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본 발명은 파우치형 리튬이온 배터리의 표면 온도 분포를 단일 센서를 이용하여 실시간으로 예측하기 위한 공간 열 특성 기반 온도 추정 방법에 관한 것이다. 이를 위해 역열전달 해석(Inverse Heat Transfer Analysis, IHTA)을 이용하여 배터리 표면의 복수 지점에서 국소적 엔트로피 계수를 추출하고, 이를 좌표 정규화 및 1차 선형 평면 모델을 통해 공간 열 특성 맵으로 구성한다. 이후 단일 기준 센서로부터 측정된 온도 및 SOC 정보를 활용하여, 미계측 지점의 열 발생 특성을 추정하고 에너지 평형 관계에 기반하여 전체 표면의 온도 분포를 계산한다. 본 발명은 기존 다중 센서 기반 시스템 대비 하드웨어 의존성을 크게 낮추면서도 높은 온도 예측 정확도를 유지할 수 있으며, 온보드 환경에서 실시간 구현이 가능한 경량화된 알고리즘 구조를 제공한다.