动力电池双渠道闭环供应链补贴机制研究

■ 张芳 许傲雪

辽宁工程技术大学营销管理学院 葫芦岛 125000

0 引言

近年来在各种政策法规的支持下我国新能源车行业发展迅猛，市场需求量激增，动力电池需求量也随之暴增。2020年我国新能源车产量突破200 万辆，总生产量累计超500 万辆，因此可以预见从新能源汽车上淘汰下来的废旧动力电池也会迎来指数性的增长，作为新能源车的核心部件，动力电池的市场需求量也随之暴增。新能源车发展迅猛，动力电池也将会随之迎来报废高潮。为加强新能源车动力电池的回收和再利用，推进资源整合与利用，规范行业发展，促进新能源车行业发展的健康与可持续化，工信部联合其他相关单位于2018年联合制定了《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》，但由于我国动力电池回收再利用仍处于行业发展的不健全初期，回收再制造等过程中存在很多成本和技术方面的问题，仍亟待解决。

对于动力电池回收问题的研究，卫寿平和孙杰等[1]从废旧电池回收材料技术方面，对锂电子电池回收效益进行探讨，从锂离子电池回收技术入手,达到降低成本,提高利用率,最终形成环保的、经济效益好的锂离子电池循环利用体系。Lluc Canals Casals 和Beatriz Amante García 等[2]对电动汽车的电池提出二次生命的概念，并通过对不同使用方案下的电池寿命等进行评估，认为电池运作与其所在条件关联性对电池再使用有重要影响。Ramoni 和Zhang[3]对以往利用化学和物理角方法来提升旧电池性能的研究进行总结和分析。目前我国动力电池回收体系仍然处于正在发展建立和完善的阶段，此行业统一的规范制度也还处于讨论制定过程，市场中的回收再制造企业对整体流程把握程度不同，导致相关水平和资质存在较大差距。动力电池的回收再制造总是与闭环供应链问题相关联的，闭环供应链是一种新的物流概念，它包括了回收产品及逆向物流问题。Lu Zhen 和Qiuji Sun[4]为了解决闭环供应链的再制造和选址问题，供应链了不同期非线性规划模型，并使用新的启发式（禁忌搜索）方法来进行运算。Huang 和Zhang 等[5]将绿色消费偏好作为前提条件，就各环节的定价是否受链上不同环节利他偏好的影响进行了分析。黄少辉和袁开福等建[6]立了包括单个制造商、零售商和第三方的闭环供应链，对4种不同回收渠道进行比较，确定考虑回收废品质量条件下，最优回收渠道选择的问题。张汉江余华英等[7]对各国政府从环境保护和资源节约保出发，制定各种激励回收再制造性质的政策总结，将政府也作为供应链的一个决策主体，建立了三级非线性闭环供应链，使闭环供应链的回收激励契约和补贴政策得到优化。朱晓东、吴冰冰和王哲[8]从线上同线下传统分销商的回收成本差异方面考虑，并对回收再制造率进行比较，设计收益成本共享契约提高供应链利润，同时提升供应链各环节参与和实施契约的动力。Ismail I. Almaraj 和Theodore B[9]基于不确定性和实践中的常见误差与错误，以成本最低化为目标建立多周期和梯级的闭环供应链，为实际问题提供具有实际操作价值的方案。

有关于动力电池回收再制造的问题，Liu 和Gong[10]对电动汽车动力电池回收过程运用Agent 方法进行建模与仿真分析，发现产需匹配十分重要，同时再制造率对模拟也至关重要，未保证相应条件会造成资源短缺或浪费的问题。朱凌云和陈铭[11]建立评价指标体系,运用模糊综合评价法对动力电池的逆向物流各环节和利益相关方分析，建立废旧动力电池复合型回收网络系统，对废旧动力电池的逆向物流模式的选择的问题进行研究。陆山等[12]对国内外电池回收相关的法规总结比较,提出政府应加大干预废旧动力电池回收力度，协调好相关行业协会的联合与协作，同时通过采取建立相关回收基金等措促进废旧动力电池的回收与再制造。Gu 和Iero‐monachou[13]对新模式的闭环供应链进行分析，该闭环供应链包含制造新产品和回收再制造，发现对电池回收参与再制造的量起决定性作用的回收价格这一影响因素，而新产品所获利更多，总是高于再制造品，所以应在鼓励再制造的基础上建立奖励机制来进行真正意义上地推动。Wang 等[14]等对关于汽车零部件回收的四个不同补贴激励方案，即直接补贴、回收补贴、研发补贴和产品补贴进行分析比较，探讨四种方案对汽车零部件回收和投入再制造再利用的影响。张民厚[15]通过对国内动力产业所面临的核心技术缺失、回收利用困难、产能过剩以及企业利润大幅减少的问题进行总结与分析，提出有关动力电池回收利用及产业发展的问题与意见。

