新能源车充电方法、系统、及介质

1.本发明涉及新能源车充放电管理技术领域，特别涉及一种基于智能合约与星际文件系统的新能源车充电方法、系统及介质。


背景技术：

2.随着环境污染的加剧，传统能源的日益衰竭，新能源技术特别是充电电池技术的发展，作为清洁能源的新能源车产业取得了快速的发展，目前，我国新能源车的总保有量超过400万辆，占全球的50％以上，根据ev-volumes预测，2021年全球的新能源车数量将突破千万大关。目前新能源车特别是电动汽车基本都使用充电桩进行充电，虽然我国充电桩保有量111.5万个，但其中公共充电桩46.6万个，其他为私人充电桩。而且充电桩的分布不均衡，大都部署在长三角、珠三角和京津冀地区。目前，由于技术的局限，电动汽车充满电后的最大行驶里程为300-450km，这就使得电动汽车只能在充电桩部署密集的区域行驶。另外，充电桩的建设由第三方统一建设、运营与维护，集中式的管理存在单点失效和用户隐私泄露的风险。
3.随着技术的发展，点对点的充电技术(即电动车之间相互充电的技术)应运而生，点对点的电动汽车充点方法，可以实现汽车间的相互充电，但是在实际使用中，缺乏一套有效的方案去为待充电的汽车寻找合适的充电车辆，充电过程中又涉及隐私、安全、交易双方的信任以及费用结算方面的问题，同时还涉及用户数据、车辆数据、交易数据的安全存储问题亟待解决。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提出一种基于智能合约与星际文件系统的新能源车充电方法、系统及介质，旨在解决现有技术中新能源充电桩分布不均衡、限制电动汽车的行使范围的技术问题，第三方公司集中对充电桩进行管理，存在单点失效、用户隐私数据泄露等安全风险问题，电动汽车v2v充电模式下，如何匹配充、受电车辆的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种新能源车充电方法，所述方法包括以下步骤：
6.获取车联网中通过认证中心预先注册的新能源车的行车信息和车辆电量状态信息，所述行车信息至少包括所述新能源车的位置信息、路况信息和天气信息中的一种或几种；
7.在接收到需要充电的受电新能源车发起的充电请求时，根据所述受电新能源车的行车信息和车辆电量状态信息匹配车联网内所有满足充电需求的供电新能源车，并建立供电新能源车列表；
8.根据所述供电新能源车列表向车联网内所有满足充电需求的供电新能源车发送充电需求与预估费用；
9.在有满足充电需求的供电新能源车同意充电请求，并完成充电后，将充电记录上传至区块链，并由dc根据算法计算得到准确充电费用，再由所述受电新能源车通过区块链
承载的合法数字货币支付所述充电费用。
10.本发明进一步的技术方案是，所述所述获取车联网中通过认证中心预先注册的新能源车的行车信息和车辆电量状态信息的步骤之前包括：
11.通过所述认证中心对新能源车进行登记注册，采用椭圆加密算法为所述新能源车分配唯一的身份密钥对。
12.本发明进一步的技术方案是，所述所述获取车联网中通过认证中心预先注册的新能源车的行车信息和车辆电量状态信息的步骤包括：
13.由所述新能源车通过无线基站定期向所述数据中心发送所述新能源车的行车信息和车辆电量状态信息。
14.本发明进一步的技术方案是，所述所述获取车联网中通过认证中心预先注册的新能源车的行车信息和车辆电量状态信息的步骤之后还包括：对接收到的行车信息和车辆电量状态信息的数据的hash值与已存在的数据的hash值进行比较；
15.如果接收到的行车信息和车辆电量状态信息数据的hash值与已存在的数据的hash值不匹配，则将接收到的行车信息和车辆电量状态信息数据进行存储，并发送至星际文件系统；
16.如果接收到的行车信息和车辆电量状态信息数据的hash值与已存在的数据的hash值匹配，则丢弃。
17.本发明进一步的技术方案是，所述将接收到的行车信息和车辆电量状态信息数据进行存储，并发送至星际文件系统的步骤之后还包括：
18.由所述星际文件系统给所述接收到的行车信息和车辆电量状态信息数据分配哈希值，然后将哈希值存储到区块链中。
19.本发明进一步的技术方案是，所述根据所述供电新能源车列表向车联网内所有满足充电需求的供电新能源车发送充电需求与预估费用的步骤之后还包括：
