実践: macOS 10.15.5 バッテリーの状態管理

新しいバッテリー状態モニタリング機能は、macOS Catalina 10.15.5 の主力機能のようです。多くのことはありませんが、その仕組み、由来、期待できるものを以下に示します。

木曜日の macOS Catalina 10.15.5 の 2 回目の開発者ベータ版では、iOS バッテリー状態監視機能の簡易バージョンが移行されました。現時点では初歩的なものであり、サードパーティのユーティリティほど多くの情報をユーザーに提供するものではありませんが、正しい方向への動きです。

macOS Catalina 10.15.5 のバッテリー状態監視機能の仕組み

木曜日のアップデート以前は、省エネコントロールパネルは、macOS のいくつかのバージョンと同じように見えました。

2 番目の macOS 10.15.5 ベータリリース前の省エネルギーコントロールパネル

ご想像のとおり、新しいバッテリー状態監視機能は、省エネコントロールパネルの下にあるバッテリータブ。

のバッテリーの状態ダイアログボックスには、デフォルトで選択されている非常に単純なボックスが表示されます。バッテリーの状態 (この場合は正常) に関する非常に基本的な情報と、機能のオンとオフを切り替えるための切り替えが表示されます。

Apple によると、この MacBook Pro のように、Thunderbolt 3 Mac が寿命のほとんどを電源に接続された状態で使用している場合、切り替え時に Thunderbolt 3 Mac は最大限まで充電されません。からアクセスできるサポートページでは、もっと詳しく知るボタンをクリックすると、Apple はその機能がどのように役立つかを (簡単に) 説明します。

macOS 10.15.5 のバッテリー状態管理機能は、バッテリーの化学的劣化速度を低減することでバッテリーの寿命を延ばすように設計されています。この機能は、バッテリーの温度履歴と充電パターンを監視することでこれを行います。
収集した測定値に基づいて、バッテリーの状態管理により、このモードではバッテリーの最大充電量が減少する場合があります。これは、バッテリーが使用状況に最適化されたレベルまで充電されるようにするために必要に応じて行われ、バッテリーの磨耗を軽減し、化学的劣化を遅らせます。
バッテリーの状態管理はバッテリーの長期寿命にメリットをもたらしますが、容量制限が適用されると 1 回のバッテリー充電で Mac が動作する時間が短縮される可能性もあります。再充電する前に Mac ノートブックをできるだけ長く長持ちさせることを優先する場合は、この機能をオフにすることができます。

これが実際にどのように機能するか、またそれがバッテリー寿命にどのような影響を与えるかはまだわかりません。バッテリーが消耗した 2016 MacBook Pro でこの機能を試してみましたが、アップデート前にコンピューターが新しいバッテリーを入手する時期が来たことを知らせてくれたのと同じ情報が得られました。

電池は永遠ではありません — 電池の仕組みと、私たちがどのようにしてここにたどり着いたのか

どのバッテリーも電気エネルギーを化学エネルギーの形で蓄え、そのエネルギーを電気に変換できます。バッテリーには、カソードとアノードの間の電荷の流れを可能にする電解質によって分離されたアノードとカソードが必要です。

バッテリーに負荷がかかると、アノードは酸化反応を通じてマイナス端子に電子を放出し、電解液中にイオンを放出します。カソードはこれらの電子を受け取り、電子の流れの回路を完成させます。

これで非充電式電池の話は終わりです。ただし、リチウムイオン電池は充電可能です。したがって、電流が適切に流されると、電子の流れが逆に起こり、バッテリーが再充電されます。

バッテリーの総容量は、モバイルデバイスの場合はミリアンペア時、Mac の場合はワット時で測定されます。充電/放電サイクルを含む全体的な寿命は、充電回路やソフトウェア、反応物の物理量など、デバイスメーカーによるエンジニアリング上の選択によって制限されます。

セルの充電と放電がより適切に制御されればされるほど、バッテリーの寿命は長くなります。これが、Apple が macOS にこれを実装した理由のようです。これは、可能な変数の一部を制御するためです。

