CN109066653A - 一种基于区块链交易管理的充电桩系统 - Google Patents

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CN109066653A CN201810893400.8A CN201810893400A CN109066653A CN 109066653 A CN109066653 A CN 109066653A CN 201810893400 A CN201810893400 A CN 201810893400A CN 109066653 A CN109066653 A CN 109066653A
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Abstract

一种基于区块链交易管理的充电桩系统，包括电力设备、监控管理工作站、交易管理系统、配电网络、数据网络、充电设备、换电设备、监测设备，电力设备包括光伏设备、火力发电站、风力发电站；交易管理系统通过数据网络控制电动汽车和充电设备的交易，具体的控制方法为：步骤1，注册阶段；步骤2，调度阶段；步骤3，认证阶段；步骤4，充电阶段。

Description

一种基于区块链交易管理的充电桩系统
技术领域
本发明属于充电桩领域，特别涉及一种基于区块链交易管理的充电桩系统。
背景技术
充电站对于电动汽车推广和普及具有决定性的作用,在全球范围内电动汽车的发展和充电设施的建设同步展开,美国和其他一些发达国家对无人值守电站的研究一直处于领先地位,通过智能化的监控系统来实现充电站管理的自动化和智能化,提高充电安全性水平和效率。目前尚无具有普遍适用性的充电站监控系统,，并且充电桩的交易缺少安全可靠有效的监控管理。
区块链技术作为信息领域的革命性技术在电气领域也获得了广泛关注。基于区块链的交易系统具备去中心化和安全性高等特点，其中发生每一笔交易都是可追溯并且难以篡改的。区块链技术在能源互联网中的研究方兴未艾，将能源互联网中的交易环节与区块链技术相结合，可以有效解决交易摩擦、维持市场的秩序以及保证交易的合法性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何提供安全、可靠的充电桩共享交易环境。对此本发明提供一种基于区块链交易管理的充电桩系统，
一种基于区块链交易管理的充电桩系统，包括电力设备、监控管理工作站、交易管理系统、配电网络、数据网络、充电设备、换电设备、监测设备，电力设备包括光伏设备、火力发电站、风力发电站；
充电设备包括直流充电桩、交流充电桩；
配电网络包高压电网、低压电网、直流母线、高压配电柜、配电变压器、低压配电柜；
数据网络包括以太网和CAN总线；
监测设备包括摄像机、烟感传感器、红外传感器；
监控管理工作站通过以太网与站控计算机连接，站控计算机通过监测设备对电力设备、配电网络和充电设备进行监控，
交易管理系统通过数据网络控制电动汽车和充电设备的交易，具体的控制方法为：
步骤1，注册阶段，交易管理系统采用基于云计算的互联网环境架构，建立区块链交易系统，所有电动汽车、所有充电设备和所有运营商都在区块链系统上注册，使得区块链系统成为值得信赖的第三方，以保证双方资金安全和运营支付；
步骤2，调度阶段，根据电动汽车车主的需求和运营商的政策，制定调度策略；
步骤3，认证阶段，电动汽车和充电设备使用椭圆曲线密码学计算哈希函数，这些函数无法通过钥匙反推从而确保密码的安全，电动汽车和充电设备之间相互认证，如果认证是有效的并且与身份匹配，则充电的请求被接受；
步骤4，充电阶段，电动汽车进行充电，完成后，充电设备记录交易的信息。
本发明的有益效果：
(1)构建安全、可靠的充电桩共享交易环境；
(2)将极大地方便充电用户；
(3)提高充电桩的利用率；
(4)有效地阻止数据篡改和撤销的恶意行为，确保了系统处于所有人的监督之下，任何人都无法通过添加恶意代码或者利用系统漏洞牟取利益；
(5)通过PID算法实现电池更换设备的精确控制，提高系统的运行效率；