20.若车联网内所有满足充电需求的供电新能源车都拒绝充电请求，则向所述受电新能源车发送提高支付费用的建议；
21.如果所述受电新能源车同意提高支付费用，则返回执行所述根据所述供电新能源车列表向车联网内所有满足充电需求的供电新能源车发送充电需求与预估费用的步骤。
22.本发明进一步的技术方案是，所述在有满足充电需求的供电新能源车同意充电请求，并完成充电的步骤包括：
23.根据所述受电新能源车和供电新能源车的行进路线选择合适的充电地点，到达所述充电地点后进行充电。
24.本发明进一步的技术方案是，所述在有满足充电需求的供电新能源车同意充电请求，并完成充电后，将充电记录上传至区块链，并由dc根据算法计算得到准确充电费用，再由所述受电新能源车通过区块链承载的合法数字货币支付所述充电费用的步骤之后还包括：
25.根据同意充电请求的供电新能源车的响应及时性和任务完成率对所述同意充电请求的供电新能源车进行车辆奖励积分计算。
26.为实现上述目的，本发明还提出一种新能源车充电系统，所述系统包括存储器、处理器、以及存储在所述处理器上的新能源车充电程序，所述新能源车充电程序被所述处理
器运行时执行如上所述的方法的步骤。
27.为实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有新能源车充电程序，所述新能源车充电程序被处理器运行时执行如上所述的方法的步骤。
28.本发明新能源车充电方法、系统及存储介质的有益效果是：本发明通过上述技术方案，获取车联网中通过认证中心预先注册的新能源车的行车信息和车辆电量状态信息，所述行车信息至少包括所述新能源车的位置信息、路况信息和天气信息中的一种或几种；在接收到需要充电的受电新能源车发起的充电请求时，根据所述受电新能源车的行车信息和车辆电量状态信息匹配车联网内所有满足充电需求的供电新能源车，并建立供电新能源车列表；根据所述供电新能源车列表向车联网内所有满足充电需求的供电新能源车发送充电需求与预估费用；在有满足充电需求的供电新能源车同意充电请求，并完成充电后，将充电记录上传至区块链，并由dc根据算法计算得到准确充电费用，再由所述受电新能源车通过区块链承载的合法数字货币支付所述充电费用，可解决现有技术中新能源充电桩分布不均衡、限制电动汽车的行使范围的技术问题，第三方公司集中对充电桩进行管理，存在单点失效、用户隐私数据泄露等安全风险问题，电动汽车v2v充电模式下，如何匹配充、受电车辆的问题。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
30.图1是本发明新能源车充电方法运行的硬件环境示意图；
31.图2是本发明新能源车充电方法较佳实施例的流程示意图。
32.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.考虑到现有技术中新能源车使用充电桩存在的充电桩分布不均衡，限制电动汽车的行驶范围；第三方公司集中对充电桩进行管理，存在单点失效、用户隐私数据泄露等安全风险的问题，本发明提出一种解决方案。
35.具体地，本发明提出一种新能源车充电方法，本发明所采用的技术方案基于区块链技术，采用联盟链智能合约与ipfs共同完成新能源车信息注册、数据存储、车辆认证、充电调度、费用结算等。
36.本发明新能源车充电方法应用于如图1所示的新能源车充电系统，所述新能源车充电系统包括新能源车(electric vehicle，ev)、认证中心(authorization center，ac)、
数据中心(data center，dc)、星际文件系统(ipfs)和区块链(blockchain)。所述新能源车、认证中心、数据中心、星际文件系统和区块链共同完成车辆认证、v2v充电车辆匹配与调度、使用基于ipfs的数据中心(dc)保存车辆电量信息、路况信息与天气信息等与行车相关的信息，以及基于国家合法数字货币的充电交易与奖励费用。
37.如图2所示，本发明新能源车充电方法较佳实施例包括以下步骤：
38.步骤s10，获取车联网中通过认证中心预先注册的新能源车的行车信息和车辆电量状态信息，所述行车信息至少包括所述新能源车的位置信息、路况信息和天气信息中的一种或几种。
