新能源汽车“车电分离”商业模式购销演化博弈研究

肖忠东 杨鑫瑞

（西安交通大学管理学院，西安 710049）

引 言

2021年我国新能源汽车销量达352.1万辆，居世界首位，实际市场占有率不足13.4%。截至2022年3月，我国新能源汽车保有量仅占汽车总量的2.6%①。虽然消费者对新能源汽车接受度高达50%，但实际购买意愿不足20%②。其根源在于新能源汽车充电和续航瓶颈制约消费者的购车积极性［1］。鉴于这一现实背景，为刺激消费者对新能源汽车的购买欲望，如何在新能源汽车换电模式方面进行创新显得尤为迫切。

目前，新能源汽车制造商主要推行整车销售模式。整车销售需要消费者支付高昂费用买断电池所有权，消费者可在换电站支付服务费实现快速换电（蔚来的整车销售方案无需支付换电费用，但不可灵活升级电池，切换电池容量），消费者拥有电池所有权，在二手车市场交易时损失较小。近年来出现一种新的换电模式——“车电分离”［2］，指消费者购车时无需支付电池价格，仅租赁电池使用权，实现电池可充、可换、可升级服务。电池归电池资产公司所有，由其统一管理和回收再利用。这一模式可减少消费者购车成本，有效缓解充电和里程焦虑，可以系统解决电池衰减、无法升级等问题［3］。此外，“车电分离”模式还可以衍生金融产品，电池制造商可获取更多订单，专业化延长电池寿命，提升电池残值的利用空间。为此，如何在 “车电分离”模式下深入分析新能源汽车制造商和消费者之间的利益分配关系将成为调整新能源汽车销售模式和售后服务的基础。鉴于这一认识，本文试图开展 “新能源汽车 ‘车电分离’商业模式购销演化博弈”研究，为 “车电分离”模式下新能源汽车制造商和消费者的市场决策提供理论依据。

目前针对新能源汽车 “车电分离”商业模式的研究主要集中在模式创新的必要性和可行性两个方面。关于必要性分析，换电模式是汽车行业的发展所趋，换电车型更利于新能源汽车的推广［4］。高赐威和吴茜 （2013）［5］提出换电为主、充电并存是新能源汽车产业发展成熟阶段的必要能源供给模式；“车电分离”作为新型商业模式，可灵活实现车身与电池资产关系的解耦，是企业提高资源利用效率的重要手段［6］。唐葆君等 （2019）［7］通过分析 “分时租赁”和 “车电分离”两种模式，认为 “车电分离”是我国未来汽车行业的主流商业模式。此外，Yang等 （2020）［8］通过构建客户价值模型发现 “车电分离”可以直接促进车辆销售并有助于实现电池价值最大化。高索芬和郝瀚 （2022）［9］通过研究认为换电技术是缓解用户里程焦虑，提高新能源汽车便利性的有效途径。

关于可行性分析，近年来我国新能源汽车换电技术发展迅速［10］，关于换电网络布局的研究层出不穷［11］。Zhang 和 Chen （2014）［12］提出汽车换电网络的优化策略并成功验证换电站成本最小化和利润最大化的可行性。此后系列研究证明 “车电分离”模式不仅有助于实现汽车有序充换电，降低用户充电成本［13］，还能缓解电网压力，降低电网功率损耗等［3］。对企业而言，“车电分离”模式可带来更多社会效益［14］和经济效益，为企业带来更多现金流的同时提高汽车销量［15］。张厚明（2018）［16］研究发现 “车电分离” 模式可实现电池的统一管理和全生命周期监控，提高电池安全性。此外 “车电分离”模式在公共交通中可减少充电时间，提升运营效率［17］。对消费者而言，虽然目前 “车电分离”模式存在电池标准不统一和责任界定等问题，但杨淑霞等 （2021）［18］通过研究发现 “车电分离”模式的消费者效用大于整车销售模式，更利于环境保护。

