macOS Catalina 10.15.5の目玉機能として、新機能「バッテリーヘルスモニタリング」が登場しました。内容はさほど充実していませんが、その仕組み、提供元、そして期待される機能についてご紹介します。
木曜日にリリースされたmacOS Catalina 10.15.5の2回目の開発者向けベータ版では、iOSのバッテリー状態監視機能の簡易版が移行されました。現時点ではまだ初歩的な機能であり、サードパーティ製のユーティリティほど詳細な情報をユーザーに提供することはできませんが、正しい方向への前進と言えるでしょう。
macOS Catalina 10.15.5のバッテリーヘルスモニタリング機能の仕組み
木曜日のアップデート前は、省エネルギー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。
macOS 10.15.5ベータ2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、省エネルギーコントロール パネルの[バッテリー]タブにあります。
バッテリーの状態に関するダイアログボックスは、デフォルトで選択されている非常にシンプルなボックスを表示します。このボックスには、バッテリーの状態に関する基本的な情報（この場合は正常）と、機能のオン/オフを切り替えるトグルが表示されます。
Appleによると、このMacBook Proのように、ほとんどの時間を電源に接続した状態で過ごすThunderbolt 3搭載Macの場合、この機能をオンにすると最大限に充電されないとのことです。「さらに詳しく」ボタンからアクセスできるサポートページでは、Appleはこの機能がどのように役立つかを（簡単に）説明しています。
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下させることで、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実現します。バッテリーヘルス管理機能は、収集した測定値に基づいて、このモードではバッテリーの最大充電量を減らす場合があります。これは、バッテリーが使用状況に合わせて最適なレベルまで充電されるよう、必要に応じて行われるため、バッテリーの摩耗と化学的劣化を遅らせます。
バッテリー状態管理はバッテリーの長期的な寿命を延ばすのに役立ちますが、容量制限が適用されると、Mac が 1 回の充電で動作できる時間が短くなることもあります。Mac ノートブックをできるだけ長く使い切ってから再充電す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し、バッテリー寿命にどのような影響を与えるかはまだ分かりません。バッテリーが消耗した2016年モデルのMacBook Proで試してみましたが、アップデート前にバッテリー交換の時期を知らせてくれたのと同じ情報が表示されました。
電池は永遠ではない ― 電池の仕組みと、電池がここまで来た経緯
あらゆる電池は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することができます。電池には陽極と陰極が必要であり、陽極と陰極の間を電荷が流れるようにする電解質によって隔てられています。
バッテリーに負荷がかかると、陽極は酸化反応によって負極に電子を放出し、電解質中のイオンも放出します。陰極はこれらの電子を受け取り、電子の流れの回路が完成します。
充電できない電池についてはこれで終わりです。しかし、リチウムイオン電池は充電可能です。つまり、電流を適切に流すと、電子の流れが逆方向に起こり、電池が充電されるのです。
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。充放電サイクルを含むバッテリー全体の寿命は、充電回路やソフトウェア、反応物の物理的量など、デバイスメーカーによる設計上の選択によって制限されます。
セルの充放電がより良く、より安定しているほど、バッテリーの寿命は長くなります。AppleがmacOSにこれを実装したのは、可能な限りいくつかの変数を制御するためだと思われます。
バッテリーの動作寿命を縮める要因は他にもあります。高温の車内や氷点下の屋外など、バッテリーが温度変化にさらされるほど、バッテリーの寿命は短くなります。また、経年劣化自体も要因の一つです。
これは Mac と iPhone との比較で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、放電サイクル中の任意のバッテリーの出力電圧を充電率に対してプロットすることができます。
バッテリーの反応物質は永久に残るものではありません。リチウムイオンバッテリーの場合、セル内に「金属ウィスカー」が形成される可能性があり、バッテリーセルの影響を受けていた部分がショートし、利用可能な電力が低下します。最終的には、ウィスカーの形成と反応物質の枯渇が相まって、電圧不足と不可逆的な酸化により、バッテリーが完全に消耗してしまいます。
何らかの要因によるバッテリーの消耗は、上記のグラフの横軸を縮小させます。当然のことながら、デバイスの電力需要は、一定の充電量で曲線に沿って進むのにかかる時間を短縮します。
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不具合、その他の問題により、バッテリー使用中の電圧降下は恒久的に増加します。動作温度によっても電圧降下は一時的に増加し、低温の方が高温よりも容量への影響が大きくなります。
バッテリー製造に深く立ち入ることなく、デバイスメーカーは性能曲線に基づいて選択を行う必要があります。バッテリー容量と出力電圧は、安全性の要素は言うまでもなく、それぞれ異なる要素として考慮する必要があります。
すべてのデバイスには臨界電圧があり、その電圧を超えると動作不能になったり、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。寿命の大半を電源に接続して使用するように設計されたデバイスでは、これはそれほど問題になりません。しかし、臨界電圧はデバイスやバッテリーによって異なり、Appleに限ったことではありません。
こうした状況に至った経緯についてですが、AppleはiOSに何らかの対策を講じ、この曲線の影響を軽減することにしました。これは後に問題となりました。Appleは2017年2月にiOS 10.2.1をリリースし、シャットダウンに関する修正を実装しました。具体的には、スマートフォンに負荷がかかっている際にCPUクロックを一時的に下げ、デバイスの電圧需要を、スマートフォンがランダムにシャットダウンする可能性のある臨界電圧よりも低く抑えるというものでした。
バッテリーの化学的劣化という避けられない現実にもかかわらず、Appleはパッチで何を行っ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。リリース当時、Appleはランダムシャットダウンの問題を修正したとだけ発表していましたが、古い機種のベンチマークテストでパッチの影響が明らかになったのです。
Appleは2017年12月、シャットダウン防止のためにソフトウェアの一部変更が行われたことを認め、謝罪し、保証期間外のバッテリー交換を29ドルに値下げしました。その結果、Appleは訴訟を起こした被害者に対し、いくらかの現金を支払わなければなりませんでした。
ここまで来たら、次は何をするのでしょうか?
バッテリーヘルスモニタリング機能の搭載は、今のところ良い点です。Macも理論上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の劣化ははるかに小型のモバイルデバイスほど早くはなく、臨界電圧に達するまでに時間がかかります。また、MacBook ProやMacBook Airをほとんどの期間、電源に接続して使用している場合、バッテリーが完全に消耗したとしても、OSが通知しない限り、そのことに気付かないかもしれません。
もちろん、時間の経過とともにどうなるかは分かりません。これは数秒とワット数の積み重ねが何年も続くゲームであり、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。とはいえ、今のところはCoconutBatteryのインストールを諦めるつもりはありません。
