JP6612957B2 - バッテリ制御ｉｃ、バッテリパック及びその認証方法 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリ制御ＩＣ、バッテリパック及びその認証方法に関する。

ノートパソコン又は電動工具等の電子機器の電源として、充電可能な二次電池が使用されている。この二次電池は、電子機器と着脱可能であるバッテリパックに内蔵されていることが多くなっている。例えば、特許文献１には、電池パックを充電する技術が開示されている。また、特許文献２には、スマートバッテリを充電する技術が開示されている。

特許第３８３３６７９号公報 米国特許第６９７５０９２号明細書

近年、上記のような電子機器の普及に伴って、バッテリパックの非正規品（偽造品）が流通するようになってきている。電子機器に対してこのような非正規のバッテリパックを使用すると、過電流又は過熱が発生し、電子機器の故障が発生するおそれがあった。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、バッテリパックの認証方法は、バッテリパックとホストデバイスとの間で、共通鍵方式で第１の認証を行うステップと、前記第１の認証が成立したときに、前記バッテリパックが放電動作を行うことが可能となるように制御するステップとを含む。

なお、上記実施の形態の装置を方法やシステムに置き換えて表現したもの、該装置または該装置の一部の処理をコンピュータに実行せしめるプログラム、該装置を備えた撮像装置なども、本発明の態様としては有効である。

前記一実施の形態によれば、非正規のバッテリパックの使用を制限できる。

実施の形態１にかかるバッテリ認証システムを示す図である。 図１に示したバッテリ制御ＩＣの詳細を示す図である。 図１に示したバッテリ認証システムにおけるバッテリパックの認証処理を示すシーケンス図である。 図１に示したバッテリ認証システムにおける第１認証処理及び放電動作を実現する機能ブロック図である。 ホストデバイスとバッテリパックとの間で行われる第１認証処理の詳細を示すシーケンス図である。 図１に示したバッテリ認証システムにおける第２認証処理及び充電動作を実現する機能ブロック図である。 ホストデバイスとバッテリパックとの間で行われる第２認証処理の詳細を示すシーケンス図である。

以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（動作ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。

また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。

また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

＜比較例及びその課題＞
本実施の形態の説明に先立って、本実施の形態との比較例について説明する。
非正規のバッテリパックの使用を制限するため、バッテリパックが電子機器に装着されたときに、例えばＳＨＡ−１（Ｓｅｃｕｒｅ Ｈａｓｈ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ １）方式を用いた共通鍵方式によってバッテリパックの認証が行われる。そして、認証が成立し、バッテリパックが正規品であることが検証されると、バッテリパックの使用（充放電）が許可される。

認証の方法としては、例えばチャレンジ・レスポンス方式がある。チャレンジ・レスポンス方式では、例えば電子機器に内蔵された内蔵コントローラとバッテリパックに内蔵された制御ＩＣとで、データがやり取りされる。具体的には、電子機器からバッテリパックに対して、ランダムデータ（チャレンジデータ，乱数）が送信される。ランダムデータを受信したバッテリパックは、自身の保有する認証鍵（ここでは共通鍵）を使用して、ランダムデータから署名データ（レスポンスデータ）を生成し、電子機器に送信する。

電子機器は、自身の保有する認証鍵（ここでは共通鍵）を用いて同様の生成処理を行い、生成されたデータと受信した署名データとを比較する。そして、電子機器は、両者が一致したときに、バッテリパックが正規品であると判定される。つまり、このとき認証が成立する。この場合、バッテリパックの使用が許可される。

一方、ＳＨＡ−１を用いた共通鍵認証方式は、後述する公開鍵認証方式と比較してセキュリティ強度が低く、認証を突破されやすい。したがって、共通鍵認証方式を用いた認証では、非正規品であっても、認証が成立するおそれがある。その場合、非正規品のバッテリパックの使用が許可されてしまう。

これに対し、バッテリが電子機器に装着されたときに、例えばＥＣＣ（Ｅｌｌｉｐｔｉｃ Ｃｕｒｖｅ Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ：楕円曲線暗号）方式を用いた公開鍵認証方式によってバッテリの認証を行う方法がある。公開鍵認証方式は、共通鍵認証方式よりもセキュリティ強度が高いので、認証を突破されることが抑制される。認証の方法としては、例えば上述したようなチャレンジ・レスポンス方式が用いられる。

一方、公開鍵認証方式を用いると、認証に要する時間が長くなるおそれがある。また、コスト削減等のため、電子機器の内蔵コントローラは、価格及び性能の低いローエンドコントローラであることが多い。このようなローエンドコントローラを用いて認証を行うと、さらに認証に要する時間が長くなるおそれがある。このような問題点は、本発明者らによって見出された。

本実施の形態においては、以下で説明するような構成によって、上記の課題を解決することが可能である。つまり、公開鍵方式を用いて認証を行った場合よりも認証時間を短縮することが可能となる。また、共通鍵方式を用いて認証を行った場合よりもセキュリティ強度を向上させることが可能となる。

なお、「ローエンドコントローラ」とは、演算処理性能が低いコントローラのことである。「ローエンドコントローラ」とは、例えば１ＭＩＰＳ（Ｍｉｌｌｉｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）／ＭＨｚ以下程度の処理性能のＣＰＵを搭載したコントローラである。また、例えば、ローエンドコントローラは、８ｂｉｔ又は１６ｂｉｔ程度の性能のＣＰＵを搭載している。なお、実際には、周辺機能の有無等でローエンドコントローラの処理性能が異なるため、「１ＭＩＰＳ／ＭＨｚ」の数値はあくまでも目安である。したがって、この数値を多少上回る場合でもローエンドコントローラである場合があるし、逆に、この数値を多少下回る場合でもローエンドコントローラでない場合がある。