以上研究论证了车电分离模式的必要性和可行性，虽然深入分析了其利弊但很少有文章基于演化博弈视角研究车企和消费者选择 “车电分离”购车策略的影响因素及形成机理。鉴于现有研究成果，本文在消费者对 “车电分离”模式接受度的基础上，通过消费者接受度和心理预期从微观描述消费者心理，通过电池补贴价格和租赁费用等宏观因素刻画以需求为主导的购车策略。构建购（消费者）销（新能源汽车制造商－车企）的演化博弈模型，分析车企可控因素（如电池补贴价格、租赁费用等）的影响，确定 “车电分离”方案，明确购销双方 “车电分离”模式下的成本和收益。

1 两方演化博弈模型构建

1.1 问题描述

2020年，蔚来提出电池租用服务BaaS（Battery as a Service），进一步细化 “车电分离”模式的运营。本文以此为研究对象构建演化博弈模型。模式涉及电池资产公司和新能源汽车制造商（为简化模型，本文将电池资产公司和新能源汽车制造商合并为一个整体 “车企”）和消费者。车企购置电池并租赁给消费者，获得租赁收入，承担电池全生命周期管理。车企提供两种销售模式：“整车销售”和 “车电分离”销售。后者在销售价格中对电池进行价格补贴，以降低购车成本。两种模式购车均享有充换电服务，“车电分离”模式下，消费者还可享受灵活电池升级及多次换电服务。

图1 电池租用服务模式

1.2 模型假设

假设1：车企和消费者构成有限理性的博弈主体。考虑电池租赁费用及汽车回收残值的货币时间价值，假设通货膨胀率为r。

假设2：车企推行 “整车销售”和 “车电分离销售”。假设 “车电分离销售”概率为x，x∈（0，1），则 “整车销售” 概率为 1－x。新能源汽车使用寿命为10年，两种模式的电池维护成本相同，可与生产成本叠加，则新能源汽车生产成本及电池维护成本为Ce； 汽车定价为Pe，Pe＞Ce＞0。“车电分离”销售中车企对电池补贴A元/辆；收取电池租赁费用a元/辆月，租赁时间为n个月（0≤n≤120），租赁费贴现为a×（P/A，r/12，n），简化为a*；电池梯次利用回收效益为E。

假设3：消费者在两种模式下进行购车决策。“车电分离” 购买概率为y，y∈（0，1），“整车购买”概率为1－y。“整车购买”汽车预估价值为Vz，“车电分离购买”为Vc，存在消费者剩余，则Vz＞Pe＞Vc＞（Pe－A）＞0。

假设4：采用平均年限法折旧，二手新能源汽车回收价格为新车5%。“整车购买”汽车残值为ez，则ez＝（1－0.095n）Pe，贴现后为ez×（P/F，r，n），简化为； “车电分离” 为ec，ec＝ （1－0.095n）（Pe－A），贴现后为ec×（P/F，r，n），简化为；假设消费者 “车电分离”购车可获得电池使用效益为B，表示消费者租赁期间内享受电池升级和多次换电服务的收益。

假设5：当市场上没有消费者预期的购车方式时，消费者对于不符合心理预期的购车方式有一个接受度。消费者对 “车电分离”的接受度为λ，λ∈（0，1），1－λ为 “整车购买” 的接受度。假设消费者采用 “整车购买”的需求为Qz，“车电分离”的购车需求为Qc。

基于以上假设，可构建车企和消费者两方博弈策略组合及收益矩阵，见表1。

表1 车企和消费者博弈策略组合及收益矩阵

1.3 演化博弈模型求解

由表1可知，车企选择 “车电分离销售”时期望收益是U11，选择 “整车销售”时期望收益是U12，平均期望收益是1＝xU11＋（1－x）U12，U11和U12分别如下：