39.需要说明的是，本实施例新能源车充电方法的执行主体可以为数据中心，本实施例在获取车联网中通过认证中心预先注册的新能源车的行车信息和车辆电量状态信息的步骤中，具体可以由车联网中通过认证中心预先注册的新能源车通过无线基站定期将行车信息和车辆电量状态信息发送至数据中心。
40.步骤s20，在接收到需要充电的受电新能源车发起的充电请求时，根据所述受电新能源车的行车信息和车辆电量状态信息匹配车联网内所有满足充电需求的供电新能源车，并建立供电新能源车列表。
41.本实施例中，在匹配车联网内满足充电需求的供电新能源车时，应考虑到供电新能源车到受电新能源车的距离、所需的电量、供电新能源车自身的电量、行使目的地等因素，其中，供电新能源车到受电新能源车的距离采用大圆距离公式计算。
42.步骤s30，根据所述供电新能源车列表向车联网内所有满足充电需求的供电新能源车发送充电需求与预估费用。
43.其中，该预估费用可根据充电所需时间计算总充电成本，其中包括充电成本、距离成本、等待成本等，所有这些成本加起来，得出最终的预估费用。
44.步骤s40，在有满足充电需求的供电新能源车同意充电请求，并完成充电后，将充电记录上传至区块链，并由dc根据算法计算得到准确充电费用，再由所述受电新能源车通过区块链承载的合法数字货币支付所述充电费用。
45.本实施例通过上述技术方案，获取车联网中通过认证中心预先注册的新能源车的行车信息和车辆电量状态信息，所述行车信息至少包括所述新能源车的位置信息、路况信息和天气信息中的一种或几种；在接收到需要充电的受电新能源车发起的充电请求时，根据所述受电新能源车的行车信息和车辆电量状态信息匹配车联网内满足充电需求的供电新能源车，并建立供电新能源车列表；根据所述供电新能源车列表向车联网内所有满足充电需求的供电新能源车发送充电需求与预估费用；在有满足充电需求的供电新能源车同意充电请求，并完成充电时，将充电记录上传至区块链，并由dc根据算法计算得到充电费用，由所述受电新能源车通过区块链承载的合法数字货币支付所述充电费用，可解决现有技术中新能源充电桩分布不均衡、限制电动汽车的行使范围的技术问题，第三方公司集中对充电桩进行管理，存在单点失效、用户隐私数据泄露等安全风险问题，电动汽车v2v充电模式下，如何匹配充、受电车辆的问题。
46.进一步地，本实施例中，所述所述获取车联网中通过认证中心预先注册的新能源车的行车信息和车辆电量状态信息的步骤之前包括：
47.通过所述认证中心对新能源车进行登记注册，采用椭圆加密算法为所述新能源车
分配唯一的身份密钥对。
48.具体地，所述认证中心对新能源车进行登记注册的过程如下：
49.新的新能源车在认证中心登记后，认证中心为车辆通过椭圆加密算法(ecc)分配唯一的身份密钥对，即私钥和公钥，只有拥有这对密钥的新能源车才能加入车联网并与其他新能源车共享、传递信息。公钥经过中间用到了sha256加密、ripemd160加密和base58编码后生成车辆的钱包地址(即收款地址)。私钥是车辆在v2v系统中的唯一身份凭证，只有持有私钥的人才能对个人的车辆等隐私信息进行访问。
50.进一步地，所述所述获取车联网中通过认证中心预先注册的新能源车的行车信息和车辆电量状态信息的步骤之后还包括：
51.对接收到的行车信息和车辆电量状态信息的数据的hash值与已存在的数据的hash值进行比较；
52.如果接收到的行车信息和车辆电量状态信息数据的hash值与已存在的数据的hash值不匹配，则将接收到的行车信息和车辆电量状态信息数据进行存储，并发送至星际文件系统；
53.如果接收到的行车信息和车辆电量状态信息数据的hash值与已存在的数据的hash值匹配，则丢弃。
54.更进一步地，所述将接收到的行车信息和车辆电量状态信息数据进行存储，并发送至星际文件系统的步骤之后还包括：
55.由所述星际文件系统给所述接收到的行车信息和车辆电量状态信息数据分配哈希值，然后将哈希值存储到区块链中。
56.更进一步地，本实施例中，所述根据所述供电新能源车列表向车联网内所有满足充电需求的供电新能源车发送充电需求与预估费用的步骤之后还包括：