(6)通过BMS电池管理单元到蓄电池SOC、SOH和电池内阻信息，进而控制充电桩对蓄电池进行相应的充电操作；
附图说明
图1为本发明的充电桩系统框图；
图2为本发明的交易管理系统控制方法流程图；
图3为本发明的电池更换设备结构示意图；
图4为本发明的PID切换原理图；
图5为本发明的直流充电桩控制系统图；
图6为本发明的BMS内各个模块及与充电桩连接关系图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明的实施例参考图1-6。
一种基于区块链交易管理的充电桩系统，包括电力设备、监控管理工作站、交易管理系统、配电网络、数据网络、充电设备、换电设备、监测设备，电力设备包括光伏设备、火力发电站、风力发电站；
充电设备包括直流充电桩、交流充电桩；
配电网络包高压电网、低压电网、直流母线、高压配电柜、配电变压器、低压配电柜；
数据网络包括以太网和CAN总线；
监测设备包括摄像机、烟感传感器、红外传感器；
监控管理工作站通过以太网与站控计算机连接，站控计算机通过监测设备对电力设备、配电网络和充电设备进行监控，
交易管理系统通过数据网络控制电动汽车和充电设备的交易，具体的控制方法为：
步骤1，注册阶段，交易管理系统采用基于云计算的互联网环境架构，建立基于区块链系统，所有电动汽车、所有充电设备和所有运营商都在区块链系统上注册，使得区块链系统成为值得信赖的第三方，以保证双方资金安全和运营支付；
步骤2，调度阶段，根据电动汽车车主的需求和运营商的政策，制定调度策略；
步骤3，认证阶段，电动汽车和充电设备使用椭圆曲线密码学计算哈希函数，这些函数无法通过钥匙反推从而确保密码的安全，电动汽车和充电设备之间相互认证，如果认证是有效的并且与身份匹配，则充电的请求被接受；
步骤4，充电阶段，电动汽车进行充电，完成后，充电设备记录交易的信息。
步骤1具体为：
步骤1.1，所有电动汽车EVs{EV1,EV2,...,EVn}中的每一个电动汽车EVi选择随机数并计算Qi＝xiP，然后，每一个电动汽车EVi在区块链中广播请求(mi,sigi(H(mi)))，其中mi＝IDi||IDj||T，(1≤i≤n,1≤j≤n,i≠j)；
步骤1.2，所有充电桩CPs{CP1,CP2,...,CPl}中的每一个充电桩CPi检查签名，计算属于自身的签名数量αi＝f(xixi+1)xi+2P，计算每一个电动汽车充电桩CPi在区块链中广播请求(m'i,sigi(H(m'i)))，其中m'i＝IDi||s||Ci||T；
步骤1.3，运营商O验证签名，并计算用户i的共享密钥(1≤i≤l,1≤j≤l,i≠j)，在区块链中广播Ki；
步骤1.4，区块链中的所有电动汽车、所有充电设备和所有运营商接收Ki，并计算共享公有密钥在区块链中所有充电桩都有可以看到该密钥，形成见证。
其中，椭圆曲线值域，Qi：用户i的附加组参数，P：椭圆曲线的n阶基数，mi：电动汽车EVi用户签名，m'i：充电桩CPi用户签名，H()：哈希函数，sigi()：数字签名函数，IDi：用户i的识别号，IDj：用户j的识别号，T：时间戳；αi：用户i的签名值，Ci：用户i的隐藏约束，用户i的曲线函数，f()：私有单向函数；
步骤2具体为：共有四种调度策略，包括最短路径调度、最短到达时间调度、最低消费成本调度和最短等待时间，
最短路径调度为基于电动汽车到每个充电桩的距离的计算选择最短路径的充电桩；
最短到达时间调度为基于电动汽车到每个充电桩的时间的计算选择最短到达时间的充电桩；
最低消费成本调度为基于电动汽车到每个充电桩的消费成本的计算选择最低消费的充电桩；
最短等待时间调度为基于计算电动汽车在每个充电桩前等待时间的计算选择最短等待时间的充电桩；
需要充电的电动汽车EVQ综合上述四种调度选择最优的充电桩CPG，
步骤3具体为：
步骤3.1，电动汽车EVQ将其身份IDEV发送到充电桩CPG，充电桩CPG收集匹配的区块链信息并将收费请求返回给EVQ；
