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【検証】MacBookAirの電池を長持ちさせる方法は? ~リチウムイオンバッテリー長寿命化のノウハウ~ [MBA購入 その4]  [MacBookAirを買ってみました]

アップルappleのiPod、iPad、iPhone、Mac Bookの電池を長く使うためのノウハウを集めてみました。MacbookAir用バッテリーやUSBモバイルバッテリーの紹介も。
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バッテリーの劣化を極限まで抑えるためのノウハウ!

マックブックエアは外で持ち運んで使うことを想定したノートパソコンなので、バッテリーの劣化を最小限にして、できる限り長い時間使いたいもの。

このパソコンは一般的なウインドウズのノートパソコンとは異なり、バッテリーを外して簡単に交換することができません。ですから、バッテリーの持続時間が短くなってしまうと、「外出時に長く使える」というこのパソコンの長所が活かせなくなってしまいます。
  
   
これまで使ってきたウインドウズのノートパソコンは、いずれも使っているうちに電池が劣化して内蔵電池での使用時間が極端に短くなってしまいました。
  
かといって電池の寿命をのばすために特別な工夫をしていたわけではありません。
  
  

MacBookAirをアップルストアに持ち込めば有償(12,800円)で電池を交換してもらえますが、今回は 本気で電池の劣化を抑えたい![手(グー)] ・・・と考え、電池を長持ちさせるためのノウハウを調べはじめました。

【参考】MacBookAirのバッテリー交換プログラム(Appple)価格は12,800円。アップルストアに予約後、店に持ち込んでその場で交換。HDD内のデータに影響なし。(データは消えません)
調査を進めていくと、アップルの製品(iPod、iPad、iPhoneなど)に使われている電池はどれもATL(新能源)製のリチウムイオンポリマー2次電池であることが分かりました。
  
よって、ここで紹介するノウハウはMacBookAirのみならず、iPod、iPad、iPhoneにもあてはまります。

また、最近のモバイル機器に使われているリチウムイオン二次電池はどれも基本構造が同じなので、ここで紹介する【電池を長持ちさせるコツ】を実践すれば、電池の寿命が伸びるはずです。

 


 MacbookAirのバッテリーは充電回数に対して直線的に容量が低下していきます。極端に悪くなることがないので、電池に負荷をかけすぎないよう、電池がうまく管理されていると考えられます。

【2016年9月24日追記】 

 MacbookAir 13インチ(Mid2011モデル)を購入後、ちょうど5年が経ち、さすがに電池が劣化したので、アップルストア銀座で有償交換してもらいました。(消費税込み15,984円)

CoconutBattery」のアプリを使って電池容量の記録を取っていたので、グラフ化してみました。

 

バッテリー交換その1.jpg

図1.日付と電池容量の関係

Apple製品の電池劣化挙動◆iPhoneの電池の劣化グラフ◆iPhone6の電池の劣化挙動◆iPadの電池の劣化挙動◆MacBookの電池の劣化◆ 

バッテリー交換その2.jpg 

図2.充電回数と電池容量の関係

 

携帯電話のリチウムイオン電池の容量維持率の基準として「500サイクルで容量維持率80%以上」という目標値があります。AppleCare+の電池交換基準も設計容量の80%が基準です。(関連記事

手持ちのMacbookAirの当初の満充電容量が 6604mAh なので、6604×0.8= 5283mAh が500回充放電した際の容量維持率目標値になります。だいたいこの目標値程度の劣化具合です。

このペースで1000回充放電させると3962mAhが目標値なので、図2のグラフの傾向からほぼ設計通りの電池劣化傾向を示していることが読み取れます。

昔のノートパソコンは2年も使うと電池容量が極端に低下して短時間しか使えなくなるのが普通でしたが、Appleは電池制御に関して かなり厳密に管理していると感じました。

 

ちなみに、購入時は満充電容量が 6604mAh だったのですが、2016年9月に電池交換してみると、 7487mAh に増加していました。(約13%の容量アップ)

バッテリー単独で7時間強使えることになります。

これは嬉しい誤算[わーい(嬉しい顔)] 

 

 

afterreplacecapacity.jpg 

2016年9月にバッテリー交換後の容量(7487mAh) 

 

 購入直後のバッテリー容量は「6604mAh」でした。

06initial_charge_capacity_m.jpg

 

 

 



  
【ずばり、電池を長持ちさせるコツは?】

・・・?

