区块链视角下新能源汽车电池逆向物流网络构建及优化*

□ 熊海鸥,胡勇军,许佳蕾,黄伟杰

(广州航海学院，广东 广州 510725)

1 引言

2020年，“十四五规划”将生态文明建设实现新进步作为五年远景目标之一，提出了推进资源总量管理、科学配置、全面节约、循环利用，加快构建废旧物资循环利用体系的方案。随着高质量发展的不断深化，我国新能源汽车产业步入飞速发展的新时期。根据工信部的数据，我国新能源汽车保有量从2016年开始已经连续四年居世界首位。同时，作为新能源汽车的核心——新能源汽车电池的市场需求也在快速增加。由于汽车的使用年限远大于电池的使用年限，因而人们对新能源汽车的高频率使用带来了新能源汽车电池的快速消耗，从而形成庞大的动力电池报废量。电池报废后，其自身的污染性以及目前处理方法的不规范和低效率，给新能源消费者带来了处理困难等问题，导致新能源汽车产业对促进节能减排和绿色环保的作用备受质疑，使潜在消费者继续保持观望态度，从而会影响新能源汽车产业的整体发展。同时，我国作为世界重要的新能源汽车电池的生产国和消费国，存在着金属锂、镍、钴等主要动力电池资源缺乏的问题。由此看出，新能源汽车电池问题给环境保护、资源节约和垃圾分类政策也带来了极大的压力，已经成为必须要解决的现实问题。2020年10月20日，国务院办公厅在印发的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》中针对新能源汽车可持续发展，提出加快推进生产者责任延伸制度，并且为实现动力电池的全程可溯，应加强新能源汽车动力电池溯源管理平台建设。基于政策和市场发展需求，新能源汽车生产企业对其动力电池的逆向物流网络进行了探索，但目前由于企业供应链的环节多，需要大量的信息协调和管理，具有运作与实施的复杂性问题，在现行的逆向物流信息管理中存在着效率低、数据分析不透彻等问题，逆向物流网络管理优化亟待新技术的加持。随着政府对区块链技术的重视和投入，区块链技术在数字金融、供应链管理、物联网等多个方面有了许多研究，这也为逆向物流管理在新技术上的探寻提供了新思路。在这样的背景下，以生产者责任延伸制为指导，以绿色供应链为线索，结合区块链等新技术，研究符合新时代社会发展需求的新能源汽车电池逆向物流网络模式，对于降低废旧电池造成的环境破坏、能源浪费，提高电池回收量，实现新能源汽车产业的绿色循环经济具有重要意义。

2 我国新能源汽车电池逆向物流现状及问题分析

①新能源汽车电池正向物流网络复杂，导致逆向物流难度较大。

首先，新能源汽车电池正向物流涉及多个主体，由于参与主体多，且各方参与主体的信息化程度较低，导致运作过程中易出现信息断层现象，加之电池流向逐级分散，新能源汽车生产企业对电池的最终流向掌握程度低，无形中加大了电池逆向物流的难度；其次，各主体在参与网络构建过程中都追求各自利益最大化，从而导致网络中责任主体划分不明确；最后，由于报废电池的处理方式不完善和渠道信息不清晰，消费者将电池交到指定回收厂家的积极性不高。

②相关政策和企业制度的引导力度不够。

目前，我国国家层面缺乏对新能源汽车电池逆向物流的规范体系。

新能源汽车电池的回收问题已经成为制约我国新能源汽车产业发展的瓶颈。

3 区块链技术用于新能源汽车电池逆向物流网络的可行性

逆向物流存在供需难确定、环节多、流程不透明、追溯难及数据分析不全面等问题，使用区块链技术建立逆向物流信息系统模型就可以有效地解决问题。

本次调研通过E-mail和现场发放问卷相结合的方式进行，共发出200份问卷。由于个别问卷填写不规范，所以将其剔除，共计62份。最终获得138份有效问卷。被调查者可以通过Likert 7点量表所包含的7个等级对问卷中各题项的认同程度进行差异化区别。