57.若车联网内所有满足充电需求的供电新能源车都拒绝充电请求，则向所述受电新能源车发送提高支付费用的建议；
58.如果所述受电新能源车同意提高支付费用，则返回执行所述根据所述供电新能源车列表向车联网内所有满足充电需求的供电新能源车发送充电需求与预估费用的步骤。
59.所述在有满足充电需求的供电新能源车同意充电请求，并完成充电的步骤包括：
60.根据所述受电新能源车和供电新能源车的行进路线选择合适的充电地点，到达所述充电地点后进行充电。
61.所述在有满足充电需求的供电新能源车同意充电请求，并完成充电后，将充电记录上传至区块链，并由dc根据算法计算得到准确充电费用，再由所述受电新能源车通过区块链承载的合法数字货币支付所述充电费用的步骤之后还包括：
62.根据同意充电请求的供电新能源车的响应及时性和任务完成率对所述同意充电请求的供电新能源车进行车辆奖励积分计算。
63.以下结合图1和图2对本发明新能源车充电方法进行进一步地详细阐述。
64.本发明基于区块链和ipfs的新能源车充电方法的整体流程如下：
65.1、ac为每一辆需要加入v2v充电系统的新能源车进行注册，记录车辆信息与车主信息，同时通过椭圆曲线算法为车辆分配区块链地址和私钥。
66.2、当车辆进入网络并行使时，它应将行车信息(位置、路况、天气)、车辆电量状态
按照系统设定的间隔时间t，通过通信基站发给dc。
67.3、dc通过ipfs来过滤与删除冗余的相关信息。
68.4、当车辆a需要充电并判断无法到达可用的充电站时，它会向dc发起充电请求，dc根据a的电量和位置，通过算法匹配能够满足充电需求ev列表。算法应考虑的因素包括，行驶到a车的距离、所需要的电量，ev自身的电量与行驶目的地等因素，车辆之间的距离采用距离算法distance_algorithm计算。计算后得到匹配充电ev列表。
69.5、dc根据列表，向ev发送将充电需求与预估费用，直到有ev同意充电请求。如满足充电需求的ev都拒绝请求，则dc向a车发送提高支付费用的建议，如a车同意，则再次重复步骤(5)。
70.6、获取车辆充电所需时间并计算总充电成本，其中包括充电成本、距离成本、等待成本。所有这些成本加起来，得出最终的收费成本，上述充电记录上传区块链，并通过区块链承载的合法数字货币进行支付。
71.7、车辆奖励积分计算。奖励基于两个因素：响应及时性和任务的完成率。ev的等级通过奖励提升，如应答后没完成充电任务的车辆的等级将受到降级处罚，低于一定的阈值后将被列入黑名单，并最终从链上除名。
72.其中，ev身份认证注册的过程描述如下：
73.(1)新的ev将在ac进行登记。
74.(2)ac为车辆通过椭圆加密算法(ecc)分配唯一的身份密钥对，即私钥和公钥，只有拥有这对密钥的ev才能加入车联网并与其他ev共享、传递信息。
75.(3)公钥经过中间用到了sha256加密、ripemd160加密和base58编码后生成车辆的钱包地址(即收款地址)。私钥是车辆在v2v系统中的唯一身份凭证，只有持有私钥的人才能对个人的车辆等隐私信息进行访问。
76.关键数据收集描述如下：
77.v2v平台中在网(启动状态)ev需向数据中心(dc)定期(间隔时间t，t根据行程速度变化v变化，v越大间隔时间越短，默认vt＝5000，即每5公里上传一次数据)通过无线基站将关键数据信息发送到dc。关键数据信息包括：
78.(1)天气信息、路况等交通信息；
79.(2)车辆位置、电量储备等车况信息；
80.(3)充电请求，响应充电请求的ev相关信息(该信息仅当车辆需要充电时发送)。
81.为了消除数据冗余，通过比较传入的数据的hash值与dc中已存在的数据的hash进行比较，如果两者都不匹配，则传入的数据存储在dc中，否则将被丢弃。dc中存入的数据最终将发送到星际文件系统(ipfs)进行存储。
82.ipfs是一个基于内容寻址的、分布式的、新型超媒体传输协议。ipfs支持创建完全分布式的应用。它旨在使网络更快、更安全、更开放。ipfs是一个分布式文件系统，它的目标是将所有计算设备连接到同一个文件系统，从而成为一个全球统一的存储系统。