消费者选择 “车电分离购买”的期望收益是U21，选择 “整车购买”的期望收益是U22，平均期望收益是2＝yU21＋（1－y）U22，U21和U22分别如下：

根据Malthusian动态方程，由式 （1）～（4） 可得车企和消费者的复制动态方程为F（x）、F（y）：

复制动态方程反映了车企和消费者博弈策略的调整方向。当式 （5）～（6）为0时，可求得均衡点（0，0）、（1，0）、（0，1）、（1，1）、（x*，y*），其中：

当时0＜x*，y*＜1时，（x*，y*）存在。

1.4 系统演化博弈稳定性分析

车企和消费者两个单种群复制动态方程构成演化博弈复制动态系统，按照Friedman的数学处理方法，用微分方程来表示群体动力系统均衡点的稳定性，易知系统的雅各比矩阵如下：

令：F＝Qc（Pe－A－Ce＋a*＋E）；Q＝（Pe－Ce）Qz，当λ满足条件时，根据雅可比矩阵的局部稳定分析法，分别将各均衡点带入矩阵计算矩阵的迹和秩，从而判断均衡点的稳定性，见表2。

表2 演化博弈系统局部均衡点稳定性

可见均衡点（0，0）和（1，1）是车企与消费者关于不同购销方式的博弈均衡点，稳定演化策略分别是（整车销售，整车购买）和（车电分离销售，车电分离购买），图2反映了车企和消费者的演化博弈相位图，其中E（x*，y*）是鞍点，附近极其不稳定。车企和消费者的演化博弈结果取决于双方的初始状态，当双方初始状态落在区域DEBA时，收敛于均衡点（0，0），策略（整车销售，整车购买）为最终演化结果；当双方初始状态在区域DEBC时，收敛于均衡点（1，1），策略（车电分离销售，车电分离购买）为最终演化结果。

图2 车企与消费者的演化博弈相位图

2 案例与数值模拟与分析

根据前述内容构建车企和消费者的两方演化博弈模型，以蔚来ES6车型为例，利用MATLAB进行数值仿真，通过分析博弈主体演化稳定点的渐进稳定性条件求解参数取值范围，绘制演化路径图；针对电池补贴价格、租赁费用等企业可控因素开展敏感性分析；研究消费者对 “车电分离”模式接受度和可控变量共同作用下对系统演化的影响。当消费者采用 “车电分离”购买75KWh的ES6③时，电池补贴价格和租赁费用分别为7万和980元/月。假设年通货膨胀率4%，λ＝0.4，则（P/A，4%/12，120）＝ 98.77，（P/F，4%，12）＝0.676。具体见表3。

表3 仿真分析各变量赋值情况 单位：万元

2.1 不同初始概率对双方演化博弈的影响

令车企和消费者的初始决策概率为（0.7，0.6）、（0.6，0.9）、（0.5，0.8）、（0.4，0.3）、（0.3，0.2）、（0.1，0.7），分析不同初始状态下对双方策略选择的影响。将表3的值带入可求解鞍点E为（0.618，0.611），结合图3可见当博弈双方的初始概率（x，y）分别取不同值时，系统演化的结果也收敛于不同的均衡点。进一步验证图2得出的结论。

图3 车企和消费者的动态演化博弈

图4反映了不同初始概率分别对车企和消费者的演化博弈进程影响。当车企的初始决策概率低于0.618时，选择 “整车销售”；反之则选择“车电分离销售”。当消费者的初始决策概率低于0.611时，选择 “整车购买”，反之则选择 “车电分离购买”。此外当双方的初始概率大于临界值时演化速度与初始概率同向变化，随着x和y的增加，车企和消费者选择 “车电分离”的速度加快；当双方的初始概率小于临界值时演化速度与初始概率呈反向变化。

图4 车企和消费者的动态演化进程

2.2 单因素敏感性分析

（1）消费者接受度对系统演化博弈的影响。其他条件不变，令消费者对 “车电分离”模式接受度λ取0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7，代入模型仿真得图5。此时消费者接受度的临界值位于［0.4，0.5］之间，当消费者接受度小于0.4时，系统稳定演化策略是（0，0）；当消费者接受度大于0.5时，系统稳定演化策略是（1，1）。表明当消费者对 “车电分离”模式的接受度越高，车企和消费者会越快收敛于稳定策略（1，1）。