＜実施の形態１＞
以下、図面を参照しながら本実施の形態について説明する。

（バッテリ認証システム１）
図１は、実施の形態１にかかるバッテリ認証システム１を示す図である。図１に示すように、バッテリ認証システム１は、ホストデバイス１０及びバッテリパック２０を有する。ホストデバイス１０は、例えばノートパソコン等の電子機器である。バッテリパック２０は、ホストデバイス１０に着脱可能に構成されている。

バッテリパック２０がホストデバイス１０に装着されると、ホストデバイス１０の正端子ＴＭｐ１とバッテリパック２０の正端子ＴＭｐ２とが接続され、ホストデバイス１０の負端子ＴＭｎ１とバッテリパック２０の負端子ＴＭｎ２とが接続される。また、ホストデバイス１０（後述する内蔵コントローラ１００）及びバッテリパック２０（後述するバッテリ制御ＩＣ２００）は、バスＢＵＳ１を介して互いに通信可能に接続され得る。バスＢＵＳ１は、好ましくはＳＭＢｕｓ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｂｕｓ）である。バッテリパック２０がホストデバイス１０に装着されると、ホストデバイス１０の通信端子ＴＭｄ１とバッテリパック２０の通信端子ＴＭｄ２とが接続される。

（ホストデバイス１０）
ホストデバイス１０は、ＡＣ電源等の外部電源から電源を供給される。具体的には、電源プラグ１４がＡＣ電源のコンセントに接続されると、ＡＣアダプタ１２によって、ＡＣ電源がＤＣ電源に変換される。このＤＣ電源が、ホストデバイス１０に供給される。ホストデバイス１０は、外部電源から供給された電源によって、バッテリパック２０を充電することが可能である。一方、電源プラグ１４がＡＣ電源のコンセントに接続されておらず、ホストデバイス１０が外部電源から電源を供給されていない場合には、ホストデバイス１０は、バッテリパック２０から放電電流を供給されることによって、電源を供給され得る。

（内蔵コントローラ１００）
ホストデバイス１０は、内蔵コントローラ１００を有する。内蔵コントローラ１００は、ホストデバイス１０の電源の管理及びバッテリパックの認証を行うエンベデッドコントローラ（ＥＣ：Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）である。内蔵コントローラ１００は、マイコン、半導体集積回路又は半導体装置として構成され得る。

内蔵コントローラ１００は、ＣＰＵ１０２、メモリ１０４及びバスインタフェース１０６（バスＩＦ）を有する。ＣＰＵ１０２は、メモリ１０４に格納されたプログラムを実行して、電源の管理及びバッテリパック２０の認証のための制御を行う中央演算処理回路である。バスインタフェース１０６は、好ましくはＳＭＢｕｓインタフェース（ＩＦ）であって、内蔵コントローラ１００がバスＢＵＳ１を介してバッテリパック２０（後述するバッテリ制御ＩＣ２００）と通信を行うために必要な処理を行う。

さらに、後述するように、内蔵コントローラ１００は、バッテリパック２０が正規品であるか否かを認証するための処理を行う。そして、内蔵コントローラ１００は、バスＢＵＳ１を介してバッテリパック２０（後述するバッテリ制御ＩＣ２００）と通信を行って、バッテリパック２０の認証処理を行う。内蔵コントローラ１００は、認証処理を行うための認証用ソフトウェアライブラリを搭載している。ここで、この認証用ソフトウェアライブラリは、共通鍵方式及び公開鍵方式の両方の認証方式に対応している。本実施の形態においては、共通鍵認証方式としてＳＨＡ２５６方式を用い、公開鍵認証方式としてＥＣＣ方式を用いるが、これらに限られない。

また、内蔵コントローラ１００は、補助電源１０８を有している。ホストデバイス１０が外部電源から電源を供給されておらず、さらにバッテリパック２０が正規品であるか否かの認証が完了していない段階では、内蔵コントローラ１００は、補助電源１０８から電源を供給されることで、認証処理等の処理を行う。なお、補助電源１０８は、内蔵コントローラ１００に内蔵されているとしているが、内蔵コントローラ１００の外側から内蔵コントローラ１００に電源を供給するようにしてもよい。

（バッテリパック２０）
バッテリパック２０は、バッテリ２２及び配線基板２４を有する。バッテリ２２は、充電可能な二次電池等である。配線基板２４上には、バッテリ２２を制御するバッテリ制御ＩＣ２００、抵抗素子Ｒ１、放電スイッチ２６及び充電スイッチ２８が搭載されている。本実施の形態においては、バッテリ制御ＩＣ２００、放電スイッチ２６及び充電スイッチ２８はそれぞれ異なる半導体チップに形成されている。ただし、必ずしも異なる半導体チップでなくてもよい。

放電スイッチ２６は、ダイオードＤ１及びＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）等のトランジスタＴ１を有する。放電スイッチ２６は、バッテリ制御ＩＣ２００の制御によってオン状態又はオフ状態となる。放電スイッチ２６がオン状態となると、バッテリ２２からの放電電流がホストデバイス１０に供給される。このようにして、バッテリ２２は放電される。つまり、放電スイッチ２６は、バッテリ２２の放電をオンオフするための回路である。