①区块链技术作为追溯工具。根据区块链中的数据可以进行责任追踪，使逆向物流过程中的各主体责任划分明确。

②区块链技术作为节点间的高效信息通道。区块链可以根据其数据多点备份、平等共识和分布式的特性，提高产品的回收利用协同效率。

③区块链技术作为系统数据库。在区块链技术下，多方授权建立和共享信息，对数据进行整合分析并加以有效应用，从而提高逆向物流管理水平。

4 新能源汽车电池逆向物流网络构建及其优化

4.1 新能源汽车电池逆向物流网络结构设计

以区块链作为技术辅助建立相关信息管理系统，根据从各个子区块系统上收集的数据信息进行数据分析，在区块链技术的基础上建立新能源汽车电池回收物流网络的信息系统模型，验证区块链技术在新能源汽车电池逆向物流中的可行性，以此来解决新能源汽车电池在逆向物流中存在的突出问题。模型如图1所示。

图1 基于区块链的新能源汽车电池逆向物流信息系统模型

该系统模型的结构类似“一体两翼”的飞机结构，以动力电池供应链为主体，区块链模块和回收中心为两翼。在该系统中，废旧动力电池生产供应链中的各节点通过验证交易平台选择是否将商品信息录入监管部门所维护的数据库中，达成共识后构建新区块，形成数据账本。区块链技术让供应链的整合更加有序，各节点将相关数据和交易信息整合在各自的区块中，实时对相关数据进行校验和储存，进而为各节点实时提供完整的数据信息。区块链技术在新能源汽车电池的逆向物流信息系统中主要有三个方面的作用：新能源汽车电池的次品逆向物流管理、报废新能源汽车电池处理管理以及原料逆向物流管理。

①次品逆向物流管理。消费者在退还次品时，区块链接收该信息后广播到各节点，节点接收信息。此时，在区块链的推动下，汽车经分销商退还给汽车生产商，该车的动力电池进一步退还至电池制造商，所产生的原料由原料供应商再次循环利用。

②报废新能源汽车电池处理管理。针对报废动力电池的处理，第一步是收集，利用如图2所示的新能源汽车电池回收层级结构进行收集，首先消费者将需要更换的电池交由汽车维修厂处理，汇集后再经由各节点将动力电池原料送至供应商再次循环利用，其次，利用区块链技术在逆向物流中的“高效信息通道”作用，保证各回收环节信息数据的同步共享与流畅度，供应链环节中各企业根据区块链公布的信息数据，预测新能源汽车电池逆向物流发生的时间、地点以及商品的数量及质量，降低不确定性。

图2 新能源汽车电池回收层级结构图

③新能源汽车电池原材料逆向物流管理。将原料供应商中受污染的电池原料以及在电池制造商、汽车生产商、分销商、维修厂试运行不合格或还未使用的动力电池，经过回收中心处理，筛选出不可直接利用的原料，进行拆解、多级分解后成为可再制造、再循环、再配送的原材料，运给原材料供应商或制造商。原料逆向物流的各个环节在区块链中均有明确记录，保证电池原料逆向物流进入企业时的质量水平。

4.2 系统仿真运算

4.2.1 模型说明

由于公开数据较少，该模型中的主要数据为近几年相关行业数据。同时，假设影响新能源汽车电池回收量的主要影响因素有电池制造商回收量、汽车分销商电池回收量、汽修厂电池回收量、报废汽车企业电池回收量。在模型中，时长单位为“月”，模拟仿真时长为12月，使用区块链前的信息传递率大概为50%，区块链技术利用拜占庭容错算法使各个节点的信息传播率为83%[3]。

4.2.2 模型构造

新能源汽车电池逆向物流网络中各主体间纵横交错、紧密联系。通过调研以及专家咨询，得到新能源汽车电池逆向物流系统因果关系图。整个模型形成“电池生产—回收物流企业—电池生产”的闭环路径，如图3所示。

