新能源汽車“車電分離”商業模式購銷演化博弈研究

肖忠東 楊鑫瑞

（西安交通大學管理學院，西安 710049）

引 言

2021年我國新能源汽車銷量達352.1萬輛，居世界首位，實際市場占有率不足13.4%。截至2022年3月，我國新能源汽車保有量僅占汽車總量的2.6%①。雖然消費者對新能源汽車接受度高達50%，但實際購買意愿不足20%②。其根源在于新能源汽車充電和續航瓶頸制約消費者的購車積極性［1］。鑒于這一現實背景，為刺激消費者對新能源汽車的購買欲望，如何在新能源汽車換電模式方面進行創新顯得尤為迫切。

目前，新能源汽車制造商主要推行整車銷售模式。整車銷售需要消費者支付高昂費用買斷電池所有權，消費者可在換電站支付服務費實現快速換電（蔚來的整車銷售方案無需支付換電費用，但不可靈活升級電池，切換電池容量），消費者擁有電池所有權，在二手車市場交易時損失較小。近年來出現一種新的換電模式——“車電分離”［2］，指消費者購車時無需支付電池價格，僅租賃電池使用權，實現電池可充、可換、可升級服務。電池歸電池資產公司所有，由其統一管理和回收再利用。這一模式可減少消費者購車成本，有效緩解充電和里程焦慮，可以系統解決電池衰減、無法升級等問題［3］。此外，“車電分離”模式還可以衍生金融產品，電池制造商可獲取更多訂單，專業化延長電池壽命，提升電池殘值的利用空間。為此，如何在 “車電分離”模式下深入分析新能源汽車制造商和消費者之間的利益分配關系將成為調整新能源汽車銷售模式和售后服務的基礎。鑒于這一認識，本文試圖開展 “新能源汽車 ‘車電分離’商業模式購銷演化博弈”研究，為 “車電分離”模式下新能源汽車制造商和消費者的市場決策提供理論依據。

目前針對新能源汽車 “車電分離”商業模式的研究主要集中在模式創新的必要性和可行性兩個方面。關于必要性分析，換電模式是汽車行業的發展所趨，換電車型更利于新能源汽車的推廣［4］。高賜威和吳茜 （2013）［5］提出換電為主、充電并存是新能源汽車產業發展成熟階段的必要能源供給模式；“車電分離”作為新型商業模式，可靈活實現車身與電池資產關系的解耦，是企業提高資源利用效率的重要手段［6］。唐葆君等 （2019）［7］通過分析 “分時租賃”和 “車電分離”兩種模式，認為 “車電分離”是我國未來汽車行業的主流商業模式。此外，Yang等 （2020）［8］通過構建客戶價值模型發現 “車電分離”可以直接促進車輛銷售并有助于實現電池價值最大化。高索芬和郝瀚 （2022）［9］通過研究認為換電技術是緩解用戶里程焦慮，提高新能源汽車便利性的有效途徑。

關于可行性分析，近年來我國新能源汽車換電技術發展迅速［10］，關于換電網絡布局的研究層出不窮［11］。Zhang 和 Chen （2014）［12］提出汽車換電網絡的優化策略并成功驗證換電站成本最小化和利潤最大化的可行性。此后系列研究證明 “車電分離”模式不僅有助于實現汽車有序充換電，降低用戶充電成本［13］，還能緩解電網壓力，降低電網功率損耗等［3］。對企業而言，“車電分離”模式可帶來更多社會效益［14］和經濟效益，為企業帶來更多現金流的同時提高汽車銷量［15］。張厚明（2018）［16］研究發現 “車電分離” 模式可實現電池的統一管理和全生命周期監控，提高電池安全性。此外 “車電分離”模式在公共交通中可減少充電時間，提升運營效率［17］。對消費者而言，雖然目前 “車電分離”模式存在電池標準不統一和責任界定等問題，但楊淑霞等 （2021）［18］通過研究發現 “車電分離”模式的消費者效用大于整車銷售模式，更利于環境保護。