充電スイッチ２８は、ダイオードＤ２及びＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタＴ２を有する。充電スイッチ２８は、バッテリ制御ＩＣ２００の制御によってオン状態又はオフ状態となる。充電スイッチ２８がオン状態となると、ホストデバイス１０から充電電流がバッテリ２２に供給される。このようにして、バッテリ２２は充電される。つまり、充電スイッチ２８は、バッテリ２２の充電をオンオフするための回路である。

（バッテリ制御ＩＣ２００）
図２は、図１に示したバッテリ制御ＩＣ２００の詳細を示す図である。説明のため、図２には、バッテリ制御ＩＣ２００の周囲の構成要素についても示されている。バッテリ制御ＩＣ２００は、例えば電池監視ＩＣ（ＦＧＩＣ：Ｆｕｅｌ Ｇａｕｇｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。バッテリ制御ＩＣ２００は、ＣＰＵ２０２、メモリ２０４、バスインタフェース２０６（バスＩＦ）、認証回路２０８、充放電制御回路２１０、電池電圧検出回路２１２及び電流積算回路２１４を有する。

ＣＰＵ２０２は、バッテリ制御ＩＣ２００の内部の他の構成要素の動作を制御する。メモリ２０４は、例えばフラッシュメモリ等の記憶装置である。メモリ２０４は、ＣＰＵ２０２を動作させるためのプログラムを格納する。さらに、メモリ２０４は、バッテリ２２の状態（例えばバッテリ２２の残量、温度等）を示すデータを格納し得る。

ＣＰＵ２０２は、メモリ２０４に格納されたプログラムを実行して、バッテリ２２の監視及び制御を行う中央演算処理回路である。さらに、ＣＰＵ２０２は、メモリ２０４に格納されたプログラムを実行して、バッテリパック２０の認証を行うための制御を行う。具体的には、後述するように、ＣＰＵ２０２は、バッテリパック２０の認証を行うために、認証回路２０８を制御する。また、ＣＰＵ２０２は、バッテリ２２の機能を有効とする（開放する）ために、充放電制御回路２１０を制御する。

バスインタフェース２０６は、好ましくはＳＭＢｕｓインタフェースである。バスインタフェース２０６は、バッテリ制御ＩＣ２００がバスＢＵＳ１を介してホストデバイス１０（内蔵コントローラ１００）と通信を行うために必要な処理を行う。

認証回路２０８は、バッテリパック２０が正規品であるか否かを認証するための認証用ハードウェアである。認証回路２０８は、ＣＰＵ２０２の制御によって、ホストデバイス１０（内蔵コントローラ１００）との間でバッテリパック２０の認証のための動作を行う。ここで、認証回路２０８は、共通鍵方式及び公開鍵方式の両方の認証方式に対応している。本実施の形態においては、上述したように、共通鍵認証方式としてＳＨＡ２５６方式を用い、公開鍵認証方式としてＥＣＣ方式を用いるが、これらに限られない。つまり、本実施の形態においては、１つの認証回路２０８が、共通鍵方式及び公開鍵方式の両方の認証方式で、認証に関する処理を行うように構成されている。これにより、共通鍵方式及び公開鍵方式それぞれについて別個の認証回路を設けることが不要となる。したがって、バッテリ制御ＩＣ２００の省スペース化を図ることが可能となる。

充放電制御回路２１０は、バッテリ２２の充電及び放電を制御する回路である。充放電制御回路２１０は、放電スイッチ２６及び充電スイッチ２８を制御するＦＥＴ制御回路としての機能を有する。充放電制御回路２１０は、ＣＰＵ２０２の制御によって、放電スイッチ２６及び充電スイッチ２８それぞれをオン状態又はオフ状態にするように制御する。具体的には、充放電制御回路２１０は、制御信号Ｓｇ１を用いて、放電スイッチ２６をオン状態又はオフ状態にするように制御する。また、充放電制御回路２１０は、制御信号Ｓｇ２によって、充電スイッチ２８をオン状態又はオフ状態にするように制御する。

さらに具体的には、充放電制御回路２１０は、トランジスタＴ１（ＭＯＳＦＥＴ等）のゲートに供給される制御信号Ｓｇ１を例えばローレベルからハイレベルにすることで、放電スイッチ２６をオン状態に制御する。これにより、バッテリ２２からの放電電流が、ダイオードＤ２及びトランジスタＴ１を介してホストデバイス１０に供給され得る。また、充放電制御回路２１０は、トランジスタＴ２（ＭＯＳＦＥＴ等）のゲートに供給される制御信号Ｓｇ２を例えばローレベルからハイレベルにすることで、充電スイッチ２８をオン状態に制御する。これにより、ホストデバイス１０からの充電電流が、ダイオードＤ１及びトランジスタＴ２を介してバッテリ２２に供給され得る。

電池電圧検出回路２１２は、バッテリ２２を構成する電池セルＢ１〜Ｂ４それぞれの電圧を測定する。この電圧測定結果は、デジタル信号に変換されてからＣＰＵ２０２に伝達される。ＣＰＵ２０２は、電圧測定結果をメモリ２０４に記憶する。

電流積算回路２１４は、抵抗素子Ｒ１の両端の電位差を測定することで、バッテリ２２の充放電電流値を測定する。この電流測定結果は、デジタル信号に変換されてからＣＰＵ２０２に伝達される。ＣＰＵ２０２は、電流測定結果をメモリ２０４に記憶する。