步骤3.2，电动汽车EVQ发送消息{IDCP,QCP,PCP,HCP,K}给充电桩CPG；
步骤3.3，充电桩CPG根据时间戳Ti选择随机数计算HtEV＝H2(IDEV,PIDEV,QEV,TEV)，SKEV＝b+εHtEV，然后，发送消息{PIDEV,QEV,TEV,SKEV}给电动汽车EVQ；
步骤3.4，电动汽车EVQ选择随机数计算REV＝cP，HEV＝H3(IDCP,PIDEV,QEV,REV,TEV)，ξEV＝SKtEV+cEVHEV，然后，通过安全通道发送消息{IDCP,PIDEV,QEV,REV,TEV,ξEV}给充电桩CPG
步骤3.5，充电桩CPG接收消息{IDCP,PIDEV,QEV,REV,TEV,ξEV}，再次计算HtEV＝H2(IDEV,PIDEV,QEV,TEV)，HEV＝H3(IDCP,PIDEV,QEV,REV,TEV)，基于ξEVP＝QEV+HEVPpub+HEVREV，验证接收到的签名；如果签名失败，充电桩CPG结束请求，否则，充电桩CPG计算得到电动汽车EVQ证实身份，充电桩CPG选择随机数计算RCP＝dP，SK＝H4(dEEV,IDCP,PIDEV,QEV,TEV)，HCP＝H5(IDCP,RIDCP,QEV,SK,dREV)，ξCP＝εCP+dHCP，然后，发送消息{IDEV,PIDEV,RCP,ξCP}给电动汽车EVQ；
步骤3.6，电动汽车EVQ接收信息{IDEV,PIDEV,RCP,ξCP}，再次计算SK值，对签名进行验证，SK＝H4(cRCP,IDCP,RIDEV,QEV,TEV)，HCP＝H5(RIDEV,IDCP,QEV,SK,dRCP)，基于ξCPP＝QCP+HCPPpub+HCPRCP，对签名进行验证；如果验证通过，则认证结束，通过密钥SK实现加密消息以进行安全通信；否则，电动汽车EVQ结束请求；
步骤4具体为：
步骤4.1，电动汽车EVQ计算隐藏约束C＝H5(IDEV,RCP,ξCPP)；
步骤4.2，充电桩CPG验证隐藏约束，然后确定当前时间是否与电动汽车EVQ的最初建议时间范围相匹配；
步骤4.3，验证通过后，电动汽车EVQ和充电桩CPG之间按照匹配的时间进行充电，在此过程中，区块链没有信息发布，也没有第三方信息公开。
其中，IDCP：充电桩CPG识别号，IDEV：电动汽车EVQ识别号，RIDEV：电动汽车EVQ的原始识别号，PIDEV：电动汽车EVQ的伪识别号，QCP：充电桩CPG的附加组参数，QEV：电动汽车EVQ的附加组参数，PCP：充电桩CPG椭圆曲线的n阶基数，Ppub：共用椭圆曲线的n阶基数，HCP：充电桩CPG哈希值，HEV：电动汽车EVQ哈希值，b：随机数，HtEV：电动汽车EVQ的t时刻哈希值，REV：电动汽车EVQ的授权口令，TEV：电动汽车EVQ的时间戳，SK：共用暂时密钥，SKEV：电动汽车EVQ的暂时密钥，ε：线性参数，ξEV：电动汽车EVQ的算术签名，ξCP：充电桩CPG的算术签名，H1()、H2()、H3()、H4()、H5()为私有哈希函数。
将区块链技术应用到充电桩领域，从而构建的安全、可靠的充电桩共享交易环境，将极大地方便充电用户，提高充电桩的利用率，有效地阻止数据篡改和撤销的恶意行为，确保了系统处于所有人的监督之下，任何人都无法通过添加恶意代码或者利用系统漏洞牟取利益。
监控管理工作站监控内容包括：
对直流充电桩和交流充电桩的运行状态及输入、输出参数进行监控，运行状态包括电压、电流、开关状态、保护状态,采集接入到系统的电动汽车和电池信息,控制充电桩的输出参数满足充电需求，
对换电设备的运行工位、设备状态进行监控,根据指令对电动汽车的电池箱进行更换,并将换下的电池箱进行归位，监控电池的电压、温度、SOC状态以及电池箱充放电状态,电池单体的电压、电流、温度信息,并统计电池单体最大、最小电压值,湿度差值,并提供电池箱和电池单体的参数异常报警功能，检测更换下来的电池箱的状态性能,满足动力电池性能要求的放置于充电架充电,备下次更换使用,如果电池箱性能降低严重不能满足动力电池要求的,则移送至梯次电池储能系统,当电站出现供化中断时作为备用化源,而且能够根据需要并入电网实现负荷及频率调节功能。