以上研究論證了車電分離模式的必要性和可行性，雖然深入分析了其利弊但很少有文章基于演化博弈視角研究車企和消費者選擇 “車電分離”購車策略的影響因素及形成機理。鑒于現有研究成果，本文在消費者對 “車電分離”模式接受度的基礎上，通過消費者接受度和心理預期從微觀描述消費者心理，通過電池補貼價格和租賃費用等宏觀因素刻畫以需求為主導的購車策略。構建購（消費者）銷（新能源汽車制造商－車企）的演化博弈模型，分析車企可控因素（如電池補貼價格、租賃費用等）的影響，確定 “車電分離”方案，明確購銷雙方 “車電分離”模式下的成本和收益。

1 兩方演化博弈模型構建

1.1 問題描述

2020年，蔚來提出電池租用服務BaaS（Battery as a Service），進一步細化 “車電分離”模式的運營。本文以此為研究對象構建演化博弈模型。模式涉及電池資產公司和新能源汽車制造商（為簡化模型，本文將電池資產公司和新能源汽車制造商合并為一個整體 “車企”）和消費者。車企購置電池并租賃給消費者，獲得租賃收入，承擔電池全生命周期管理。車企提供兩種銷售模式：“整車銷售”和 “車電分離”銷售。后者在銷售價格中對電池進行價格補貼，以降低購車成本。兩種模式購車均享有充換電服務，“車電分離”模式下，消費者還可享受靈活電池升級及多次換電服務。

圖1 電池租用服務模式

1.2 模型假設

假設1：車企和消費者構成有限理性的博弈主體。考慮電池租賃費用及汽車回收殘值的貨幣時間價值，假設通貨膨脹率為r。

假設2：車企推行 “整車銷售”和 “車電分離銷售”。假設 “車電分離銷售”概率為x，x∈（0，1），則 “整車銷售” 概率為 1－x。新能源汽車使用壽命為10年，兩種模式的電池維護成本相同，可與生產成本疊加，則新能源汽車生產成本及電池維護成本為Ce； 汽車定價為Pe，Pe＞Ce＞0。“車電分離”銷售中車企對電池補貼A元/輛；收取電池租賃費用a元/輛月，租賃時間為n個月（0≤n≤120），租賃費貼現為a×（P/A，r/12，n），簡化為a*；電池梯次利用回收效益為E。

假設3：消費者在兩種模式下進行購車決策。“車電分離” 購買概率為y，y∈（0，1），“整車購買”概率為1－y。“整車購買”汽車預估價值為Vz，“車電分離購買”為Vc，存在消費者剩余，則Vz＞Pe＞Vc＞（Pe－A）＞0。

假設4：采用平均年限法折舊，二手新能源汽車回收價格為新車5%。“整車購買”汽車殘值為ez，則ez＝（1－0.095n）Pe，貼現后為ez×（P/F，r，n），簡化為； “車電分離” 為ec，ec＝ （1－0.095n）（Pe－A），貼現后為ec×（P/F，r，n），簡化為；假設消費者 “車電分離”購車可獲得電池使用效益為B，表示消費者租賃期間內享受電池升級和多次換電服務的收益。

假設5：當市場上沒有消費者預期的購車方式時，消費者對于不符合心理預期的購車方式有一個接受度。消費者對 “車電分離”的接受度為λ，λ∈（0，1），1－λ為 “整車購買” 的接受度。假設消費者采用 “整車購買”的需求為Qz，“車電分離”的購車需求為Qc。

基于以上假設，可構建車企和消費者兩方博弈策略組合及收益矩陣，見表1。

表1 車企和消費者博弈策略組合及收益矩陣

1.3 演化博弈模型求解

由表1可知，車企選擇 “車電分離銷售”時期望收益是U11，選擇 “整車銷售”時期望收益是U12，平均期望收益是1＝xU11＋（1－x）U12，U11和U12分別如下：

消費者選擇 “車電分離購買”的期望收益是U21，選擇 “整車購買”的期望收益是U22，平均期望收益是2＝yU21＋（1－y）U22，U21和U22分別如下：

根據Malthusian動態方程，由式 （1）～（4） 可得車企和消費者的復制動態方程為F（x）、F（y）：

復制動態方程反映了車企和消費者博弈策略的調整方向。當式 （5）～（6）為0時，可求得均衡點（0，0）、（1，0）、（0，1）、（1，1）、（x*，y*），其中：

當時0＜x*，y*＜1時，（x*，y*）存在。

1.4 系統演化博弈穩定性分析

車企和消費者兩個單種群復制動態方程構成演化博弈復制動態系統，按照Friedman的數學處理方法，用微分方程來表示群體動力系統均衡點的穩定性，易知系統的雅各比矩陣如下：