（バッテリ認証システム１の認証処理）
図３は、図１に示したバッテリ認証システム１におけるバッテリパック２０の認証処理を示すシーケンス図である。図３に示すように、実施の形態１においては、まず、第１段階として、ホストデバイス１０とバッテリパック２０との間で、共通鍵方式で第１認証処理が行われる（ステップＳ１０）。第１認証処理において認証が成立した場合には、バッテリパック２０において放電動作が行われる（ステップＳ１２）。

第１認証処理が終わった後、第２段階として、ホストデバイス１０とバッテリパック２０との間で、公開鍵方式で第２認証処理が行われる（ステップＳ２０）。第２認証処理において認証が成立した場合には、バッテリパック２０において充電動作が行われる（ステップＳ２２）。このように、本実施の形態においては、２段階の認証処理が行われる。第１認証処理及び第２認証処理については、以下で詳述する。ここで、公開鍵方式による認証処理は、共通鍵方式による認証処理と比較して時間を要する。言い換えると、Ｓ１０の処理時間は、Ｓ２０の処理時間よりも短い。

なお、この第１認証処理においては、ホストデバイス１０は外部電源から電源を供給されておらず、ホストデバイス１０の電源はオフの状態であるとする。そして、Ｓ１２の処理によってバッテリパック２０が放電動作を行うことで、ホストデバイス１０の電源が供給されることとなる。なお、Ｓ１０の第１認証処理においては、内蔵コントローラ１００は、内蔵された補助電源１０８から電源を供給されることで、第１認証処理を行う。一方、Ｓ２０の第２認証処理については、内蔵コントローラ１００は、補助電源１０８から電源を供給されることで第２認証処理を行ってもよいし、バッテリパック２０から供給された放電電流による電源によって第２認証処理を行ってもよい。

（第１認証処理及び放電動作）
図４は、図１に示したバッテリ認証システム１における第１認証処理及び放電動作を実現する機能ブロック図である。図４には、内蔵コントローラ１００及びバッテリ制御ＩＣ２００それぞれにおける機能ブロックが記載されている。

内蔵コントローラ１００において、第１認証プログラム１２０が実行される。第１認証プログラム１２０は、ＣＰＵ１０２がメモリ１０４に格納されたプログラムを実行することによって実現され得る。第１認証プログラム１２０は、ランダムデータ生成部１２２、共通鍵方式認証部１２４及び第１認証完了コマンド生成部１２６を有する。これらの動作については、図５を用いて後述する。内蔵コントローラ１００は、第１認証プログラム１２０によって、共通鍵方式で第１認証処理を行う。

また、バッテリ制御ＩＣ２００のＣＰＵ２０２によって、放電制御プログラム２２０が実行される。放電制御プログラム２２０は、ＣＰＵ２０２がメモリ２０４に格納されたプログラムを実行することによって実現され得る。放電制御プログラム２２０は、第１認証開始コマンド受信部２２２、第１認証動作指示部２２４、署名データ送信部２２６、第１認証完了コマンド受信部２２８及び放電動作指示部２３０を有する。これらの動作については、図５を用いて後述する。ＣＰＵ２０２は、放電制御プログラム２２０によって認証回路２０８に対して共通鍵方式で第１認証処理を行うように指示する。また、ＣＰＵ２０２は、第１認証が完了したときに、充放電制御回路２１０に対して放電動作を行うように指示する。

ここで、図４に示すように、共通鍵方式で行われる第１認証処理においては、ホストデバイス１０（内蔵コントローラ１００）及びバッテリパック２０（バッテリ制御ＩＣ２００）は、互いに共通の共通鍵Ｋｃに関する鍵情報を有している。第１認証処理においては、ホストデバイス１０及びバッテリパック２０（バッテリ制御ＩＣ２００）は、この共通鍵Ｋｃを用いて第１認証処理を行う。

図５は、ホストデバイス１０とバッテリパック２０との間で行われる第１認証処理（ステップＳ１０）の詳細を示すシーケンス図である。第１認証処理は、ホストデバイス１０において開始される。具体的には、ホストデバイス１０は、バッテリパック２０がホストデバイス１０に装着されたときに、第１認証処理を開始する。

ホストデバイス１０のランダムデータ生成部１２２は、ランダムデータ（乱数、チャレンジコード）ｍを生成する（ステップＳ１０２）。そして、ランダムデータ生成部１２２は、生成されたランダムデータｍを含む第１認証開始コマンドを、バッテリパック２０のバッテリ制御ＩＣ２００に送信する（ステップＳ１０４）。バッテリ制御ＩＣ２００の第１認証開始コマンド受信部２２２は、この第１認証開始コマンドを受信して、第１認証動作指示部２２４に出力する。このとき、第１認証動作指示部２２４は、ランダムデータｍを認証回路２０８に送信して、認証回路２０８に対して第１認証処理を行うように指示する。

バッテリパック２０において、認証回路２０８は、共通鍵Ｋｃを用いて、ランダムデータｍから署名データｓを生成する（ステップＳ１０６）。この署名データｓの生成は、例えばＳＨＡ２５６方式等の共通鍵方式で行われる。つまり、認証回路２０８は、共通鍵方式で第１認証処理を行うように構成されている。認証回路２０８は、生成された署名データｓを、バッテリ制御ＩＣ２００の署名データ送信部２２６に送信する。署名データ送信部２２６は、認証回路２０８から取得した署名データｓを、ホストデバイス１０の内蔵コントローラ１００に送信する（ステップＳ１０８）。