监控配电网络的配变接入点的主要电能质量指标,包括电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波电压畸变及各次谐波含有率指标,监测指标的异常预警功能,并能够根据需要进行无功补偿和谐波治理装置的投切来改善电能质量，配电变压器输入侧功率、电压、电流、功率因数、总有功电量、总无功电量的监视,对配电变压器继电保护化态、合闸及负荷开关状态进行实时监测和控制。
对充电设备或者换电设备区域内及周边环境的视频、消防、门禁、周界进行监控,当站内设备发生异常事件时可随时启动安全防护系统,实现安防与其他监控功能的联动,保障电站内设备的运行安全。
电池更换设备要包括电池箱、电池充电架、换电机器人、传动机构和堆垛机器人,电池更换设备采用后备箱换电方式，电动汽车进入换点位，后备箱打开并解锁旧电池箱，换电机器人定位旧电池箱，将电动汽车后备箱上的旧电池箱取出，放入传动机构的回收传送带，同时，堆垛机器人从电池充电架上取出新电池箱，放入传动机构的推送传送带，推送传送带将新电池箱传送给换电机器人，换电机器人定位新电池箱将新电池箱装入电动汽车的后备箱，实现换电操作，回收传送带将旧电池箱送到堆垛机器人处，堆垛机器人将旧电池箱放入电池充电架，进行充电；
电池充电架、换电机器人、传动机构和堆垛机器人通过CAN现场总线网络与站控计算机通信；
电动汽车更换下来的电池箱,需要检测,判定性能是否退化，检测包括充电检测、使用检测以及电池盘点，充电检测包括对充电电压、充电电流、充电温度以及电池SOC在内的参数检测，使用检测包括对SOH状态、更换次数、行驶里程、更换时间在内的参数检测，电池盘点包括状态查询、寿命评估、电池重组、报废注销在内的操作，
堆垛机器人包括水平、垂直、伸缩三方向运行机构、载货台、电气装置；
换电机器人通过电磁吸头来对电池箱进行更换操作，包括台车、工装平台、轨道、货叉。
电池充电架为存储电池箱的立体支架,电池充电架使用标准连接器与电池箱进行连接,当换下的电池箱放入电池充电架后,充电机为待充电电池执行充电操作，电池充电架可完成对电池箱的存放、充电和监测功能,实时显示电池箱状态信息、就位状况等,电池架中配备烟雾传感器,用于监测电池箱的安全状态。
电池充电架与堆垛机器人共同构成了电池箱存储区,堆垛机器人通过立体运动实现电池充电架上电池箱的存取操作,完成换电工作；
堆垛机器人的控制采用PID切换的方式进行控制，产生精确的输出控制量，
输入值与输出反馈值进行运算得到输入误差值，同时对输入误差值进行模糊PID控制运算和固定参数PID控制运算，其中，模糊PID控制运算较固定参数PID多出了模糊运算模块，其对固定参数PID控制运算中的固定参数进行模糊化调节，输入误差值与选定的调节参数进行比较，当输入误差值大于调节参数时，切换开关选定模糊PID控制的输出值作为堆垛机器人的输出控制值，从而使堆垛机器人的动作快速进入稳定状态；输入误差值小于调节参数时,认为堆垛机器人已经处于稳定状态，切换开关选定固定参数PID控制的输出值作为堆垛机器人的输出控制值,减少系统执行程序的时间,提高系统的运行效率。
其中，PID控制算式具体为：
△u(k)＝u(k)-u(k-1)＝Kp×[e(k)-e(k-1)]+Ki×e(k)+Kd×[e(k)-2×e(k-1)+e(k-2)]，
其中，u(k)：输出信号，△u(k)：输出调节，e(k)：输入信号，Kp：比例增益，Ki：积分系数，Kd：微分系数。
其中，模糊运算模块包括知识库、模糊化模块、推理模块、解模糊化模块，
将模糊控制应用到堆垛机控制系统中,实现了堆垛机运行性能的优化,增加了堆垛机运行过程中的快速性与稳定性。
直流充电桩采用嵌入式系统，包括微控制器、触摸屏、温度传感器、湿度传感器、IC卡检测器、电表、指示灯、直流输出口、接触器、强制关闭开关、BMS电池管理单元，