  リチウムイオン二次電池を長持ちさせるためのコツは以下の3つ。

 

 1.高温状態(35℃以上)を避ける


 2.満充電状態を避ける


 3.放電状態での放置を避ける

 


「電池を長寿命化させる」ノウハウに関しては、電池の性質まで掘り下げて考察している「日経パソコン」や「日経エレクトロニクス」の特集記事がとても参考になりました。

 

また、アップルのホームページでも高温下での使用するとバッテリーにダメージを与えてしまうと指摘されています。

 
その他、リチウムイオン電池の専門書やネット上の記事を広く調査した結果、上に挙げた1~3の項目を守ることによって、電池の劣化を最小限に抑えられることが分かりました。

 

 

以下、その理由について解説します。

    
 
    
【1.なぜ高温にしてはいけないのか?】

電池の中では充電や放電時に化学反応が起きています。

電池が高温状態さらされると、電池の中で好ましくない反応(不可逆な反応)が起こり、反応物が電池内の電極板(正極、負極)の結晶などに徐々に付着していくために、電気をためる役割を持つリチウムイオンの格納量(=充電/放電の容量に相当)がだんだん減ってしまいます。

そのために、反応が進んでいくにつれてリチウムイオンの電池の容量が少しずつ低下してしまいます。


このような電池劣化反応を起こさないために、電池を高温の雰囲気に放置することを避ける必要があります。

   
  
  
電池が高温状態にさらされるシチュエーションはいくつかあります。
  
① 夏の車内(特に直射日光のあたるダッシュボードはかなりの高温になります)

② 毛布や布団の上(CPUの排気部が塞がれるとあっという間に熱くなります)

③ オフィスの机の上(高負荷状態で使い続けると、パソコン本体が熱くなります)
   

 

具合の悪いことに、電池の劣化につながる電池内部の反応は、フル充電状態だとさらに反応が促進されてしまう、という性質があります。そのため、オフィスで一般的に使われているように、ずっとACアダプターにパソコンをつなげて使い続ける方法自体がパソコンの電池の劣化を引き起こしていることが分かりました。

ほかにも知らず知らずのうちにバッテリーを高温状態にしてしまうことがあります。

 

わたしはスポーツクラブに通っています。先日、サウナの中で携帯電話をかけている人を見かけました。
その時のサウナ室の温度計は・・・110℃を指していました![がく~(落胆した顔)]

冬はコタツが恋しい季節ですが、ポケットに携帯を入れたままこたつに入って寝てしまうと、携帯電話が高温になることも。。。[あせあせ(飛び散る汗)]

 

 

なお、ATLのHPにある電池のスペックシート(仕様表)(←現在は消去されています)によれば、電池の動作温度は以下のようになっています。(このスペックシートはMacBookAir用の電池ではありませんが、他の電池の特性も電池容量以外は同じだったので参考にしました。)

 

 充電 ? 10 45℃
 放電 -20
60℃
 保存 -20 45℃

 

高温側の温度に着目すると、放電(=バッテリー単独で使用する場合)は 60℃ が上限ですが、充電する場合は上限が 45℃ に下がっています。

 

一方、アップルのHPでは「快適に動作する温度範囲は10℃~35℃、保管場所の温度範囲は-25℃~45℃」と説明されています。

    
 
気をつけなければならないのは、機器の外から触れた電池収納部の温度よりも電池本体の温度の方が高くなっていること。充電するだけでも電池は熱くなりますが、あまりにも熱いようであればしばらく冷ましてから使った方がよい、とアップルのホームページでも説明されています。
 

 

