基于博弈分析的车用动力电池回收问题研究

彭频， 何旭， 刘怡君， 宋丹丹

（江西理工大学经济管理学院，江西 赣州341000）

一、引 言

随着全球燃料资源紧缺和大气污染问题的日益严峻，汽车行业将迎来由能源变革带来的汽车变革。 据清华恒大研究院数据，截至2019 年6 月，新能源汽车保有量达344 万辆，其中纯电动汽车281万辆。根据规划，到2020 年国内新能源汽车累计产销量需达500 万辆， 这就表示在2019 年下半年时间里，我国新能源汽车的产销量要继续提高[1]。动力电池虽然在使用过程中不会产生尾气排放，但退役后所含的铅、钴、镍、镉、锂等金属材料和电解液、隔膜原料等，若不被有效处理，不仅会造成资源浪费，还会对环境带来严重的影响。我国动力蓄电池累计配套量超过131GWh（吉瓦时），产业规模位居世界第一。 预计2020 年我国退役动力蓄电池累计约为20 万吨，至2025 年将达78 万吨[2]。 由此，车用动力电池回收工作面临较大压力。

新能源汽车动力电池装置耗能方式的改变是化解能源和环保危机的重要举措。动力电池容量衰减至初始容量的80%以下时， 意味着该电池作为动力源的使命暂时告一段落。基于新能源汽车保有量的快速攀升和强势发展态势，如何避免动力电池产生“二次污染”成为新能源汽车发展中不得不考虑的一个重大议题[3]。许多学者从废旧动力电池回收潜力、成本结构和产业链效益等方面论证了废旧动力电池回收的经济价值和环境价值[4-5]。 Liu 和Gong 对零售商回收模式下车与电池的匹配行为进行研究，分析回收的影响因素及其影响程度[6]。 黎宇科等分析我国动力电池回收现状，构建了生产者回收体系和租赁回收体系[7-8]。 宫大庆基于排队论理论，从仿真的角度， 对电池回收系统中的主要对象电动汽车、电池及电动汽车和电池匹配进行模拟分析[9]。 已有研究成果表明，研究动力电池产品回收体系的主体及其相互关系十分必要。 文章应用博弈理论和方法，研究政府、制造商和消费者等利益主体在车用动力电池回收过程中的利益博弈关系，由此提出动力电池回收利用的优化策略。

二、问题描述和模型假设

（一）问题描述

由于废旧动力电池回收价值高和退役后具有危险两大特点，在回收过程中坚持生产者责任延伸制（Extended Producer Responsibility，EPR），即动力电池生产商必须履行环境损害责任、 经济责任、物质责任、所有权责任和信息披露责任[10]。 在EPR 原则下，车用动力电池回收体系涉及政府、制造商、第三方企业、消费者等主体[11]。 各个主体到底承担怎样的功能， 在回收利用逆向物流体系中地位如何，以及如何达到最佳平衡状态，可利用博弈模型和均衡分析开展研究。

（二）模型假设

基于制造商是车用动力电池的源头，能够更清楚地指导回收后的电池该如何处置，在车用动力电池回收环节起到关键作用[12]。 因此，决定采用政府—制造商—消费者三方博弈模型开展研究， 该模型所涉及的参与方包括：政府、制造商及消费者。

基于博弈论分析， 构建好动力电池回收的逆向物流，电池的制造商及消费者能够获得更多的利益，同时，政府可以满足自身环境政策的要求。该模型为满足经济及环境利益的有效模型，模型公式为：

其中，Vc——全部社会效益，单位为亿元；

Ven——环境效益，单位为亿元；

Vec——经济效益，单位为亿元；

ien——环境效益在全部社会效益的占比，没有单位量纲；

iec——经济效益在全部社会效益的占比，没有单位量纲。

由于使用过的车用动力电池自身型号、耗损情况等不同，因此开展逆向物流处置时，具体要实施的步骤有所区别，以至于回收要消耗的资金也不一[13]。基于以上考虑，假设全部回收的车用动力电池复杂程度一致，回收消耗资金一样。