通过对上述文献的总结，现有关于动力电池闭环供应链的研究主要集中在回收参与方及回收渠道的制定、不同回收方参与程度和回收价格的确定，大多数研究都是对供应链成员进行直接补贴，并研究其对供应链各环节利润的影响，且大多只考虑逆向回收，鲜有文章考虑对供应链各环节补贴对其成本影响程度的问题，以及补贴分别对闭环供应链正向和逆向各环节定价以及成本分别产生的影响。因此本文在供应链正向中不同环节销售商同时承担回收问题的条件下，考虑政府干涉对动力电池闭环供应链定价和市场不同发展阶段补贴对象选择，以及不同补贴模式下供应链所受影响的问题。

1 模型描述与基本假设

本文由动力电池生产商零售商、整车制造商和消费者以及参与市场协调政府相关部门组成闭环供应链系统作为研究的决策模型。在供应链生产与销售环节中，动力电池生产完成由电池制造商售至整车制造商处进行组装，组装完成的整车销售给零售商，再进入到市场销售给消费者。在供应链逆向回收过程中，零售商和整车制造商在作为正向渠道经销商的同时也承担动力电池回收工作，且消费者对两者的回收渠道存在回收偏好。零售商及整车制造商将回收来的废旧动力电池统一交由动力电池生产生进行拆解与再制造，再投入市场进行销售。基本模型和部分符号设定如图1、表1所示。

表1 符号设定及其说明

图1 考虑政府补贴的双渠道闭环供应链模型

模型假设如下：

假设1：市场中回收的废旧动力电池均可用于再制造，不存在无法进行拆解和投入再制造可能，回收的每一单位的废旧动力电池只能用于一单位动力电池的再制造。

假设2：再造电池和全新动力电池在蓄电质量和使用方面没有差异，同样渠道进入消费者市场，消费者对二者的使用感受完全一致，二者无差异销售，销售价格相同。

假设3：本文重点对同政府补贴模式的决策问题进行研究，假设对市场供给充足，不考虑缺货及滞销问题。在这里，供应链中各环节对新能源车需求量，也是动力电池需求量（动力电池与新能源车的组合方式为1:1 组装）可以进行预测为：D = a - bp

假设4：在文章构建的闭环供应链中，领导者为动力电池制造商，而零售商和整车制造商则为跟随者，且在逆向回收中，整车制造商和零售商他同时进行回收，形成双渠道回收模式，二者同时进行回收时，消费者对回收渠道存在偏好。整车制造商渠道和零售商渠道的回收量分别为：QZ=(1- δ)α + kpZ、QR=(1- δ)α + kpR。

假设5：全新动力电池的制造成本总是高于再制造，即cM> cMA[16]，否则回收再制造没有经济价值和意义，无法激发回收商没有回收废旧动力电池的积极性。

假设6：不考虑市场上回收的动力电池的质量差异，假设以同样价格回收同样质量水平的废旧动力电池，且用于再制造效果相同，因此政府对每单位废旧动力电池补贴额保持一致，均为s。

假设7：政府补贴对市场需求量、零售商成本以及整车制造商成本的影响因素分别为ωC、ωR和ωZ，且三者均大于0，否则没有采取政府采取补贴的积极意义和价值。

闭环供应链的决策顺序为：电池制造商先确定动力电池批发给整车制造商的单位价格wM和其回收动力电池的价格pM；而后确定新能源车批发价格wZ和回收价格pZ;最后确定零售商销售新能源车的价格p 和回收废旧动力电池价格pR，上标C、RZ分别表示补贴消费者、零售商和整车制造商，无上标表示无补贴。

