极端天气下公共电动汽车充电使用情况：天气防护在不同充电模式中的作用

《Sustainable Cities and Society》：Public Electric Vehicle Charging Utilization Under Extreme Weather: The Role of Weather Protection across Charging Modes

　　极端高温可能增加充电需求，且带遮阳棚的快速充电站更受青睐。遮阳棚在极端高温时段能更好地调控快速充电速率。极端降水虽相对罕见，但对充电的负面影响更为强烈。遮阳棚在快速充电模式下比在慢速充电模式下更能减轻极端降水的影响。**引言**在气候变化时代，电动汽车（EV）作为环保且能效高的交通方式，正日益受到青睐。加快电动汽车普及对于减少碳排放和实现净零目标至关重要（国际能源署，2024年）。然而，电动汽车拥有量的快速增长需要对充电基础设施进行相应投资，以满足日益增长的能源需求并确保从传统车辆向电动汽车的平稳过渡。提供充足且便捷可用的充电资源对于弥合电动汽车推广中的"最后一公里"差距至关重要（Burra 等，2024年）。充电基础设施的发展面临多重挑战，包括需求增长与供给之间的不匹配、高昂的建设和运营成本，以及利用率不高等问题（CAUPD，2023年；Zhao 等，2024年）。在气候变化的背景下，城市规划者和市政官员还必须考虑极端天气事件的频率和严重程度日益增加的趋势。近期的高温热浪和强降水已经扰乱了食品系统、损害了公众健康，并在许多城市地区对关键基础设施造成了巨大压力。这些极端天气事件对电动汽车充电基础设施也提出了重大挑战。它们会改变出行行为和车辆行驶里程（Hao 等，2020年；C. Liu 等，2017年；H. Wang 等，2015年），从而影响充电需求（Xydas 等，2016年）。充电性能在这些条件下同样受到影响。例如，极端温度会降低电池效率并缩短续航里程（Yuksel & Michalek，2015年），而高温热浪会增加电网压力并可能降低充电速度（Ke 等，2016年）。尽管降雨可能不会直接阻碍充电过程，但它会使道路条件恶化、增加滚动阻力（Hyttinen 等，2022年），并因使用灯光和雨刷而增加能耗。此外，大雨可能损坏充电基础设施，或因周边地区积水而使人防站点无法进入（Z. Guo 等，2024年；Raman 等，2022年；Zhang 等，2023年）。尽管存在这些风险，但关于极端天气对公共电动汽车充电行为影响的研究仍然有限。现有研究主要集中在绘制充电需求地图（Helmus 等，2020年；Morrissey 等，2016年）、优化站点分配（He 等，2022年；H. Wang 等，2019年）和分析用户偏好（Philipsen 等，2018年；Y. Wang, Yao 等，2021年）上。与天气相关的变量往往被忽视或仅作为次要控制变量。大多数先前研究集中在受控实验室环境下的电池性能（Donkers 等，2020年；J. Wang 等，2018年）或依赖车队数据估算能耗上。很少有人关注极端天气条件如何影响充电基础设施的利用率和韧性。鉴于气候变化加速和电动汽车广泛推广的现状，了解极端天气如何影响充电行为对于确保可靠的能源获取至关重要。本研究调查了极端天气对公共充电站利用率的影响，重点关注快速和慢速两种充电模式。研究还探讨了设计干预措施的潜力，特别是安装防护遮阳棚，以减轻恶劣天气对充电基础设施的负面影响。本研究从一个高度依赖公共充电基础设施的亚洲城市充电站视角出发。我们收集了为期九个月的大规模逐时充电状态数据，并结合了详细的天气数据和站点级特征。首先，我们可视化了极端天气事件期间与正常条件下的逐时充电速率差异，区分了有防护遮阳棚和无防护遮阳棚的站点。然后，我们在逐时和逐日两个时间分辨率上考察了极端天气对快慢两种充电模式利用率的影响，涉及不同时段（即工作日或周末/节假日）。