接触器控制380V交流电输入的通断，电表连接至接触器的输出端，微控制器实时读取电表数据，对使用的电量进行计算，电表的输出端与直流输出口连接，微控制器通过CAN总线向直流输出口发送报文来控制其输出电压和电流，直流输出口直接与电动汽车的电池箱连接，对电池箱进行快速充电，BMS电池管理单元通过CAN总线将电池箱参数形成报文后发送至微控制器。微控制器接收到报文后，对报文进行解析，实时调整充电方式，充电过程中接触器由微控制器控制或者由强制关闭开关直接关闭，温度传感器和湿度传感器通过单总线方式和微控制器通信，将直流充电桩内温、湿度数据传送至微控制器，以此来判断充电桩是否安全运行，IC卡检测器检测用户的IC卡，允许用户通过触摸屏进入系统进行相应的包括充电、查询在内的交互操作，触摸屏与微控制器通过ModbusRTU协议通信，实时显示包括充电进程、电压、电流、温度、湿度、用户信息在内的数据，指示灯指示直流桩当前运行的状态。
电表固定安装在直流充电桩内部，位于接触器与直流输出口之间，之间不能接入任何与计量无关的设备，电表能够存储时间电能，其包括计量模块、主控单元、LCD显示、按键、存储器、通信模块。
BMS电池管理单元包括均衡保护管理模块、充放电管理模块、信号调理电路、选通保持电路、A/D转换器以及主控制器，
电压传感器、电流传感器、温度传感器、湿度传感器获得电池箱的电压、电流、温度信号以及湿度信号，信号调理电路对上述信号进行滤波、放大，去除信号中的噪声，并将信号放大到合理的区间，电池箱中有多个单体电池，多个单体电池的多个通道共用一个A/D转换器，在模拟输入通道中通过选通保持电路进行通道选通，实现各通道逐个、分时地被轮流接通，通过选通保持电路分时选择不同单体的电压、电流、温度信号输入A/D转换器，信号通过采样保持器保证采样到的是同一个单体同一时间的电压、电流、温度信号，采集到的所有信息存储并传输到主控制器(DSP)中进行比对分析计算，显示输出数据，同时根据需要计算出包括电池箱的SOC、SOH和电池内阻在内的数据，主控制器(DSP)根据上述计算结果，对电池箱进行充放电控制，主控制器(DSP)将采集到的电压、电流、温度数据通过CAN总线输送到充电桩控制器，并根据实际充电控制的需要，在充电桩控制器中完成相应的分析运算，得到电池箱SOC、SOH和电池内阻信息，进而控制充电桩对电池箱进行相应的充电操作。
均衡保护管理模块与主控制器(DSP)连接，对电池箱进行均衡充电，均衡充电的步骤包括：
步骤1，检查各个电池单体的电压，当出现电池单体的电压大于电压基准值上限或小于电压基准值下限时，执行步骤(2)，否则，重复执行本步骤；
步骤2，确定整个电池单元的电荷量(SOC)的标准差，并将该标准差与启动阈值比较，若标准差大于启动阈值，则执行步骤3，否则，执行步骤1；
步骤3，根据各电池单体的电荷量(SOC)，不同电池单体电荷量的转移效率，确定不同电池单体需要的充放电量，以及相应的充放电时间，其中，充放电时间＝充放电量/均衡电流；
步骤4，根据不同电池单体的充、放电时间，进行相应的充、放电操作。
充放电管理模块与主控制器(DSP)连接，根据电池健康状态评估方法对电池箱进行健康状况预测(SOH)，电池健康状态评估方法步骤包括：
步骤1，建立电池充放电模型；
步骤2，获取待测电池在放电状态下的参数；
步骤3，根据电池充放电模型以及上述参数，估算所述待测电池的SOH值；
步骤4，检测所述SOH值是否大于阈值；若所述SOH值小于所述阈值，则评估所述待测电池老化。
BMS电池管理单元实时监测电动汽车电池组参数、估算SOC、估算行驶里程、进行故障判断等，然后通过CAN总线发送给车辆控制器或非车载充电机。通过BMS电池管理单元实时监测电动汽车电池组参数，采集参数包括电池组总电压、单块电池电压、电池组总电流和单块电池电流；通过BMS电池管理单元进行剩余电量估算，采集电压、电流在内的参数，估算荷电状态(SOC)，将SOC信息通过CAN总线发送至汽车仪表盘供司机及时了解车辆行驶状况；通过BMS电池管理单元进行充放电控制，当电池箱的电压或者电流超过额定参数时，BMS电池管理单元及时切断接触器，保证电池组不受损坏。