2 无政府补贴下动力电池闭环供应链模型

根据Nash逆向归纳法，首先对零售商新能源汽车零售价格p和和废旧动力电池pR进行求导：

可知ΠR关于p、pR的凹函数，存在最大值，令（4）（5）等于零，求得：

将（6）（7）代入式（2）对整车制造商批发新能源汽车价格wZ和废旧动力电池回收价格pZ进行求导：

同样依据二阶导数可以证明ΠZpaiZ关于wZ、pZ的凹函数，存在最大值，令（8）（9）等于零，求得：

再将（6）-（11）代入式（1）对动力电池制造商电池批发价格价格wM和废旧动力电池回收价格pM进行求导：

同样依据二阶导数可以证明ΠM是关于pM、wM的凹函数，令（12）（13）等于0可以求得：

将（14）（15）回代到（6）（7）（10（11）得到此模式下相关最优价格

将以上所得带入利润函数（1）、（2）、（3），得各参与主体的最优利润为：

3 不同补贴对象下的动力电池闭环供应链模型

3.1 补贴消费者的闭环供应链模型

与上文求解方法相同，运用逆推法进行求解：

将以上所得回代利润函数，得各参与主体的最优利润为：

3.2 补贴零售商和整车制造商回收产品的闭环供应链模型

与上文求解方法相同，运用逆推法进行求解：

将以上所得回代利润函数，得各参与主体的最优利润为：

4 均衡结果分析

4.1 对闭环供应链正向销售渠道相关指标均衡分析

结论1：只有对消费者进行补贴时会对正向销售渠道产生影响，而对整车制造商、对动力电池制造商的回收品补贴以及制造商再制造进行补贴都不会对正向销售环节产生影响，且电池制造商批发价格、整车制造商批发价格和零售商的销售价格与补贴金额和对市场需求量影响系数有关，且都呈正相关关系，都随着对消费者补贴金额和政府补贴对市场需求量影响系数ωC的增加而增加。

4.2 对整车制造商和零售商回收渠道相关指标分析

结论2：对消费者进行补贴不会对整车制造商以及零售商回收废旧动力电池价格产生影响，与其不采取任何补贴措施时具有同样效果。两回收商回收废旧动力电池价格与对回收商回收渠道补贴额呈正相关关系。

4.3 对整车制造商回收渠道相关指标分析

结论3：对消费者进行补贴不会对动力电池制造商回收废旧动力电池价格产生影响，其于不采取任何补贴措施时具有同样效果。整车制造商回收废旧动力电池价格与政府对其补贴投入呈正相关关系。

4.4 闭环供应链成员利润分配最优均衡解的比较

（1）零售商均衡利润最优解

结论4：零售商利润与政府补贴对市场需求量的影响系数ωC、对零售商成本和整车制造商的影响系数ωR和ωZ、消费者对回收渠道偏好和政府对单位产品的补贴额等因素相关。当时，，零售商利润随补贴对市场需求量影响系数ωC的增加而增加，呈正相关关系，反之，呈负相关关系；不论ωR取何值时零售商利润始终与ωR呈正相关关系；不论ωZ取何值时，零售商利润均随着政府补贴对整车制造商成本的影响系数ωZ的增加而减少，始终呈负相关关系。

（2）整车制造商均衡利润最优解

结论5：整车制造商利润与政府补贴对市场需求量的影响系数ωC、对零售商成本和整车制造商的影响系数ωR和ωZ、消费者对回收渠道偏好和政府对单位产品的补贴额等因素相关。当时，，零售商利润均随政府补贴对市场需求量影响系数ωC的增加而增加，呈正相关关系；反之，呈负相关关系；不论ωR和ωZ取何值时，零售商利润均随着政府补贴对零售商成本影响系数ωR的增加而减少，随着政府补贴对整车制造商成本影响系数ωZ的增加而增加，始终呈正相关关系。

（3）动力电池制造商均衡利润

结论6：动力电池生产商利润与政府补贴对市场需求量的影响系数ωC、对零售商成本和整车制造商的影响系数ωR和ωZ、对动力电池制造商成本的影响系数ωM、消费者对回收渠道偏好和政府对单位产品的补贴额等因素相关。不论ωC、ωR、ωZ和ωM取何值时，动力电池生产商利润均随着政府补贴对市场需求量的影响系数ωC、零售商成本和整车制造商成本的影响系数ωR和ωZ以及对动力电池制造商成本的影响系数ωM的增加而增加，呈正相关关系。

（4）集合供应链的均衡最优利润

结论7：动力电池生产商利润与政府补贴对市场需求量的影响系数ωC、对零售商成本和整车制造商的影响系数ωR和ωZ、对动力电池制造商成本的影响系数ωM、消费者对回收渠道偏好和政府对单位产品的补贴额等因素相关。不论ωC、ωR和ωZ取何值时，闭环供应链利润均随着政府补贴对市场需求量的影响系数ωC、零售商成本和整车制造商成本的影响系数ωR和ωZ增加而增加，呈正相关关系。

5 数值分析

设置D = 800 - 5p，新动力电池单位制造成本为cM= 20，废旧电池的再制造成本为cMA= 2，整车制造商的制造成本、电池回收成本分别为cZ= 30、c1= 2，零售商的销售成本、电池回收成本cR= 3、c2= 1。消费者在回收市场中对零售商回收的偏好δ = 0.6，回收价格对回收商回收量的影响k = 10，当回收价格为零，即消费者无偿赠与的回收量α = 20。当进行补贴时，补贴金额统一设置为s = 1。基于上述条件，可以得到无补贴和3 种补贴模式下各节点变量的具体数值，继而得到各种模式下的回收数量、梯次利用数量和各参与主体的利润，为保证闭环供应链各环节各自利润及闭环供应链利润为正，ωC、ωR和ωZ的取值应在[0，,52]的范围内，因此以下所讨论的不论取何值都是在[0，52]的范围内进行讨论。

