閉環供應鏈視角下新能源汽車電池雙渠道回收契約設計

馬 亮，劉玉潔，朱 浩

(1.蘭州理工大學經濟管理學院，甘肅蘭州 730050；2.東南大學經濟管理學院，江蘇南京 211189；3.蘭州理工大學土木工程學院，甘肅蘭州 730050；)

研究表明，資源循環利用能夠降低企業生產成本，再制造產品的成本通常比新產品的成本低40%到65%［1］。我國新能源汽車產業的迅速發展帶動新能源汽車銷量暴增的同時，也帶來了另一重要難題：自2014 年新能源汽車規?；a以來，首批進入市場銷售的新能源汽車幾乎全部已經進入動力電池退役期［2］；2020 年約有20 萬t 動力電池進入淘汰回收期，預計到2025 年將有78 萬t 動力電池進入淘汰期［3］。如此大規模的退役電池給新能源汽車企業帶來了巨大的挑戰，如果不能實現有效處理，這些廢舊電池將會對環境造成嚴重污染。針對電池回收過程中存在的問題，國家也出臺了新的政策。2018年2 月，工信部、科技部、交通部等七部委就聯合印發了關于《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》，首次明確了汽車生產企業應建立動力蓄電池回收渠道，負責回收新能源汽車使用及報廢后產生的廢舊動力蓄電池［4］。政策要求的提高使新能源汽車產業開始將電池回收作為產業發展的一部分，而建立有效的閉環供應鏈回收體系對電池的順利回收至關重要。但由于動力電池回收處理過程中各環節技術研發費用投入大、專業技術人員稀缺，回收網絡和回收體系建設不完善，一般單個企業無法全面承擔起全部回收責任，更沒有足夠的能力和動力去創設高質量的回收模式［5］；若多家企業共同進行電池回收，則有望提高電池的回收率，實現共贏。而目前由于企業缺少合理的指導，新能源汽車供應鏈并沒有形成一個完整的電池回收模式。在此情形下，設計合理高效的電池回收模式有很強的社會意義和理論意義。

1 文獻綜述

隨著新能源汽車電池回收高峰期的到來，新能源汽車電池回收問題也逐漸成為國內外學者的研究熱點，如Jungst［6］、Jiao 等分［7］析了電動汽車廢舊電池的回收價值，發現回收電動汽車舊電池可以降低電動汽車生產成本，促進電動汽車行業可持續性發展，并減輕報廢電池對環境的污染；Sathre 等［8］進一步以美國加州插入式電動汽車為例，通過計算和比較電池二次壽命系統性能的指標，發現退役電池的二次使用可能在加州扮演一個“未來的能源系統”的角色；Zeng 等［9］對電池回收處理的方式進行研究，并根據廢舊電池的結構和成分，將回收過程分為預處理、二次處理和深度回收3 個階段，認為一個精簡高效的回收技術可以提高生態效率，并對目前回收過程的挑戰和前景進行了分析；Beer 等［10］通過案例分析對電動汽車電池二次利用的途徑進行了研究，結果表明，相比于電池分散回收處理，電池集中回收處理可以實現更大的經濟價值和環境效益；路小彬等［11］綜合比較國外新能源汽車退役電池回收處理技術，最終提出符合我國新能源汽車產業現狀的幾種電池回收再生技術。上述研究分別從理論和實證上都驗證了電池回收再利用的可行性和有效性。