内蔵コントローラ１００の共通鍵方式認証部１２４は、バッテリパック２０から受信した署名データｓの検証を行う（ステップＳ１１０）。具体的には、共通鍵方式認証部１２４は、共通鍵Ｋｃを用いて、バッテリパック２０から受信した署名データｓの検証を行う。さらに具体的には、共通鍵方式認証部１２４は、ランダムデータ生成部１２２からＳ１０２で生成されたものと同じランダムデータｍを取得する。共通鍵方式認証部１２４は、共通鍵Ｋｃを用いて、ランダムデータ生成部１２２から取得したランダムデータｍから署名データを生成する。そして、共通鍵方式認証部１２４は、自身が生成した署名データとバッテリパック２０からの署名データｓとを照合する。そして、共通鍵方式認証部１２４は、照合の結果、両者が一致する場合、つまりバッテリ制御ＩＣ２００からの署名データｓが正規のものである場合には、第１認証が成立した（認証ＯＫ）と判定する。一方、共通鍵方式認証部１２４は、両者が一致しない場合、つまりバッテリ制御ＩＣ２００からの署名データｓが正規のものでない場合には、第１認証が成立しない（認証ＮＧ）と判定する。

第１認証が成立しない（認証ＮＧ）と判定された場合（ステップＳ１１２の「ＮＧ」）、ホストデバイス１０は、装着されたバッテリパック２０が非正規品である（エラー１）と判定する（ステップＳ１１４）。この場合、バッテリパック２０の使用が禁止される。したがって、バッテリパック２０の放電が禁止される。具体的には、このとき、ホストデバイス１０は、バッテリパック２０に対して放電を許可することを示すコマンドを何ら送信しない。したがって、バッテリ制御ＩＣ２００は放電スイッチ２６をオン状態に制御しないので、バッテリパック２０は放電動作を行わない。したがって、バッテリ２２からの放電電流はホストデバイス１０に供給されない。

一方、第１認証が成立した（認証ＯＫ）と判定された場合（ステップＳ１１２の「ＯＫ」）、内蔵コントローラ１００の第１認証完了コマンド生成部１２６は、第１認証完了コマンドを生成する（ステップＳ１１６）。この第１認証完了コマンドは、バッテリパック２０のバッテリ制御ＩＣ２００に対して、バッテリ２２の放電を許可する旨を指示するためのコマンドである。そして、第１認証完了コマンド生成部１２６は、バッテリパック２０のバッテリ制御ＩＣ２００に対して第１認証完了コマンドを送信する（ステップＳ１１８）。

第１認証完了コマンドを受信すると、バッテリパック２０は放電動作を行う（ステップＳ１２）。具体的には、第１認証完了コマンド受信部２２８は、内蔵コントローラ１００から第１認証完了コマンドを受信して、放電動作指示部２３０に出力する。このとき、放電動作指示部２３０は、充放電制御回路２１０に対して、放電動作を行うように指示する。充放電制御回路２１０は、放電動作指示部２３０（バッテリ制御ＩＣ２００）から放電動作を行う旨の指示を受け付けると、放電スイッチ２６をオン状態にする処理を行う。例えば、充放電制御回路２１０は、制御信号Ｓｇ１をハイレベルにすることで、放電スイッチ２６をオン状態にしてもよい。つまり、充放電制御回路２１０は、第１認証が成立したときに放電動作が可能となるように制御するように構成されている。これによって、バッテリパック２０は、放電動作を行う。このバッテリパック２０の放電動作によって、ホストデバイス１０に放電電流が供給され得ることとなる。これにより、ホストデバイス１０の電源をオンすることができる。

（第２認証処理及び充電動作）
図６は、図１に示したバッテリ認証システム１における第２認証処理及び充電動作を実現する機能ブロック図である。図４と同様に、図６には、内蔵コントローラ１００及びバッテリ制御ＩＣ２００それぞれにおける機能ブロックが記載されている。

内蔵コントローラ１００において、第２認証プログラム１４０が実行される。第２認証プログラム１４０は、ＣＰＵ１０２がメモリ１０４に格納されたプログラムを実行することによって実現され得る。第２認証プログラム１４０は、ランダムデータ生成部１４２、公開鍵方式認証部１４４及び第２認証完了コマンド生成部１４６を有する。これらの動作については、図７を用いて後述する。内蔵コントローラ１００は、第２認証プログラム１４０によって、公開鍵方式で第２認証処理を行う。

また、バッテリ制御ＩＣ２００のＣＰＵ２０２によって、充電制御プログラム２４０が実行される。充電制御プログラム２４０は、ＣＰＵ２０２がメモリ２０４に格納されたプログラムを実行することによって実現され得る。充電制御プログラム２４０は、第２認証開始コマンド受信部２４２、第２認証動作指示部２４４、署名データ送信部２４６、第２認証完了コマンド受信部２４８及び充電動作指示部２５０を有する。これらの動作については、図７を用いて後述する。ＣＰＵ２０２は、充電制御プログラム２４０によって認証回路２０８に対して公開鍵方式で第２認証処理を行うように指示する。また、ＣＰＵ２０２は、第２認証が完了したときに、充放電制御回路２１０に対して充電動作を行うように指示する。

ここで、図６に示すように、公開鍵方式で行われる第２認証処理においては、ホストデバイス１０（内蔵コントローラ１００）及びバッテリパック２０（バッテリ制御ＩＣ２００）は、互いに異なる鍵情報を有している。具体的には、内蔵コントローラ１００は公開鍵Ｋｐの鍵情報を有している。一方、バッテリ制御ＩＣ２００は、公開鍵Ｋｐに対応する秘密鍵Ｋｓの鍵情報を有している。第２認証処理においては、バッテリパック２０は秘密鍵Ｋｓを用いて第２認証処理を行い、ホストデバイス１０は公開鍵Ｋｐを用いて第２認証処理を行う。