此外，我们调查了与充电站遮阳棚设置相关的因素，并使用倾向得分平衡样本评估遮阳棚设计的调节作用。通过探索极端天气与站点设计之间的相互作用，本研究旨在为公共充电基础设施的规划、建设和管理提供缓解策略的发展参考，从而支持气候变化背景下电动汽车充电需求的持续增长。本研究的贡献体现在两个方面。在理论层面，它推进了天气与电动汽车充电行为之间关系的研究文献。它为城市基础设施如何适应气候变化和极端天气事件日益增加提供了新的见解。研究结果揭示了城市整体充电需求如何应对不同类型的天气扰动。在实践层面，研究表明提高充电站的天气韧性可能有助于减少极端天气期间的利用率损失，增强公共充电服务的可靠性。这些改进可以增强运营效率，并支持公共充电基础设施的财务可持续性。因此，本研究为政府、充电站运营商和第三方平台共同制定资本投资计划和应对气候相关挑战的长期战略提供了可操作的指导。本文其余部分结构如下。第2节回顾相关文献并提出研究问题。第3节描述方法框架，随后介绍研究区域和数据来源。第4节报告回归结果，第5节呈现一系列稳健性检验。第6节对研究结果进行全面讨论。最后，第7节对全文进行总结。**各章节摘要****公共电动汽车充电站利用率**近期关于公共电动汽车充电站利用率的研究大致可分为两个方向：（1）识别影响充电行为的因素的实证分析，以及（2）在各种情景下估算潜在利用率的基于模拟的研究。第一个方向主要使用实证回归方法来考察用户偏好和充电体验。一些研究通过问卷调查和结构化访谈收集行为数据（Philipsen 等，2018年）**方法论**本研究的研究框架如图1所示。**极端天气事件下充电速率差异的分布**图5展示了不同季节的充电速率日变化。总体而言，夏季和秋季的充电速率高于冬季和春季。工作日与周末之间的差异相对较小。在比较两种充电模式时，快速充电始终表现出比慢速充电更高的利用率。值得注意的是，快速充电在日变化和季节性模式上均表现出更大的波动性。我们随后可视化了逐时充电使用情况**使用暖季样本进行稳健性检验**为考察基准结论是否对季节性样本构成敏感，我们排除11月至3月的观测值后重新估计了主要回归模型。所得暖季样本涵盖4月至10月，在此期间电动汽车用户更可能遭遇高温和降水事件。表8和表9分别报告了快速和慢速充电速率的结果。总体而言，主要发现与基准结果基本一致。极端……**讨论**研究结果提供了证据表明，在工作日的多数极端高温时段和极端高温日，快速充电站的利用率趋于上升，而在非工作日则以不同程度上降。对于慢速充电，总体而言在受高温影响的工作日和高温时段，使用量保持稳定。在非工作日，慢速充电站的使用量在高温条件下呈下降趋势。这些结果与 Kim 等（2017年）所报告的结论部分相反，后者研究了公共电动汽车充电……**结论**利用来自一个高度依赖公共充电基础设施的亚洲城市的大规模逐时充电状态数据，我们分析了极端天气对公共电动汽车充电站利用率的影响。具体而言，我们首先调查了极端天气条件（逐时/逐日）对快速和慢速充电模式使用情况的影响，重点关注了遮阳棚设计的调节作用。此外，我们探讨了工作……**生成式人工智能在科学写作中的使用说明**在准备本作品的过程中，作者使用了ChatGPT-4o来提高手稿的可读性和语言质量。使用此工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对已发表文章的内容承担全部责任。**未引用参考文献**Wang 等，2021年**作者贡献声明****赵沐舒**：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，方法论，形式化分析，数据整理，概念设计。**王大卫**：软件，方法论，形式化分析，数据整理。**邵一风**：可视化，软件。**李卫风**：撰写——审阅与编辑，监督，资源，基金获取。**利益冲突声明**作者声明他们没有已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。赵沐舒|王大卫|邵一风|李卫风