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[[第二次世界大战]]结束后，[[日立]]制作所、川崎车辆、三菱重工业、东京芝浦电气、汽车制造、日本车辆制造等[[企业]]于1947年研制了EF15型干线货运电力机车并投入批量生产。1949年，随着[[奥羽本线]]福岛至米泽完成直流电气化改造，EF15型电力机车亦开始投入该区段使用。然而，通过板谷岭的路段是奥羽本线最困难的连续长大坡道区段，最大坡度达到33‰，且存在大量半径约300米左右的小半径曲线。当列车下坡时频繁使用踏面制动来控制[[速度]]，闸瓦与轮箍长[[时间]][[摩擦]]不仅造成轮箍和闸瓦的严重磨耗，甚至容易造成[[轮箍]]弛缓的行车事故。因此，该线的EF15型电力机车在车顶上加装了一个水箱，当施加制动时向车轮喷水冷却，但这种临时性措施并没有从根本上解决问题。
1951年至1952年间，福岛机关区的12台EF15型电力机车（EF15 1～8、20～23）相继进行加装[[ 再生制动]] 装置的改造，改造后的机车因性能变化较大而改称为EF16型电力机车（EF16 1～12）。再生制动工况时牵引电动机变为直流发电机运转，制动 [[ 电流 ]] 通过励磁机输出的[[励磁电流]]来调节，列车制动产生的电能可以通过受电弓反馈给架空接触网系统。除此之外，由于奥羽本线上的列车无高速运行的需要，因此取消了对牵引电动机的[[磁场]]削弱控制，并在机车两端加装重联控制用的接线插座。而前窗玻璃上方亦加装了冰柱切割板，以防走行中的机车撞上隧道口垂落的冰柱而造成车窗损坏，同时还增设了额外的警笛、[[砂箱]]和司机室暖气设备。
改造后的EF16型电力机车仍然配属于福岛机关区，担当福岛至米泽间所有列车的牵引任务。再生制动不仅大幅提高了列车在长大坡道上的制动可靠性，同时亦减少了因踏面制动造成的磨耗和危险。1961年10月，开行了上野至秋田的“翼号”特急列车，由于所使用的Kiha 82系柴油动车组的[[功率]]不足以应付板谷岭的长大坡道，因此“翼号”列车在福岛至米泽间仍然采用EF16型电力机车牵引。