動力電池雙渠道閉環供應鏈補貼機制研究

■ 張芳 許傲雪

遼寧工程技術大學營銷管理學院 葫蘆島 125000

0 引言

近年來在各種政策法規的支持下我國新能源車行業發展迅猛，市場需求量激增，動力電池需求量也隨之暴增。2020年我國新能源車產量突破200 萬輛，總生產量累計超500 萬輛，因此可以預見從新能源汽車上淘汰下來的廢舊動力電池也會迎來指數性的增長，作為新能源車的核心部件，動力電池的市場需求量也隨之暴增。新能源車發展迅猛，動力電池也將會隨之迎來報廢高潮。為加強新能源車動力電池的回收和再利用，推進資源整合與利用，規范行業發展，促進新能源車行業發展的健康與可持續化，工信部聯合其他相關單位于2018年聯合制定了《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》，但由于我國動力電池回收再利用仍處于行業發展的不健全初期，回收再制造等過程中存在很多成本和技術方面的問題，仍亟待解決。

對于動力電池回收問題的研究，衛壽平和孫杰等[1]從廢舊電池回收材料技術方面，對鋰電子電池回收效益進行探討，從鋰離子電池回收技術入手,達到降低成本,提高利用率,最終形成環保的、經濟效益好的鋰離子電池循環利用體系。Lluc Canals Casals 和Beatriz Amante García 等[2]對電動汽車的電池提出二次生命的概念，并通過對不同使用方案下的電池壽命等進行評估，認為電池運作與其所在條件關聯性對電池再使用有重要影響。Ramoni 和Zhang[3]對以往利用化學和物理角方法來提升舊電池性能的研究進行總結和分析。目前我國動力電池回收體系仍然處于正在發展建立和完善的階段，此行業統一的規范制度也還處于討論制定過程，市場中的回收再制造企業對整體流程把握程度不同，導致相關水平和資質存在較大差距。動力電池的回收再制造總是與閉環供應鏈問題相關聯的，閉環供應鏈是一種新的物流概念，它包括了回收產品及逆向物流問題。Lu Zhen 和Qiuji Sun[4]為了解決閉環供應鏈的再制造和選址問題，供應鏈了不同期非線性規劃模型，并使用新的啟發式（禁忌搜索）方法來進行運算。Huang 和Zhang 等[5]將綠色消費偏好作為前提條件，就各環節的定價是否受鏈上不同環節利他偏好的影響進行了分析。黃少輝和袁開福等建[6]立了包括單個制造商、零售商和第三方的閉環供應鏈，對4種不同回收渠道進行比較，確定考慮回收廢品質量條件下，最優回收渠道選擇的問題。張漢江余華英等[7]對各國政府從環境保護和資源節約保出發，制定各種激勵回收再制造性質的政策總結，將政府也作為供應鏈的一個決策主體，建立了三級非線性閉環供應鏈，使閉環供應鏈的回收激勵契約和補貼政策得到優化。朱曉東、吳冰冰和王哲[8]從線上同線下傳統分銷商的回收成本差異方面考慮，并對回收再制造率進行比較，設計收益成本共享契約提高供應鏈利潤，同時提升供應鏈各環節參與和實施契約的動力。Ismail I. Almaraj 和Theodore B[9]基于不確定性和實踐中的常見誤差與錯誤，以成本最低化為目標建立多周期和梯級的閉環供應鏈，為實際問題提供具有實際操作價值的方案。

