動力電池雙渠道閉環(huán)供應(yīng)鏈補貼機制研究

■ 張芳 許傲雪

遼寧工程技術(shù)大學(xué)營銷管理學(xué)院 葫蘆島 125000

0 引言

近年來在各種政策法規(guī)的支持下我國新能源車行業(yè)發(fā)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(chǎn)量突破200 萬輛，總生產(chǎn)量累計超500 萬輛，因此可以預(yù)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(shù)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(fā)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(guī)范行業(yè)發(fā)展，促進新能源車行業(yè)發(fā)展的健康與可持續(xù)化，工信部聯(lián)合其他相關(guān)單位于2018年聯(lián)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(yè)發(fā)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(shù)方面的問題，仍亟待解決。

對于動力電池回收問題的研究，衛(wèi)壽平和孫杰等[1]從廢舊電池回收材料技術(shù)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(shù)入手,達到降低成本,提高利用率,最終形成環(huán)保的、經(jīng)濟效益好的鋰離子電池循環(huán)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(rèn)為電池運作與其所在條件關(guān)聯(lián)性對電池再使用有重要影響。Ramoni 和Zhang[3]對以往利用化學(xué)和物理角方法來提升舊電池性能的研究進行總結(jié)和分析。目前我國動力電池回收體系仍然處于正在發(fā)展建立和完善的階段，此行業(yè)統(tǒng)一的規(guī)范制度也還處于討論制定過程，市場中的回收再制造企業(yè)對整體流程把握程度不同，導(dǎo)致相關(guān)水平和資質(zhì)存在較大差距。動力電池的回收再制造總是與閉環(huán)供應(yīng)鏈問題相關(guān)聯(lián)的，閉環(huán)供應(yīng)鏈?zhǔn)且环N新的物流概念，它包括了回收產(chǎn)品及逆向物流問題。Lu Zhen 和Qiuji Sun[4]為了解決閉環(huán)供應(yīng)鏈的再制造和選址問題，供應(yīng)鏈了不同期非線性規(guī)劃模型，并使用新的啟發(fā)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(huán)節(jié)的定價是否受鏈上不同環(huán)節(jié)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(huán)供應(yīng)鏈，對4種不同回收渠道進行比較，確定考慮回收廢品質(zhì)量條件下，最優(yōu)回收渠道選擇的問題。張漢江余華英等[7]對各國政府從環(huán)境保護和資源節(jié)約保出發(fā)，制定各種激勵回收再制造性質(zhì)的政策總結(jié)，將政府也作為供應(yīng)鏈的一個決策主體，建立了三級非線性閉環(huán)供應(yīng)鏈，使閉環(huán)供應(yīng)鏈的回收激勵契約和補貼政策得到優(yōu)化。朱曉東、吳冰冰和王哲[8]從線上同線下傳統(tǒng)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(shè)計收益成本共享契約提高供應(yīng)鏈利潤，同時提升供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)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(biāo)建立多周期和梯級的閉環(huán)供應(yīng)鏈，為實際問題提供具有實際操作價值的方案。

有關(guān)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(fā)現(xiàn)產(chǎn)需匹配十分重要，同時再制造率對模擬也至關(guān)重要，未保證相應(yīng)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(biāo)體系,運用模糊綜合評價法對動力電池的逆向物流各環(huán)節(jié)和利益相關(guān)方分析，建立廢舊動力電池復(fù)合型回收網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，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(nèi)外電池回收相關(guān)的法規(guī)總結(jié)比較,提出政府應(yīng)加大干預(yù)廢舊動力電池回收力度，協(xié)調(diào)好相關(guān)行業(yè)協(xié)會的聯(lián)合與協(xié)作，同時通過采取建立相關(guān)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(huán)供應(yīng)鏈進行分析，該閉環(huán)供應(yīng)鏈包含制造新產(chǎn)品和回收再制造，發(fā)現(xiàn)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(chǎn)品所獲利更多，總是高于再制造品，所以應(yīng)在鼓勵再制造的基礎(chǔ)上建立獎勵機制來進行真正意義上地推動。Wang 等[14]等對關(guān)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(fā)補貼和產(chǎn)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(nèi)動力產(chǎn)業(yè)所面臨的核心技術(shù)缺失、回收利用困難、產(chǎn)能過剩以及企業(yè)利潤大幅減少的問題進行總結(jié)與分析，提出有關(guān)動力電池回收利用及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問題與意見。

通過對上述文獻的總結(jié)，現(xiàn)有關(guān)于動力電池閉環(huán)供應(yīng)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(shù)研究都是對供應(yīng)鏈成員進行直接補貼，并研究其對供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)利潤的影響，且大多只考慮逆向回收，鮮有文章考慮對供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)補貼對其成本影響程度的問題，以及補貼分別對閉環(huán)供應(yīng)鏈正向和逆向各環(huán)節(jié)定價以及成本分別產(chǎn)生的影響。因此本文在供應(yīng)鏈正向中不同環(huán)節(jié)銷售商同時承擔(dān)回收問題的條件下，考慮政府干涉對動力電池閉環(huán)供應(yīng)鏈定價和市場不同發(fā)展階段補貼對象選擇，以及不同補貼模式下供應(yīng)鏈所受影響的問題。

