本发明公开了一种液氢加氢站的快速预冷系统及其方法，属于液氢技术领域。该预冷系统包括液氢加注管路、液氢供给罐、管阀子系统、液氢加注罐、循环管路、冷凝器、气液分离器、液态二氧化碳罐、储气瓶、氦气管路、高压氦气瓶、燃料电池、低温氢气管路和液氢储罐组。该系统利用液态二氧化碳和低温氦气实现系统置换操作和预冷操作的深度耦合；置换完成后，系统温度已经降低至液态二氧化碳的温度以下，显著减少了预冷时间；还利用液氢储罐组贮存的低温氢气来液化二氧化碳，实现二氧化碳介质的循环，同时将释放冷量后的氢气和预冷产生的氢气输送至燃料电池发电，提升氢气的利用效率。