有關于動力電池回收再制造的問題，Liu 和Gong[10]對電動汽車動力電池回收過程運用Agent 方法進行建模與仿真分析，發現產需匹配十分重要，同時再制造率對模擬也至關重要，未保證相應條件會造成資源短缺或浪費的問題。朱凌云和陳銘[11]建立評價指標體系,運用模糊綜合評價法對動力電池的逆向物流各環節和利益相關方分析，建立廢舊動力電池復合型回收網絡系統，對廢舊動力電池的逆向物流模式的選擇的問題進行研究。陸山等[12]對國內外電池回收相關的法規總結比較,提出政府應加大干預廢舊動力電池回收力度，協調好相關行業協會的聯合與協作，同時通過采取建立相關回收基金等措促進廢舊動力電池的回收與再制造。Gu 和Iero‐monachou[13]對新模式的閉環供應鏈進行分析，該閉環供應鏈包含制造新產品和回收再制造，發現對電池回收參與再制造的量起決定性作用的回收價格這一影響因素，而新產品所獲利更多，總是高于再制造品，所以應在鼓勵再制造的基礎上建立獎勵機制來進行真正意義上地推動。Wang 等[14]等對關于汽車零部件回收的四個不同補貼激勵方案，即直接補貼、回收補貼、研發補貼和產品補貼進行分析比較，探討四種方案對汽車零部件回收和投入再制造再利用的影響。張民厚[15]通過對國內動力產業所面臨的核心技術缺失、回收利用困難、產能過剩以及企業利潤大幅減少的問題進行總結與分析，提出有關動力電池回收利用及產業發展的問題與意見。

通過對上述文獻的總結，現有關于動力電池閉環供應鏈的研究主要集中在回收參與方及回收渠道的制定、不同回收方參與程度和回收價格的確定，大多數研究都是對供應鏈成員進行直接補貼，并研究其對供應鏈各環節利潤的影響，且大多只考慮逆向回收，鮮有文章考慮對供應鏈各環節補貼對其成本影響程度的問題，以及補貼分別對閉環供應鏈正向和逆向各環節定價以及成本分別產生的影響。因此本文在供應鏈正向中不同環節銷售商同時承擔回收問題的條件下，考慮政府干涉對動力電池閉環供應鏈定價和市場不同發展階段補貼對象選擇，以及不同補貼模式下供應鏈所受影響的問題。

1 模型描述與基本假設

本文由動力電池生產商零售商、整車制造商和消費者以及參與市場協調政府相關部門組成閉環供應鏈系統作為研究的決策模型。在供應鏈生產與銷售環節中，動力電池生產完成由電池制造商售至整車制造商處進行組裝，組裝完成的整車銷售給零售商，再進入到市場銷售給消費者。在供應鏈逆向回收過程中，零售商和整車制造商在作為正向渠道經銷商的同時也承擔動力電池回收工作，且消費者對兩者的回收渠道存在回收偏好。零售商及整車制造商將回收來的廢舊動力電池統一交由動力電池生產生進行拆解與再制造，再投入市場進行銷售。基本模型和部分符號設定如圖1、表1所示。

表1 符號設定及其說明

圖1 考慮政府補貼的雙渠道閉環供應鏈模型

模型假設如下：

假設1：市場中回收的廢舊動力電池均可用于再制造，不存在無法進行拆解和投入再制造可能，回收的每一單位的廢舊動力電池只能用于一單位動力電池的再制造。

假設2：再造電池和全新動力電池在蓄電質量和使用方面沒有差異，同樣渠道進入消費者市場，消費者對二者的使用感受完全一致，二者無差異銷售，銷售價格相同。

假設3：本文重點對同政府補貼模式的決策問題進行研究，假設對市場供給充足，不考慮缺貨及滯銷問題。在這里，供應鏈中各環節對新能源車需求量，也是動力電池需求量（動力電池與新能源車的組合方式為1:1 組裝）可以進行預測為：D = a - bp

假設4：在文章構建的閉環供應鏈中，領導者為動力電池制造商，而零售商和整車制造商則為跟隨者，且在逆向回收中，整車制造商和零售商他同時進行回收，形成雙渠道回收模式，二者同時進行回收時，消費者對回收渠道存在偏好。整車制造商渠道和零售商渠道的回收量分別為：QZ=(1- δ)α + kpZ、QR=(1- δ)α + kpR。