1 模型描述與基本假設(shè)

本文由動力電池生產(chǎn)商零售商、整車制造商和消費者以及參與市場協(xié)調(diào)政府相關(guān)部門組成閉環(huán)供應(yīng)鏈系統(tǒng)作為研究的決策模型。在供應(yīng)鏈生產(chǎn)與銷售環(huán)節(jié)中，動力電池生產(chǎn)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(yīng)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(jīng)銷商的同時也承擔(dān)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(tǒng)一交由動力電池生產(chǎn)生進行拆解與再制造，再投入市場進行銷售?；灸Ｐ秃筒糠址栐O(shè)定如圖1、表1所示。

表1 符號設(shè)定及其說明

圖1 考慮政府補貼的雙渠道閉環(huán)供應(yīng)鏈模型

模型假設(shè)如下：

假設(shè)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(shè)2：再造電池和全新動力電池在蓄電質(zhì)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(shè)3：本文重點對同政府補貼模式的決策問題進行研究，假設(shè)對市場供給充足，不考慮缺貨及滯銷問題。在這里，供應(yīng)鏈中各環(huán)節(jié)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(yù)測為：D = a - bp

假設(shè)4：在文章構(gòu)建的閉環(huán)供應(yīng)鏈中，領(lǐng)導(dǎo)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(shè)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(jīng)濟價值和意義，無法激發(fā)回收商沒有回收廢舊動力電池的積極性。

假設(shè)6：不考慮市場上回收的動力電池的質(zhì)量差異，假設(shè)以同樣價格回收同樣質(zhì)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(shè)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(huán)供應(yīng)鏈的決策順序為：電池制造商先確定動力電池批發(fā)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(fā)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(biāo)C、RZ分別表示補貼消費者、零售商和整車制造商，無上標(biāo)表示無補貼。

2 無政府補貼下動力電池閉環(huán)供應(yīng)鏈模型

根據(jù)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(dǎo)：

可知ΠR關(guān)于p、pR的凹函數(shù)，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(fā)新能源汽車價格wZ和廢舊動力電池回收價格pZ進行求導(dǎo)：

同樣依據(jù)二階導(dǎo)數(shù)可以證明ΠZpaiZ關(guān)于wZ、pZ的凹函數(shù)，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(fā)價格價格wM和廢舊動力電池回收價格pM進行求導(dǎo)：

同樣依據(jù)二階導(dǎo)數(shù)可以證明ΠM是關(guān)于pM、wM的凹函數(shù)，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(guān)最優(yōu)價格

將以上所得帶入利潤函數(shù)（1）、（2）、（3），得各參與主體的最優(yōu)利潤為：

3 不同補貼對象下的動力電池閉環(huán)供應(yīng)鏈模型

3.1 補貼消費者的閉環(huán)供應(yīng)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(shù)，得各參與主體的最優(yōu)利潤為：

3.2 補貼零售商和整車制造商回收產(chǎn)品的閉環(huán)供應(yīng)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(shù)，得各參與主體的最優(yōu)利潤為：

4 均衡結(jié)果分析

4.1 對閉環(huán)供應(yīng)鏈正向銷售渠道相關(guān)指標(biāo)均衡分析

結(jié)論1：只有對消費者進行補貼時會對正向銷售渠道產(chǎn)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(huán)節(jié)產(chǎn)生影響，且電池制造商批發(fā)價格、整車制造商批發(fā)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(shù)有關(guān)，且都呈正相關(guān)關(guān)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(shù)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(guān)指標(biāo)分析

結(jié)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(chǎn)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(guān)關(guān)系。

4.3 對整車制造商回收渠道相關(guān)指標(biāo)分析

結(jié)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(chǎn)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(guān)關(guān)系。

4.4 閉環(huán)供應(yīng)鏈成員利潤分配最優(yōu)均衡解的比較

（1）零售商均衡利潤最優(yōu)解

結(jié)論4：零售商利潤與政府補貼對市場需求量的影響系數(shù)ωC、對零售商成本和整車制造商的影響系數(shù)ωR和ωZ、消費者對回收渠道偏好和政府對單位產(chǎn)品的補貼額等因素相關(guān)。當(dāng)時，，零售商利潤隨補貼對市場需求量影響系數(shù)ωC的增加而增加，呈正相關(guān)關(guān)系，反之，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；不論ωR取何值時零售商利潤始終與ωR呈正相關(guān)關(guān)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(shù)ωZ的增加而減少，始終呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

（2）整車制造商均衡利潤最優(yōu)解

結(jié)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(shù)ωC、對零售商成本和整車制造商的影響系數(shù)ωR和ωZ、消費者對回收渠道偏好和政府對單位產(chǎn)品的補貼額等因素相關(guān)。當(dāng)時，，零售商利潤均隨政府補貼對市場需求量影響系數(shù)ωC的增加而增加，呈正相關(guān)關(guān)系；反之，呈負(fù)相關(guān)關(guān)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(shù)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(shù)ωZ的增加而增加，始終呈正相關(guān)關(guān)系。

