什么是开路电压？——定义、计算和示例

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在电气和电子电路中，两点之间的电位差被称为电压或电位差。在分析电路时，有时会遇到“开路电压”这个术语。当我们使用戴维南定理分析电路时，开路电压这个术语非常常见。因此，在本文中，我们将讨论什么是开路电压，以及如何计算和测试它。让我们从开路电压的基本介绍开始。

什么是开路电压？

在电路中，当产生间隙或断路时，断路两点之间的电位差被称为开路电压。在电路分析术语中，我们通常将开路电压称为戴维南电压，因为开路电压的计算用于戴维南定理。开路电压通常用符号𝑉OC表示。开路电压通常用于表示太阳能电池和电池的电压或电位差。

开路电压的确定

在电路中，当我们需要确定开路电压时，电路的整个负载被移除。在这种情况下，唯一的电压降发生在电源（如电池或太阳能电池）的内阻中。然而，这个内部电压降非常小。现在，我们只需使用电压表或万用表测量开路端子之间的电压。

在电路分析中，我们使用标准程序来确定开路电压，如下所述。考虑图1所示的电路。

在这里，我们必须确定负载端子ab上的开路电压。我们按照以下步骤进行：

步骤1 - 我们将负载𝑅_𝐿从电路中移除，并将开路端子之间的电压标记为𝑉_OC，如图2所示。

步骤2 - 通过观察，很明显没有电流流过电阻𝑅₃，因此电阻𝑅₃上没有电压降。因此，开路电压等于电阻𝑅₂上的电压降。

步骤3 - 使用简单的分压规则，电阻𝑅₂上的电压由下式给出：

$$\mathrm{V_{R2}=\frac{V_{S}R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}$$

步骤4 - 由于电阻𝑅₂上的电压和开路电压相等，即：

$$\mathrm{V_{OC}=V_{R2}=\frac{V_{S}R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}$$

通过这种方式，我们通常确定电路中的开路电压。

什么是开路电压测试？

开路电压测试主要用于确定电池和太阳能电池的电势能力。该测试给出电池正负极之间的电压或电位差值。我们可以对一次电池和二次（可充电）电池进行开路电压测试。开路电压测试收集的数据用于计算可充电电池的充电状态 (SOC)。

当我们参考电池的数据表时，电池上提到的电压是制造商定义的开路电压。电池的开路电压测试使用万用表进行。为此，我们将万用表旋钮设置在直流电压上，并测量电池端子上的电压。

对于一次电池，进行开路电压测试是为了检查电池的状态，即电池是否损坏。而对于可充电电池，开路电压测试用于检查电池是否充电或放电。

为什么开路电压不是零？

众所周知，电压是两点之间的电位差。这意味着这两点没有连接在一起，或者我们可以说这两点连接到两个不同的电位。

对于开路，两点没有相互连接，但这两点中的每一个都连接到电压源（如电池）的端子。由于电池的两端具有不同的电位水平，因此开路的两个点也是如此。这样，在开路的两个点之间产生电位差，因此开路电压不是零。

注意 - 对于太阳能电池，在零电流条件下可获得最大电压。因此，太阳能电池的最大电压是其开路电压。

数值示例

确定图3所示电路中负载端子ab上的开路电压。

解答

在给定电路中，开路电压等于6Ω电阻上的电压，因为没有电流流过20Ω电阻。因此，使用分压规则，我们得到：

$$\mathrm{V_{OC}=V_{6\Omega }=\frac{12\times 6}{10+6}}$$

$$\mathrm{V_{OC}=4.5\, V}$$