由图2～5可知，政府补贴对市场需求量、零售商成本和整车制造商的影响系数在一定范围内，零售商利润、整车制造商利润和电池制造商利润在无补贴时总是最小的，补贴给消费者时的利润高于无补贴且低于补贴给零售商和整车制造商。零售商利润与补贴对其成本的影响系数始终呈正相关关系，但随对其成本的影响系数的增大而降低；而整车制造商、动力电池制造商和供应链总利润与补贴对整车制造商成本的影响呈正相关关系，但与补贴对零售商成本影响系数呈负相关关系。

图2 不同补贴模式对零售商利润的影响

图3 不同补贴模式对整车制造商利润的影响

图4 不同补贴模式对动力电池制造商利润的影响

图5 不同补贴模式对供应链总体利润的影响

6 总结

本文建立动力电池回收渠道闭环供应链，采用政府补贴的方式来研究对不同环节补贴会对闭环供应链的各环节以及整体闭环供应链产生的影响。研究结果表明：

（1）对消费者进行补贴，政府补贴对市场需求量影响系数只会闭环供应链的正向销售渠道产生影响，且都是正相关关系，而对逆向回收渠道无影响。这种补贴方式适用于电动力汽车产业还处于发展前中期，消费者新能源车的使用意识不强，市场对新能源车的需求量还处于一个相对较低水平的阶段，但新能源车市场从某种程度来说已经得到大爆发，此时这种补贴方式不应成为主要调控模式。

（2）补贴回收渠道中承担回收职能的整车制造商和零售商时，其正向各环节销售价格并不会产生影响，而只对回收渠道产生影响，且都是正相关的。由此可以看出动力能源车已市场达到一定的稳定，此时政府主要任务应集中于向电池回收再制造方面的绿色闭环供应链的转型，同时根据实际发展需求针对不同回收商对供应链影响程度及其自身成本变化趋势，提出差异性补贴政策。

（3）对于闭环供应链各环节利润和总体利润来说，政府补贴对市场需求量、零售商成本和整车制造商成本以及动力电池制造商成本的影响系数都会对各环节利润产生正向影响，其利润总是大于无任何补贴的情况。而政府补贴对于两回收商成本影响系数对闭环供应链各环节利润和总体利润的影响总是要比政府补贴对于市场需求量影响系数对利润的影响大。这也从另一方面说明电动能源汽车市场正向销售流通已达到稳定化，政府在绿色供应链方面进行努力，即对两回收商进行补贴更能够有效提高供应链效率，使闭环供应链整体利润得到更大程度的提升。

（4）在所有影响因素对各环节和总体利润都是有提升作用前提下，零售商和整车制造商的利润随着政府补贴对市场需求量影响系数的增大而先增后减，动力电池制造商的利润和闭环供应链总体利润总是随着政府补贴对市场需求量影响系数的增大而增大；零售商利润与补贴对零售商成本影响系数呈负相关，反而随政府补贴对整车制造商成本的影响系数的增大而降低；而整车制造商、动力电池制造商和供应链总体利润与消费者利润的变化完全相反。政府在不同阶段对闭环供应链的目标存在差异，因此应该分别在不同阶段制定不同的补贴对象政策，以及控制影响因素。此时政府考虑提高动力电池回收再制造积极性，促使供应链效率有较大提高，则应在补贴两回收商的策略下，更侧重于对整车制造商的补贴，以激发闭环供应链各环节回收再制造积极性。

（5）当前我国废旧动力电池流向实际包括有资质电池回收商，和运营不规范甚至是没有资质的个人回收商。实际上，工信部已发布两批符合《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》企业名单，而政府在动力电池闭环供应链中充当市场宏观调控的指导方，需要根据其相关部门经过核定批准的市场准入企业名单进行精准补贴，并且根据2019年发布的《新能源汽车动力蓄电池回收服务网点建设和运营指南公告》，建立以经审批的合格回收企业为基础的回收服务网点，健全回收网络，提高合格回收商的回收再制造积极性，防止不规范企业对市场的扰乱市场。同时，根据市场发展所对应的时期，制定相应的动态补贴机制，包括补贴对象的选择与具体的补贴金额等。除开直接的财政补贴，政府应对整体市场起到监管作用，制定完善的奖惩机制，形成多元多向的市场考核机制，同时积极宣传正规回收途径、绿色环保和安全意识，以打造绿色低碳动力电池闭环供应链。

本文主对两回收商进行补贴，但未考虑整车制造商和零售商作为回收商时，二者存在的竞争关系，未来多回收商回收竞争下，回收商竞争强度对政府补贴机制的变化的影响也是未来值得研究的方向之一。