电动汽车动力电池制造商混合渠道回收模式选择与碳减排决策

doi:10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2022.2221

摘要/Abstract

摘要：

本文研究电动汽车动力电池制造商在碳配额交易政策下的回收模式选择与碳减排策略，提出了四种混合渠道回收模式：（1）制造商和零售商共同回收；（2）制造商和第三方回收商共同回收；（3）零售商和第三方回收商共同回收；（4）制造商、零售商和第三方回收商共同回收。运用Stackelberg博弈模型求解不同模式下各成员最优定价决策、最优利润和制造商碳减排决策，并对均衡结果进行分析。研究结果表明，制造商最优碳减排水平随初始碳排放量增加而降低，随碳减排投资成本系数增加而降低，随单位碳交易价格的增加呈现先上升后下降再上升的趋势；当回收价格敏感系数高于特定阈值且回收竞争系数低于特定阈值时，制造商最优回收模式为制造商、零售商和第三方回收商共同回收，否则，制造商最优回收模式为制造商与零售商共同回收或者制造商与第三方回收商共同回收。

关键词: 碳限额与交易政策, 动力电池, 闭环供应链, 碳减排, 混合渠道回收

Abstract:

The rapid adoption of electric vehicles （EVs） in China has led to a substantial number of power battery retirements. Establishing an efficient recycling mechanism for these spent power batteries is of pivotal importance. It delves into the selection of recycling modes and the determination of carbon abatement strategies within a closed-loop supply chain （CLSC） governing EV power batteries， operating under the carbon cap-and-trade policy. Four hybrid channel recycling modes are proposed：（1） joint recycling involving the manufacturer and the retailer；（2） joint recycling involving the manufacturer and the third-party recycler；（3） joint recycling involving the retailer and the third-party recycler；（4） joint recycling involving the manufacturer， the retailer， and the third-party recycler. The Stackelberg game model is employed to derive optimal pricing decisions， maximum profits， and carbon emission reduction strategies for different modes. A comparative analysis of optimal profits across distinct modes is performed. In addition， an exhaustive exploration of the influences of pivotal parameters on equilibrium outcomes is conducted.The results show that the optimal carbon emission reduction level for the manufacturer decreases with increasing initial carbon emissions， decreases with a higher carbon emission reduction investment coefficient， and exhibits an initial rise followed by a decline and then another rise with increasing unit carbon trading price. When the sensitivity coefficient of the recycling price exceeds a specific threshold and the competition coefficient of recycling falls below another threshold， the optimal recycling mode for the manufacturer involves joint participation of the manufacturer， the retailer， and the third-party recycler. Otherwise， the optimal recycling mode for the manufacturer includes joint participation by the manufacturer and the retailer， or by the manufacturer and the third-party recycler. The total collecting quantity of retired power batteries in the CLSC diminishes as the competitive coefficient of recycling channels increases， while it rises with an increase in the consumer sensitivity coefficient to recycling prices. It contributes to enhancing the power battery recycling and utilization system for EVs in China， enriching the existing research pertaining to CLSCs for EV power batteries under carbon policies， thereby providing substantive insights for operational decision-making of EV battery manufacturers.

Key words: carbon cap-and-trade policy, electric vehicle power battery, closed-loop supply chain, carbon emission reduction, hybrid channel recycling

中图分类号:

F274

张川,田雨鑫,崔梦雨. 电动汽车动力电池制造商混合渠道回收模式选择与碳减排决策[J]. 中国管理科学, 2024, 32(6): 184-195.

