基于联盟链的新能源汽车充电桩管理商业模式研究

李国庆　张家浩　林桢雨　翁利国　许晗　罗曼

摘要：目前，低碳经济已经逐步成为我们国家经济发展的主旋律，新能源汽车充电桩建设作为“新基建”国家战略的七大领域之一，现有新能源汽车充电桩管理尚存一些痛点，该文基于对现有新能源汽车充电桩管理存在的问题的分析，提出了一种利用联盟链技术对新能源汽车充电桩网络进行管理的商业模式。利用SWOT模型分析了联盟链技术应用于新能源汽车充电桩管理的可行性。

关键词：联盟链;新能源汽车充电桩管理;SWOT模型分析

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）07-0252-04

Abstract： Nowadays， the low-carbon economy has gradually become the main melody of our nation's economic development， new energy car battery pile construction as a national strategy of "new construction"， one of seven areas existing some problems exist in management of new energy automobile charging pile， this paper based on the existing problems in management of new energy car battery pile analysis， this paper proposes a by using technology of new energy car battery pile league chain network management business model. SWOT model is used to analyze the feasibility of consortium blockchain in new energy vehicle charging pile management.

Key words： consortium blockchain; EV charging pile management; SWOT analysis model

1 背景

随着新能源汽车的普及和国家大力发展新能源汽车的政策，用户对充电桩的需求进一步增加，充电桩的分布式特性给电网对于充电桩网络的集中管理带来了挑战。在国家政策方面，一方面国家提出的新型基础设施建设（新基建）国家战略大力发展的七大科技领域中包含新能源汽车充电桩的建设[1]。另一方面，国家互联网信息办公室在2019年出台了《区块链信息服务管理规定》，这为开展区块链信息服务提供了法律法规依据[2]。

在新能源汽车及其充电桩规模方面，据统计，截至2020年6月底，全国各类充电桩保有量达132.2万个，其中公共充电桩数量高达55.8万个，位居全球首位[3]。随着新能源汽车和充电基础设施市场的不断扩大和国家大力发展新能源汽车的政策，预计五年内此新能源汽车数量还将翻一番。

在新能源汽车充电桩市场运营方面，现有充电桩投资主体包括电网公司、民营企业等众多实体，建设有滴滴小桔、车联网和阿里蚂蚁充电等自营平台，造成同一地区的充电桩管理平台不统一，数据不互通。现有充电交易App存在漏洞，部分用户恶意注册账号进行充电交易导致充电交易出现呆坏账，造成充电桩供应商的经济损失。新能源汽车充电电价无统一定价标准，不同充电桩供应商充电电价差异大，部分供应商制定很低的电价导致恶性竞争。故障充电桩无法及时得到维修维护导致充电桩利用率降低。据统计，因为充电桩分布不均、选址不科学，充电桩利用率普遍不足15%，这不但导致了充电桩行业盈利难、风险较高。

综上所述，在一系列政策的大力支持下，新能源汽车产业快速发展，新能源汽车用户数量与日俱增，而新能源汽车充电桩作为新能源汽车的充电基础设施，其各供应商间缺乏信任导致管理平台不统一，数据不互通等问题，对于新能源汽车用户而言，不统一的管理平台造成了在选择适合自己的充电桩时的诸多困难。对于运营充电桩管理平台的实体企业而言，充电桩建设不完善和管理平台不统一，会严重影响整个产业发展。

2 新能源汽车充电桩市场运营现状

2.1 新能源汽車充电桩管理平台不统一

现有充电桩投资主体包括电网公司、民营企业等众多实体，建设多个自营平台，造成同一地区的充电桩管理平台不统一，数据不互通。如图1所示，图中颜色代表不同的充电桩运营公司，圆圈大小代表充电量的大小。

2.2 新能源汽车充电电价缺乏市场管控

新能源汽车充电桩管理平台的不统一导致交易数据不互通，进而导致了充电价格不透明。新能源汽车充电电价无统一定价标准，不同充电桩供应商充电电价差异大，部分供应商制定很低的电价导致恶性竞争。

通过对杭州市某区现有充电桩供应商的新能源汽车充电交易价格机制的初步调研，发现目前新能源汽车充电价格机制较为单一，大部分充电桩供应商采取全时段统一电价，个别公司采取设定分时段充电价格的价格机制。杭州市某区各充电站充电价格机制如图2所示，其中图标大小表示该充电站充电桩数量，均为全时段统一价。

杭州特来电新能源有限公司采取分时段计费收费机制。然而，杭州特来电新能源公司部分新能源汽车充电站采取分时段计费收费机制如图3所示。

2.3 新能源汽车充电交易数据存在安全风险

当前充电桩管理采取的是集中式的能源交易模式，这种集中式交易模式中，中心节点容易受到集中式的恶意攻击，进而造成单个节点失效，导致数据的丢失。如此，客户的个人隐私信息可能被充电桩采集的数据所泄露，数据中心的存储数据可能会被恶意篡改，导致严重的后果[4]。