バッテリーの動作寿命を短縮する要因は他にもあります。バッテリーが高温の車内に放置されたり、氷点下の屋外に放置されたりするなど、温度変化に耐えるほどバッテリーの寿命は短くなります。そして、年齢自体も要因です。

これは Mac と iPhone にはあまり関係ありませんが、Mac のバッテリーの容量を考慮すると、放電サイクルにわたる特定のバッテリーの出力電圧を充電率でプロットできます。

バッテリー反応物は永遠ではありません。リチウムイオン電池の場合、セル内に「金属ウィスカー」が形成され、電池セルの損傷部分がショートし、利用可能な電力が減少することがあります。最終的には、ウィスカーの形成と反応物の枯渇により、電圧不足と不可逆的な酸化によりバッテリーが完全に機能しなくなります。

何らかの要因でバッテリーが消耗すると、上のグラフの横軸が縮小します。明らかに、デバイスの電力需要により、特定の充電の曲線に沿って進むのにかかる時間が減少します。

環境によるセルの損傷、許容電圧を超える電圧を供給する充電装置の欠陥、またはその他の問題により、バッテリーの使用中に電圧降下の急峻さが恒久的に増加します。動作温度も一時的に急峻に増加し、高温よりも低温の方が容量に大きな影響を与えます。

デバイスメーカーは、バッテリーの製造をあまり深く掘り下げることなく、性能曲線に基づいて選択を行う必要があります。安全率は言うまでもなく、バッテリー容量と出力電圧は考慮する必要がある2つの異なるものです。

すべてのデバイスには臨界電圧があり、この電圧に達すると動作を継続できなくなったり、データが失われたり、完全にクラッシュしたりする可能性があります。寿命のほとんどの間電源に接続されるように設計されたデバイスでは、これはそれほど問題ではありません。ただし、臨界電圧はデバイスとバッテリーに応じてデバイスごとに異なり、Apple だけに当てはまるわけではありません。

どのようにしてここに至ったのかというと、Apple はこの曲線の影響を軽減するために iOS に対して何らかの措置を講じることを決定しましたが、これが問題となることが判明しました。 Apple は 2017 年 2 月にシャットダウン修正を実装しました。iOS 10.2.1のリリース。これは、負荷がかかっているときに電話機の CPU を一時的にダウンクロックして、デバイスの電圧需要を、電話機が一見ランダムにシャットダウンする臨界電圧未満に保つことでした。

しかし、バッテリーの化学物質の消耗という避けられない現実にもかかわらず、Apple はパッチで自社が何をしているのかをユーザーに効果的に伝えていませんでした。リリース時にAppleは、古い携帯電話のベンチマークでパッチの影響が判明するまで、ランダムなシャットダウンの問題を修正したとだけ発表した。

入学後2017年12月シャットダウンを防ぐためにソフトウェアにいくつかの変更が加えられたこと、アップルが謝罪保証対象外のバッテリー交換を 29 ドルで割引価格で提供しました。その結果、Apple は次のことを行う必要がありました。現金を支払う被害を受けた訴訟提起者へ。

ここまで来たら、これからどうする？

バッテリー状態監視機能が組み込まれたことは、今のところ良いことです。 Mac は理論的には他のデバイスと同様に臨界電圧の問題の影響を受けますが、一般的に、バッテリーはかなり小型のモバイルデバイスほど早く劣化せず、臨界電圧に達するまでに時間がかかります。また、MacBook Pro または MacBook Air をその寿命のほとんどを電源に接続して使用している場合、バッテリーが実質的に完全に消耗した場合でも、OS が指示しない限り、気付かない可能性があります。

もちろん、時間の経過とともに何が起こるかわかります。これは何年にもわたって秒数とワット数を加算する勝負になるため、macOS の新しいルーチンの有効性について短期的に結論を出すのは難しいでしょう。今のところ、それが私たちを諦めさせるものではありませんココナッツバッテリーの取り付け、けれど。