基于用户社交网络的共享充电桩机制研究

高俊青　邵叶晨　卞阳

[提要] 随着电动汽车数量的上升，充电桩出现地理位置分布不均匀、排位情况严重、油车占位和存在额外费用等问题。有鉴于此，本文分析当前电动汽车充电模式中存在的问题，提出一种基于社交网络推荐引擎的充电桩共享机制，通过构建充电桩用户社交网络，计算充电桩资源分布情况，结合实际情况整合信息资源，并推送给社区用户，以完善社交网络的拓扑结构，从而更好地实现充电桩设备的共享使用。

关键词：电动汽车;共享充电桩;社交网络

中图分类号：F713.5 文献标识码：A

收录日期：2019年4月23日

一、引言

日益严峻的能源问题不仅体现在人类对能源需求的不断攀升和自然资源的过度使用，还制约着经济建设，给政府、企业和普通消费者带来新的挑战。绿色低碳、高效利用能源是大势所趋。电动汽车依靠电力能源驱动，在使用过程中不会像内燃机汽车一样产生尾气污染。电动机对于能源的使用效率也要高于内燃机且电力能源可以通过火力发电、水力发电、风能发电、核能发电和太阳能发电等多种渠道获得，运输便捷，对环境破坏小。在国家节能减排、低碳环保的倡导下，电动汽车对于治理空气污染，提高能源使用效率，发展循环经济有着重要意义。

随着电池技术的进步，电动汽车制造业开始崛起。电动汽车的能源较传统汽车更为清洁，能有效减少温室气体排放。同时，电力能源经济实惠，成本低廉，电动汽车用户无需担忧日益上涨的油价，因此电动汽车得到汽车消费者的青睐。许多国家和地方政府纷纷推行节能减排补贴、绿色牌照批审、税收抵免等激励政策，鼓励消费者购买电动汽车。

电动汽车充电桩是为电动汽车提供电力能源的基础设施，一般安装于专供电动汽车充电的充电站、停车场或符合安装条件的私人停车场所。根据所述性质的不同，电动汽车充电桩可以分为公共充电桩和私人充电桩。公共充电桩一般安装于充电站、停车场等公共场所，供一般电动用户使用。私人充电桩一般安装于符合安装条件的私人停车场所，供充电桩所有者使用。公共充电桩设立于公共场所，供电动用户任意使用。充电桩能将电网中的电力输出到电动汽车的蓄电系统中，是目前电动汽车获取能源的主要途径。限于当前的技术，电动汽车的续航里程相对较小，充电频率高，每次充电时長需要一至数小时不等。随着电动汽车数量的上升，公共充电桩出现了地理位置分布不均匀、排位情况严重、油车占位和存在额外费用（如停车费）等问题。私人充电桩使用起来方便快捷，不会产生额外费用，充电成本要低于公共充电桩。因此，有相当一部分电动汽车用户选择设立私人充电桩。但是，私人充电桩的安装、维护成本较高。同时，作为充电桩所有者独占的充电设备，私人充电桩的闲置率往往较高，容易造成资源的浪费。这给电动汽车车主带来了不便，给充电桩经营方造成了损失，还打击了消费者对电动汽车的消费热情。掌握了大量的关于车主及其充电行为等信息的充电桩经营方在电动汽车能源消费过程中，往往只作为充电设备提供者向消费者提供服务，忽视了用户构建自组织社群的可能性与用户社交网络在信息共享和整合充电设备资源中能够发挥的重要作用。

鉴于此，本文分析了当前电动汽车充电模式中存在的几点问题，提出了一种基于社交网络的充电桩共享机制，通过构建充电桩用户社交网络，计算充电桩资源的分布情况，结合实际情况整合信息资源，并推送给社区用户，以完善社交网络的拓扑结构，从而更好地实现充电桩设备的共享使用。

二、构建电动车用户社交网络的意义

21世纪以来，网络科学越来越受到人们的重视。网络科学能够用来描述、分析自然界或人类社会中存在的各种系统，即将系统的各个组成部件表示为网络节点，将部件之间的关系表示为网络的边。

在私人充电桩的共享化过程中，实际存在着一个能够传递共享充电桩信息的电动车用户社交网络。在这个网络中，电动车用户作为网络节点，有“私人充电桩所有者（Owner）”和“一般用户（Usr）”两种节点标签。私人充电桩所有者（Owner）向其他用户提供充电桩设备，其他用户选择使用私人充电桩所有者（Owner）所提供的充电桩设备，由此产生了用户之间的关联关系，即网络中的边。

私人充电桩所有者（Owner）既要负责经营管理共享充电桩，又要满足自己的使用需求。单个共享充电桩承载量有限，只能满足少量用户的充电需求。在一个不完善的电动车用户社交网络中，共享充电桩的信息传递情况较差，会产生私人充电桩所有者（Owner）无法找到一般用户（Usr），大量一般用户（Usr）集中使用少数共享充电桩的情况，因此对共享充电桩信息资源的整合利用尤其重要。整合共享充电桩信息资源的重点在于科学合理地建立、调控电动车用户社交网络，完善社交网络拓扑结构，提高信息传递效率，使得共享充电机制的运作更加有效，提高资源的利用率。

私人充电桩所有者将充电桩共享给一般用户的过程如图1所示。可知，在私人充电桩所有者Owner，一般用户Usr和充电桩Charge的三元结构中，Usr与Owner之间的“共享”关联关系是三元结构成立的重要前提。因此，对共享充电桩用户社区进行调控的重点在于Usr与Owner之间的关联关系。（图1）