    
【2.なぜ満充電状態を避けなくてはいけないのか?】

リチウムイオン電池は充電していくと電圧が高くなり、通常は4.2V以上に高くならないよう、電源制御回路による制限がかかります。

   
MacBook Airで使われているATL製のバッテリーの仕様も4.2Vが上限となっています。

リチウムイオン電池は電圧が高いほど電池劣化の反応が起きやすくなる性質があります。さらに、上で触れたように「温度が高いと劣化反応が促進される」ので、「電池温度が高い」?「満充電状態(100%充電)」の状態が掛け合わされると、電池にとっては最悪の環境になってしまうわけです
  

   
高温状態下で、コンセントにつないだACアダプターにパソコンをつなぎっぱなしのまま使っていれば、確実に電池は劣化することになります。
  
  

MacBookAirの電池の充電容量と電圧の関係について、自分の手持ちのマックブックエアでデータを取って調査したところ、充電率80%に達するとそれ以上は充電電流を下げて、電圧が4.2V以上まで上がらないように制御していることが分かりました。

(詳しくは、下記の【参考データ】をご覧ください)

 

 


 

 

【参考データ:MacBook Airの充電挙動について】

MacBook Airの充電はどのような設定で行われているのでしょうか?

ネット上を調べてみましたが、残念ながら詳細なデータがありません。

そこで、買ったばかりの自分のMacbook Airを使い、データを集めてみました。


【データ採取条件】

  
対象:マックブックエア(13インチモデル、2011年7月発売モデル)。

    購入後2回充電。(ほぼ新品状態)

データ採取方法:残容量5%の状態からACアダプターを接続し、電流と電圧をモニターしたあとでスリープ状態にする。10分おきにスリープから復帰させてデータをモニターし、再びスリープ状態で充電・・・を繰り返す。満充電(100%充電)になったら測定終了。

 

バッテリーの状態は、 左上のリンゴマーク>「このMacについて」>「詳しい情報」>「システムレポート」 のウインドウ中の「電源」の項目に数値が出ています。

 

09battery_information_macbo.jpg
   
ウインドウの画面。「アンペア数」が電流値、「電圧数」が電圧。
  
リチウムイオン電池が2個直列につながっているので、1つのセルあたりの電圧はこの数字の半分になります。
  
   
   
   
  
  
11battery_measurement.jpg
  
データを取っているところ。
??    
キッチンタイマーを使って10分おきに数字をメモしていきます。
データをエクセルに打ち込んでグラフを作ってみました。
   
   
  
   
   

 

03volt_DOC_lithiumionbatter.jpg
    
図1.充電時間と充電率の関係
   
  

図1に充電時間と充電率の関係を示します。充電率は開始当初から80%程度までは 10分あたり 充電率10% のペースで上昇し、充電率80%を過ぎると、上昇がゆるやかになります。

80%→90%の充電ではそれまでの倍の20分、90%→100%の充電ではさらに倍の40分を要しています。

 

(2015年4月追記)

AppleのHPにあるリチウムイオン電池の解説において、以下の表記が追加されていました。

「Appleのリチウムイオンバッテリーは、バッテリー容量の80%までは高速充電し、その後、低速のトリクル充電に切り替わります。最初の80%に達するまでの時間は、設定方法と充電しているデバイスの種類によって異なります。この複合的な充電プロセスが、デバイスをより短時間で外に持ち出せるようにするだけでなく、バッテリーの耐用年数も延ばします。」(「なぜリチウムイオン電池なのか?」(Apple公式HP))

 

 
  
   
  
05time_volt_current_lithium.jpg
   
  
図2.充電率と電圧・電流の関係
   
   

図2は充電率と電圧および電流の関係です。充電を開始すると電圧が急激に上昇し、一定の電流値で充電が進行します。電圧が4.0V付近を超えると電流が急速に減衰していきます。

 

電流を過大に流すと電圧が一気に上がります。前に触れたように、リチウムイオン2次電池は電圧が4.2Vを超えると過充電状態になり、急激に劣化反応が起こって電池が壊れてしまいます。

 