假設5：全新動力電池的制造成本總是高于再制造，即cM> cMA[16]，否則回收再制造沒有經濟價值和意義，無法激發回收商沒有回收廢舊動力電池的積極性。

假設6：不考慮市場上回收的動力電池的質量差異，假設以同樣價格回收同樣質量水平的廢舊動力電池，且用于再制造效果相同，因此政府對每單位廢舊動力電池補貼額保持一致，均為s。

假設7：政府補貼對市場需求量、零售商成本以及整車制造商成本的影響因素分別為ωC、ωR和ωZ，且三者均大于0，否則沒有采取政府采取補貼的積極意義和價值。

閉環供應鏈的決策順序為：電池制造商先確定動力電池批發給整車制造商的單位價格wM和其回收動力電池的價格pM；而后確定新能源車批發價格wZ和回收價格pZ;最后確定零售商銷售新能源車的價格p 和回收廢舊動力電池價格pR，上標C、RZ分別表示補貼消費者、零售商和整車制造商，無上標表示無補貼。

2 無政府補貼下動力電池閉環供應鏈模型

根據Nash逆向歸納法，首先對零售商新能源汽車零售價格p和和廢舊動力電池pR進行求導：

可知ΠR關于p、pR的凹函數，存在最大值，令（4）（5）等于零，求得：

將（6）（7）代入式（2）對整車制造商批發新能源汽車價格wZ和廢舊動力電池回收價格pZ進行求導：

同樣依據二階導數可以證明ΠZpaiZ關于wZ、pZ的凹函數，存在最大值，令（8）（9）等于零，求得：

再將（6）-（11）代入式（1）對動力電池制造商電池批發價格價格wM和廢舊動力電池回收價格pM進行求導：

同樣依據二階導數可以證明ΠM是關于pM、wM的凹函數，令（12）（13）等于0可以求得：

將（14）（15）回代到（6）（7）（10（11）得到此模式下相關最優價格

將以上所得帶入利潤函數（1）、（2）、（3），得各參與主體的最優利潤為：

3 不同補貼對象下的動力電池閉環供應鏈模型

3.1 補貼消費者的閉環供應鏈模型

與上文求解方法相同，運用逆推法進行求解：

將以上所得回代利潤函數，得各參與主體的最優利潤為：

3.2 補貼零售商和整車制造商回收產品的閉環供應鏈模型

與上文求解方法相同，運用逆推法進行求解：

將以上所得回代利潤函數，得各參與主體的最優利潤為：

4 均衡結果分析

4.1 對閉環供應鏈正向銷售渠道相關指標均衡分析

結論1：只有對消費者進行補貼時會對正向銷售渠道產生影響，而對整車制造商、對動力電池制造商的回收品補貼以及制造商再制造進行補貼都不會對正向銷售環節產生影響，且電池制造商批發價格、整車制造商批發價格和零售商的銷售價格與補貼金額和對市場需求量影響系數有關，且都呈正相關關系，都隨著對消費者補貼金額和政府補貼對市場需求量影響系數ωC的增加而增加。

4.2 對整車制造商和零售商回收渠道相關指標分析

結論2：對消費者進行補貼不會對整車制造商以及零售商回收廢舊動力電池價格產生影響，與其不采取任何補貼措施時具有同樣效果。兩回收商回收廢舊動力電池價格與對回收商回收渠道補貼額呈正相關關系。

4.3 對整車制造商回收渠道相關指標分析

結論3：對消費者進行補貼不會對動力電池制造商回收廢舊動力電池價格產生影響，其于不采取任何補貼措施時具有同樣效果。整車制造商回收廢舊動力電池價格與政府對其補貼投入呈正相關關系。

4.4 閉環供應鏈成員利潤分配最優均衡解的比較

（1）零售商均衡利潤最優解

結論4：零售商利潤與政府補貼對市場需求量的影響系數ωC、對零售商成本和整車制造商的影響系數ωR和ωZ、消費者對回收渠道偏好和政府對單位產品的補貼額等因素相關。當時，，零售商利潤隨補貼對市場需求量影響系數ωC的增加而增加，呈正相關關系，反之，呈負相關關系；不論ωR取何值時零售商利潤始終與ωR呈正相關關系；不論ωZ取何值時，零售商利潤均隨著政府補貼對整車制造商成本的影響系數ωZ的增加而減少，始終呈負相關關系。