三、模型构建和分析

（一）参与方的行动决策

1. 政府

政府方面的决策行为包括“支持”“不支持”两种行为。“支持”就是政府会通过制定政策来对回收行为给予补贴，支持车用电池回收产业的发展。 政府针对电池制造商收取部分环境方面的税收，另外给出相应的补贴，对主动回收电池的制造商开展减税制度[14]。 “不支持”就是不给补贴，无视动力电池回收逆向物流的发展。

2. 制造商

制造商方面决策行为包括“建设”“不建设”两种行为。“建设”就是制造商主动开展车用动力电池回收业务， 通过高新技术加强回收电池的再利用。“不建设”就是制造商不考虑车用动力电池的回收，仅仅开展生产和售卖业务[15]。

3. 消费者

消费者方面的决策行为包括“参与”“不参与”两种行为。“参与”就是在供应链中消费者把车用动力电池退回给制造商，自身也得到一些利益。“不参与”就是消费者不从环保角度出发处理废旧动力电池，随意扔掉或是闲置。

参与方中只要有一方的行为决策有所变化，另外两方的效益相应发生变化，由此可得出八种不同决策组合。为了方便起见，支持、建设及参加等正面决策算记为1，不支持、不建设、不参加等负面决策算记为0， 那么决策组合能够简化为：（1，1，1），（1，0，1）， （1，1，0）， （1，0，0）， （0，1，1）， （0，0，1），（0，1，0），（0，0，0）。

（二）符号说明

模型参数说明如下：

Cm：制造商建设逆向物流体系所付出的费用；

T0：政府支持时，针对不建设逆向物流的制造商征收的税收；

Tx：政府支持时，针对建设逆向物流的制造商征收的税收；

R0：政府支持时，针对不建设逆向物流的制造商的处罚金；

Rx：政府支持时，针对建设逆向物流的制造商的补贴；

E0：政府支持时，制造商建设逆向物流同时消费者参加回收创造的环境效益；

Ex：政府不支持时，制造商建设逆向物流同时消费者参加回收创造的环境效益；

S0：制造商建设逆向物流过程中，消费者参与逆向物流系统得到的收益；

Sx：消费者在制造商不建设逆向物流或是消费者未能借助有效手段进入逆向物流得到的收益；

Ag：政府支持并大力宣传，培养消费者保护环境的习惯，鼓励其参加逆向物流体系，另外鼓励制造商建设逆向物流，以实现环保所付出的费用；

V：废弃的车用动力电池被顺利回收，制造商得到的价值。

假设以上全部参数均为正数。

（三）参与方博弈均衡分析

政府、制造商、消费者博弈得益矩阵如表1所示。

表1 政府、制造商、消费者博弈得益矩阵

处于三方博弈过程中，假定政府对回收逆向物流采取支持决策的可能性是x，则不支持的概率就是1-x；制造商愿意建设回收体系的可能性是y，则不建设回收体系的可能性是1-y：消费者想要参与回收体系的可能性是z，则不想或无法参与回收体系的可能性是1-z。 很明显，x，y，z 的取值区间均为（0,1）。

（1）假定UA1是政府支持建设回收体系的预期收益，UA2是政府方面实施不支持决策时的预期收益，那么：

如果UA1=UA2， 则代表政府支持或是不支持电池回收所得到的收益是一样的，那么政府到底采取什么决策并没有办法估计，通过边际效益理论进行计算，得出y 和z 的临界最优可能性。

（2）假定UB1是制造商建设电池回收系统预期的收益，UB2是制造商不建设电池回收系统预期的收益，那么：

如果UB1=UB2， 则代表制造商采不采取逆向电池体系所预期的收益是一样的，也就是制造商到底采取什么决策并没有办法估计，通过边际效益理论进行计算，得出x 和z 的临界最优可能性。

