济效益
区块链交易技术	利用现目前已经形成并取得一定发展的区块链3.0技术，通过其独有的构成系统，将其运营新能源汽车发展的充电桩交易中，保证其交易的安全性	新能源汽车充电桩的使用	费用估算：30万元

      

总结起来区块链交易具有以下优势：

区块链验证并记录所有进行的交易，作为一个公共账本系统，既可靠又安全；

共同保证数据交易协议在没有可信第三方参与的环境中可以安全、公平的执行,同时有效避免传统交易平台数据泄露的问题；

去中心化，区块链采用了分布式核算和存储，不存在中心化的硬件和管理机构，因此使的任意及诶单的权利和义务都是均等的；

开放性原则，区块链的系统是一个开放性质的，除了交易各方的是由信息被加密外，区块链的数据对所有人公开；

自治性，在区块链中任何人为的敢于都是不起作用的，将对“人”的信任改成了对及其的信任，使得整个系统中的所有节点都能够在去信任的环境自由安全的交换数据。

图 2-3 混币方案概览图

2.2 V2G技术

2.2.1技术背景

新能源汽车产业的碳中和将成为国家碳 中和战略的先决基础和条件，并因其移动储能属性在推进消纳可再生能源、保障能源安全稳定等方面应用潜力巨大。作为电动汽车与能源产业融合应用的重要发展方向之一，车网互动的技术研发和商业应用驶入快车道。国务院在 2020 年 11 月发布的《新能源汽车产业发展规 划（2021—2035 年）》中提出，要加强新能源汽 车与电网能量互动，鼓励地方开展 V2G 示范应用，实现新能源汽车与电网能量的高效互动，近几年V2G 在技术层面不断突破，但因其商业化应用和市场运营模式等尚未明晰，难以激发大规模用户参与。国内V2G 发展处于摸索阶段，国外电力和汽车行业已在推动 V2G 实践层面做出了先进探索和实践。

2.2.2 技术简介

V2G技术利用大量电动汽车的储能源作为电网和可再生能源的缓冲，当电网负荷过高时，由电动汽车储能源向电网馈电；而当电网负荷低时，用来存储电网过剩的发电量，避免造成浪费。通过这种方式，电动汽车用户可以在电价低时，从电网买电，电网电价高时向电网售电，从而获得一定的收益。

V2G技术概括来说就是一种实现电网和电动汽车（EV）之间能量双向流动的机制，电动汽车可通过整流技术从电网社区能量也可通过逆变技术向电网回馈能量，是智能电网的重要组成部分。V2G技术可实现能量的双向流动，增加用户与电网的互动性，使用户不再只是能量的消耗着，还可以是能量供应者。

图 2-4 V2G 技术示意图

2.2.3 技术核心

• 可以实现能量的双向流动，在保证用户获得一定收益的基础上，减少能源的浪费。
• V2G技术具有能量存储、携带、输送机制。
• 对于V2G可以实行集中式的、自治式的、基于微网的、基于更换电组的多样化的实施方法。

图 2-5 自治式 V2G 电动车及更换电池组的方法

2.2.4 技术优势

表2-2 V2G技术优势分析表

方案	技术特点	使用范围	经济效益
V2G技术	电网与电动汽车之间能量双向流动的机制	新能源汽储电、用电过程中的能量转换	费用估算：25万元

总结起来V2G具有以下优势；

利用电动车电池作为电网的缓冲，为电网提供辅助服务，如调峰、无功补偿等；

能为车主提供额外的收入，抵消购买电动汽车的部分花费，有利于清洁汽车的普及；

可以增加电网稳定性和可靠性，降低电力系统运营成本；

V2G 能减少对新发电基础设施的投资；

产生能量存储缓冲，从而为可再生能源提供支持；

电动汽车的大量使用可以减少温室气体的排放。

3 产品使用者

3.1 家庭充电桩的提供者

交易根据消费者以及提供者在网络上以类似p2p的形式进行，过程公示且可链上溯源，以达到透明交易的目的，同时基于智能合约的应用，对电费信息的处理也随着充电应用场景的改变而改变，给予充电用户透明的电价计算过程。

