本发明公开了一种混合动力机车及其能量平衡控制方法与系统，机车混动系统包括氢燃料电池、双向DCDC变换器、动力电池以及充电机；氢燃料电池的输出端与双向DCDC变换器的第一端电连接，双向DCDC变换器的第二端分别与负载、动力电池的输出端电连接，动力电池的输入端与充电机电连接，充电机还与负载电连接；对双向DCDC变换器前端电压以及负载前端电压进行分段控制，有效分配各控制目标，保证了双向DCDC变换器前端电压和负载前端电压的稳定，避免了双向DCDC变换器前端电压与负载前端电压之间相互影响，实现了机车混动系统的能量控制与平衡，简化了控制逻辑。