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本发明公开了一种CO2热泵空调整车热管理系统,包括：依次相连的压缩机、第一三通阀、室外换热器、第一电磁阀、气液分离器、第一电子膨胀阀、室内换热器、第二三通阀和所述气液分离器形成第一连通回路；依次相连的压缩机、第一三通阀、室外换热器、第一电磁阀、气液分离器、第二电子膨胀阀、电池冷却换热器、第二三通阀和所述气液分离器形成第二连通回路；依次相连的第一水泵、电池冷却换热器、电池包和第三三通阀形成第三连通回路；其中,所述气液分离器带有回热器；当所述热管理系统处于车内制冷和电池冷却模式时,所述第一连通回路、所述第二连通回路和所述第三连通回路同时开启。