根据某充电交易平台调研，部分现有充电交易App，如某平台充电交易App存在漏洞，部分用户恶意注册账号进行充电交易导致充电交易出现呆坏账等问题，造成充电桩供应商的经济损失，充电交易安全无法保障。

2.4 新能源汽车无序充电造成电网资源浪费

针对2020年下半年某14天内的共94733条用户充电交易记录数据分析了交易开始时间在一天内的时间分布以及每时段的平均充电时长。

如图4所示，从充电交易开始时间的分布来看，大部分交易在白天时段开始，0点至8点的交易数量较少;从平均充电时长的角度来看，夜间的平均充电时长比白天的长。对于电网负荷而言，白天负荷较大，应加大对充电用户的行为引导力度，使用户更多在电网负荷较小的夜间进行新能源汽车充电。用户充电行为习惯缺乏引导，具有较大的随机性，不利于维持电网负荷的稳定性。

2020年上半年杭州市某区充电站日均充电量直方图如图5所示，其中71%的充电站的单桩日均充电量在0-100 kWh区间内，但部分充电站单桩日均充电量高达800 kWh，各充电站充电设备利用率分布不平衡。

如图6所示，2019年大部分充电站单桩利用率不高于20%，大部分充电站年充电交易金额不高于65万元。由于充电桩利用率难以提高，导致总充电交易收益无法提高。

2.5 国内新能源汽车充电桩管理商业模式研究现状

文献[5]中梳理了当前国内新能源汽车充电桩管理商业模式的现状，如表1所示。由表可知，任何互联网商业模式均不可避免与电网公司的合作，这是因为电网公司提供的电力支持是充电系统的刚性需求。然而电网公司的商业模式是与新能源汽车制造商、充电设施制造商在关键技术上进行合作，采购其相关产品，打造自己的充电系统，通过收取用户基本的电费与服务费來赚得部分零售商品利润，这种商业模式在收入方式上相对单一。

当前电网公司这种依靠充电费用盈利的传统商业模式是不具有发展前景的，互联网为充电系统的商业模式上的拓展提供了很好的平台，拓宽充电服务是未来充电系统商业模式研究的大方向。

3 基于联盟链技术的新能源汽车充电桩管理

区块链是一种公开透明、不可篡改、可追溯的分布式数据库记账技术，按照时间序列将加密数据区块以链条方式组合成特定的数据结构，利用分布式节点共识算法生成和更新区块，确保区块信息的完整性、连续性和一致性，实现数据的验证、传输和存储，是点对点网络、密码学技术、共识机制等多项现有技术的融合创新。

区块链平台可按系统是否具有节点准入机制分为公有链、私有链和联盟链三类[6]。其中，私有链是由私人控制的网络链式结构，弱化了区块链去中心化、分布式等主要特征，仅能认为其是广义上的区块链;公有链面向公共网络开放，所有人员均可访问以及通过区块节点进行数据处理[7]。然而，联盟链可以设置登录访问权限，信息处理功能和拓展性也比较强。相比于公有链和私有链，联盟链具备多机构协助的灵活性与可操作性，较为适合新能源汽车交易数据管理这个场景的网络框架搭建。

如图7所示，根据功能不同将基于联盟链的新能源汽车充电桩管理架构划分为数据层、网络层、共识层、合约层、应用层五个层次。

4 SWOT模型分析

SWOT分析模型也被称为 SWOT 分析法，它从企业所面临的内外部竞争环境角度，结合其掌握的优质资源，来找到企业所面临的优势（Strengths），劣势（Weakness），机会（Opportunities）和威胁（Threats），为企业制定更科学合理的战略决策，提供有效的指导与帮助[8]。

4.1 机会（Opportunities）

1）国家政策层面大力支持发展区块链技术。一方面，国家提出的新型基础设施建设（新基建）国家战略大力发展的七大科技领域中包含新能源汽车充电桩的建设[1]。另一方面，国家互联网信息办公室在2019年出台了《区块链信息服务管理规定》，这为开展区块链信息服务提供了法律法规依据[2]。

2）区块链技术开始应用于各行各业。据现有的公开数据显示，以区块链为主营业务的我国公司数量已经超过了500家，在全球所有与区块链相关专利申请中，中国向世界知识产权组织申请的区块链相关专利占了50%以上[9]。

3）新能源汽车用户数量不断增加，充电桩是新能源汽车产业发展的基础保障，潜在用户爆发式增长，市场发展形势大好。随着新能源汽车和充电基础设施市场的不断扩大和国家大力发展新能源汽车的政策，新能源汽车用户数量不断增加，新能源汽车成为发展大趋势，充电桩潜在用户爆发式增长，提高充电桩网络的管理能力可更好解决用户随之提高的新能源汽车充电服务需求。