（2）整車制造商均衡利潤最優解

結論5：整車制造商利潤與政府補貼對市場需求量的影響系數ωC、對零售商成本和整車制造商的影響系數ωR和ωZ、消費者對回收渠道偏好和政府對單位產品的補貼額等因素相關。當時，，零售商利潤均隨政府補貼對市場需求量影響系數ωC的增加而增加，呈正相關關系；反之，呈負相關關系；不論ωR和ωZ取何值時，零售商利潤均隨著政府補貼對零售商成本影響系數ωR的增加而減少，隨著政府補貼對整車制造商成本影響系數ωZ的增加而增加，始終呈正相關關系。

（3）動力電池制造商均衡利潤

結論6：動力電池生產商利潤與政府補貼對市場需求量的影響系數ωC、對零售商成本和整車制造商的影響系數ωR和ωZ、對動力電池制造商成本的影響系數ωM、消費者對回收渠道偏好和政府對單位產品的補貼額等因素相關。不論ωC、ωR、ωZ和ωM取何值時，動力電池生產商利潤均隨著政府補貼對市場需求量的影響系數ωC、零售商成本和整車制造商成本的影響系數ωR和ωZ以及對動力電池制造商成本的影響系數ωM的增加而增加，呈正相關關系。

（4）集合供應鏈的均衡最優利潤

結論7：動力電池生產商利潤與政府補貼對市場需求量的影響系數ωC、對零售商成本和整車制造商的影響系數ωR和ωZ、對動力電池制造商成本的影響系數ωM、消費者對回收渠道偏好和政府對單位產品的補貼額等因素相關。不論ωC、ωR和ωZ取何值時，閉環供應鏈利潤均隨著政府補貼對市場需求量的影響系數ωC、零售商成本和整車制造商成本的影響系數ωR和ωZ增加而增加，呈正相關關系。

5 數值分析

設置D = 800 - 5p，新動力電池單位制造成本為cM= 20，廢舊電池的再制造成本為cMA= 2，整車制造商的制造成本、電池回收成本分別為cZ= 30、c1= 2，零售商的銷售成本、電池回收成本cR= 3、c2= 1。消費者在回收市場中對零售商回收的偏好δ = 0.6，回收價格對回收商回收量的影響k = 10，當回收價格為零，即消費者無償贈與的回收量α = 20。當進行補貼時，補貼金額統一設置為s = 1。基于上述條件，可以得到無補貼和3 種補貼模式下各節點變量的具體數值，繼而得到各種模式下的回收數量、梯次利用數量和各參與主體的利潤，為保證閉環供應鏈各環節各自利潤及閉環供應鏈利潤為正，ωC、ωR和ωZ的取值應在[0，,52]的范圍內，因此以下所討論的不論取何值都是在[0，52]的范圍內進行討論。

由圖2～5可知，政府補貼對市場需求量、零售商成本和整車制造商的影響系數在一定范圍內，零售商利潤、整車制造商利潤和電池制造商利潤在無補貼時總是最小的，補貼給消費者時的利潤高于無補貼且低于補貼給零售商和整車制造商。零售商利潤與補貼對其成本的影響系數始終呈正相關關系，但隨對其成本的影響系數的增大而降低；而整車制造商、動力電池制造商和供應鏈總利潤與補貼對整車制造商成本的影響呈正相關關系，但與補貼對零售商成本影響系數呈負相關關系。

