本发明涉及车载充电领域，尤其涉及到一种基于区块链的充电桩计费系统。
背景技术
充电桩可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、充电时间、充电费用等数据。
用户在使用传统的充电桩充电装置时，需要经常切换不同的app或者使用不同的预付费充电卡，在充电时充电时间容易被浪费了，对于充电桩运营公司来说，由于各地电价和峰谷电池等都不一样，导致在异地结算和清分结算时都非常不便，容易出现差错。而且充电桩也不具有分布式数据存储、集中监控、分布式管理以及节能的效果。
技术实现要素：
本发明的目的在于，解决传统的充电桩充电装置存在的上述问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于区块链的充电桩计费系统，该系统包括充电桩和区块链控制云平台；其中，所述充电桩设置有扫描装置，以及区块链数字资产二维码；所述区块链控制云平台包含服务器端和安装在用户手机中的客户端，服务器端包括后台业务处理、账户系统以及区块链网络；所述区块链网络负责虚拟货币的发行和流通；用户通过手机中的客户端扫充电桩的区块链数字资产二维码或者通过充电桩的扫描装置扫手机的区块链数字资产的二维码进行支付。
作为一种改进，充电桩包括区块链充电控制设备，所述区块链充电控制设备包括：主控制器，与所述主控制器连接的计量模块和区块链模块；其中，所述区块链模块与主控制器进行数据交互，用于区域内区块链网络内节点之间的点对点电力交易的实现，以及分布式的电力计量与交易数据的存储。
作为一种改进，区块链模块设置有数据层，所述数据层用于存储电力使用数据、电力交易数据、购售电识别数据和时间戳中的一种或多种数据；其中，
电力使用数据，其由电力计量模块计量得到；
电力交易数据，为区块链中所有的点对点电力交易数据；
购售电识别数据，用于区分购电方和售电方的购售电识别数据；
交易时间戳，用于记录区块链网络内点对点电力交易发生的时间。
所述数据层还用于将每个节点发生的购售电交易数据加盖时间戳，形成数据区块并不可篡改的记录在区块链中。
作为一种改进，数据层包括加密管理单元，采用硬件或软件加密方式对数据进行加密，并用于管理用户的私钥信息；所述数据层还包括数据区块、哈希散列、默克尔树根数据、点对点网络、密钥管理、公钥和私钥、非对称加密和验证机制中的一种或几种组合。
作为一种改进，区块链模块还设置有合约共识层，用于采用智能合约的方式自动确认区块链网络范围内的购电和售电方的电力交易，所述电力交易的内容包括交易电价、交易电力和交易条件；所述合约共识层包括账户中心单元，购售电登记单元、购售电价格匹配单元、购售电交易实现单元、智能合约单元、共识机制单元、脚本代码单元和支付系统单元中的一种或几种组合。
作为一种改进，区块链为私有链或联盟链，所述私有链为联盟链的全部或部分节点拥有复杂的读写、记账的权限；所述区块链模块采用虚拟货币或电子货币进行电力交易或结算；所述区块链还用于给予每块充电控制设备一个唯一的id，以形成所述区块链中的一个唯一id的节点。
作为一种改进，区块链控制云平台和区块链充电控制设备中的区块链模块根据智能合约进行自动的电力交易和电网调峰调频辅助服务，用于充放电系统的充放电量信息、交易信息和服务信息分布式地保存于区块链网络的各个节点，保证数据的不可篡改性。
作为一种改进，区块链模块通过通信接口将经过该区块链模块处理后的数据传输给能源互联网路由器或区块链电力交易监控平台，所述通信接口为nfc、蓝牙、rfid射频、rs485、wifi或电力载波中的一种或几种组合。
作为一种改进，充电桩的电源输入端与交流电网的输出端电连接，每个充电桩的输出端均通过一个充电插头与电动汽车的电源输入端连接，所述交流电网的输入端与充电模块的输出端电连接；所述充电模块包括太阳能电池板、逆变器、变压器和稳压器。
本发明采用区块链技术、智能合约交易技术等来弥补当前充电的不足之处，实现交易安全可靠、有依可寻和节能高效。
附图说明
图1为本发明实施例的一种基于区块链的充电桩计费系统结构示意图；
图2为本发明实施例的一种基于区块链的充电桩计费系统应用场景图。
具体实施方式
通过以下结合附图以举例方式对本发明的实施方式进行详细描述后，本发明的其他特征、特点和优点将会更加明显。
2009年比特币的出现带来了一种颠覆性的成果—区块链技术，区块链是一个安全的账簿类数据库，由一个个数据区块组成，使用者可以在这个不断更新升级的平台查找数据，对于金融机构来说，区块链能加快交易处理过程，降低成本、减少中间人、提高市场洞察力，增加业务透明度。
