モバイルデバイスにとって最も大きな制約は電力です。エンジニアたちはチップにトランジスタを詰め込む方法を模索し続けていますが、バッテリーは物理的な壁にぶつかっており、Appleのようなハードウェアメーカーはこれらの制約を回避するための独創的な解決策を生み出さざるを得なくなっています。
根本的な問題は、現在主流のバッテリーであるリチウムイオン電池が、特に安定していないことです。ニッケルカドミウムなどの古い技術に比べると比較的耐性はありますが、以下の要因によって寿命が短くなる可能性が非常に高いのです。
- バッテリーを完全に使い切る
- バッテリーを100%充電レベルに保つ
- バッテリーを熱くする
ユーザーは、バッテリーに関して、意識しているかどうかに関わらず、相反する二つの欲求を抱いています。短期的には、デバイスが常に充電され、すぐに使える状態であることを望んでいます。一日のうちに予想よりも早くバッテリーが切れてしまうことほどイライラすることはありません。長期的には、バッテリーの容量をできるだけ長く維持することを望んでいます。デバイスのバッテリー寿命を通常の日常使用レベルに戻すためにバッテリーを交換するのは、費用がかかり、面倒です。
これら相反する要望の両方を満たすために、Apple は一見矛盾する 2 つの技術を開発しました。その名の通り高速充電ですが、実際にはバッテリーの充電速度が遅くなる「最適化されたバッテリー充電」です。
一部の Apple デバイス (特に iPhone 8 以降、USB-C iPad モデル、14 インチおよび 16 インチ MacBook Pro モデル) は急速充電をサポートしており、30 分でバッテリーを最大 50% まで充電できます。
急速充電には、十分な出力の充電器と適切なケーブルが必要です。MagSafeやQiワイヤレス充電器では充電できません。各デバイスファミリーごとに、以下のものが必要です。
- iPhone: USB Power Delivery (USB-PD) に対応した 18 ワット以上 (iPhone 12 の場合は 20 ワット) の USB-C 電源アダプタと、USB-C - Lightning ケーブル
- iPad:少なくとも30ワットのUSB-C充電器とUSB-Cケーブル
- 14インチMacBook Pro:少なくとも96ワットの電源アダプタとThunderbolt、USB-C、またはMagSafe 3ケーブル、またはThunderbolt 3またはUSB-C経由で94ワットの電力供給が可能な外部ディスプレイ
- 16インチMacBook Pro: 140ワット電源アダプタとUSB-C - MagSafe 3ケーブル
急速充電は、アダプターからデバイスに供給される電力を増やすことで機能します。しかし、大きな電力には大きな発熱が伴うため、急速充電はバッテリー寿命を縮めると考える人もいます。しかし、Marques Brownlee氏によると、発熱を抑える様々な技術により、急速充電によるバッテリー寿命の短縮は、通常、ほとんど、あるいは全くないとのことです。
しかし、急速充電ではバッテリー残量を50%までしか充電できません。バッテリー残量が100%のまま長時間充電されることがないよう、Appleは最適化されたバッテリー充電機能を開発しました。
最適化されたバッテリー充電
バッテリーは100%の充電状態を好みませんが、ユーザーは一日を始める時にバッテリーが100%であることを望んでいます。Appleはどのようにそのバランスをとっているのでしょうか？iOS 13とmacOS 10.15.5 Catalina以降、Appleはバッテリー寿命を延ばすために最大充電量を減らす機能を提供しています。その1つが「最適化されたバッテリー充電」です。
最適化されたバッテリー充電では、機械学習を使用して、デバイスを最も頻繁に充電する時間と場所を推測し、100% にする必要があると判断されるまでバッテリーの充電を 80% に維持します。
TidBITS Talk で、David C. が Optimized Battery Charging について素晴らしい技術的説明をしてくれました:
Appleの最適化されたバッテリー充電機能は、この仕組みのバリエーションです。バッテリーの充電量が約80%に達するまで定電流充電を行います。その後、一定電圧で定電圧充電を行うのではなく、デバイスを充電器から取り外す直前に100%に達するように電圧を動的に選択します。例えば、使用履歴に毎朝8時に充電器から取り外すと記録されている場合、従来の定電圧充電器であれば午前2時に100%まで充電できるにもかかわらず、Appleは午前5時30分に100%まで充電しようとする可能性があります。