電池の電圧上昇を抑えて一定にするためには、電流を少しずつ絞って少なくするしかありません。満充電状態に近づくと電圧が制限電圧(4.2V)にかなり近づくため、充電電流をグッと絞ってソロソロと充電するようになります。そのために、満充電に近づくと充電のペースが落ちます。

図2の充電挙動をみると、MacBook Airでは、電池の設計上限電圧である4.2Vより少し下の電圧になるよう制御しているようです。

 


電池は不可逆な副反応を起こして劣化していきます。温度が高くなると、反

     応速度が上がります。

【では、電池の劣化を防ぐには?】

  

電池の劣化を抑えるためには、満充電状態や反応性の高い電圧領域を避ければよいことになります。

   
これは電池関連のサイトやリチウムイオン二次電池の専門書でも繰り返し強調されていました。

 

わたしは以下の方法を試すことにしました。

 

① パソコンはなるべくACアダプターから外し、電池単独駆動で使用する。


     
② 充電する際には最高充電率を常に80%以下にキープする。

   
 
残念ながら、Macには充電容量を制御するソフトがありません。。。[ふらふら]

 

充電容量を狙ったとおりに設定するために、タイマーを利用する手があります。

?  
MacBookAirでは、充電率が80%になると4.1Vに達します。電池関係の資料や文献から、4.2Vで充電するより4.1Vで充電する方が電池へのダメージが少ないことが示唆されています。

また、80%以下の充電領域であれば「10%充電するのに10分かかる」ことが分かりました。

そこで、例えば残りの電池容量が20%の時に80%まで充電したい時は、80%-20%=60%充電すればよいので、60分間ACアダプターで充電すれば80%まで充電できる、と計算できます。
 

   
電池の充電率を80%に制限することに関しては、日経エレクトロニクスの記事でも推奨されています。

電池の充放電サイクル寿命をのばすだけでなく、電池が危険な状態に陥る過充電も防止できることから、「充電率を最大80%に制限することは、電池の安全性確保にとっても非常に有効」とのことです。(「燃えない電池」日経エレクトロニクス 2007年2月26日号 P.95)

 

Windowsのパソコンではこの「80%」に充電率を制限するソフトが入っているものがあります。

 

例えば、2011年秋に発売された東芝製の「Ultrabook」である「R631」では、『プリインストールされている「東芝バッテリーマネージャー」に搭載されている「eco充電モード」を使用すれば、満充電の8割で充電をストップしてくれるので、バッテリー寿命に影響する過充電も防げる。』と紹介されています。(→引用元ページ

 

 


過放電 電池は放置していて空になってしまうと、一気に劣化します。少し充電した状態で保管しなくてはなりません。

 

 

   
【3.なぜ放電状態で放置してはいけないのか?】

 

放電状態では上の1.や2.で説明したように電池の劣化反応が起こりにくいシチュエーションなので、保管にそれほど気を使わなくてもいいように思われるかもしれません。

 

ところが電池は電源を切った状態でも電池が少しずつ容量を消費していく現象(=自己放電現象)を起こすため、電池残量が極端に少ない状況で放置すると、充電容量が0%を切ってしまいます。(これを「過放電」といいます。)

過放電になると、電極に使われている金属箔が溶け出し、最悪の場合は溶けた金属が析出して電池の正極と負極がショートしてしまいます。こうなると電池はもう使えません。

よって、放電する際には「過放電」のリスクを避けるため、20%程度容量を残しておくのが得策です。

なお、残容量が少ないほど、また温度が低いほど自己放電が少なくなる、という解説がありました。

 

例1:25℃で一年間保管する場合、充電率40%の状態で保管すると自己放電で容量が4%低下するのに対し、充電率100%の状態だと20%も低下しています。

How to Prolong Lithium-based Batteries(リチウムイオン電池の寿命をのばす方法)(英語)

 

例2:リチウムイオン電池は保存状態により劣化の程度が変化します。満充電に近く、保存温度が高いほど容量劣化が大きくなります。 たとえば充電量が30%以下で、保存温度が15℃以下であれば、1年間の保存でも数%の容量劣化で収まります。 一方、満充電で45℃で保存すると、6ヶ月でも場合によっては60%程度の容量レベルにまで劣化することもあります。

【メモリー効果と継足し充電】(株式会社ベイサン)

 

 


アップルで紹介されている電池関連のノウハウ

【アップル公式HP:バッテリー関連のサイト】

   

 ・ リチウムポリマーバッテリーについて
   

 ・ノートブックのバッテリーを最大限に長持ちさせるためのヒント

 

 

・バッテリー電力を最大限に活用する方法のアドバイス

 いずれのデバイスでも、最適な温度範囲は16?22℃。?