図７は、ホストデバイス１０とバッテリパック２０との間で行われる第２認証処理（ステップＳ２０）の詳細を示すシーケンス図である。第２認証処理は、第１認証処理が完了した後（つまり第１認証が成立した後）、ホストデバイス１０において開始される。なお、第１認証処理と同様の処理については、適宜説明を簡略化する。

ランダムデータ生成部１４２は、ランダムデータｍを生成する（ステップＳ２０２）。そして、ランダムデータ生成部１４２は、生成されたランダムデータｍを含む第２認証開始コマンドを、バッテリ制御ＩＣ２００に送信する（ステップＳ２０４）。バッテリ制御ＩＣ２００の第２認証開始コマンド受信部２４２は、この第２認証開始コマンドを受信して、第２認証動作指示部２４４に出力する。このとき、第２認証動作指示部２４４は、ランダムデータｍを認証回路２０８に送信して、認証回路２０８に対して第２認証処理を行うように指示する。

認証回路２０８は、公開鍵方式で署名データを生成する（ステップＳ２０６）。具体的には、認証回路２０８は、秘密鍵Ｋｓを用いて、ランダムデータｍから署名データｓ，ｅを生成する。この署名データｓ，ｅの生成は、例えばＥＣＣ方式等の公開鍵方式で行われる。つまり、認証回路２０８は、公開鍵方式で第２認証処理を行うように構成されている。

ここで、ＳＨＡ２５６方式における署名データの生成処理とＥＣＣ方式における署名データ生成処理とで、演算の一部が互いに共通している。したがって、ステップＳ１０６の署名データ生成処理を行った認証回路２０８が、ステップＳ２０６における署名データの生成処理も行うことができる。言い換えると、バッテリ制御ＩＣ２００において、１つの認証回路２０８が、第１認証及び第２認証の２つの認証処理を行うことができる。これにより、２つの認証処理それぞれについて別個の認証回路を設けることが不要となる。したがって、バッテリ制御ＩＣ２００の省スペース化を図ることが可能となる。

認証回路２０８は、生成された署名データｓ，ｅを、署名データ送信部２４６に送信する。署名データ送信部２４６は、認証回路２０８から取得した署名データｓ，ｅを、内蔵コントローラ１００に送信する（ステップＳ２０８）。

公開鍵方式認証部１４４は、バッテリパック２０から受信した署名データｓ，ｅの検証を行う（ステップＳ２１０）。具体的には、公開鍵方式認証部１４４は、ランダムデータ生成部１４２からＳ２０２で生成されたものと同じランダムデータｍを取得する。そして、公開鍵方式認証部１４４は、公開鍵Ｋｐ及びランダムデータ生成部１４２から取得したランダムデータｍを用いて、署名データｓ，ｅの検証を行う。公開鍵方式認証部１４４は、検証の結果、バッテリ制御ＩＣ２００からの署名データｓ，ｅが正規のものである場合には、第２認証が成立した（認証ＯＫ）と判定する。一方、公開鍵方式認証部１４４は、検証の結果、署名データｓ，ｅが正規のものでない場合には、第２認証が成立しない（認証ＮＧ）と判定する。

第２認証が成立しない（認証ＮＧ）と判定された場合（ステップＳ２１２の「ＮＧ」）、ホストデバイス１０は、装着されたバッテリパック２０が非正規品である（エラー２）と判定する（ステップＳ２１４）。この場合、バッテリパック２０の使用については、放電のみが許可されて、充電が禁止される。具体的には、このとき、ホストデバイス１０は、バッテリパック２０に対して充電を許可することを示すコマンドを何ら送信しない。したがって、バッテリ制御ＩＣ２００は充電スイッチ２８をオン状態に制御しないので、バッテリパック２０は充電動作を行わない。したがって、ホストデバイス１０からの充電電流はバッテリ２２に供給されない。

一方、第２認証が成立した（認証ＯＫ）と判定された場合（ステップＳ２１２の「ＯＫ」）、第２認証完了コマンド生成部１４６は、第２認証完了コマンドを生成する（ステップＳ２１６）。この第２認証完了コマンドは、バッテリ制御ＩＣ２００に対して、バッテリ２２の充電を許可する旨を指示するためのコマンドである。そして、第２認証完了コマンド生成部１４６は、バッテリ制御ＩＣ２００に対して第２認証完了コマンドを送信する（ステップＳ２１８）。

第２認証完了コマンドを受信すると、バッテリパック２０は充電動作を行う（ステップＳ２２）。具体的には、第２認証完了コマンド受信部２４８は、内蔵コントローラ１００から第２認証完了コマンドを受信して、充電動作指示部２５０に出力する。このとき、充電動作指示部２５０は、充放電制御回路２１０に対して、充電動作を行うように指示する。充放電制御回路２１０は、充電動作指示部２５０から充電動作を行う旨の指示を受け付けると、充電スイッチ２８をオン状態にする処理を行う。例えば、充放電制御回路２１０は、制御信号Ｓｇ２をハイレベルにすることで、充電スイッチ２８をオン状態にしてもよい。つまり、充放電制御回路２１０は、第２認証が成立したときに充電動作が可能となるように制御するように構成されている。これによって、バッテリパック２０は、充電動作を行う。このバッテリパック２０の充電動作によって、バッテリパック２０は、ホストデバイス１０から充電電流を供給され得ることとなる。これによって、バッテリパック２０のバッテリ２２に充電がなされ得る。