令：F＝Qc（Pe－A－Ce＋a*＋E）；Q＝（Pe－Ce）Qz，當λ滿足條件時，根據雅可比矩陣的局部穩定分析法，分別將各均衡點帶入矩陣計算矩陣的跡和秩，從而判斷均衡點的穩定性，見表2。

表2 演化博弈系統局部均衡點穩定性

可見均衡點（0，0）和（1，1）是車企與消費者關于不同購銷方式的博弈均衡點，穩定演化策略分別是（整車銷售，整車購買）和（車電分離銷售，車電分離購買），圖2反映了車企和消費者的演化博弈相位圖，其中E（x*，y*）是鞍點，附近極其不穩定。車企和消費者的演化博弈結果取決于雙方的初始狀態，當雙方初始狀態落在區域DEBA時，收斂于均衡點（0，0），策略（整車銷售，整車購買）為最終演化結果；當雙方初始狀態在區域DEBC時，收斂于均衡點（1，1），策略（車電分離銷售，車電分離購買）為最終演化結果。

圖2 車企與消費者的演化博弈相位圖

2 案例與數值模擬與分析

根據前述內容構建車企和消費者的兩方演化博弈模型，以蔚來ES6車型為例，利用MATLAB進行數值仿真，通過分析博弈主體演化穩定點的漸進穩定性條件求解參數取值范圍，繪制演化路徑圖；針對電池補貼價格、租賃費用等企業可控因素開展敏感性分析；研究消費者對 “車電分離”模式接受度和可控變量共同作用下對系統演化的影響。當消費者采用 “車電分離”購買75KWh的ES6③時，電池補貼價格和租賃費用分別為7萬和980元/月。假設年通貨膨脹率4%，λ＝0.4，則（P/A，4%/12，120）＝ 98.77，（P/F，4%，12）＝0.676。具體見表3。

表3 仿真分析各變量賦值情況 單位：萬元

2.1 不同初始概率對雙方演化博弈的影響

令車企和消費者的初始決策概率為（0.7，0.6）、（0.6，0.9）、（0.5，0.8）、（0.4，0.3）、（0.3，0.2）、（0.1，0.7），分析不同初始狀態下對雙方策略選擇的影響。將表3的值帶入可求解鞍點E為（0.618，0.611），結合圖3可見當博弈雙方的初始概率（x，y）分別取不同值時，系統演化的結果也收斂于不同的均衡點。進一步驗證圖2得出的結論。

圖3 車企和消費者的動態演化博弈

圖4反映了不同初始概率分別對車企和消費者的演化博弈進程影響。當車企的初始決策概率低于0.618時，選擇 “整車銷售”；反之則選擇“車電分離銷售”。當消費者的初始決策概率低于0.611時，選擇 “整車購買”，反之則選擇 “車電分離購買”。此外當雙方的初始概率大于臨界值時演化速度與初始概率同向變化，隨著x和y的增加，車企和消費者選擇 “車電分離”的速度加快；當雙方的初始概率小于臨界值時演化速度與初始概率呈反向變化。

圖4 車企和消費者的動態演化進程

2.2 單因素敏感性分析

（1）消費者接受度對系統演化博弈的影響。其他條件不變，令消費者對 “車電分離”模式接受度λ取0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7，代入模型仿真得圖5。此時消費者接受度的臨界值位于［0.4，0.5］之間，當消費者接受度小于0.4時，系統穩定演化策略是（0，0）；當消費者接受度大于0.5時，系統穩定演化策略是（1，1）。表明當消費者對 “車電分離”模式的接受度越高，車企和消費者會越快收斂于穩定策略（1，1）。

