JR貨物HD300形ハイブリッド機関車
発電モジュールにあるディーゼル発電機のFDMF9Z形エンジンは、国土交通省の定める第3次排出ガス規制に適合したものであり、騒音や有害排出ガス低減を図っている。このエンジンはカミンズ製の、50万台の製造実績がある既存の産業用水冷4ストローク・直列6気筒、出力325PS(242kW)、定格回転数1,600rpm、最高回転数1,800rpmの燃料電子制御方式のエンジンを転用したもので、出力270PS(197kW)で使用している。エンジンに駆動される発電機は、1時間定格出力173kW/1600rpmの三相かご形誘導発電機であり、三相交流を出力する。ディーゼル発電機の起動・停止は自動的に行われており、力行時にはディーゼル発電機を起動させて主変換装置に給電するが、制動時はディーゼル発電機での給電を停止する。
蓄電モジュールにある蓄電池にはジーエス・ユアサコーポレーション製リチウムイオンバッテリーLIM30H型を搭載している。電池構成は26個のモジュールを直列に繋いだものを3並列としており、公称電圧750V、電力容量は40-70kWhである。経年劣化しても寒冷地で起動できるだけの出力容量を確保しており、制動時での回生ブレーキによりモーターから発生する電力を充電して蓄電するほか、状況に応じてディーゼル発電機からの電力を主変換装置経由で充電することも可能である。また、バッテリーは複数のバンクで構成され、異常時はバンクを開放して走行継続可能となるような冗長性を持っている。また、500番台では蓄電池の容量が変更されている。
貨物駅構内の入換作業には、日本国有鉄道(国鉄)から継承されたDE10形ディーゼル機関車を主として複数の機種を使用していたが、経年は40年以上となり既存車両でも老朽化が著しく進行していた。この対策としてこれらの車両を置き換えるために、従来の方式に捕らわれず新たに開発された車両である。開発に当たり近年の環境問題に対しての取り組みとして、排出ガスを削減する新しいシステムによる車両の導入が検討され、ハイブリッド方式を採用した。
「環境に優しいクリーンな機関車」をコンセプトに、DE10形と比較して以下の目標を立てて設計・開発がなされた。
有害排出ガスを30 - 40%以上削減
車外騒音レベルを10db(A特性)以上低減
エンジンの効率的運転と回生ブレーキの活用によって、CO2の大幅な削減
2010年3月に試作車(901号機)が落成し、各種走行試験が実施された。その結果を踏まえて2012年1月以降、量産車が順次導入されている。
この機関車は、ディーゼル発電機を動力源とする電気式ディーゼル機関車と蓄電池(リチウムイオンバッテリー)を動力源とする蓄電池機関車の2つの要素を兼ね備えた、日本初のハイブリッド機関車である。具体的にはディーゼル発電機からの電力と蓄電池からの電力を協調させてモーターを制御する「シリーズ・ハイブリッド」方式と呼ばれるシステムであり、本機に搭載されたディーゼルエンジンは直接駆動力には使用されず、発電機を回転させる発電用として使用されるだけである。また、CO2排出量は、動力協調システムによるエンジンの効率的な運転と回生ブレーキ作動時において、モーターから発生した電力を蓄電池に充電することにより、大幅な削減することを目指している。そのため、形式記号の頭文字にディーゼル機関車を指す「D」や蓄電池機関車を指す「A」ではなく、ハイブリッド (Hybrid) 方式の機関車であることを表す「H」を初採用し、動軸数4であることを表す「D」と組み合わせた「HD」となっている。ハイブリッドシステムの開発にあたっては国土交通省の鉄道技術開発費の補助を受けている。
901号機を用いた走行試験では、DE10形と比較して以下の結果を示した。
牽引走行試験では、燃料消費量36%、NOx排出量61%、騒音を22dbの低減効果が得られた
留置時間を考慮した1日分の運用で評価すると燃料消費量41%、NOx排出量64%と大幅な削減効果があることを確認した。