4.2 威胁（Threats）

1）区块链技术在能源领域尚缺少相关法律监管。目前区块链技术在能源领域的应用还缺乏相应的法律法规的监管，缺乏统一的行业管理标准，因此存在着一定的监管风险。

2）充电桩供应商数量众多，市场竞争日趋激烈。各充电桩供应商采用各式各样的商业模式吸引用户，市场竞争日趋激烈。

4.3 优势（Strengths）

1）品牌优势。国家电网公司拥有良好的品牌形象，较高的品牌知名度。由国家电网主导的基于区块链技术的充电桩网络在市场中容易获得客户群体关注及认可。

2）部分去中心化。联盟链不存在中心节点，且不面对所有人开放，加入前需要通过准入许可，联盟链上节点数量是有限且可控的。

3）链上数据隐秘性可控。验证区块的信息不会向公众公开，只有联盟内成员才有权限访问链上数据，为平台客户创造了更大的信任度和信心。

4）交易速度可控。联盟链不同于公有链的海量节点，其上仅需有限或较少节点达成共识便可完成交易。

5）账本的维护基于共识。信息只要经过验证并添加至区块链中，就会永久保存。联盟链上的账本是由链上节点共同维护，单个节点对数据库的修改是无效的，仅当节点达成共识时，才可以修改链上数据。

6）数据安全性高。利用密码学技术，零知识证明、椭圆曲线加密、非对称加密等技术保证数据的安全性。

7）统一性高。车联网平台和区块链技术通过设备物联网建立起来，具有很强的内在统一性。

8）扩展性好。联盟链架构可以无限扩展，其本身是一个分布式的系统，便于后期发展的扩展需求。

4.4 劣势（Weakness）

1）市场营销经验缺乏。利用区块链技术中的联盟链将各家新能源汽车充电桩公司联合起来，并形成新的市场营销模式是一次新的尝试，相关案例的经验较少，需要联盟链成员共同探索取得共赢。

2）前期成本较高。在现有充电桩网络基础上部署区块链技术，需要在每个记账节点，即联盟链所属单位部署相同配置的服务器，每个记账节点的成本价格约为9万元，前期成本较大。

4.5 SWOT模型分析小结

将上述的基于区块链技术的分布式新能源汽车充电桩管理平台所面临的优势、劣势、机会和威胁做出如表2的总结并初步制定了相应的战略决策。

根据以上的分析内容，针对基于区块链技术的分布式新能源汽车充电桩管理进行 SWOT 矩阵分析，可以看出其在市场中存在着机遇，但也面临诸多风险与挑战。总体来看，机遇大于挑战。

5 结束语

本文针对新能源汽车充电桩的市场运营现状进行了较为全面的分析研究，发现目前新能源汽车充电桩管理存在一些问题：新能源汽车充电桩管理平台不统一、新能源汽车充电电价缺乏市场管控、新能源汽车充电交易数据存在安全风险以及新能源汽车无序充电造成电网资源浪费等问题。通过对国内新能源汽车充电桩管理商业模式的发展情况的研究，发现任何互联网商业模式均不可避免与电网公司的合作，虽然在当前商业模式下，电网公司收益稳定增长，但是当前商业模式缺乏大数据的支撑，创新商业模式的动力不足，此外充电服务运营商必须与电网公司相捆绑，从根本上失去了创新商业模式的能力。

结合机会和优势可快速发展，利用国网品牌优势、联盟链技术优势和国家政策的大力支持规范新能源汽车充电桩网络管理市場，达到与联盟链所属单位以及新能源汽车用户共赢的目标。发挥优势规避威胁可扬长避短，与联盟链所属单位共同合作，在分担建设风险的同时，共同优化营销策略，进而提高销售收益与运营收益。把握机会控制劣势可趋利避害，利用国家电网主导地位和区块链中智能合约和共识机制等技术规范约束各单位的市场行为，防止恶性竞争。警醒自身的劣势和威胁，补足产品目前在市场中的劣势;借鉴其他区块链技术应用项目的发展经验。

参考文献：

[1] 李建林，谭宇良，王楠，等.新基建下储能技术典型应用场景分析[J].热力发电，2020（9）：1-10.

[2] 国家互联网信息办公室.区块链信息服务管理规定[EB/OL].[2020-05-10]. http：//www.cac.gov.cn/2019-01/10/c_1123971 164.htm.

[3] 国家能源局. 国家能源局2020年三季度网上新闻发布会文字实录[EB/OL].[2020-08-20]. http：//www.nea.gov.cn/2020-07/17/c_139219434.htm.

[4] 李孟特，顾春华，温蜜.基于区块链的充电交易数据安全存储平台设计[J].计算机工程与应用，2020，56（21）：79-84.

[5] 冯依一. 基于新能源技术的新能源汽车充电系统设计研究[D].北京：北京工业大学，2019.

[6] 白宇嘉，尼玛扎西，曹学琪.区块链技术综述及应用[J].电脑知识与技术，2018，14（32）：20-24.

[7] 崔金栋，王胜文，辛业春.区块联盟链视角下智能电网数据管理技术框架研究[J].中国电机工程学报，2020，40（3）：836-848.

[8] 刘英啸.基于SWOT模型的商场导视系统调查分析与发展策略研究[J].工业设计，2019（5）：98-99.

[9] 姚景超，王顺，张明春，等.区块链技术应用于金融会计领域的SWOT分析[J].西部金融，2020（4）：20-24.