圖5 不同接受度下系統的動態演化博弈

（2）電池租賃費用對系統演化博弈的影響。同理其他條件不變，令電池租賃費用a取500、600、700、1000、1100、1200，代入模型仿真得圖6。此時電池租賃費用有兩個臨界值，分別位于區間［600，700］和［1100，1200］內。當租賃費用小于600元或大于1200元時，系統穩定演化策略是（0，0）；此時租賃費用與系統演化速度呈反向變化，租賃費用越低，系統收斂于（0，0）的速度越慢。當租賃費用在［700，1100］時，系統穩定演化策略是（1，1）；此時租賃費用與系統的演化速度同向變化。仿真結果表明電池租賃費用應在［700，1100］內，適當增加租賃費用可促進車企和消費者越快選擇 “車電分離”的購銷模式。

圖6 不同電池租賃費用下系統的動態演化博弈

（3）電池補貼價格對系統演化博弈的影響。令電池的補貼價格取5、6、7、9、10、12，代入模型仿真得圖7。此時電池補貼價格也有兩個臨界值，分別位于區間［5，6］和［9，10］內。當電池補貼價格小于5萬元或大于10萬元時，系統穩定演化策略是（0，0），此區間內補貼價格與系統演化速度同向變化，補貼越高則系統收斂于（0，0）的速度越快。當電池補貼價格在［6，9］時，系統穩定演化策略是（1，1），補貼價格與系統演化反向變化，這與電池租賃費用得到結果相反。仿真結果表明電池的補貼價格應在區間［6，9］內，適當調低電池補貼價格可以加速車企和消費者選擇 “車電分離”的購銷模式。

圖7 不同電池補貼價格下系統的動態演化博弈

（4）消費者電池使用效益對系統演化博弈的影響。令消費者電池使用效益取6、7、8、9、10、11，代入模型仿真得圖8。此時消費者電池使用效益的臨界值只有1個，在［8，9］內。當電池使用效益小于8萬元時，系統穩定演化策略是（0，0）；此時電池使用效益越大，系統演化速度越快，電池使用效益與系統演化速度同向變化。反之當電池使用效益大于9萬元時，系統穩定演化策略是（1，1），此時電池使用效益與系統演化速度呈反向變化。仿真結果表明消費者電池使用效益越高，車企和消費者會越快向 “車電分離”的購銷模式演化。

圖8 不同電池使用效益下系統的動態演化博弈

2.3 雙因素共同作用下對系統演化博弈的影響

圖9（a）反映了電池租賃費用a和消費者接受度λ共同作用下對系統動態演化博弈的影響。當電池租賃費用分別為700、900、1100元時，消費者接受度的臨界區間分別為［0.45，0.5］、［0.4，0.45］、［0.45，0.5］。隨著電池租賃費用的增加，消費者接受度的臨界值先減少后增加。則當消費者對 “車電分離”模式的接受度一定時，電池租賃費用通常有兩個臨界值，在臨界值區間內系統演化穩定策略都是（1，1）。從系統演化速度看，演化進程主要取決于租賃費用a，當a和λ均處于臨界值區間內，a越大，系統收斂于（1，1）的速度越快；反之a越小，收斂于（0，0）的速度越快。說明與接受度相比，電池租賃費用對系統演化進程的影響更為強烈。

圖9（b）反映電池補貼價格A和消費者接受度λ共同作用下對系統動態演化博弈的影響。當電池補貼價格分別為5.7、7、9萬元時，消費者接受度的臨界區間分別為［0.45，0.5］、［0.4，0.45］、［0.45，0.5］。隨著電池補貼增加，消費者接受度的臨界值先減少后增加。則當消費者對 “車電分離”模式的接受度一定時，電池的補貼價格通常也有兩個臨界值，在臨界值區間內系統演化穩定策略都是（1，1）。從系統演化速度看，演化進程主要取決于A，無論A和λ是否處于臨界值區間內，A越大，系統收斂于穩定策略的速度越快。說明與接受度相比，電池的補貼價格顯然更能影響系統的演化進程。