電池回收效率是電池回收處理過程有效性的關鍵指標，高回收效率可以在更好降低企業生產成本的同時實現環境效益最大化。而一個合理高效的閉環供應鏈體系對提高電池回收率是至關重要的。因此，很多學者對閉環供應鏈展開了深入研究。在有關回收渠道選擇方面，Giovanni 等［12］考慮一個再制造商主導下的兩周期閉環供應鏈，認為再制造商將廢舊產品收集外包給零售商或第三服務提供商是一個較優的選擇，而在兩者服務質量相同的情況下，制造商總是選擇外包給零售商；Hong 等［13］建立斯塔克爾伯格（Stackelberg）博弈模型研究集中式和分散式閉環供應鏈，比較分析3 種分散回收模型：制造商收集、零售商收集和第三方回收，發現零售商回收可以增加企業利潤，但回收效率低于集中回收；李春發等［14］討論了兩競爭廢舊手機處理商回收渠道選擇問題，認為兩處理商均建立線上回收渠道情形下的回收效果最好。在有關企業回收策略制定方面，Gu 等［15］研究了由電池制造商和再制造商組成的三周期電動汽車電池回收再利用閉環供應鏈，為優化整個供應鏈的總利潤制定了制造商與再制造商之間的最優定價策略；Alamdar 等［16］研究由一個制造商、一個零售商和一個收集器組成的模糊閉環供應鏈，基于模糊價格和銷售努力相關需求建立了6種博弈論模型，并利用博弈和模糊理論比較不同最優解，結果表明，制造商和零售商之間合作回收是兩企業的最優策略；韓小花等［17］分析由兩個存在競爭關系的產品制造商組成的二級閉環供應鏈中“以舊換再”策略選擇問題，認為根據再制造水平差異程度不同，企業會選擇不同的“以舊換再”策略。在有關政府政策影響方面，Ma 等［18］關注消費補貼對雙渠道閉環供應鏈的影響，通過對比分析政府補貼前后渠道成員的決策，最終發現政府消費補貼能夠提升制造商、零售商以及消費者的利益，有利于閉環供應鏈的擴展；Heydari 等［19］分析了政府通過向供應鏈成員提供不同的激勵政策協調閉環供應鏈的作用，結果顯示協調情形下的供應鏈利潤和再制造產品數量都得到提升；趙敬華等［20］基于三級閉環供應鏈，研究政府不同補貼主體策略對閉環供應鏈定價及整體利潤的影響，發現當政府補貼主體是消費者和零售商時,銷售定價較高，回收價格以及渠道成員的利潤較低，而當政府補貼主體是制造商和第三方回收商時，銷售價格較低，而回收價格以及渠道成員利潤較高。

研究表明，當閉環供應鏈中多個企業一起參與回收過程時，會提高電池的回收率和企業效益［21］。但是關于供應鏈成員間共同回收的研究較少，其中Huang 等［22］在雙渠道回收再制造閉環供應鏈決策模型下討論制造商回收策略選擇問題，結論表明，在相同的條件下，制造商和零售商混合回收策略明顯優于單渠道回收策略；Ma 等［23］對由單個制造商、單個零售商和兩個回收商組成的三級閉環供應鏈進行研究，發現合作戰略可以實現共贏，增加整個供應鏈的利潤，獲得更高的回收效率；郭瑾［24］研究了雙渠道閉環供應鏈結構下的制造商和零售商回收渠道選擇問題，相比制造商單獨回收或零售商單獨回收，兩企業共同回收能夠減少企業間沖突越，提高供應鏈的整體效率；石純來等［25］將獎懲機制引入到閉環供應鏈中，分別建立制造商與零售商或回收商合作回收的4 種博弈模型，認為合作模式均優于無合作模式，而制造商最終選擇與誰合作與獎懲力度有關。

綜上所述，在電動汽車電池回收相關研究中，國外研究較多，國內研究相對不足；雖然國內外學者對再制造閉環供應鏈研究較為深入，但具體到新能源汽車產業討論新能源汽車廢舊電池回收問題研究較少；此外，不少學者將閉環供應鏈中單渠道回收模式與多渠道回收模式進行比較，得出多渠道回收優于單一渠道回收的結論，但在明確多渠道回收模式更優的情形下，鮮有學者設計供應鏈回收契約進一步尋求最優回收契約下的多渠道回收模式。針對以上問題，本研究基于閉環供應鏈視角，建立單渠道回收和雙渠道回收模型，設計回收成本分攤契約和回收責任分攤契約，研究供應鏈成員如何在追求回收效率的同時提高企業自身利潤。主要解決如下問題，存在回收契約的情形下：（1）與單渠道回收相比，雙渠道回收能否提升電池的回收率，能否增加制造商和零售商的利潤？（2）對于新能源汽車制造商而言，更傾向于選擇哪種回收契約模式？（3）對于零售商而言，更偏好哪種回收契約模式？