图3 新能源汽车电池逆向物流系统因果关系

4.2.3 模型流图

通过对上述系统因果关系图的分析，结合区块链技术对动力电池回收流程的影响，运用Vensim PLE 8.2.0软件构建新能源汽车电池回收量的模型流图，详见图4。

4.2.4 模型参数设置

主要的变量参数如下：

①根据我国2019年新能源电动车电池实际回收量与可回收量的比值，算出该行业大概的回收率。

②根据第四届动力电池应用国际峰会上的数据，目前国内电池企业的制造合格率为90%。

③打算将废电池通过官方渠道回收处理的车主占37.14%，希望当地非官方渠道回收处理的车主占18.57%[4]，模型中假设由于激励机制的实行使有意愿到当地非官方渠道回收处理的车主全部到官方渠道进行回收处理。

④由于各参与主体的回收水平影响因素和比重不同，因此对区块链技术下各主体回收水平的计算也不尽相同。应用区块链技术后，电池生产商回收水平=生产量*次品率*回收率*(1+信息传递率*0.4+监管机制*0.6)；汽车分销商的回收水平=回收率*(1+信息传递率*0.3+消费者意愿*0.3+监管机制*0.4)；汽修厂回收水平=回收率*(1+信息传递率*0.4+监管机制*0.6)；报废厂回收水平=回收率*(1+信息传递率*0.4+监管机制*0.6)。

⑤回收企业的回收量主要取决于参与的各个主体的回收量之和，由此得出回收总量公式：回收企业回收量=电池制造商回收量+汽车分销商回收量+汽修厂回收量+报废厂回收量。

4.2.5 模型检验

通过Vensim PLE 8.2.0软件对该模型进行检验，得到“模型没有问题”的模型检验结果，证明本研究所建立的模型具有一定的合理性。

4.2.6 模型结果对比分析

表1和图5表明，区块链技术的应用对新能源汽车电池回收行业的电池回收量的提高有一定促进作用。通过对本模型的结果分析可以看出，区块链技术在汽车电池供应链中的应用，对其回收效率的提高是显而易见的，同时也证明了区块链技术在回收行业的可行性。运用区块链前后各主体回收量的对比，如表2所示，可知区块链技术的应用提升了各个参与主体的回收采集效率。区块链技术应用于新能源汽车电池回收，可有效提高电池的回收效率和数量。

图5 使用区块链技术前后我国新能源汽车电池回收量对比折线图(2019年)

表2 使用区块链前后新能源汽车电池供应链上各主体回收量对比(2019年)

5 新能源汽车电池逆向物流网络优化的实现

区块链技术作为新一代颠覆性应用模式，有望成为助推新能源汽车电池逆向物流网络优化发展的新动力。基于上述模型的构建与仿真，为了进一步优化新能源汽车电池逆向物流网络，提出以下几点建议。

①政府职能部门层面。充分发挥政府公信力，加强对物流行业的监管，有助于优化网络。

②供应链企业层面。在战略合作上，核心企业应加强对分销商的信息沟通与监管，更好地把握产品最终流向信息，促进回收工作的开展。在技术发展方面，加强与高校、研究所等科研机构合作，加快推进区块链技术的研发和实际应用。在人才培养方面，加大对区块链技术人才培养的投入力度，设立区块链培训基地，提供专业技术培训，培养既懂专业物流知识，又懂区块链技术知识的综合性专业人才，提升企业内区块链人才能力的整体水平。

③终端消费者层面。模型中，在激励机制的实行下，经过仿真运算得出应用区块链技术后的电池回收量随着车主的回收意识提高而增加，由此说明记录与激励机制的建设能够有效提高消费者参与新能源动力电池回收活动的积极性与踊跃性。此外，在新能源汽车销售及售后过程中均可提醒消费者合理进行动力电池的维修及提供报废动力电池的正当回收途径。有意识、有秩序地参与回收工作，培养消费者合理处置报废新能源汽车电池的主观能动性，对降低环境污染、促进绿色循环可持续发展具有重大的意义。