結構類型
燃料電池混合動力系統的基本結構分為兩類：串聯混合系統和並聯混合系統。在串聯混合系統中，電動機和發電機串聯布置，所有的電動機能量一次性轉化為電能，然後是能量合成；在並聯混合系統中，電動機和發電機並聯布置，能量總是通過一個機械系統，如齒輪傳動裝置和液力變矩器。 這兩個系統在節能效果方面基本相同 。
優勢
基於燃料電池的混合動力列車之所以受到高度關注，是因為燃料電池混合動力列車與傳統電力機車、內燃機車相比，具有一系列顯著優勢：
（1） 燃料電池採用可再生能源（氫氣）替代電力和石油， 其反應產物為水，不存在電氣干擾；
（2） 其線路條件與非電氣化線路完全兼容，可在任何既有鐵路線上運行；
（3） 受氣候條件的影響小，尤其在軍事、 災難等緊急情況時， 具有快速、 高效的應急作用；
（4） 不需要傳統的牽引供變電系統和接觸網系統， 避免了牽引供電系統和弓網故障引起的事故，提高了列車運行的可靠性 。
能源管理控制系統
在開發混合動力系統時，為獲取運行所需要的能源的發電裝置和控制蓄電池能源平衡，開發能源管理控制系統是極為重要的。能源管理控制系統是為了進行車輛加減速、 燃料電池發電量控制和蓄電池充放電控制等各種控制，它集成了燃料電池、蓄電池、儲氫罐、升壓裝置、逆變器等各種裝置信息。
東日本鐵路公司開發的燃料電池混合動力列車，對柴油混合動力列車所開發的能源管理控制系統進行了修改，實現了符合燃料電池特性的能源管理。 其能源管理控制方法如下：停車時， 燃料電池向蓄電池充電，對動力運行時所需要的能源進行存儲；動力運行時，所需要的能源由燃料電池和蓄電池兩個方向供應； 慢行時，向蓄電池充電，對下次動力運行時所需要的能源進行存儲； 制動時，將再生制動電力回收到蓄電池。因此，通過燃料電池和蓄電池的組合， 能夠實現高效率的能源管理 。