以上所述实施方式仅表达了本发明的一种实施方式，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于区块链交易管理的充电桩系统，包括电力设备、监控管理工作站、交易管理系统、配电网络、数据网络、充电设备、换电设备、监测设备，电力设备包括光伏设备、火力发电站、风力发电站；
充电设备包括直流充电桩、交流充电桩；
配电网络包高压电网、低压电网、直流母线、高压配电柜、配电变压器、低压配电柜；
数据网络包括以太网和CAN总线；
监测设备包括摄像机、烟感传感器、红外传感器；
监控管理工作站通过以太网与站控计算机连接，站控计算机通过监测设备对电力设备、配电网络和充电设备进行监控，
交易管理系统通过数据网络控制电动汽车和充电设备的交易，具体的控制方法为：
步骤1，注册阶段，交易管理系统采用基于云计算的互联网环境架构，建立区块链交易系统，所有电动汽车、所有充电设备和所有运营商都在区块链系统上注册，使得区块链系统成为值得信赖的第三方，以保证双方资金安全和运营支付；
步骤2，调度阶段，根据电动汽车车主的需求和运营商的政策，制定调度策略；
步骤3，认证阶段，电动汽车和充电设备使用椭圆曲线密码学计算哈希函数，这些函数无法通过钥匙反推从而确保密码的安全，电动汽车和充电设备之间相互认证，如果认证是有效的并且与身份匹配，则充电的请求被接受；
步骤4，充电阶段，电动汽车进行充电，完成后，充电设备记录交易的信息。
2.根根据权利要求1所述的一种基于区块链交易管理的充电桩系统，其特征在于步骤1具体为：
步骤1.1，所有电动汽车EVs{EV1,EV2,...,EVn}中的每一个电动汽车EVi选择随机数并计算Qi＝xiP，然后，每一个电动汽车EVi在区块链中广播请求(mi,sigi(H(mi)))，其中mi＝IDi||IDj||T，(1≤i≤n,1≤j≤n,i≠j)；
步骤1.2，所有充电桩CPs{CP1,CP2,...,CPl}中的每一个充电桩CPi检查签名，计算属于自身的签名数量αi＝f(xixi+1)xi+2P，计算每一个电动汽车充电桩CPi在区块链中广播请求(m′i,sigi(H(m′i)))，其中m′i＝IDi||s||Ci||T；
步骤1.3，运营商O验证签名，并计算用户i的共享密钥 在区块链中广播Ki；
步骤1.4，区块链中的所有电动汽车、所有充电设备和所有运营商接收Ki，并计算共享公有密钥在区块链中所有充电桩都有可以看到该密钥，形成见证。
其中，椭圆曲线值域，Qi：用户i的附加组参数，P：椭圆曲线的n阶基数，mi：电动汽车EVi用户签名，m′i：充电桩CPi用户签名，H()：哈希函数，sigi()：数字签名函数，IDi：用户i的识别号，IDj：用户j的识别号，T：时间戳；αi：用户i的签名值，Ci：用户i的隐藏约束，用户i的曲线函数，f()：私有单向函数。
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链交易管理的充电桩系统，其特征在于步骤2具体为：共有四种调度策略，包括最短路径调度、最短到达时间调度、最低消费成本调度和最短等待时间，
最短路径调度为基于电动汽车到每个充电桩的距离的计算选择最短路径的充电桩；
最短到达时间调度为基于电动汽车到每个充电桩的时间的计算选择最短到达时间的充电桩；
最低消费成本调度为基于电动汽车到每个充电桩的消费成本的计算选择最低消费的充电桩；
最短等待时间调度为基于计算电动汽车在每个充电桩前等待时间的计算选择最短等待时间的充电桩；
需要充电的电动汽车EVQ综合上述四种调度选择最优的充电桩CPG。
4.根据权利要求1所述的一种基于区块链交易管理的充电桩系统，其特征在于步骤3具体为：
步骤3.1，电动汽车EVQ将其身份IDEV发送到充电桩CPG，充电桩CPG收集匹配的区块链信息并将收费请求返回给EVQ；
步骤3.2，电动汽车EVQ发送消息{IDCP,QCP,PCP,HCP,K}给充电桩CPG；