图5 不同接受度下系统的动态演化博弈

（2）电池租赁费用对系统演化博弈的影响。同理其他条件不变，令电池租赁费用a取500、600、700、1000、1100、1200，代入模型仿真得图6。此时电池租赁费用有两个临界值，分别位于区间［600，700］和［1100，1200］内。当租赁费用小于600元或大于1200元时，系统稳定演化策略是（0，0）；此时租赁费用与系统演化速度呈反向变化，租赁费用越低，系统收敛于（0，0）的速度越慢。当租赁费用在［700，1100］时，系统稳定演化策略是（1，1）；此时租赁费用与系统的演化速度同向变化。仿真结果表明电池租赁费用应在［700，1100］内，适当增加租赁费用可促进车企和消费者越快选择 “车电分离”的购销模式。

图6 不同电池租赁费用下系统的动态演化博弈

（3）电池补贴价格对系统演化博弈的影响。令电池的补贴价格取5、6、7、9、10、12，代入模型仿真得图7。此时电池补贴价格也有两个临界值，分别位于区间［5，6］和［9，10］内。当电池补贴价格小于5万元或大于10万元时，系统稳定演化策略是（0，0），此区间内补贴价格与系统演化速度同向变化，补贴越高则系统收敛于（0，0）的速度越快。当电池补贴价格在［6，9］时，系统稳定演化策略是（1，1），补贴价格与系统演化反向变化，这与电池租赁费用得到结果相反。仿真结果表明电池的补贴价格应在区间［6，9］内，适当调低电池补贴价格可以加速车企和消费者选择 “车电分离”的购销模式。

图7 不同电池补贴价格下系统的动态演化博弈

（4）消费者电池使用效益对系统演化博弈的影响。令消费者电池使用效益取6、7、8、9、10、11，代入模型仿真得图8。此时消费者电池使用效益的临界值只有1个，在［8，9］内。当电池使用效益小于8万元时，系统稳定演化策略是（0，0）；此时电池使用效益越大，系统演化速度越快，电池使用效益与系统演化速度同向变化。反之当电池使用效益大于9万元时，系统稳定演化策略是（1，1），此时电池使用效益与系统演化速度呈反向变化。仿真结果表明消费者电池使用效益越高，车企和消费者会越快向 “车电分离”的购销模式演化。

图8 不同电池使用效益下系统的动态演化博弈

2.3 双因素共同作用下对系统演化博弈的影响

图9（a）反映了电池租赁费用a和消费者接受度λ共同作用下对系统动态演化博弈的影响。当电池租赁费用分别为700、900、1100元时，消费者接受度的临界区间分别为［0.45，0.5］、［0.4，0.45］、［0.45，0.5］。随着电池租赁费用的增加，消费者接受度的临界值先减少后增加。则当消费者对 “车电分离”模式的接受度一定时，电池租赁费用通常有两个临界值，在临界值区间内系统演化稳定策略都是（1，1）。从系统演化速度看，演化进程主要取决于租赁费用a，当a和λ均处于临界值区间内，a越大，系统收敛于（1，1）的速度越快；反之a越小，收敛于（0，0）的速度越快。说明与接受度相比，电池租赁费用对系统演化进程的影响更为强烈。

图9（b）反映电池补贴价格A和消费者接受度λ共同作用下对系统动态演化博弈的影响。当电池补贴价格分别为5.7、7、9万元时，消费者接受度的临界区间分别为［0.45，0.5］、［0.4，0.45］、［0.45，0.5］。随着电池补贴增加，消费者接受度的临界值先减少后增加。则当消费者对 “车电分离”模式的接受度一定时，电池的补贴价格通常也有两个临界值，在临界值区间内系统演化稳定策略都是（1，1）。从系统演化速度看，演化进程主要取决于A，无论A和λ是否处于临界值区间内，A越大，系统收敛于稳定策略的速度越快。说明与接受度相比，电池的补贴价格显然更能影响系统的演化进程。