なお、実際にホストデバイス１０からバッテリパック２０に充電電流が供給されるのは、電源プラグ１４がＡＣ電源のコンセントに接続され、ホストデバイス１０が外部電源から電源の供給を受けているときである。したがって、Ｓ２２の段階でホストデバイス１０が外部電源から電源の供給を受けていない場合は、バッテリパック２０は充電電流の供給はされないが充電可能な状態で待機することとなる。そして、ホストデバイス１０が外部電源から電源の供給を受けることとなったときに、バッテリパック２０は、充電電流を供給される。

＜比較例と実施の形態１との対比＞
上述した比較例のように公開鍵方式の認証方式のみを用いて認証を行うと、以下の問題が生じるおそれがある。すなわち、ホストデバイスが外部電源から電源を供給されていない場合には、ホストデバイスの電源をオンするためには、バッテリパックから電源の供給を受ける必要がある。しかしながら、公開鍵方式による認証方式では、バッテリパックがホストデバイスに接続されてからホストデバイスがバッテリパックから電源を供給されるまでに、長い時間を要する。特に、内蔵コントローラ１００にローエンドコントローラを採用した場合には、約３０秒程度という長い時間を要する。

一方、上述したように、本実施の形態においては、共通鍵方式による認証が成立した場合に、バッテリパック２０に放電を許可するように構成されている。ここで、共通鍵方式による認証処理の時間は、約０．５秒程度と短い。したがって、本実施の形態においては、比較例と比較して、バッテリパックがホストデバイスに接続されてからホストデバイスがバッテリパックから電源を供給されるまでの時間を短縮することが可能となる。また、内蔵コントローラ１００にローエンドコントローラを採用した場合でも時間を短縮することができるので、内蔵コントローラ１００にローエンドコントローラを採用することができ、内蔵コントローラ１００のコストを削減することが可能となる。

また、比較例で上述したように、共通鍵方式による認証処理によって充電を許可するようにすると、認証時間は短いものの、セキュリティ強度は公開鍵方式と比較して低い。バッテリパックが非正規品である場合、放電については、単に（非正規品の）バッテリパックから放電電流がホストデバイスに供給されるだけであるので、問題はあまりないと考えられる。一方、充電については、非正規品のバッテリパックに充電を行うと、過電流又は過熱が発生し、電子機器の故障が発生するおそれがある。したがって、充電を許可するための認証については、セキュリティ強度を高くすることが好ましい。本実施の形態においては、共通鍵方式よりもセキュリティ強度が高い公開鍵方式を用いた認証が成立した場合に、バッテリパックへの充電を許可するように構成されている。したがって、本実施の形態においては、充電の許可に対してセキュリティ強度を高めることが可能となり、非正規品（偽造品）の防止対策を向上させることが可能となる。

また、本実施の形態においては、第１認証が成立した後で、第２認証処理を行うように構成されている。言い換えると、本実施の形態においては、第２認証処理の前に、第１認証処理を行うように構成されている。外部電源から電源を供給されていないホストデバイス１０にとっては、まず電源を供給されること、つまりバッテリパック２０から放電電流を供給されることが必要である。言い換えると、バッテリパック２０の放電動作の方が、充電動作よりも、優先順位が高い。したがって、本実施の形態においては、優先順位の高い放電機能を素早く利用可能な状態とすることが可能となる。

＜変形例＞
なお、本実施の形態は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記の実施の形態に係る内蔵コントローラ１００及びバッテリ制御ＩＣ２００等の半導体装置では、半導体基板、半導体層、拡散層（拡散領域）などの導電型（ｐ型もしくはｎ型）を反転させた構成としてもよい。そのため、ｎ型、及びｐ型の一方の導電型を第１の導電型とし、他方の導電型を第２の導電型とした場合、第１の導電型をｐ型、第２の導電型をｎ型とすることもできるし、反対に第１の導電型をｎ型、第２の導電型をｐ型とすることもできる。

また、上述した本実施の形態においては、バッテリパックの認証方法として、第１認証及び第２認証においてチャレンジ・レスポンス方式を用いているが、これに限られない。バッテリパックを認証可能な方法であれば、他の方法でもよい。

また、本実施の形態においては、共通鍵認証方式としてＳＨＡ２５６を用いているが、これに限られない。同様に、本実施の形態においては、公開鍵認証方式としてＥＣＣを用いているが、これに限られない。なお、共通鍵認証方式及び公開鍵認証方式とで演算の一部が共通している場合には、１つの認証回路で２つの認証（共通鍵認証方式及び公開鍵認証方式）を行うことが可能となる。このような場合には、共通鍵認証方式及び公開鍵認証方式とで別個に認証回路を設ける場合と比較して、バッテリ制御ＩＣの省スペース化を図ることが可能となる。

さらに、本実施の形態においては、第１認証として共通鍵認証方式を用い、第２認証として公開鍵認証方式を用いているが、これに限られない。第１認証における認証方式は、第２認証における認証方式よりもセキュリティ強度が低くても処理速度が速いものであればよい。逆に言うと、第２認証における認証方式は、第１認証における認証方式よりも処理速度が遅くてもセキュリティ強度が高いものであればよい。

また、ホストデバイス１０は、ノートパソコン等の電子機器に限らず、内蔵コントローラ１００等のコントローラを内蔵可能な任意の電子機器としてもよい。例えば、ホストデバイス１０は、電動ドリル等の電動工具であってもよいし、電動バイクであってもよいし、ＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ；無停電電源装置）であってもよい。