步骤3.3，充电桩CPG根据时间戳Ti选择随机数计算HtEV＝H2(IDEV,PIDEV,QEV,TEV)，SKEV＝b+εHtEV，然后，发送消息{PIDEV,QEV,TEV,SKEV}给电动汽车EVQ；
步骤3.4，电动汽车EVQ选择随机数计算REV＝cP，HEV＝H3(IDCP,PIDEV,QEV,REV,TEV)，ξEV＝SKtEV+cEVHEV，然后，通过安全通道发送消息{IDCP,PIDEV,QEV,REV,TEV,ξEV}给充电桩CPG
步骤3.5，充电桩CPG接收消息{IDCP,PIDEV,QEV,REV,TEV,ξEV}，再次计算HtEV＝H2(IDEV,PIDEV,QEV,TEV)，HEV＝H3(IDCP,PIDEV,QEV,REV,TEV)，基于ξEVP＝QEV+HEVPpub+HEVREV，验证接收到的签名；如果签名失败，充电桩CPG结束请求，否则，充电桩CPG计算得到电动汽车EVQ证实身份，充电桩CPG选择随机数计算RCP＝dP，SK＝H4(dEEV,IDCP,PIDEV,QEV,TEV)，HCP＝H5(IDCP,RIDCP,QEV,SK,dREV)，ξCP＝εCP+dHCP，然后，发送消息{IDEV,PIDEV,RCP,ξCP}给电动汽车EVQ；
步骤3.6，电动汽车EVQ接收信息{IDEV,PIDEV,RCP,ξCP}，再次计算SK值，对签名进行验证，SK＝H4(cRCP,IDCP,RIDEV,QEV,TEV)，HCP＝H5(RIDEV,IDCP,QEV,SK,dRCP)，基于ξCPP＝QCP+HCPPpub+HCPRCP，对签名进行验证；如果验证通过，则认证结束，通过密钥SK实现加密消息以进行安全通信；否则，电动汽车EVQ结束请求。
5.根据权利要求1所述的一种基于区块链交易管理的充电桩系统，其特征在于步骤4具体为：
步骤4.1，电动汽车EVQ计算隐藏约束C＝H5(IDEV,RCP,ξCPP)；
步骤4.2，充电桩CPG验证隐藏约束，然后确定当前时间是否与电动汽车EVQ的最初建议时间范围相匹配；
步骤4.3，验证通过后，电动汽车EVQ和充电桩CPG之间按照匹配的时间进行充电，在此过程中，区块链没有信息发布，也没有第三方信息公开。
其中，IDCP：充电桩CPG识别号，IDEV：电动汽车EVQ识别号，RIDEV：电动汽车EVQ的原始识别号，PIDEV：电动汽车EVQ的伪识别号，QCP：充电桩CPG的附加组参数，QEV：电动汽车EVQ的附加组参数，PCP：充电桩CPG椭圆曲线的n阶基数，Ppub：共用椭圆曲线的n阶基数，HCP：充电桩CPG哈希值，HEV：电动汽车EVQ哈希值，b：随机数，HtEV：电动汽车EVQ的t时刻哈希值，REV：电动汽车EVQ的授权口令，TEV：电动汽车EVQ的时间戳，SK：共用暂时密钥，SKEV：电动汽车EVQ的暂时密钥，ε：线性参数，ξEV：电动汽车EVQ的算术签名，ξCP：充电桩CPG的算术签名，H1()、H2()、H3()、H4()、H5()为私有哈希函数。
6.根据权利要求1所述的一种基于区块链交易管理的充电桩系统，其特征在于监控管理工作站监控内容包括：
对直流充电桩和交流充电桩的运行状态及输入、输出参数进行监控，运行状态包括电压、电流、开关状态、保护状态,采集接入到系统的电动汽车和电池信息,控制充电桩的输出参数满足充电需求，
对换电设备的运行工位、设备状态进行监控,根据指令对电动汽车的电池箱进行更换,并将换下的电池箱进行归位，监控电池的电压、温度、SOC状态以及电池箱充放电状态,电池单体的电压、电流、温度信息,并统计电池单体最大、最小电压值,湿度差值,并提供电池箱和电池单体的参数异常报警功能，检测更换下来的电池箱的状态性能,满足动力电池性能要求的放置于充电架充电,备下次更换使用,如果电池箱性能降低严重不能满足动力电池要求的,则移送至梯次电池储能系统,当电站出现供化中断时作为备用化源,而且能够根据需要并入电网实现负荷及频率调节功能；