83.ev将关键数据发送到dc后，数据以分布式哈希表(dht)的形式存储在ipfs中，ipfs给每个传入文件分配哈希值，然后将哈希值存储到区块链。当ev车请求相关信息时，就会向dc请求，假如通过密钥哈希匹配，则信息将提供给车辆，否则该请求将被丢弃。
84.新的数据上传后，ipfs与区块链同步更新。算法1给出了dc中ipfs的存储算法。
85.算法1：ipfs存储算法：
[0086][0087][0088]
车辆充电过程描述如下：
[0089]
当车辆a需要充电时，进行如下步骤的操作：
[0090]
(1)a向dc发送充电请求；
[0091]
(2)dc根据ev最新上传的数据(位置，剩余电量，目的地、未来行驶轨迹)，通过算法2：距离算法(distance_algorithm)选取合适充电车辆，输出可提供充电服务ev列表(available_ev_list)；
[0092]
(3)根据算法3：充电价格算法(cost_algorithm)预估available_ev_list中各个车辆充电价格cost
ev
，每辆ev的cost
ev
都不相同。然后将充电位置和cost
ev
按发送给对应的ev，第一个响应充电请求的车辆获得给车辆a充电的资格；
[0093]
(4)如果时间t(默认60秒)无车响应充电请求，则将无人应答的消息发给a车，等待a车上浮充电报价(每次默认提价10％)，再次发送给available_ev_list上的各个车辆。重复上述过程，直到a车放弃充电或者有车响应充电请求。a车可以从响应车辆中选取车辆为其充电；
[0094]
(5)如a选择车辆b为其进行充电，则dc将根据两车的行进路线选择合适的充电地点(默认选取两者距离之和最近的停车场或高速服务区，也可以由a、b车的车主协商决定)，到达后进行充电。
[0095]
###算法2:距离算法(distance_algorithm)
[0096][0097]
###算法3充电价格算法(cost_algorithm)
[0098]
1初始化
[0099]
2输入:多行驶距离s，多耗费时间t，充电电量e、
[0100]
3输出:应付费用m
[0101]
m＝s*α t*β e*γ//α、β、γ为预置系数。
[0102]
return m
[0103]
关于奖罚机制描述如下：
[0104]
(1)受电车辆需提供充电押金，如充电前取消，则需按照cost_algorithm从押金中扣除；
[0105]
(2)每完成一次充电，充电交易上链存储，充、受点车辆同时提升1分积分；
[0106]
(3)充电车应答后取消充电，记录上链存储，同时扣除一分积分；
[0107]
(4)积分靠前的车辆，信誉值提升，被选中的机率提升。
[0108]
本发明新能源车充电方法的有益效果是：本发明通过上述技术方案，获取车联网中通过认证中心预先注册的新能源车的行车信息和车辆电量状态信息，所述行车信息至少包括所述新能源车的位置信息、路况信息和天气信息中的一种或几种；在接收到需要充电的受电新能源车发起的充电请求时，根据所述受电新能源车的行车信息和车辆电量状态信息匹配车联网内满足充电需求的供电新能源车，并建立供电新能源车列表；根据所述供电新能源车列表向车联网内所有满足充电需求的供电新能源车发送充电需求与预估费用；在有满足充电需求的供电新能源车同意充电请求，并完成充电时，将充电记录上传至区块链，并由dc根据算法计算得到充电费用，可解决现有技术中新能源充电桩分布不均衡、限制电动汽车的行使范围的技术问题，第三方公司集中对充电桩进行管理，存在单点失效、用户隐私数据泄露等安全风险问题，电动汽车v2v充电模式下，如何匹配充、受电车辆的问题。
[0109]
为实现上述目的，本发明还提出一种新能源车充电系统，所述系统包括存储器、处理器、以及存储在所述处理器上的新能源车充电程序，所述新能源车充电程序被所述处理器运行时执行如上实施例所述的方法的步骤，这里不再赘述。
[0110]
为实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有新能源车充电程序，所述新能源车充电程序被处理器运行时执行如上实施例所述的方法的步骤，这里不再赘述。
[0111]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。