（3）假定UC1是消费者要参加车用动力回收的预期收益，UC2是消费者针对车用动力回收体系采取不参加决策时的预期收益，那么：

如果UC1=UC2， 代表消费者对车用动力电池回收体系参与与否所预期的收益值都是一样的，也就是不确定消费者到底会采取什么决策。通过边际效益理论进行计算， 得出x 和y 的临界最优可能性，计算如下。

由以上公式得知，如果S0的值比Sx值大，也就是消费者参与回收体系能够得到的预期收益比不参加的收益高，则UC1＞UC2，也就是说制造商建设逆向物流系统时，消费者进入这一体系的收益比不进入时当然是要高的； 若S0的值比Sx值小，UC1的值就比UC2小，也就是消费者在该逆向物流体系的收益比不进入时要低。

车用动力电池回收体系中消费者参与与否获得的期望收益并不确定，处于不同条件时消费者收益金额不同，无法准确判断消费者的决策行为。 当然，如果制造商在建设电池回收体系后可以保证动力电池的回收价格比起消费者自行处置的收益要高，那么消费者就会愿意进入逆向物流体系。所以，仅仅通过环保宣传实现消费者在逆向物流体系中的作用是比较困难的，为保证回收数量，应该通过经济效益激发消费者参与的积极性。

综上所述，合理高效的逆向物流体系离不开政府、制造商及消费者等各个主体作用的发挥。 若政府对于动力电池回收体系实施支持决策，对制造商给出一定补贴政策，即将在一定程度上提升制造商及消费者对动力电池回收的信心，进而去参与这项事业。 当政府支持逆向物流时，制造商还会因为电池回收体系的建立得到额外盈利，就会更加愿意开展此项业务；消费者也会因为参与该体系所得到的收益而乐于主动将退役电池置于逆向物流体系中，由此实现各方的均衡状态。

四、结论与建议

动力电池作为环保理念下零排放的理想能源，只有做好从设计、制造到退役全生命周期的管理工作，防止在生产、使用、回收等处理环节下对自然环境和人类健康产生危害，才能真正实现产业的可持续发展。基于政府、制造商、消费者等在动力电池回收体系的主体作用，从博弈理论出发，通过车用动力电池政府—制造商—消费者三方博弈模型的建立和博弈均衡分析，得出以下结论及建议。

（1）政府的最佳决策为支持动力电池回收体系的建设， 当制造商建设动力电池逆向物流回收系统时政府收益将会增加。 由此，政府应从制造商与消费者这两个方面去制定积极的财政政策，如对制造商进行减税支持、科研补贴等；对消费者制定换购补贴政策，以资金鼓励消费者参与。 同时，政府应制定动力电池回收市场的准入制度并加强对回收过程的监管， 保障废旧动力电池的来源质量，减低生产成本,由此倒逼制造商自我调整并加入逆向物流体系。 此外， 加强对废旧动力电池回收市场内相关主体的监管， 也是其效益产生的关键所在。

（2）制造商的最佳决策为建设电池回收体系，同时在消费者参与情况下， 制造商建设电池回收系统预期收益逐渐增多。 制造商应充分履行生产者延伸责任， 利用政府补贴的机会积极参与动力电池逆向物流体系，加大资金投入研发高新技术，主动参与动力电池回收、 再利用处置和无污染化处理等工作。 同时，制造商通过回收积分换购等营销模式，在政府对消费者补贴上增加奖励，给予消费者一定程度的优惠， 提升消费者参与动力电池回收的意愿。

（3）消费者获得的期望收益不确定，但制造商电池回收价格与消费者参与回收体系的意愿息息相关。 政府应重视提升消费者动力电池回收意识，支持消费者承担环境保护监督责任。 同时，政府对于废旧电池回收的资金补贴与制造商参与回收的奖励机制， 也可增加消费者换购电池的经济收益，用经济手段鼓励消费者把废旧电池主动交给回收企业。