2 模型描述與基本假設

考慮由單個新能源汽車制造商（以下簡稱“制造商”）和單個新能源汽車零售商（以下簡稱“零售商”）組成的二級新能源汽車閉環供應鏈，制造商生產新能源汽車，并對回收的廢舊電池進行處理得到再制造電池，之后將再制造電池與新電池一起用來生產新能源汽車并整車批發給零售商，最后零售商將新能源汽車銷售給消費者。其中電池逆向回收過程包括制造商單渠道回收、零售商單渠道回收、回收成本分攤契約下雙渠道回收、回收責任分攤契約下雙渠道回收4 種回收模式，如圖1 所示。

圖1 4 種新能源汽車電池回收模式

本研究基本假設如下：

（1）新能源汽車的單位生產成本和整車批發價格分別為cn和w。其中cn=cb+cm，cb是使用新電池生產新能源汽車的成本，cm是新能源汽車生產成本中除去電池以外的成本。

（2）新能源汽車的市場需求為：D=a-θp。其中a為新能源汽車潛在市場需求；p為新能源汽車的零售價格；θ為消費者對價格的敏感系數。此外，假設用新電池和再制造電池所生產的新能源汽車在質量和外觀上一樣，消費者不進行區分。

（3）cz為使用舊電池生產新能源汽車的成本，假設cb＞cz，即制造商使用新電池生產新能源汽車的成本大于使用舊電池進行再制造后生產新能源汽車的成本。為制造商從零售商收購舊電池時的轉移價格。另c△=cb-cz，表示制造商采用舊電池生產新能源汽車時節約的成本，假設c△≥，表示當零售商單渠道回收時，制造商通過電池再制造節約的成本大于其從零售商處購買舊電池的成本。

（5）假設零售商從消費者手中回收舊電池時支付的單位費用為δ，且＞δ，否則零售商沒有動力回收廢舊電池。同時，為簡化研究過程，設δ=0。

3 模型的構建與求解

3.1 制造商單渠道回收

新能源汽車制造商單渠道回收電池時，從消費者手中回收已使用的舊電池再制造用于生產新能源汽車，并與用新材料生產的電池生產出的新能源汽車一起，以價格批發給零售商，最終以售價p將新能源汽車賣給消費者。此情況下制造商和零售商的利潤函數分別為：

3.2 零售商單渠道回收

新能源汽車零售商單渠道回收電池時，制造商生產新能源汽車，并以整車批發價格wn出售給零售商，零售商以售價p將新能源汽車賣給最終消費者的同時從消費者手中回收已使用的舊電池，以回收轉移價格返還給制造商，制造商將舊電池用于生產新能源汽車并與用新電池生產的新能源汽車一起投放市場。此情況下汽車制造商和汽車零售商的利潤函數分別為：

進一步代入式（3）（4），得市場需求和供應鏈成員利潤為：

3.3 雙渠道回收契約設計

3.3.1 回收成本分攤契約

推論1 說明在回收成本分攤契約下，制造商決定分攤零售商回收成本的比例大小與電池回收再制造所節省的成本c△以及其從零售商處二次收購其回收的舊電池的價格有關；且電池回收率與c△和成正比，電池回收再制造所節省的成本越大，制造商愿意分攤回收成本的比例越高，電池回收率也越高。當制造商從零售商那里二次收購其回收的舊電池的價格較高時，零售商進行電池回收的積極性很高，此時，制造商可以適當降低回收成本的分攤比例，也會提升電池的回收率；而當制造商從零售商那里二次收購其回收的舊電池的價格較低時，會降低零售商進行電池回收的積極性，即使制造商回收成本的分攤比例增加，電池的回收率也會下降。同時，電池回收率與成反比，零售商回收電池成本系數越大，其進行電池回收的動力就越小，電池回收率就越低；零售商回收電池成本系數越小，其進行電池回收的動力就越大，電池回收率就越高。