区块链作为加密货币比特币的底层技术，是一个伟大的创新，区块链技术可以用于打击欺诈和非法交易，目前很多行业都开始使用区块链技术，尤其是采用区块链作为工具实现真正的能源互联网技术。区块链可以起到的作用是：第一，基于区块链的数据公正确保信任，公私钥结合的访问权限保持隐私，真正做到私密，可信计量；第二，区块链防篡改，主体间采用一定的方式配合信任或者强制信任，实现强制信任下泛在交互；第三，区块链和大数据以及人工智能融合构成可信任预言机，签署外部数据，实现虚实交互的自律控制；第四，基于区块链部署的设备间点对点交互式决策，不需要将信任托付于中心化平台代为决策，去中心化从而实现设备民主与分布决策；第五，各主体间基于明确的互动规则进行随机博弈，系统呈现中性良性演化，符合市场化规律和竞争演化的协调性和可进化性。
目前充电行业主要采用刷卡和网络计费系统，刷卡支付目前属于线下交易，对消费者来说无法随时查询个人消费和充值记录，对运营者来说目前刷卡容易破解，充值资金问题风险很大，对其管控要求很高；网络支付目前主要采用中心化管理，存在信息欺骗、扰乱、致瘫等安全风险，且个人账户无法与其他账户关联。两种支持的权威和可信是通过对每笔交易的审计来实现的，当一个公司规模越来越大的时候这个成本是指数级上涨的，而已使用者成本也相应增加。
区块链的作用不仅仅是去中心化。区块链可能颠覆市场及现有价值链，区块链还可能通过释放此前尚未开发的供应创造出新的市场。能源互联网将极大地推动未来分布式能源的发展。在电源侧，随着大量可再生能源装机，电源的随机性波动将对系统造成重大挑战，在负荷侧，由于电力消费结构的变化，以及电动汽车的快速发展，负荷侧的随机性的刚性将不断加剧。充电桩区块链交易平台，采用多中心的结构，包括两类节点，即交易节点和记账节点，其中每一个充电桩就是一个交易节点，可以实现用户充电支付操作和网络交互，每一个记账节点是一个中心，通过各记账节点达成共识的方式实现记录和维护全局账本。现有技术中，分别在联盟链中各企业内部设立服务器，每个服务器对应一个记账节点，通过这些记账节点共同维护充电桩的运营。
电动汽车充电桩的运营商数量众多，通常每个运营商都建立了自己的支付平台；各充电设施建设机构出于运营考虑，发行不同的充电卡，并可能采用不同的收费标准，这给电动汽车用户带来很大不便。由于区块链是去中心的、可信任的，采用区块链技术建立统一的充电桩底层支付平台更容易为公众所接受。
在电动汽车与电力系统的交互领域，尚存在私人充电桩难以实现共享、电动汽车v2g尚缺乏激励机制、动力电池梯级利用无法保证电芯质量等众多问题。采用区块链技术有望解决这些问题。例如，可采用基于智能合约和分布式总账的充电桩按时租赁、基于虚拟货币激励机制的电动汽车v2g自动响应、基于区块链的电池电芯生命周期数据的储存和认证等。
本发明将使得利用智能合约实现自动的充放电管理，自动执行智能合约控制的最佳电力交易和调峰调频等辅助服务收益成为可能。
本发明实施例的提供的电力交易技术方案是，将电力虚拟化为一种数字资产，并将用户的资产登记发行到区块链上，用户在电力区块链系统上购买电力，以备使用。为了促进能源区块链多元交易体系中的交易及业务，以“仟电链”作为交易介质，用于区块链电力交易体系中价值转移，记录电力交易等业务行为。“仟电链”发行以与现实中人民币对应的“仟电链”衡量发行。
电力生产单位将电能发行到区块链上，用户通过电力交易平台进行电力买卖交易。交易信息包括:买家信息、卖家信息、交易电量、电价等。
每个分布式节点通过哈希算法和merkle树数据结构，将一段时间内的交易数据、哈希值、时间戳、上一个区块的哈希值等数据记录到区块中，并链接到当前最长的主区块链上，形成最新区块。
在节点上运行的分布式交易程序，自动执行特定的电力业务规则。通过支付智能合约实现电力支付实时清算结算。系统提供区块链浏览器，实时查看区块信息、帐户信息和交易信息等。信息查看权限根据是否是当事人而有所区别，即满足微电网系统设计原则的隐私性。
在这个场景下，用户将不再与公司或个人签订合同，而是利用gedc智能合约直接与机器签约。用户同意智能合约后，就可以与充电站互动。
图1为本发明实施例的一种基于区块链的充电桩计费系统结构示意图。如图1所示，该系统包括充电桩和区块链控制云平台；其中，充电桩桩设置有扫描装置，以及区块链数字资产二维码；所述区块链控制云平台包含服务器端和安装在用户手机中的客户端，服务器端包括后台业务处理、账户系统以及区块链网络；区块链网络负责虚拟货币的发行和流通；当用户需要为待充电设备充电时，可以通过手机中的客户端扫充电桩的区块链数字资产二维码或者通过充电桩的扫描装置扫手机的区块链数字资产的二维码进行支付。