图9（c）反映了电池使用效益B和消费者接受度共同作用下对系统动态演化博弈的影响。当消费者电池使用效益分别为8、9、10万元时，消费者接受度的临界区间分别为［0.5，0.6］、［0.4，0.45］、［0.3，0.35］。消费者电池使用效益的临界值只有1个，随着电池使用效益的增加接受度临界值逐渐减小。从系统演化速度看，当B和λ均高于临界值时，λ对演化进程起决定作用，λ越高，系统收敛于（1，1）的速度越快。反之当B和λ均低于临界值时，对演化进程起决定作用，B越大，系统收敛于（0，0）的速度越快。

图9 电池租赁费用、补贴价格及电池使用效益分别与接受度共同作用下系统的动态演化博弈

3 结论和启示

本文从消费者角度出发，微观上考虑消费者对 “车电分离”购车模式的接受度、不同购销模式的心理预期，宏观上结合车企对电池的补贴价格、租赁费用等多个因素，通过分析车企和消费者的收益，构建双方关于 “车电分离”商业模式的购销演化博弈模型，探讨系统的演化稳定策略整车购销和 “车电分离”购销。以蔚来ES6车型为例仿真发现：（1）车企和消费者的最终演化策略取决于双方初始状态；（2）单因素敏感性分析发现：消费者接受度和电池使用效益的增加均有利于推广 “车电分离”模式，但电池使用效益的激励作用会随时间而逐渐削弱；电池补贴价格和租赁费用应控制在适当区间内，否则会加速车企和消费者向整车购销策略演化；（3）双因素共同作用分析发现：双因素共同作用的叠加效应对系统的演化博弈的影响大于单因素。其中当消费者对“车电分离”模式的接受度一定时，电池补贴价格和租赁费用通常有两个临界值，在临界值区间内系统演化稳定策略都是 “车电分离”购销；此外当接受度降低时，增加电池使用效益是促进 “车电分离”模式发展的有效途径。

基于上述研究结论，对车企提出以下几点建议：

（1）加快换电网络布局，提高消费者对 “车电分离”模式的接受度。“车电分离”模式可以有效解决新能源汽车充电和里程焦虑等问题，车企推出无限续航、安全便捷的充换电模式，在极大程度上提升了汽车的出行潜力，提高消费者购买意愿。车企应加快换电网络布局，搭建 “换电站＋换电点”的两级换电网络。换电站内存储大量电池为用户提供集中充换电服务，换电点则存储少量电池只提供换电服务。换电点成本投入少，是换电站在空间和地理位置上的延伸。

（2）合理确定 “车电分离”方案，完善电池保护条款。车企需结合自身实际情况，通过市场调研等途径确定合适的 “车电分离”方案，将电池的补贴价格和租赁费用控制在临界值区间内，既提高经济效益又吸引消费者注意。同时当消费者对 “车电分离”模式的接受度不高时，可适当增加电池使用效益。车企需在现有服务基础上进一步完善电池充换电等保护条款，合作开发电池保险，明确电池的责任界定，在发挥电池最大价值的同时保障电池安全性，减少消费者的购车顾虑。

（3）加强车企间的相互合作，统一电池标准。目前不同车企或同一车企不同车型的电池规格和电池管理系统都不同，无法实现通用性。而 “车电分离”模式对电池管理系统和电池的兼容性要求较高，电池标准化迫在眉睫。为统一换电标准，车企间需密切交流，积极合作，加强换电技术研发，以实现电池在不同车型间可兼容，换电站可为所有汽车提供无差别的充换电服务。

（4）车企、电网和政府互相配合，构建良好的产业生态。我国目前正逐步推行分时电价政策，将一天划分成两个时段，在用电峰段执行峰电价，在用电谷段执行谷电价。因此车企可与电网合作，将电池的充电时间控制在波谷段，既能降低电网的负荷又能节约充电成本。随着碳交易市场的启动，充换电服务将有望享受碳交易红利，此时车企需积极配合政府政策，推动换电设施和相关运营标准的制定，通过出售碳排放额度而带来新的利润增长点。

注释：

①数据来源于汽车工业协会统计数据。

②数据来源：行业研究报告 《造车新势力研究系列——车电分离点燃星星之火》。

③数据来源于蔚来官网及2021年财报。