监控配电网络的配变接入点的主要电能质量指标,包括电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波电压畸变及各次谐波含有率指标,监测指标的异常预警功能,并能够根据需要进行无功补偿和谐波治理装置的投切来改善电能质量，配电变压器输入侧功率、电压、电流、功率因数、总有功电量、总无功电量的监视,对配电变压器继电保护化态、合闸及负荷开关状态进行实时监测和控制；
对充电设备或者换电设备区域内及周边环境的视频、消防、门禁、周界进行监控,当站内设备发生异常事件时可随时启动安全防护系统,实现安防与其他监控功能的联动,保障电站内设备的运行安全。
7.根据权利要求1所述的一种基于区块链交易管理的充电桩系统，其特征在于：电池更换设备包括电池箱、电池充电架、换电机器人、传动机构和堆垛机器人,电池更换设备采用后备箱换电方式，电动汽车进入换点位，后备箱打开并解锁旧电池箱，换电机器人定位旧电池箱，将电动汽车后备箱上的旧电池箱取出，放入传动机构的回收传送带，同时，堆垛机器人从电池充电架上取出新电池箱，放入传动机构的推送传送带，推送传送带将新电池箱传送给换电机器人，换电机器人定位新电池箱将新电池箱装入电动汽车的后备箱，实现换电操作，回收传送带将旧电池箱送到堆垛机器人处，堆垛机器人将旧电池箱放入电池充电架，进行充电。
8.根据权利要求7的一种基于区块链交易管理的充电桩系统，其特征在于：堆垛机器人的控制采用PID切换的方式进行控制，产生精确的输出控制量，输入值与输出反馈值进行运算得到输入误差值，同时对输入误差值进行模糊PID控制运算和固定参数PID控制运算，其中，模糊PID控制运算较固定参数PID多出了模糊运算模块，其对固定参数PID控制运算中的固定参数进行模糊化调节，输入误差值与选定的调节参数进行比较，当输入误差值大于调节参数时，切换开关选定模糊PID控制的输出值作为堆垛机器人的输出控制值，从而使堆垛机器人的动作快速进入稳定状态；输入误差值小于调节参数时,认为堆垛机器人已经处于稳定状态，切换开关选定固定参数PID控制的输出值作为堆垛机器人的输出控制值,减少系统执行程序的时间,提高系统的运行效率；PID控制算式具体为：△u(k)＝u(k)-u(k-1)＝Kp×[e(k)-e(k-1)]+Ki×e(k)+Kd×[e(k)-2×e(k-1)+e(k-2)]，其中，u(k)：输出信号，△u(k)：输出调节，e(k)：输入信号，Kp：比例增益，Ki：积分系数，Kd：微分系数；模糊运算模块包括知识库、模糊化模块、推理模块、解模糊化模块。
9.根据权利要求1所述的一种基于区块链交易管理的充电桩系统，其特征在于：直流充电桩采用嵌入式系统，包括微控制器、触摸屏、温度传感器、湿度传感器、IC卡检测器、电表、指示灯、直流输出口、接触器、强制关闭开关、BMS电池管理单元。
10.根据权利要求9所述的一种基于区块链交易管理的充电桩系统，其特征在于：接触器控制380V交流电输入的通断，电表连接至接触器的输出端，微控制器实时读取电表数据，对使用的电量进行计算，电表的输出端与直流输出口连接，微控制器通过CAN总线向直流输出口发送报文来控制其输出电压和电流，直流输出口直接与电动汽车的电池箱连接，对电池箱进行快速充电，BMS电池管理单元通过CAN总线将电池箱参数形成报文后发送至微控制器。微控制器接收到报文后，对报文进行解析，实时调整充电方式，充电过程中接触器由微控制器控制或者由强制关闭开关直接关闭，温度传感器和湿度传感器通过单总线方式和微控制器通信，将直流充电桩内温、湿度数据传送至微控制器，以此来判断充电桩是否安全运行，IC卡检测器检测用户的IC卡，允许用户通过触摸屏进入系统进行相应的包括充电、查询在内的交互操作，触摸屏与微控制器通过ModbusRTU协议通信，实时显示包括充电进程、电压、电流、温度、湿度、用户信息在内的数据，指示灯指示直流桩当前运行的状态；
电表固定安装在直流充电桩内部，位于接触器与直流输出口之间，之间不能接入任何与计量无关的设备，电表能够存储时间电能，其包括计量模块、主控单元、LCD显示、按键、存储器、通信模块。
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