国鉄EF16形電気機関車
第二次世界大戦終結後、貨物列車牽引用電気機関車の標準形式として1947年(昭和22年)からEF15形が量産され、1949年(昭和24年)に直流電化された奥羽本線福島 - 米沢間にも同形式が投入された。しかし、板谷峠を通過する同区間は33 ‰の急勾配が連続しており、下り勾配でブレーキ(機械的な踏面ブレーキ)を多用することにより、輪心に焼きばめした車輪(タイヤ)が摩擦熱で膨張し緩むトラブルが続発した。対策として急勾配区間の各駅を通過する列車に対しては車輪冷却のため臨時停車を実施、さらにEF15形の屋根上に水タンクを設置し、車輪に水をかけて冷却する方法が採られたが、抜本的解決には至らなかった。
そこで、同区間で使用しているEF15形に回生ブレーキを追設し、従来の踏面ブレーキの使用頻度を大幅に下げることが国鉄内部で1950年(昭和25年)に決定、回生ブレーキの搭載により性能がEF15形と大きく変化することから、改造機には新形式EF16形を付与、改番し、国鉄の電気機関車では回生ブレーキを本格的に採用した初の形式となった。
1955年(昭和30年)には上越線水上 - 石打間用として追加改造された。