ノートブックコンピュータ編
快適に動作する温度範囲は10℃~35℃、保管場所の温度範囲は-20℃~45℃と説明。
   

iPad編
バッテリー性能にダメージを与える最大の敵は、高温です」と表記。
快適に動作する温度範囲は0℃~35℃と説明。ノートブックよりも利用可能温度が低温側に-10℃広がっています。

 

iPhone編
バッテリー性能に最もダメージを与える原因は高温です。そのため、iPhoneを直射日光の下や高温になる車の中(ダッシュボードなど)に放置しないことがまずなにより重要です。」と説明。

また「iPhoneをキャリングケースに入れたまま充電すると、余分な熱が発生し、バッテリー容量に影響を与える恐れがあります。充電中にiPhoneが熱くなりすぎたら、まずケースから取り出しましょう。」という注意も。

 

iPod編
バッテリー消費を抑えるヒントが載っています。  
    

バッテリーの調整:macbook Airはバッテリー調整が不要。バッテリー調整が必要なモデルは、Powerbook G4、MacBook ProおよびMacBook(2009年以前のモデル)    


 

 

以上、電池を長く使うためのコツを3つ挙げて、それぞれの理由を紹介させていただきました。
  
  
  

電池へのダメージを極力抑えるためには、機器を使う場所の温度に気を使わなくてはならない、一回あたりの電池の使用時間が短くなる、充電時にタイマーをかけてひと手間かけなくてはならない、といっためんどうなところはありますが、これで電池の寿命がグッと伸びるのであれば仕方がないですね・・・[ふらふら]

しばらくこの方法でやってみて、電池の劣化がどの程度になるのか、いずれ追加でレポートしたいと思います。?

 

 

<2011年12月11日 追記 >

約一ヶ月半(通算26回充電後)使用したタイミングで、購入時と比較してどの程度電池が劣化しているか確認したところ、たったの0.2%しか低下していませんでした。

詳細については、以下の記事をご覧ください。

 ・ 【経過報告】MacBook Air:一ヶ月半使用後のバッテリー劣化状況を調べてみると・・・

 

 


  

 

 

ページが煩雑になってしまうため、本ページを作成するにあたって調査したサイトや本のリストを下記【参考】のページにまとめておきました。

電池の劣化現象について、もっと深く知りたい方はどうぞ。

 

 ・ 【参考】リチウムイオン二次電池の劣化に関する調査メモ

 リチウムイオン二次電池(バッテリー)の寿命をのばすために、いかにして電池の劣化を防いだらよいか。具体的な解決方法を示しました。

バッテリーの劣化や摩耗は不可避な現象とはいえ、できる限り耐用年数を伸ばして長く使いたいもの。バッテリーの交換やメンテナンス方法リチウムポリマーバッテリー     


   
MacBook用の予備バッテリー モバイルバッテリー サードパーティ製
【もし電池駆動時間で足りない時は・・・】
    
   
MacBook Airをコンセントがない場所で長く使いたい場合は、予備バッテリーを調達しなくてはなりません。
 
最近は大型モバイルバッテリーが安くなったので、Mac用の充電ケーブル+大型バッテリーの組み合わせにより、MacbookAirやMacbook Proに充電できます。
   
   

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・充電ケーブル Magsafe2(新しいタイプの電源コネクター)  価格 3,980円

 

・大容量バッテリー (上記ケーブルと組み合わせて使います)  価格 9,450円

モバイルバッテリー 大容量 21000mAh タブレットPC スマートフォン

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  • メディア: エレクトロニクス

 