网络科学研究表明，客观真实存在的网络如社交网络、通讯网络等具有“小世界”和“无标度”等特性。真实网络的小世界特性使得组成网络的节点之间平均路径的距离相对较小。而无标度特性使得网络节点的度数呈现幂率分布，少量节点占据极多的关联关系，产生较高的异质性，使得节点分布严重不均匀。小世界特性表明充电桩用户社交网络中，作为节点的用户之间能够通过较少的链接路径产生关联关系。但在无标度特性的作用下，往往会产生大量一般用户争夺少量共享充电桩的现象。

共享充电社交网络以充电设备共享平台为依托，由私人充电桩所有者和一般用户以及二者之间共享设备的关联关系构成。私人充电桩所有者可以自主决定是否与其他用户共享充电设备，一般用户可以自主决定是否选择使用私人充电桩所有者提供的共享设备，这使得共享充电社交网络产生具有非常明显的自组织特性。电动用户个人的选择偏好、私人充电设备的地理环境和充电设备信息的获取等因素都会直接对社交网络的拓扑结构产生影响。

实际上，只需对充电桩用户社交网络进行少量的干预，调整网络中的少量链接，就能够有效提升网络的性能。充电桩经营方在长期的生产经营过程中，积累掌握了大量的关于车主及其充电行为等数据，在建立、调控用户社交网络方面具有必然的优势。

为使社交网络能够发挥科学整合充电设备资源，指导用户合理使用充电桩的功能，充电桩经营者必须转变经营理念，重视社交网络在信息共享和整合充电设备资源中的重要作用，利用日常生产经营过程中积累的用户充电行为信息，搭建共享充电用户社交网络平台，建立基于用户社交网络的新型共享机制。

三、基于用户社交网络的充电桩共享机制

建立基于用户社交网络的新型共享机制，要求充电桩经营者搭建用户社交网络平台，在经用户授权许可的前提下，对充电桩用户的基本信息、消费记录、移动位置、支付方式和社交情况，以及支付、预约和消费等日常操作数据进行分析。数据分析系统结合充电桩地理位置信息、电费价格标准、用户消费模式和用户社群情况等信息，生成关于充电桩和用户社群推送的分析结果，并反馈至共享充电用户社交网络平台。用户社交网络平台根据分析结果，将一般用户和充电桩所有者的信息互相推送给双方，将一般用户和个人充电桩所有者纳入社交网络，指导私人充电桩所有者和一般用户共享使用充电桩。由此完善了用户社交网络，提高了充电桩的利用率，解决了充电桩分布不均匀、车主找桩难等不利问题。

具体为，在t0时刻初始状态下，部分电动用户搭建起私人充电桩，成为私人充电桩所有者，即网络中标签为Owner的节点，其所搭建的充电桩为网络中标签为Charger的节点。其他未搭建私人充电桩的用户作为一般用户，即网络中标签为Usr的节点。在这一状态下，网络中标签为Charger的节点只与其对应的标签为Owner的节点链接，标签为Usr的节点均为孤立节点，私人充电桩所有者不与其他电动用户共享充电设备。此时，充电桩用户未建立能够有效传递信息，共享充电桩资源的社交网络。（圖2）

进入t1时刻状态，一定数量的私人充电桩所有者开始与一般用户共享充电设备。私人共享充电设备的电费低于公共充电设备，并且不会产生停车费等其他费用，因此一般用户乐于使用私人共享充电设备。私人充电桩所有者将充电设备共享给一般用户，形成了Usr-Owner关联关系，即网络中节点Usr与节点Owner之间的边。

t1时刻的社交网络中，Owner1，Owner2和Owner3将充电设备共享给一般用户Usr1，Usr2，...，Usr9。较多的一般用户选择使用Owner1的充电设备，使得节点Owner1拥有较高的度值，而Owner3充电设备的利用率相对较低。Owner4和Owner5选择独占充电设备，一般用户Usr10并不加入共享社区。这表示与私人充电桩所有者Owner1共享充电桩的一般用户较多，需排位轮流使用充电桩;与私人充电桩所有者Owner3共享充电桩的一般用户较少，充电桩空闲时间多;同时，一般用户Usr10和私人充电桩所有者Owner4、Owner5未能加入网络，资源分配并不合理。这样的自组织社交网络不能充分发挥共享充电设备的优势，需要外界力量的干涉来调整网络的拓扑结构。（图3）

t2时刻，在共享社区平台推送信息下，Owner4和Owner5开放了私人充电设备，加入了共享社交网络。一般用户在充分获取信息的前提下，选择使用相对较为空闲的Owner3、Owner4和Owner5处的充电设备。相对于此前时刻，t2时刻下，更多的用户参与到共享社交网络中，充电设备的分配利用更加合理。（图4）

四、结论及展望

共享充电桩作为当前共享理念下的一个典型案例，将私人充电桩改造成共享充电桩既能减缓当前公共充电桩数量不足、分布不均匀等情况，又能提高私人充电桩的使用率，方便电动汽车用户出行，给私人充电桩所有者和充电设备经营方带来一定的经济利益，是解决目前电动汽车充电难题，提升电动汽车用户充电体验的一次创新尝试。

本文所提出的基于用户社交网络的共享充电机制能够整合充电桩用户社交网络，为电动汽车车主提供了一个充电资源信息交流平台，依靠充电桩运营方的推送辅助将充电资源信息传递给大量原本孤立的电动汽车车主。借此，电动汽车车主能够以自组织的形式形成用户社群，轻松获取关于充电桩和用户社群的信息，制定合理的充电计划，合理有序地使用充电桩。拥有个人充电桩的车主可以与其他车主构建共享充电社群，制定充电计划，轻松实现共享充电。既弥补了当前充电桩分布不均匀的不足，提高了充电桩的利用率，又降低了车主获取信息的难度，还给车主和充电桩经营方创造了经济利益。

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