（3）動力電池制造商均衡利潤

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

（4）集合供應(yīng)鏈的均衡最優(yōu)利潤

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

5 數(shù)值分析

設(shè)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(dāng)回收價格為零，即消費者無償贈與的回收量α = 20。當(dāng)進行補貼時，補貼金額統(tǒng)一設(shè)置為s = 1?；谏鲜鰲l件，可以得到無補貼和3 種補貼模式下各節(jié)點變量的具體數(shù)值，繼而得到各種模式下的回收數(shù)量、梯次利用數(shù)量和各參與主體的利潤，為保證閉環(huán)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)各自利潤及閉環(huán)供應(yīng)鏈利潤為正，ωC、ωR和ωZ的取值應(yīng)在[0，,52]的范圍內(nèi)，因此以下所討論的不論取何值都是在[0，52]的范圍內(nèi)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(shù)在一定范圍內(nèi)，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(shù)始終呈正相關(guān)關(guān)系，但隨對其成本的影響系數(shù)的增大而降低；而整車制造商、動力電池制造商和供應(yīng)鏈總利潤與補貼對整車制造商成本的影響呈正相關(guān)關(guān)系，但與補貼對零售商成本影響系數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)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(yīng)鏈總體利潤的影響

6 總結(jié)

本文建立動力電池回收渠道閉環(huán)供應(yīng)鏈，采用政府補貼的方式來研究對不同環(huán)節(jié)補貼會對閉環(huán)供應(yīng)鏈的各環(huán)節(jié)以及整體閉環(huán)供應(yīng)鏈產(chǎn)生的影響。研究結(jié)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(shù)只會閉環(huán)供應(yīng)鏈的正向銷售渠道產(chǎn)生影響，且都是正相關(guān)關(guān)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(chǎn)業(yè)還處于發(fā)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(jīng)得到大爆發(fā)，此時這種補貼方式不應(yīng)成為主要調(diào)控模式。

（2）補貼回收渠道中承擔(dān)回收職能的整車制造商和零售商時，其正向各環(huán)節(jié)銷售價格并不會產(chǎn)生影響，而只對回收渠道產(chǎn)生影響，且都是正相關(guān)的。由此可以看出動力能源車已市場達到一定的穩(wěn)定，此時政府主要任務(wù)應(yīng)集中于向電池回收再制造方面的綠色閉環(huán)供應(yīng)鏈的轉(zhuǎn)型，同時根據(jù)實際發(fā)展需求針對不同回收商對供應(yīng)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(huán)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)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(shù)都會對各環(huán)節(jié)利潤產(chǎn)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(shù)對閉環(huán)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)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(shù)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(wěn)定化，政府在綠色供應(yīng)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(yīng)鏈效率，使閉環(huán)供應(yīng)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(huán)節(jié)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(shù)的增大而先增后減，動力電池制造商的利潤和閉環(huán)供應(yīng)鏈總體利潤總是隨著政府補貼對市場需求量影響系數(shù)的增大而增大；零售商利潤與補貼對零售商成本影響系數(shù)呈負(fù)相關(guān)，反而隨政府補貼對整車制造商成本的影響系數(shù)的增大而降低；而整車制造商、動力電池制造商和供應(yīng)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(huán)供應(yīng)鏈的目標(biāo)存在差異，因此應(yīng)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(yīng)鏈效率有較大提高，則應(yīng)在補貼兩回收商的策略下，更側(cè)重于對整車制造商的補貼，以激發(fā)閉環(huán)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)回收再制造積極性。

（5）當(dāng)前我國廢舊動力電池流向?qū)嶋H包括有資質(zhì)電池回收商，和運營不規(guī)范甚至是沒有資質(zhì)的個人回收商。實際上，工信部已發(fā)布兩批符合《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》企業(yè)名單，而政府在動力電池閉環(huán)供應(yīng)鏈中充當(dāng)市場宏觀調(diào)控的指導(dǎo)方，需要根據(jù)其相關(guān)部門經(jīng)過核定批準(zhǔn)的市場準(zhǔn)入企業(yè)名單進行精準(zhǔn)補貼，并且根據(jù)2019年發(fā)布的《新能源汽車動力蓄電池回收服務(wù)網(wǎng)點建設(shè)和運營指南公告》，建立以經(jīng)審批的合格回收企業(yè)為基礎(chǔ)的回收服務(wù)網(wǎng)點，健全回收網(wǎng)絡(luò)，提高合格回收商的回收再制造積極性，防止不規(guī)范企業(yè)對市場的擾亂市場。同時，根據(jù)市場發(fā)展所對應(yīng)的時期，制定相應(yīng)的動態(tài)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(yīng)對整體市場起到監(jiān)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(guī)回收途徑、綠色環(huán)保和安全意識，以打造綠色低碳動力電池閉環(huán)供應(yīng)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(guān)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。