 

→こちらは 10,800円

 イフォンに最適な増設バッテリーの比較。電池の持ちが良い、劣化が少ない。

iPhone4 アップグレードしてOS4.3.1にすると発生する問題 電池の消費が激しい。気づかないうちに作動しているアプリがバッテリーを消費している。電池の持ちが悪い。電池残量を常にチェックするようになった。スマートフォン・アンドロイド携帯は電池消耗が激しいので、別売りの電池パックを携帯していざというときの電池切れに備えています。


iPhone、アンドロイド携帯の電池は消費が激しく、すぐ電池切れになってしまうので、モバイルバッテリー充電器はいまや必須のアイテムになっています。

【スマートフォン・モバイル機器向けの電源パック】

最近のモバイルバッテリーは安くなりました。

人気はCheeroとAnker。

・容量13400mAh 価格3,480円?

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  • メディア: エレクトロニクス

 

・容量16000mAh 価格3,999円

 

 

参考までに、マックブックエアの電池容量と比べてみました。

MacbookAir11インチのバッテリーは35Wh、13インチのバッテリーが 50Wh。

リチウムイオン電池の平均電圧が3.7Vですので、WhをVで割るとAhの単位になります。これより、11インチモデルの電池容量が約9460mAh、13インチモデルの電池容量が約13500mAhとなります。どちらもMacbookAirより電池容量が大きいです。

携帯用の大型バッテリー。iPhoneとの接続ケーブル付属。

    


     

     ?

【追記】タイマーを使っています

 

21adapter.jpg
  
家に使っていないタイマーがあったので、充電時に使うようにしてみました。
? 
毎日決まった時間だけオンになるよう設定しています。
コンセントに接続できるダイヤルタイマーを使って規定時間充電するようにセット。
満充電状態を短くして、バッテリーの劣化を少なくします。
  

・・・?
<Amazon>
    
  
・ ダイヤルタイマー
  
WH3101WP ダイヤルタイマー 11時間形 ホワイト

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WH3111WP ダイヤルタイマー 11時間形1mコード付 ホワイト

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  • 出版社/メーカー: パナソニック電工
  • メディア: Personal Computers
  
   
   
  
   
   

 


 

 

 

<当ブログ内 MacBook Air 関連サイト>

 

◎ Macbook Air - 電池関連 -

 

 ・【経過報告】MacBook Air:一ヶ月半使用後のバッテリー劣化状況を調べてみると・・・

 ・ 【iPhone6 バッテリー交換】自己責任でアイフォン6の電池を交換/タッチパネルを外さずにバッテリー交換する方法(動画あり) 

 

◎ MacBook Air - その他 -

 
 
  
 
  
 
 
  
 
 

 

 ・【実録】少ない投資でWindowsのソフトをMac上で動かしたい!?「CrossOver Mac10」は便利!?


 ・【レビュー】Mac Book Air 13inchモデル(mid 2011)を買いました&おすすめの解説本?

 

 


 

 

マックブックエアー MacBook Air 人気のマックパソコン

 Macbook Airは2012年6月に新型モデルが登場したため、2011年7月発売モデル(mid2011)は大幅に値下がりしています。

◎ Mac Book Airi MD223J/A MD224J/A MD231J/A MD232J/A

<2012年6月発売モデル>?

・11インチモデル?

・・・・・・?
?
   
・13インチモデル
 ?

・・・・・・?購入?

 

<2011年7月発売モデル>?

・11インチモデル

・・・・・・Macbook Airは2011年7月に発売されたモデルから1年を経過しない2012年6月に新たなモデルが登場。全体のデザインや液晶、キーボード、SSD容量の仕様は変わらず、CPU、ビデオカードの能力増強、USB3.0採用といった点が新たに増強されたポイント。13インチのmacbookAirの方が電池容量が大きいのでバッテリー駆動時間が長くなっています。

・13インチモデル

・・・・・・

 

マックブックエアの保護シート、フィルム、ケース、バック、マジックマウスなど??

   
   
   

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