Offenspannung: Was ist das?

Was ist Spannung bei offener Schaltung?

Wenn eine offene Schaltung in einem Gerät oder einer Schaltung erzeugt wird, bezeichnet man den Unterschied des elektrischen Potentials zwischen den beiden Anschlüssen als Spannung bei offener Schaltung. In der Netzwerkanalyse wird die Spannung bei offener Schaltung auch als Thevenin-Spannung bezeichnet. Die Spannung bei offener Schaltung wird oft als OCV oder VOC in mathematischen Gleichungen abgekürzt.

Bei offenen Schaltungen ist die externe Last vom Stromquelle getrennt. Ein elektrischer Strom fließt nicht durch die Schaltung.

Wenn eine Last angeschlossen und die Schaltung geschlossen wird, wird die Quellenspannung über die Last verteilt. Wenn jedoch die volle Last des Geräts oder der Schaltung getrennt und die Schaltung geöffnet wird, entspricht die Spannung bei offener Schaltung der Quellenspannung (angenommen, ideale Quelle).

Die Spannung bei offener Schaltung wird verwendet, um einen Potentialunterschied in Solarzellen und Batterien zu beschreiben. Allerdings hängt sie von bestimmten Bedingungen wie Temperatur, Ladezustand, Beleuchtung usw. ab.

Wie findet man die Spannung bei offener Schaltung?

Um die Spannung bei offener Schaltung zu finden, müssen wir die Spannung zwischen den beiden Anschlüssen messen, wo die Schaltung geöffnet wird.

Wenn die gesamte Last getrennt ist, entspricht die Quellenspannung der Spannung bei offener Schaltung. Der einzige Spannungsabfall erfolgt über die Batterie. Und dieser ist sehr gering.

Wenn nur Teil der Last getrennt ist, wird die Quellenspannung über die andere Last verteilt. Um die Spannung bei offener Schaltung zu finden, kann sie auf die gleiche Weise wie die Thevenin-Spannung hergeleitet werden. Verstehen wir dies anhand eines Beispiels.

In der obigen Abbildung sind die Widerstände A, B, C und die Last mit einer Gleichstromquelle (V) verbunden. Nehmen wir an, die Last wird von der Quelle getrennt und es entsteht eine offene Schaltung zwischen den Anschlüssen P und Q.

Nun werden wir die Spannung zwischen den Anschlüssen P und Q bestimmen. Dazu müssen wir den Strom, der durch den Kreis 1 fließt, mithilfe des Ohm’schen Gesetzes berechnen.

Dies ist der Strom, der durch den Kreis 1 fließt. Der gleiche Strom fließt auch durch die Widerstände A und B.

Der zweite Kreis ist eine offene Schaltung. Daher beträgt der Strom, der durch den Widerstand C fließt, null. Der Spannungsabfall über den Widerstand C beträgt ebenfalls null. Deshalb können wir den Widerstand C vernachlässigen.

Der Spannungsabfall über dem Widerstand B entspricht der Spannung, die zwischen den offenen Schaltterminals P und Q verfügbar ist. Der Spannungsabfall über dem Widerstand B beträgt:

Diese Spannung ist die Spannung bei offener Schaltung oder die Thevenin-Spannung. 

Spannungsmessung bei offener Schaltung

Die Spannung bei offener Schaltung ist ein Potentialunterschied zwischen den positiven und negativen Anschlüssen. Die Spannungsmessung bei offener Schaltung wird an Batterien und Solarzellen durchgeführt, um das elektrische Potenzial zu identifizieren.

Batterien werden verwendet, um chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Es gibt zwei Arten von Batterien: wiederaufladbare Batterien und Primärzellen.

Die Spannungsmessung bei offener Schaltung wird für beide Arten von Batterien durchgeführt. Die Daten dieser Messung werden verwendet, um den Ladezustand (SOC) für wiederaufladbare Batterien zu berechnen.

Die Standardspannung bei offener Schaltung wird aus dem Datenblatt des Batterieherstellers abgeleitet. Die auf der Batterie angegebene Spannung ist die Spannung bei offener Schaltung.

Die Spannungsmessung bei offener Schaltung misst die Spannung der Batterie, wenn keine Last angeschlossen ist. Um diese Messung durchzuführen, entfernen Sie die Batterie, falls möglich, oder nehmen Sie die Anschlüsse zur Messung.

Stellen Sie nun ein digitales Multimeter auf Gleichspannung ein. Und messen Sie die Spannung an den Batterieanschlüssen. Diese Spannung liegt in der Nähe der Standardspannung. Wenn die gemessene Spannung niedrig ist, ist die Batterie defekt.

Für wiederaufladbare Batterien wird diese Messung durchgeführt, um zu prüfen, ob die Batterie geladen oder entladen ist. In diesem Fall wird eine Kapazitätsmessung durchgeführt, um den Zustand zu überprüfen.

Warum ist die Spannung bei offener Schaltung nicht Null?

Die Spannung ist definiert als der Potentialunterschied zwischen zwei Anschlüssen. Wenn also zwei Punkte nicht miteinander verbunden sind und beide Punkte mit verschiedenen Spannungsniveaus verbunden sind, besteht aufgrund des Potentialunterschieds eine Spannung zwischen den beiden Punkten.

Ähnlich bei offener Schaltung, sind beide Anschlüsse offen, aber sie sind mit einer Batterie oder anderen Spannungsquellen verbunden. Beide Anschlüsse einer Batterie liegen auf verschiedenen Spannungsniveaus.

Daher entsteht ein Potentialunterschied und es besteht eine Spannung zwischen den beiden Anschlüssen bei offener Schaltung. 

Spannung bei offener Schaltung einer Solarzelle

Bei einer Solarzelle ist die maximale Spannung bei Nullstrombedingungen verfügbar. Diese Spannung wird als Spannung bei offener Schaltung bezeichnet.

Wenn Photonen auf die Solarzelle treffen, wird durch die Polarisation der Solarzellengrenzflächen ein Strom erzeugt. Die Spannung bei offener Schaltung ist die Vorwärtsrichtungsspannung auf der Solarzelle.