また、上述した実施の形態においては、バッテリ制御ＩＣ２００においてＣＰＵ２０２が認証回路２０８及び充放電制御回路２１０を制御するとしたが、これに限られない。バッテリ制御ＩＣ２００において、ＣＰＵ２０２は必須の構成要素ではない。一方、ホストデバイス１０の内蔵コントローラ１００は、認証処理をソフトウェアで行うので、バッテリ制御ＩＣ２００と内蔵コントローラ１００とが通信を行う際に、ＣＰＵ２０２が各回路を制御した方が、より効率的である。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

１ バッテリ認証システム
１０ ホストデバイス
１００ 内蔵コントローラ
１０２ ＣＰＵ
１０４ メモリ
１０６ バスインタフェース（ＩＦ）
１０８ 補助電源
１２０ 第１認証プログラム
１２２ ランダムデータ生成部
１２４ 共通鍵方式認証部
１２６ 第１認証完了コマンド生成部
１４０ 第２認証プログラム
１４２ ランダムデータ生成部
１４４ 公開鍵方式認証部
１４６ 第２認証完了コマンド生成部
２０ バッテリパック
２２ バッテリ
２６ 放電スイッチ
２８ 充電スイッチ
２００ バッテリ制御ＩＣ
２０２ ＣＰＵ
２０４ メモリ
２０６ バスインタフェース（ＩＦ）
２０８ 認証回路
２１０ 充放電制御回路
２２０ 放電制御プログラム
２２２ 第１認証開始コマンド受信部
２２４ 第１認証動作指示部
２２６ 署名データ送信部
２２８ 第１認証完了コマンド受信部
２３０ 放電動作指示部
２４０ 充電制御プログラム
２４２ 第２認証開始コマンド受信部
２４４ 第２認証動作指示部
２４６ 署名データ送信部
２４８ 第２認証完了コマンド受信部
２５０ 充電動作指示部

Claims (12)

1. （ａ）バッテリパックとホストデバイスとの間で、第１の認証を行うステップと、
   （ｂ）前記第１の認証が成立したときに、前記バッテリパックが放電動作を行うことが可能となるように制御するステップと、
   （ｃ）前記バッテリパックと前記ホストデバイスとの間で、前記第１の認証よりセキュリティ強度が高い第２の認証を行うステップと、
   （ｄ）前記第２の認証が成立したときに、前記バッテリパックが充電動作を行うことが可能となるように制御するステップと
   を含むバッテリパックの認証方法。
2. 前記第１の認証に要する時間は、前記第２の認証に要する時間よりも短い
   請求項１に記載のバッテリパックの認証方法。
3. 前記ステップ（ｃ）は、前記第１の認証が成立した後で行われる
   請求項１に記載のバッテリパックの認証方法。
4. 前記バッテリパックにおける前記第１の認証に関する処理及び前記第２の認証に関する処理は、同じ認証回路によって行われる
   請求項１に記載のバッテリパックの認証方法。
5. バッテリの放電及び充電を制御する充放電制御回路と、
   ホストデバイスとの間で認証を行うための処理を行う認証回路と
   を有し、
   前記認証回路は、
   第１の認証に関する処理と、前記第１の認証よりセキュリティ強度が高い第２の認証に関する処理とを行うように構成されており、
   前記充放電制御回路は、
   前記第１の認証が成立したときに放電動作が可能となるように制御し、前記第２の認証が成立したときに充電動作が可能となるように制御するように構成されている
   バッテリ制御ＩＣ。
6. 前記第１の認証に要する時間は、前記第２の認証に要する時間よりも短い
   請求項５に記載のバッテリ制御ＩＣ。
7. 前記認証回路は、前記第１の認証が成立した後で、前記第２の認証に関する処理を行うように構成されている
   請求項５に記載のバッテリ制御ＩＣ。
8. 前記認証回路は、前記バッテリ制御ＩＣに１つ設けられており、
   前記１つの認証回路が、前記バッテリ制御ＩＣにおける前記第１の認証に関する処理及び前記第２の認証に関する処理を行う
   請求項５に記載のバッテリ制御ＩＣ。
9. 前記充放電制御回路及び前記認証回路の動作を制御するＣＰＵ
   をさらに有する請求項５に記載のバッテリ制御ＩＣ。
10. バッテリと、
    前記バッテリの放電をオンオフするための放電スイッチと、
    前記バッテリの充電をオンオフするための充電スイッチと、
    前記バッテリを制御する制御ＩＣと
    を有し、
    前記制御ＩＣは、
    前記放電スイッチ及び前記充電スイッチを制御する充放電制御回路と、
    ホストデバイスとの間で認証を行うための処理を行う認証回路と
    を有し、
    前記認証回路は、
    第１の認証に関する処理と、前記第１の認証よりセキュリティ強度が高い第２の認証に関する処理とを行うように構成されており、
    前記充放電制御回路は、
    前記第１の認証が成立したときに前記放電スイッチをオン状態に制御し、前記第２の認証が成立したときに前記充電スイッチをオン状態に制御するように構成されている
    バッテリパック。
11. 前記第１の認証に要する時間は、前記第２の認証に要する時間よりも短い
    請求項１０に記載のバッテリパック。
12. 前記認証回路は、前記第１の認証が成立した後で、前記第２の認証に関する処理を行うように構成されている
    請求項１０に記載のバッテリパック。

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