圖2 不同補貼模式對零售商利潤的影響

圖3 不同補貼模式對整車制造商利潤的影響

圖4 不同補貼模式對動力電池制造商利潤的影響

圖5 不同補貼模式對供應鏈總體利潤的影響

6 總結

本文建立動力電池回收渠道閉環供應鏈，采用政府補貼的方式來研究對不同環節補貼會對閉環供應鏈的各環節以及整體閉環供應鏈產生的影響。研究結果表明：

（1）對消費者進行補貼，政府補貼對市場需求量影響系數只會閉環供應鏈的正向銷售渠道產生影響，且都是正相關關系，而對逆向回收渠道無影響。這種補貼方式適用于電動力汽車產業還處于發展前中期，消費者新能源車的使用意識不強，市場對新能源車的需求量還處于一個相對較低水平的階段，但新能源車市場從某種程度來說已經得到大爆發，此時這種補貼方式不應成為主要調控模式。

（2）補貼回收渠道中承擔回收職能的整車制造商和零售商時，其正向各環節銷售價格并不會產生影響，而只對回收渠道產生影響，且都是正相關的。由此可以看出動力能源車已市場達到一定的穩定，此時政府主要任務應集中于向電池回收再制造方面的綠色閉環供應鏈的轉型，同時根據實際發展需求針對不同回收商對供應鏈影響程度及其自身成本變化趨勢，提出差異性補貼政策。

（3）對于閉環供應鏈各環節利潤和總體利潤來說，政府補貼對市場需求量、零售商成本和整車制造商成本以及動力電池制造商成本的影響系數都會對各環節利潤產生正向影響，其利潤總是大于無任何補貼的情況。而政府補貼對于兩回收商成本影響系數對閉環供應鏈各環節利潤和總體利潤的影響總是要比政府補貼對于市場需求量影響系數對利潤的影響大。這也從另一方面說明電動能源汽車市場正向銷售流通已達到穩定化，政府在綠色供應鏈方面進行努力，即對兩回收商進行補貼更能夠有效提高供應鏈效率，使閉環供應鏈整體利潤得到更大程度的提升。

（4）在所有影響因素對各環節和總體利潤都是有提升作用前提下，零售商和整車制造商的利潤隨著政府補貼對市場需求量影響系數的增大而先增后減，動力電池制造商的利潤和閉環供應鏈總體利潤總是隨著政府補貼對市場需求量影響系數的增大而增大；零售商利潤與補貼對零售商成本影響系數呈負相關，反而隨政府補貼對整車制造商成本的影響系數的增大而降低；而整車制造商、動力電池制造商和供應鏈總體利潤與消費者利潤的變化完全相反。政府在不同階段對閉環供應鏈的目標存在差異，因此應該分別在不同階段制定不同的補貼對象政策，以及控制影響因素。此時政府考慮提高動力電池回收再制造積極性，促使供應鏈效率有較大提高，則應在補貼兩回收商的策略下，更側重于對整車制造商的補貼，以激發閉環供應鏈各環節回收再制造積極性。

（5）當前我國廢舊動力電池流向實際包括有資質電池回收商，和運營不規范甚至是沒有資質的個人回收商。實際上，工信部已發布兩批符合《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業規范條件》企業名單，而政府在動力電池閉環供應鏈中充當市場宏觀調控的指導方，需要根據其相關部門經過核定批準的市場準入企業名單進行精準補貼，并且根據2019年發布的《新能源汽車動力蓄電池回收服務網點建設和運營指南公告》，建立以經審批的合格回收企業為基礎的回收服務網點，健全回收網絡，提高合格回收商的回收再制造積極性，防止不規范企業對市場的擾亂市場。同時，根據市場發展所對應的時期，制定相應的動態補貼機制，包括補貼對象的選擇與具體的補貼金額等。除開直接的財政補貼，政府應對整體市場起到監管作用，制定完善的獎懲機制，形成多元多向的市場考核機制，同時積極宣傳正規回收途徑、綠色環保和安全意識，以打造綠色低碳動力電池閉環供應鏈。

本文主對兩回收商進行補貼，但未考慮整車制造商和零售商作為回收商時，二者存在的競爭關系，未來多回收商回收競爭下，回收商競爭強度對政府補貼機制的變化的影響也是未來值得研究的方向之一。