本发明公开了一种制冷剂优化管理的热泵系统及其运行方法，热泵系统包括第一压缩机、第一四通阀、第一源侧换热器、第一空调侧换热器、第一单向阀组、第一膨胀阀和第一储液器，第一四通阀的第一通口与第一压缩机的出口连通，第二通口与第一压缩机的入口连通，第三通口与第一源侧换热器连通，第四通口与第一空调侧换热器连通；通过第一单向阀组实现以下连接关系：第一源侧换热器向第一空调侧换热器之间依次连通第一储液器和第一膨胀阀，而第一空调侧换热器向第一源侧换热器之间仅连通第一膨胀阀。本发明优化了制冷剂储液器的连接关系，使进入膨胀阀之前的制冷剂具有过冷度，提高制冷量或者制热量，并降低制冷剂的充注需求，节约成本。