理論上、この機能は睡眠中に作動するため、ほとんど気づかないはずです。iPhoneの「最適化されたバッテリー充電」について、Appleは次のように述べています。
iPhoneはデバイス内の機械学習を使用して、毎日の充電習慣を学習します。そのため、iPhoneが充電器に長時間接続されると予測された場合にのみ、「最適化されたバッテリー充電」が起動します。このアルゴリズムは、iPhoneが充電器から外れた場合でも、常にフル充電状態を維持することを目指しています。
最適化充電は、自宅や職場など、最も多くの時間を過ごす場所でのみ作動するように設計されています。旅行中など、使用習慣が変動する場合には、この機能は作動しません。
最適化されたバッテリー充電は場所に依存いたします。iPhone で動作させるには、次の設定を有効にする必要があります。
- 設定 > プライバシー > 位置情報サービス > 位置情報サービス
- 設定 > プライバシー > 位置情報サービス > システムサービス > システムのカスタマイズ
- 設定 > プライバシー > 位置情報サービス > システムサービス > 重要な場所 > 重要な場所
iPhoneで「最適化されたバッテリー充電」が有効になっていると、画面に通知が表示されます。通知をスキップしてバッテリーをフル充電するには、通知を長押しし、「今すぐ充電」をタップしてください。「設定」>「バッテリー」>「バッテリーの状態」で「最適化されたバッテリー充電」をオフにすることもできますが、毎日フル充電に満たない状態で一日を始めない限り、オフにするのはお勧めできません。
Macノートパソコンでは、「最適化されたバッテリー充電」の動作が若干異なります。ノートパソコンを定期的に電源に接続したままにしておくと、バッテリーが長時間100%で保持されるのを防ぎます。メニューバーのバッテリーアイコンをクリックすると、「充電保留中」と表示されることがあります。その場合は、「今すぐフル充電」を選択すると、「最適化されたバッテリー充電」を無効にして、残りの充電を行うことができます。
この機能をオフにするには、「システム環境設定」>「バッテリー」>「バッテリー」に移動し、「最適化されたバッテリー充電」のチェックを外します。この機能は永久に無効にすることも、1日だけ無効にすることもできます。繰り返しますが、この機能が頻繁に問題になる場合を除いて、この操作は行わないでください。
私たちの知る限り、iPad は最適化されたバッテリー充電をサポートしていません。
バッテリーヘルス管理
iPhoneとiPadには、最適化されたバッテリー充電機能に加え、デバイスが常に電源に接続されている場合にバッテリーの最大充電容量を一時的に低下させる充電管理機能が搭載されています。Appleは次のように述べています。
iOS 11.3以降を搭載したiPadおよびiOS 12以降を搭載したiPhone XS、iPhone XS Max、またはiPhone XRには、バッテリーの状態を維持するための充電管理機能が搭載されています。この機能は、これらの充電状況でデバイスが使用されているかどうかを監視し、必要に応じてバッテリーの最大容量を減らします。バッテリーインジケーターには、この調整された最大容量に基づいて充電率が表示されます。iPadまたはiPhoneが長期間電源に接続されていない場合、および状況とバッテリーの状態が許せば、最大容量は調整前のレベルに戻ります。
iPhone や iPad では、この充電管理機能は自動的に行われ、オフにすることはできません。
AppleはMacの同様の機能を「バッテリーヘルス管理」と呼んでいます。これはM1ベースのMacとIntelベースのMacで動作が若干異なります。M1ベースのMacでは、macOSはバッテリーの寿命を延ばすために、バッテリーの最大充電容量を一時的に減らします。
バッテリーヘルスマネジメントは、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、バッテリーの最大充電量を一時的に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、バッテリーの摩耗や化学的劣化を軽減できます。
M1ベースのMacではこの機能を無効にすることはできませんが、IntelベースのMacではシステム環境設定 > バッテリー > バッテリー > バッテリーの状態を開き、「バッテリー寿命を管理」のチェックを外すことで無効にできます。繰り返しになりますが、通常は無効にしないことをお勧めしていますが、特定の時間に必要なレベルまで充電できない場合は、無効にしてもよいかもしれません。
結局のところ、バッテリー技術がデバイスの計算能力と足並みを揃えて進化していないのは残念なことだが、Apple が処理能力の一部を使ってバッテリーの能力を最大限に活用しているのはうれしいことだ。