优选地，充电桩包括区块链充电控制设备，区块链充电控制设备包括：主控制器，与主控制器连接的计量模块和区块链模块；其中，区块链模块与主控制器进行数据交互，用于区域内区块链网络内节点之间的点对点电力交易的实现，以及分布式的电力计量与交易数据的存储。区块链模块设置有数据层，数据层用于存储电力使用数据、电力交易数据、购售电识别数据和时间戳中的一种或多种数据；其中，电力使用数据，其由电力计量模块计量得到；电力交易数据，为区块链中所有的点对点电力交易数据；购售电识别数据，用于区分购电方和售电方的购售电识别数据；交易时间戳，用于记录区块链网络内点对点电力交易发生的时间。数据层还用于将每个节点发生的购售电交易数据加盖时间戳，形成数据区块并不可篡改的记录在区块链中。
数据层包括加密管理单元，采用硬件或软件加密方式对数据进行加密，并用于管理用户的私钥信息；所述数据层还包括数据区块、哈希散列、默克尔树根数据、点对点网络、密钥管理、公钥和私钥、非对称加密和验证机制中的一种或几种组合。
优选地，区块链模块还设置有合约共识层，用于采用智能合约的方式自动确认区块链网络范围内的购电和售电方的电力交易，所述电力交易的内容包括交易电价、交易电力和交易条件；所述合约共识层包括账户中心单元，购售电登记单元、购售电价格匹配单元、购售电交易实现单元、智能合约单元、共识机制单元、脚本代码单元和支付系统单元中的一种或几种组合。
区块链为私有链或联盟链，所述私有链为联盟链的全部或部分节点拥有复杂的读写、记账的权限；所述区块链模块采用虚拟货币或电子货币进行电力交易或结算；所述区块链还用于给予每块充电控制设备一个唯一的id，以形成所述区块链中的一个唯一id的节点。
区块链控制云平台和区块链充电控制设备中的区块链模块根据智能合约进行自动的电力交易和电网调峰调频辅助服务，用于充放电系统的充放电量信息、交易信息和服务信息分布式地保存于区块链网络的各个节点，保证数据的不可篡改性。区块链模块通过通信接口将经过该区块链模块处理后的数据传输给能源互联网路由器或区块链电力交易监控平台，所述通信接口为nfc、蓝牙、rfid射频、rs485、wifi或电力载波中的一种或几种组合。
充电桩的电源输入端与交流电网的输出端电连接，每个充电桩的输出端均通过一个充电插头与电动汽车的电源输入端连接，所述交流电网的输入端与充电模块的输出端电连接；所述充电模块包括太阳能电池板、逆变器、变压器和稳压器。
本发明实施例采用嵌入式充电桩计费模块,其充电方式分为四种：一、按金额充电，比如预约充电30元，当金额累计到20元自动关闭；二、按时间充电，比如预约充电3小时，当时间达到3小时后自动停止充电；三、按电量充电，比如预约充电10度电，当充电量达到达到10度时，充电桩停止充电；四、自动充满，选择自动充电，当汽车充满后才停止自动充电。
本发明实施例提供的充电桩计费系统还包括定位模块，用于对区块链充电控制设备进行地理位置的定位。
图2为本发明实施例的一种基于区块链的充电桩计费系统应用场景图。如图2所示，区块链控制云平台，通过区块链充电控制设备或区块链路由器与区域电网互相连接；所述区块链控制云平台的控制系统基于所述区块链充电控制设备或区块链路由器的区块链模块实现控制，并通过无线或有线通讯连接到所述区块链控制云平台；所述区块链控制云平台和区块链充电控制设备中的区块链模块根据智能合约进行自动的电力交易和电网调峰调频辅助服务，用于充放电系统的充放电量信息、交易信息和服务信息分布式地保存于区块链网络的各个节点，保证数据的不可篡改性。
区块链控制云平台包括区块链电表、区块链电网路由智能电开关、传感器、支付二维码、区域电路调度信号系统、电池控制器、充放电控制器中的一种或几种。还包括分布式充电系统，所述分布式充电系统包括与建筑结合的充电墙或充电桩、与路灯杆结构的充电装置、与工业园区结合的充电装置、与公建商业综合体结合的充电装置、与现在用电设施结合的充电墙。
本发明实施例具有分布式数据存储、集中监控以及分布式管理的效果，其设计人性化且合理化；此外，该基于区块链的充电桩充电装置具有节能的效果。
需要说明的是，上述实施例仅用来说明本发明的结构及其工作效果，而并不用作限制本发明的保护范围。本领域内的普通技术人员在不违背本发明思路及结构的情况下对上述实施例进行的调整或优化，仍应视作为本发明权利要求所涵盖。