Baas框架且将区块链框架接入云计算平台，利用云服务基础设施的部署和管理优势支持开发者的业务扩展和运营支持的区块链开放平台。

用户在移动端接入区块链网络，依托大企业的大数据系统以及云计算优势，在链上进行交易信息的浏览以及确认，通过智能合约的应用完成充电过程。

家庭在进行新能源汽车的使用过程中，会存在一部分的闲置时间，家庭消费者可以通过小程序将新能源汽车的电能回收到电网，获取一定的收益减少新能源汽车的购置成本。

图 2-6 “家庭充电桩的提供者”服务模式技术路线图

3.2 充电站设施企业

企业投资建设新能源充电站，利用区块链的网络进行交易信息的交互，同时基于智能合约充电过程的管理以及充电桩身份的确认。不同企业在区块链网络上交易信息的交互有利于节省人工和时间成本，快速完成数据的更新。如法律允许，在链上通过代币完成交易，还可节省第三方信用平台的高昂的手续费用。

用户在完成上述交易行为后，交易信息被记录在联盟链中，链上所有企业节点都被共享交易信息，有利于负责且大量数据资源的整合。

企业通过投资建设充电站可以向新能源汽车的用户收取一定的费用，企业在充电站的建设过程中投入建设V2G技术，回收过剩的充电桩电能，在提供充足的电脑的基础上节约企业的生产成本，从而投资更多的项目或者促进充电桩的转型升级，扩大企业的盈利空间。

图 2-7 “充电站设施企业”服务模式技术路线图

3.3 投资者

平台提供运用一套基于共识的数字算法完成信用创造，投资者只需将资金投入智能合约，企业被允许动用智能合约锁定的资金流向监管部门认可的指定充电桩厂家以及设备制造商。在法律允许情况下，投资者获得类似股权证明的代币，重在保护投资者资金，极大降低了企业卷款跑路的风险，同时V2G技术的运用又在一定程度上为投资者带来了一笔可观的收益。

图 2-8 “投资者”服务模式技术路线图

本产品现处于创意阶段，在维持公司正常运作情况下以服务社会为宗旨，以公司可持续发展作为战略目标，立志于打造一款真正服务于社会的产品。

4 服务

4.1 服务内容

“区块链+V2G”所形成的新能源汽车充电的新发展模式，通过配备智能双向充电器的方式实现电动车与电网能量之间的双向流动，在为新能源汽车用户提供必要的汽车动能的基础上，减少新能源汽车使用闲置出现的能源浪费问题，从而降低用户的消费成本，实现可持续发展。

家庭充电桩的使用者

1. 提供新能源汽车必要的消耗动能
2. 减少新能源汽车闲置时的能源浪费
3. 降低新能源汽车使用者购置新能源的成本

充电站设施企业

1. 增加新能源汽车用户在该充电站进行消费的次数
2. 提高该充电站设施企业的营业收入
3. 丰富充电站的服务内容
4. 降低充电站设施企业的营业成本
5. 拓宽充电站企业的发展空间

充电桩的投资者

1. 提高该企业在充电桩行业中所占的市场份额
2. 增加该企业的营业外收入
3. 开辟充电桩行业行的发展方向

4.2 服务优势

1、防止企业非法融资和骗取政府补贴；

2、投资者资金得到保障且可以参与到资金调动环节中；

3、建立一个安全基于代码的可信赖第三方简化交易平台；

4、为其他行业提供服务于大众的区块链技术范本；

5、整合新能源充电桩上游资源，为中下游能源行业落地实施提供便利；

6、规范充电桩行业现状；

7、减少资源的浪费，实现新能源汽车事业的可持续发展；

8、降低了企业新能源充电桩的投资成本和新能源汽车用户的消费成本。

5 发展建议

在国内，V2G 还是一个比较新的概念，作为智能电网重要的组成部分，其各项研究仍处于起步阶段[。虽然我国还没有制定出 V2G 建设的相关发展战略，但智能电网建设的一些研究成果实际上为 V2G 的发展提供了重要的参考。

国内充电桩“区块链+V2G”技术发展建议

1. 在建设智能电网的进程中，加紧制定 V2G 发展的战略规划，并加强对 V2G 的基础研究。
2. 在建设电动汽车基础设施过程中，尽量将 V2G 的因素考虑在内。
3. 先在小规模的微电网内建立 V2G 试点工程， 然后考虑扩大规模，最后将其推广到整个大电网中。

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