圖9（c）反映了電池使用效益B和消費者接受度共同作用下對系統動態演化博弈的影響。當消費者電池使用效益分別為8、9、10萬元時，消費者接受度的臨界區間分別為［0.5，0.6］、［0.4，0.45］、［0.3，0.35］。消費者電池使用效益的臨界值只有1個，隨著電池使用效益的增加接受度臨界值逐漸減小。從系統演化速度看，當B和λ均高于臨界值時，λ對演化進程起決定作用，λ越高，系統收斂于（1，1）的速度越快。反之當B和λ均低于臨界值時，對演化進程起決定作用，B越大，系統收斂于（0，0）的速度越快。

圖9 電池租賃費用、補貼價格及電池使用效益分別與接受度共同作用下系統的動態演化博弈

3 結論和啟示

本文從消費者角度出發，微觀上考慮消費者對 “車電分離”購車模式的接受度、不同購銷模式的心理預期，宏觀上結合車企對電池的補貼價格、租賃費用等多個因素，通過分析車企和消費者的收益，構建雙方關于 “車電分離”商業模式的購銷演化博弈模型，探討系統的演化穩定策略整車購銷和 “車電分離”購銷。以蔚來ES6車型為例仿真發現：（1）車企和消費者的最終演化策略取決于雙方初始狀態；（2）單因素敏感性分析發現：消費者接受度和電池使用效益的增加均有利于推廣 “車電分離”模式，但電池使用效益的激勵作用會隨時間而逐漸削弱；電池補貼價格和租賃費用應控制在適當區間內，否則會加速車企和消費者向整車購銷策略演化；（3）雙因素共同作用分析發現：雙因素共同作用的疊加效應對系統的演化博弈的影響大于單因素。其中當消費者對“車電分離”模式的接受度一定時，電池補貼價格和租賃費用通常有兩個臨界值，在臨界值區間內系統演化穩定策略都是 “車電分離”購銷；此外當接受度降低時，增加電池使用效益是促進 “車電分離”模式發展的有效途徑。

基于上述研究結論，對車企提出以下幾點建議：

（1）加快換電網絡布局，提高消費者對 “車電分離”模式的接受度。“車電分離”模式可以有效解決新能源汽車充電和里程焦慮等問題，車企推出無限續航、安全便捷的充換電模式，在極大程度上提升了汽車的出行潛力，提高消費者購買意愿。車企應加快換電網絡布局，搭建 “換電站＋換電點”的兩級換電網絡。換電站內存儲大量電池為用戶提供集中充換電服務，換電點則存儲少量電池只提供換電服務。換電點成本投入少，是換電站在空間和地理位置上的延伸。

（2）合理確定 “車電分離”方案，完善電池保護條款。車企需結合自身實際情況，通過市場調研等途徑確定合適的 “車電分離”方案，將電池的補貼價格和租賃費用控制在臨界值區間內，既提高經濟效益又吸引消費者注意。同時當消費者對 “車電分離”模式的接受度不高時，可適當增加電池使用效益。車企需在現有服務基礎上進一步完善電池充換電等保護條款，合作開發電池保險，明確電池的責任界定，在發揮電池最大價值的同時保障電池安全性，減少消費者的購車顧慮。

（3）加強車企間的相互合作，統一電池標準。目前不同車企或同一車企不同車型的電池規格和電池管理系統都不同，無法實現通用性。而 “車電分離”模式對電池管理系統和電池的兼容性要求較高，電池標準化迫在眉睫。為統一換電標準，車企間需密切交流，積極合作，加強換電技術研發，以實現電池在不同車型間可兼容，換電站可為所有汽車提供無差別的充換電服務。

（4）車企、電網和政府互相配合，構建良好的產業生態。我國目前正逐步推行分時電價政策，將一天劃分成兩個時段，在用電峰段執行峰電價，在用電谷段執行谷電價。因此車企可與電網合作，將電池的充電時間控制在波谷段，既能降低電網的負荷又能節約充電成本。隨著碳交易市場的啟動，充換電服務將有望享受碳交易紅利，此時車企需積極配合政府政策，推動換電設施和相關運營標準的制定，通過出售碳排放額度而帶來新的利潤增長點。

注釋：

①數據來源于汽車工業協會統計數據。

②數據來源：行業研究報告 《造車新勢力研究系列——車電分離點燃星星之火》。

③數據來源于蔚來官網及2021年財報。