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图/表 8

图1

表1

符号说明"

符号	含义
$E$	碳配额
$p e$	碳交易价格
$e 0$	初始碳排放量
$D$	动力电池需求
$a$	市场潜在需求
$b$	消费者对动力电池销售价格的敏感系数
$A$	回收价格为零时退役动力电池回收量
$k$	消费者对退役动力电池回收价格的敏感系数
$v$	回收主体间竞争系数
Δ	每单位退役动力电池能带来的期望净利润
$c m$	制造商使用原材料生产动力电池的单位成本
$c r$	制造商使用再生材料生产动力电池的单位成本
$θ$	回收的退役动力电池中可梯次利用的比例，即从回收的退役动力电池中随机选取一块动力电池是可梯次利用动力电池的概率
$λ$	可梯次利用动力电池每单位剩余容量的价格
$L ?$	退役动力电池剩余容量
$h$	碳减排投资成本系数
决策变量
$w$	动力电池批发价格
$p$	动力电池零售价格
$e$	碳减排水平
$p b$	制造商给零售商或第三方回收商的退役动力电池转移价格
$p m$	制造商给消费者的退役动力电池回收价
$p r$	零售商给消费者的退役动力电池回收价
$p t$	第三方回收商给消费者的退役动力电池回收价
函数
$Q j i$	模式 $i$ 下 $j$ 的回收量。 $i = M R, M T, R T, M R T$ 表示不同回收模式， $j = m, r, t$ 分别表示制造商、零售商和第三方回收商
$Q T i$	模式 $i$ 下供应链总回收量
$π j i$	模式 $i$ 下 $j$ 的利润

表1

表2

MR模式、MT模式、RT模式和MRT模式的均衡结果"

变量	MR模式	MT模式	RT模式	MRT模式
$w *$	$B 4 b h - b 2 p e 2$	$B 4 b h - b 2 p e 2$	$B 4 b h - b 2 p e 2$	$B 4 b h - b 2 p e 2$
$e *$	$p e (a - b c m - b e 0 p e) 4 h - b p e 2$	$p e (a - b c m - b e 0 p e) 4 h - b p e 2$	$p e (a - b c m - b e 0 p e) 4 h - b p e 2$	$p e (a - b c m - b e 0 p e) 4 h - b p e 2$
$p *$	$C 4 b h - b 2 p e 2$	$C 4 b h - b 2 p e 2$	$C 4 b h - b 2 p e 2$	$C 4 b h - b 2 p e 2$
$p m *$	$Δ / 2$	$Δ / 2$	—	$Δ / 2$
$p b *$	$Δ / 2$	$Δ / 2$	$Δ / 2$	$Δ / 2$
$p r *$	$(k + v) Δ 4 k$	—	$k Δ 2 (2 k - v)$	$Δ (k + v) 4 k - 2 v$
$p t *$	—	$(k + v) Δ 4 k$	$k Δ 2 (2 k - v)$	$Δ (k + v) 4 k - 2 v$
$π m *$	$N 2 b (b p e 2 - 4 h) + (k - v) (3 k - v) Δ 2 8 k$	$N 2 b (b p e 2 - 4 h) + (k - v) (3 k - v) Δ 2 8 k$	$N 2 b (b p e 2 - 4 h) + k (k - v) Δ 2 4 k - 2 v$	$N 2 b (b p e 2 - 4 h) + (k - 2 v) (4 k + v) Δ 2 8 k - 4 v$
$π r *$	$h 2 [a - b (c m + e 0 p e)] 2 b (b p e 2 - 4 h) 2 + (k - v) 2 Δ 2 16 k$	$h 2 [a - b (c m + e 0 p e)] 2 b (b p e 2 - 4 h) 2$	$h 2 [a - b (c m + e 0 p e)] 2 b (b p e 2 - 4 h) 2 + k (k - v) 2 Δ 2 4 (v - 2 k) 2$	$h 2 [a - b (c m + e 0 p e)] 2 b (b p e 2 - 4 h) 2 + k (k - 2 v) 2 Δ 2 4 (v - 2 k) 2$
$π t *$	—	$(k - v) 2 Δ 2 16 k$	$k (k - v) 2 Δ 2 4 (v - 2 k) 2$	$k (k - 2 v) 2 Δ 2 4 (v - 2 k) 2$
$Q T *$	$(k - v) (3 k + v) Δ 4 k$	$(k - v) (3 k + v) Δ 4 k$	$k (k - v) Δ 2 k - v$	$(k - 2 v) (4 k + v) Δ 4 k - 2 v$

表2

图2

图3

图4

图5

图6

参考文献 36

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