3.3.2 回收責任分攤契約

采取回收責任分攤契約時，制造商和零售商分別承擔一定比例的回收任務，其中制造商的分攤比例為β，零售商的分攤比例為1-β，且β∈［0,1］。此情況下制造商和零售商的利潤函數分別為：

證畢。

推論2 說明與回收成本分攤契約不同，當兩企業實施回收責任分攤契約時，制造商決定分攤零售商回收責任的比例大小不僅與電池回收再制造所節省的成本c△及其從零售商處二次收購其回收的舊電池的價格pR有關，還與制造商回收成本系數dN、零售商回收成本系數dR有關，且電池回收率與c△和pR成正比、與dN和dR成反比。當零售商回收成本系數較大時，零售商進行電池回收的動力很小，即使制造商回收責任的分攤比例增加，電池的回收率也會下降；同樣，當制造商回收成本系數較大時，其愿意分攤回收責任的比例很小，也會降低電池回收率。

4 單渠道回收與雙渠道回收比較

命題5單渠道回收與雙渠道回收電池下的新能源汽車市場價格和市場需求量滿足：

同理可證市場需求量結論。

命題5 說明當制造商回收成本系數超過某一臨界值時，與單渠道回收相比，回收契約下的雙渠道回收總能夠降低新能源汽車價格、提升市場需求，是更有效的選擇。當制造商回收成本系數較大時，回收責任分攤契約雙渠道回收模式下的新能源汽車價格較高、市場需求較少；當制造商回收成本系數較小時，回收成本分攤契約雙渠道回收模式下的新能源汽車價格較高、市場需求較少。

命題6 說明同樣存在一個臨界值，當制造商回收成本系數超過這一臨界值時，相比于單渠道回收，雙渠道回收總能夠提升新能源汽車閉環供應鏈的電池回收率，是更有效的選擇。當制造商回收成本系數較大時，回收成本分攤契約雙渠道回收模式下的電池回收率更高；當制造商回收成本系數較小時，回收責任分攤契約雙渠道回收模式下的電池回收率更高。

命題7單渠道與雙渠道回收電池下的新能源汽車制造商利潤和零售商利潤滿足：

零售商利潤結論相關證明與制造商類似，在此不做贅述。

命題7 說明對于制造商（零售商）來說，只要制造商（零售商）回收成本系數大于（小于）某一臨界值，無論選擇成本分攤契約雙渠道回收模式還是回收責任分攤契約雙渠道回收模式，都能夠增加自身利潤，而哪種雙渠道回收模式更優取與制造商（零售商）回收成本系數的大小有關：當制造商（零售商）回收成本系數較大（小）時，回收成本分攤契約雙渠道回收模式下的利潤更高；當制造商回收成本系數較?。ù螅r，回收責任分攤契約雙渠道回收模式下的利潤更高。

綜上，由命題5～7 得出：一定條件下，回收契約下的雙渠道回收模式能夠降低新能源汽車價格、擴大市場需求，并提高電池回收率、增加制造商和零售商的利潤，是供應鏈成員更優的選擇。對于制造商來說，當回收成本系數較大時，更偏好于回收成本分攤契約下的雙渠道回收模式；當回收成本系數較小時，則偏好于回收責任分攤契約下的雙渠道回收模式。而對于零售商來說，當回收成本系數較小時，回收成本分攤契約下的雙渠道回收模式是最優選擇；當回收成本系數較大時，回收責任分攤契約下的雙渠道回收模式最優選擇。

5 算例仿真

設定參數：a=100，θ=2，cb=20，cm=20，cz=18，pR=1，通過數值仿真進一步比較分析新能源汽車電池單渠道回收和回收契約下雙渠道回收的電池回收率、制造商利潤和零售商利潤大小，驗證上述命題。

5.1 電池回收率的比較

由圖2（a）可知，當制造商回收成本系數小于一定臨界值時，回收責任分攤契約雙渠道回收模式下的回收率最高，制造商單渠道回收模式下的回收率次高，回收成本分攤契約雙渠道回收模式下的回收率較低，零售商單渠道回收模式下的回收率最低；當制造商回收成本系數大于一定臨界值時，雙渠道回收模式下的回收率高于單渠道回收模式下的回收率，而兩種回收契約雙渠道回收模式下回收率的高低與制造商回收成本系數大小有關。圖2（b）將兩種回收契約雙渠道回收模式下的電池回收率單獨對比，可以看出當制造商回收成本系數dN大于一定比例的dR時，回收成本分攤契約雙渠道回收模式下的電池回收率較高；否則，回收責任分攤契約雙渠道回收模式下的電池回收率較高。

圖2 不同回收情形下新能源汽車電池回收率比較

5.2 制造商利潤的比較

由圖3～4 可知，同樣存在一個臨界值，當制造商回收成本系數小于這一臨界值時，回收責任分攤契約雙渠道回收模式下的新能源汽車市場需求以及制造商利潤最高，制造商單渠道回收模式下的新能源汽車市場需求以及制造商利潤次高，回收成本分攤契約雙渠道回收模式下的新能源汽車市場需求以及制造商利潤較低，零售商單渠道回收模式下的

圖3 4 種電池回收模式下新能源汽車市場需求比較

5.3 零售商利潤的比較

由圖5（a）可知，當零售商回收成本系數大于某一較大臨界值時，回收責任分攤契約雙渠道回收模式下的零售商利潤最高，制造商單渠道回收模式下的零售商利潤次高，回收成本分攤契約雙渠道回收模式下的零售商利潤較低，零售商單渠道回收模式下的零售商利潤最低；當零售商回收成本系數小于某一較小臨界值時，兩回收契約雙渠道回收模式新能源汽車市場需求以及制造商利潤最低；當制造商回收成本系數大于這一臨界值時，兩種回收契約雙渠道回收模式下的新能源汽車市場需求以及制造商利潤均高于單渠道回收模式，當制造商回收成本系數dN大于一定比例的dR時，回收成本分攤契約雙渠道回收模式下的電池回收率較高，否則，回收責任分攤契約雙渠道回收模式下的電池回收率較高。下的回收率均高于單渠道回收模式下的零售商利潤，而兩種回收契約雙渠道回收模式下零售商利潤的高低與制造商回收成本系數大小有關。圖5（b）將兩種回收契約雙渠道回收模式下的零售商利潤單獨對比，可以看出當零售商回收成本系數dR小于一定比例的dN時，回收成本分攤契約下的零售商利潤較高；否則，回收責任分攤契約下的零售商利潤較高。

圖4 4 種電池回收模式下新能源汽車制造商利潤比較

圖5 電池不同回收情形下新能源汽車零售商利潤比較

6 結論與展望

本研究在新能源汽車閉環供應鏈視角下，針對一個新能源汽車制造商和一個新能源汽車零售商構成的二級閉環供應鏈，設計兩種不同回收契約的雙渠道回收模式，與單一渠道回收模式作對比，研究供應鏈成員采取成本分攤契約和責任分攤契約后對新能源汽車零售價格、市場需求、電池回收率、制造商利潤和零售商利潤的影響。結果表明：

（1）一定條件下，實施回收契約后的雙回收渠道與單一回收渠道相比，總能夠降低新能源汽車價格，提升市場需求，提高電池回收率，增加供應鏈成員利潤，是更有效的選擇。

（2）對制造商而言，當其回收成本系數高于某一臨界值時，與零售商之間實施回收契約總能夠提升自身利潤水平。當制造商回收成本系數較大時，回收成本分攤契約下的雙渠道回收模式更有效；當回收成本系數較小時，回收責任分攤契約下的雙渠道回收模式更有效。

（3）對零售商而言，當其回收成本系數低于某一臨界值時，與制造商之間實施回收契約總能夠提升自身利潤水平。當零售商回收成本系數較小時，回收成本分攤契約下的雙渠道回收模式更有效；當回收成本系數較大時，回收責任分攤契約下的雙渠道回收模式更有效。

本研究的不足之處在于在建立模型時只考慮了新能源汽車制造商和零售商兩類企業進行電池回收的情形，未考慮到第三方回收的影響，未來可以考慮加入第三方回收企業做進一步的研究；其次，主要研究電池的雙渠道回收，未來可以進一步研究更多渠道混合回收的情形。